2019.03.18

索尼利用专有的全局快门功能和背照式像素结构,开发出堆叠式CMOS影像传感器技术,以实现高成像性能和小型化

——提高工业设备智能化的生产率

索尼公司

索尼半导体解决方案公司


日本,东京 - 索尼公司今天宣布已成功开发出一种堆叠式CMOS影像传感器技术——Pregius S,运用索尼专有的全局快门功能和背照式像素结构,可实现无失真的高成像性能和小型化。新的传感器技术适用于制造、检验和物流等领域的工业设备,鉴于工业发展的趋势,包括工厂智能化和自动化等,这些设备对精度和处理速度的要求更高。 

索尼将在3月20日开幕的2019 Vision China中国(上海)国际机器视觉展览会上介绍该项新技术。 

传统的具备全局快门功能的CMOS影像传感器将电荷信号临时存储在位于光电二极管旁边的存储区域中,以解决逐行读取出现的时移所导致的图像失真问题(焦平面失真)。在前照式CMOS影像传感器中,形成光电二极管的硅衬底有一个布线层,这种结构的优点是易于形成一个遮光罩以保护临时存储在存储区域中的电荷信号不会漏光。为此,传统的具备全局快门功能的CMOS影像传感器采用了前照式像素结构。然而光电二极管上面的布线阻碍了入射光,这在试图使像素小型化时将产生问题。 

为此,索尼开发了一种专有的像素结构,在背照式结构上实现全局快门功能,具有高灵敏度特性,从而解决小型化的问题。通常当像素被小型化时,灵敏度和饱和度性能会下降,但索尼的新技术可以将像素尺寸减小至2.74μm,同时保持上述性能的表现力不变,从而实现比传统的前照式CMOS影像传感器* 1高出1.7倍的分辨率。这使其在制造、检验、物流等应用中,能够在更广泛的区域内、以更高的准确度测量和检查物体。此外,由于背照式像素结构的布线布局自由度高,可达到约为传统* 1型号2.4倍的高速度,因此有助于显著提高生产率,包括缩短测量和检查过程的时间等。此外,传感器的堆叠式结构使其可以安装各种信号处理电路,它可以实现智能化的功能,例如仅对必要的测量和检验图像区域进行信号处理,从而实现与传统传感器* 1相比更小的尺寸。这反过来也使其得以减轻后续处理的负荷并减少需要保留的数据量,从而有助于实现高效节能的系统。 

未来,索尼将致力于开发配备该堆叠式CMOS影像传感器的产品,其采用索尼专有的全局快门功能和背照式像素结构,适用于各种工业应用和智能交通系统,包括开发安装在该传感器之上的用于信号处理电路的衍生产品。索尼计划在2019年夏季或之后开始出货样品。 

*1:使用该项技术对1.1英寸样本进行比较,比较对象为索尼1.1英寸1200万有效像素的前照式CMOS影像传感器IMX253。 

芯片的横截面示意图


传统的具备全局快门功能的前照式影像传感器


新开发的具备全局快门功能的背照堆叠式影像传感器

主要特点 

  1. 配备索尼专有的全局快门功能和背照式像素结构,可实现无失真的高成像性能和小型化

索尼开发了一种专有的像素结构,在背照式结构上实现全局快门功能,具有高灵敏度特性,从而实现高成像性能和小型化。通过将像素尺寸从传统的*1 3.45μm缩小至2.74μm,同时保持灵敏度和饱和度性能不变,索尼实现了比传统的1200万像素*2的前照式CMOS影像传感器*1高出1.7倍的分辨率,使其得以在更大范围内、以更高的准确度进行测量和检查。此外,得益于背照式像素结构高自由度的布线布局,它能达到约为传统技术* 1的2.4倍的高速性能,因此有助于显著提高生产效率,例如缩短测量和检查过程的时间。 

*2:基于影像传感器的有效像素规范方法


具有传统结构的影像传感器捕获的图像* 1(概念图) (1200万像素×3帧)


具有新结构的影像传感器捕获的图像(概念图) (2000万像素×约4帧)


2)通过堆叠式结构实现小型化和高功能性

该传感器的堆叠式结构使其可安装各种信号处理电路,从而有助于CMOS影像传感器实现小型化和更强的功能。它具备数据优化功能(智能ROI、自触发、压缩处理、合成等),可从图像数据中仅提取必要信息,与传统传感器相比* 1,在保持更小尺寸的同时,可减轻后续处理的负荷并减少需要保留的数据量,从而有助于实现高效节能的系统。 

未来,索尼将利用Pregius S技术为新兴工业进一步增强和拓展其功能,其中包括开发可安装在该传感器之上的用于信号处理电路的衍生产品。


(本文译自英文原文,供参考)