Noua tehnologie permite performanţe înalte datorită domeniului dinamic extins de captură simultană de 123dB. Această tehnologie va contribui la detectarea precisă a obiectelor iluminate din spate fără distorsiuni temporale.

Osaka, Japan - Panasonic Corporation a anunţat azi că a dezvoltat o nouă tehnologie de  domeniu dinamic extins^[1] care poate îmbunătăţi domeniul dinamic extins de captură simultană^[2] , acesta fiind de 100 de ori mai mare comparativ cu rezultatele convenţionale, utilizând un senzor de imagine CMOS cu film fotoconductiv organic (OPF)^*2.
În cazul unui senzor de imagine CMOS OPF, funcţia de stocare-sarcină şi funcţia de conversie fotoelectrică pot fi setate independent. Prin utilizarea acestei funcţii unice a senzorului de imagine CMOS OPF, supraexpunerea poate fi prevenită în situaţii de lumină puternică, fără distorsiuni temporale în cazul obiectelor în mişcare. Iar o imagine clară, cu texturi bogate, poate fi reprodusă chiar şi în situaţii de întuneric. Aceste tehnologii permit imagini realizate extrem de precis, la viteză ridicată, fără distorsiuni temporale în cazul scenelor cu contrast ridicat.

Noua tehnologie de domeniu dinamic larg permite realizarea precisă a imaginilor şi reproducerea unor tonuri de culoare bogate, chiar şi în situaţii cu contrast ridicat (scene cu iluminare din spate sau de studio). În plus, sintetizarea unor date de expunere multiple care sunt capturate în momente diferite nu mai este necesară, drept urmare este posibilă realizarea unor imagini precise ale obiectelor în mişcare la viteză rapidă. Ca atare, această tehnologie permite detectarea şi realizarea imaginilor la mare viteză, cu precizie ridicată şi într-un domeniu dinamic extins.

Noua tehnologie are următoarele avantaje.

1. Unghi de incidenţă mare (60 de grade), sensibilitate ridicată, saturaţie ridicată şi circuite extrem de funcţionale datorită caracteristicii unice a OPF, în care circuitul  OPF pentru conversie fotoelectrică şi cel pentru citire sunt independente.
2. Domeniu dinamic extins de captură simultană de 123dB (de 100x mai mare decât în cazul senzorilor de imagine obişnuiţi din siliciu^*3), menţinând în acelaşi timp o dimensiune convenţională a chip-ului datorită structurii noastre originale de „captură simultană”.

Această tehnologie de domeniu dinamic extins include, la rândul său, următoarele tehnologii:

1. Tehnologia pentru senzorul de imagine CMOS OPF, în care partea de conversie fotoelectrică şi cea a circuitului de citire pot fi proiectate independent.
2. Tehnologie de pixel cu sensibilitate duală care este prevăzută cu două celule de detectare a sensibilităţii (una pentru luminozitate, una pentru obscuritate) în fiecare pixel, beneficiind de performanţe de saturaţie ridicată şi flexibilitatea unei setări de sensibilitate a senzorului de imagine CMOS OPF, pentru a obţine un domeniu dinamic larg de captură simultană.
3. Tehnologie de anulare zgomot cu cuplare capacitivă, care poate anula zgomotul de resetare pixeli pentru a îmbunătăţi caracteristicile S/Z^[3] (semnal-zgomot) la înregistrarea scenelor întunecate.

Panasonic deţine 58 de patente în Japonia şi 44 de patente în alte ţări (inclusiv cele în aşteptare) asociate acestei tehnologii.

Panasonic va prezenta unele aspecte ale acestor tehnologii la conferinţa academică internaţională: ISSCC 2016 care va avea loc în San Francisco între 31 ianuarie - 4 februarie, 2016.

Note:
*1: La 3 februarie, 2016, conform datelor Panasonic.
*2: Utilizăm un film fotoconductiv organic (OPF) dezvoltat de FUJIFILM Corporation.
*3: Comparaţie cu senzorul de imagine CMOS din siliciu Panasonic.

Mai multe informaţii privind această tehnologie

1. Tehnologia de senzor de imagine CMOS OPF, în care partea de conversie fotoelectrică şi cea a circuitului pot fi proiectate independent.

Senzorul de imagine convenţional constă dintr-o fotodiodă din siliciu pentru captarea luminii, interconexiuni din metal şi o microlentilă pe chip. Funcţia de conversie fotoelectrică şi funcţia de stocare-sarcină a semnalului sunt executate de această fotodiodă din siliciu. De cealaltă parte, în cazul unui senzor de imagine CMOS OPF, funcţia de conversie fotoelectrică este executată de un OPF în locul fotodiodei din siliciu, iar funcţia de stocare-sarcină semnal este executată de circuitele aflate sub acest OPF. Ambele funcţii sunt aproape independente, deci un senzor de imagine CMOS OPF poate avea următoarele caracteristici:

Expansiunea domeniului de lumină incidentă la 60 de grade şi reproducerea cu fidelitate a culorilor.

Este adoptat un OPF cu coeficient de absorbţie optică ^[4] ridicat în locul fotodiodei din siliciu, iar grosimea OPF a fost redusă la doar 0,5 microni, de patru la şase ori mai subţire decât fotodiodele normale din siliciu. Deoarece fotodioda din siliciu convenţională are nevoie de o grosime de cel puţin 2 - 3 microni, domeniul unghiului de incidenţă era limitat la 30 - 40 de grade. Un OPF, obţinut cu tehnologia de senzor de imagine CMOS OPF, a permis extinderea acestui domeniu la 60 de grade, utilizând eficient lumina care pătrunde în unghi de incidență mare, pentru o reproducere fidelă a culorilor fără amestecarea acestora. De asemenea, oferă o flexibilitate mai mare în ceea ce priveşte designul obiectivului, facilitând reducerea dimensiunii totale a camerei.

Creşterea sensibilităţii senzorului de 1,2 ori comparativ cu senzorii de imagine din siliciu convenţionali, pentru a asigura imagini clare, în special în condiţii de lumină redusă.

Tranzistoarele şi interconexiunile metalice din fiecare pixel, fabricate utilizând tehnologia de semiconductor Panasonic, sunt acoperite cu OPF. Zona secţiunii care recepţionează lumina devine limitată în cazul senzorilor de imagine convenţionali din cauza existenţei interconexiunilor metalice şi necesităţii formării unei pelicule de protecţie pentru a preveni incidenţa luminii în alte zone decât cea a fotodiodei din fiecare pixel. În schimb, tehnologia de senzor de imagine CMOS OPF acoperă senzorul cu un OPF, care profită de întreaga cantitate de lumină recepţionată de senzor. Această structură unică şi randamentul fotochimic ridicat al OPF amplifică sensibilitatea senzorului de 1,2 ori comparativ cu senzorii de imagine din siliciu convenţionali, pentru a asigura imagini clare, în special în condiţii de luminozitate redusă.

Imagine transversală a senzorului de imagine CMOS Back Side Illumination (BSI) (iluminare din spate) şi a senzorului de imagine CMOS OPF

Design complet independent al OPF şi circuitelor şi obţinerea unor performanţe ridicate (saturaţie ridicată)

În arhitectura unui senzor de imagine CMOS OPF, zona OPF care face conversia lumina în semnale electrice, şi circuitele care stochează sarcinile de semnal electric şi semnalele electrice pentru citire sunt proiectate complet independent. Drept urmare, prin alegerea unui OPF, caracteristicile de conversie fotoelectrică, lungimea de undă, sensibilitatea etc. pot fi setate în mod flexibil. În plus, în cazul senzorilor de imagine convenţionali, este necesară amplasarea atât a fotodiodei din siliciu, cât şi a circuitelor (tranzistoare şi condensatoare) pe un substrat de siliciu în fiecare pixel, astfel încât zona circuitelor este limitată. De cealaltă parte, în cazul unui senzor de imagine CMOS OPF, nu este necesară amplasarea unei fotodiode din siliciu, deci circuitele de înaltă performanţă, precum cele de mare viteză sau de domeniu dinamic extins, pot fi formate pe un substrat de siliciu.

În mod special, un senzor de imagine CMOS OPF permite intermediul unui condensator mai mare pentru stocarea sarcinii de semnal,  valoarea de saturaţie^[5]  a semnalului electric putând fi crescută în mod semnificativ în comparație cu senzorii de imagine convenţionali^*3.

2. Tehnologie de pixel cu sensibilitate duală care este prevăzută cu două celule de detectare a sensibilităţii (una pentru luminozitate, una pentru obscuritate) în fiecare pixel, beneficiind de performanţe de saturaţie ridicată şi flexibilitatea unei setări de sensibilitate a senzorului de imagine CMOS OPF, pentru a obţine un domeniu dinamic extins de captură simultană.

Sunt prevăzuţi doi electrozi pentru pixel cu sensibilităţi diferite, doi condensatori de sarcină de semnal cu capacităţi diferite şi două tipuri de circuite de anulare a zgomotului în fiecare pixel utilizând structura specială de pixeli a senzorului de imagine CMOS OPF, în care zona OPF care este utilizată pentru conversia fotoelectrică şi condensatorul utilizat pentru stocarea sarcinii de semnal sunt proiectaţi complet independent, putând fi obţinute valori ridicate de saturaţie. În acest fel, atât scenele luminoase, cât şi scenele întunecate sunt înregistrate simultan, utilizând celule cu arhitectură diferită. Drept urmare, poate fi obţinut un domeniu dinamic extins de captură simultană de 123dB (adică de 100x mai larg decât cel al senzorilor de imagine din siliciu obişnuiţi^*3).

Celula 1: celulă de sensibilitate ridicată
electrod de pixel de înaltă sensibilitate + condensator de stocare de capacitate mică
+ funcţie de anulare zgomot cu cuplare capacitivă

Celula 2: celulă de saturaţie ridicată
electrod de pixel de joasă sensibilitate + condensator de stocare de capacitate mare
+ funcţie de anulare zgomot convenţională

Utilizând această tehnologie, în special în situaţii cu contrast ridicat, se poate obţine detectarea mişcării şi înregistrarea unor imagini extrem de precise, la viteză ridicată.