Šī jaunā tehnoloģija nodrošina 123 dB vienlaicīgās uztveršanas plašā dinamiskā diapazona augstu veiktspēju. Šī tehnoloģija ļauj precīzi uztvert objektus, kas tiek apgaismoti no aizmugures, bez laika kropļojumiem.

Osaka, Japānā, — „Panasonic Corporation” šodien nāca klajā ar paziņojumu, ka uzņēmums ir izstrādājis jaunu plaša dinamiskā diapazona^[1]tehnoloģiju, kas, izmantojot CMOS attēla sensoru ar organisko fotorezistīvo slāni (OPF)^*2, vienlaicīgās uztveršanas plašo dinamisko diapazonu^[2] var palielināt 100 reižu salīdzinājumā ar līdzšinējiem rezultātiem.

ODP CMOS attēla sensorā lādiņa uzkrāšanas funkciju un fotoelektriskās pārveidošanas funkciju iespējams iestatīt neatkarīgi vienu no otras. Izmantojot šo OPF CMOS attēla sensora unikālo funkciju, iespējams izvairīties no pārgaismošanas intensīva apgaismojuma apstākļos, vienlaikus novēršot arī laika kropļojumus attiecībā pret kustīgo objektu. Tāpat iespējams iegūt asu un izteiksmīgi teksturētu attēlu arī vāja apgaismojuma apstākļos. Šīs tehnoloģijas nodrošina liela ātruma un ļoti precīzu attēlveidošanu bez laika kropļojumiem ļoti kontrastainās ainās.

Jaunā plašā dinamiskā diapazona tehnoloģija nodrošina precīzu attēlveidošanu un atdarina bagātīgāku krāsu toni arī ļoti kontrastainās situācijās (piem., ainā ar apgaismojumu no aizmugures vai studijas apgaismojuma apstākļos). Turklāt nav nepieciešams sintezēt dažādos laikos uztvertus multiekspozīcijas datus, tādējādi ļaujot precīzi uzņemt tādu kustīgu objektu attēlus, kas pārvietojas lielā ātrumā. Tādējādi šī tehnoloģija nodrošina liela ātruma, augstas precizitātes un plaša dinamiskā diapazona attēlveidošanu un uztveršanu.

Jaunajai tehnoloģijai ir tālāk minētās priekšrocības.

1. Plašs gaismas krišanas leņķis (60 grādu), augsta gaismjutība, augsts piesātinājums un augsti funkcionāli shēmas elementi, ko nodrošina unikālā OPF funkcija, kurā fotoelektriskajai pārveidošanai izmantotais OPF un nolasīšanas shēmas elementi ir neatkarīgi viens no otra.
2. 123 dB vienlaicīgās uztveršanas plašais dinamiskais diapazons (kas ir 100x lielāks par līdzšinējiem silikona attēla sensoriem^*3) vienlaikus saglabā līdzšinējo mikroshēmas izmēru, pateicoties mūsu oriģinālajai „vienlaicīgās uztveršanas struktūrai”.

Šajā plaša dinamiskā diapazona tehnoloģijā ir ietvertas tālāk minētās tehnoloģijas.

1. OPF CMOS attēla sensora dizaina tehnoloģija, kurā fotoelektroniskās pārveidošanas daļa un shēmas elementu daļa var tikt izstrādātas neatkarīgi viena no otras.
2. Duālās jutības pikseļu tehnoloģija, kur, izmantojot OPF CMOS attēla sensora jutības iestatījuma un intensīva piesātinājuma veiktspējas priekšrocības, katrā pikselī ir ietverti divi gaismjutības uztveršanas elementi (viens gaismai, otrs tumsai), ļaujot iegūt vienlaicīgās uztveršanas plašo dinamisko diapazonu.
3. Kapacitīvi savienota trokšņa likvidēšanas tehnoloģija, kas spēj likvidēt pikseļu atiestatīšanas troksni, ļaujot uzlabot  S/N^[3]  parametrus tumšu objektu attēlveidošanas laikā.

„Panasonic” saistībā ar šo tehnoloģiju ir reģistrēti 58 Japānas patenti un 44 ārvalstu patenti (tostarp pieteikti).

„Panasonic” dažas no šīm tehnoloģijām izrādīs starptautiskajā akadēmiskajā konferencē ISSCC (International Solid-State Circuit Conference) 2016, kas no 2016. gada 31. janvāra līdz 4. februārim norisinās Sanfrancisko.

Piezīmes
*1 2016. gada 3. februārī saskaņā ar „Panasonic” rīcībā esošo informāciju.
*2 Mēs izmantojam „FUJIFILM Corporation” izstrādāto organisko fotorezistīvo slāni (OPF).
*3 Salīdzinājums ar „Panasonic” silikona CMOS attēla sensoru.

Plašāka informācija par izmantotajām tehnoloģijām

1. OPF CMOS attēla sensora dizaina tehnoloģija, kurā fotoelektroniskās pārveidošanas daļa un shēmas elementu daļa var tikt izstrādātas neatkarīgi viena no otras.

Standarta attēlu sensori sastāv no silikona fotodiodes gaismas uztveršanai, metāla starpsavienojumiem un uz mikroshēmas novietotas mikrolēcas. Šajā gadījumā gan fotoelektriskās pārveidošanas funkciju, gan signāla lādiņa uzkrāšanas funkciju veic silikona fotodiode. Savukārt OPF CMOS attēla sensorā fotoelektriskās pārveidošanas funkciju neveic silikona fotodiode, bet gan OPF, un signāla lādiņa uzkrāšanas funkciju veic zem OPF esošie shēmas elementi. Abas funkcijas ir praktiski neatkarīgas viena no otras, tādējādi OPF CMOS attēla sensors spēj nodrošināt tālāk norādītās funkcijas.

Krītošās gaismas uztveršanas leņķa diapazona palielinājums līdz 60 grādiem un precīza krāsu attēlošana

Silikona fotodiodes vietā tiek izmantots OPF ar augstu optiskās absorbcijas koeficientu ^[4], un OPF biezums ir samazināts līdz 0,5 mikroniem, tas ir četras līdz sešas reizes mazāk nekā silikona fotodiodēm. Standarta silikona fotodiožu minimālais biezums ir vismaz 2–3 mikroni, līdz ar to krītošās gaismas leņķa maksimālais diapazons ir apmēram 30–40 grādi. Savukārt ar OPF CMOS attēla sensora tehnoloģiju OPF ir ļāvis palielināt šo diapazonu līdz 60 grādiem, efektīvi izmantojot gaismu, kas krīt dažādos leņķos, tādējādi ļaujot atveidot precīzas krāsas, neveidojot krāsu sajaukumus. Tas nodrošina arī lielāku objektīva dizaina pielāgošanas iespēju, ļaujot vieglāk samazināt kameras kopējos izmērus.

Sensora jutības palielinājums 1,2 reizes, salīdzinot ar standarta silikona attēla sensoriem, skaidru attēlu iegūšanai, it īpaši vāji apgaismotās vietās.

Katra pikseļa metāla starpsavienojumi un tranzistori, kas ir izgatavoti, izmantojot „Panasonic” pusvadītāju ierīču tehnoloģiju, ir pārklāti ar OPF. Līdzšinējos attēla sensoros gaismu uztverošās zonas laukumu ierobežo metāla starpsavienojumi; to ierobežo arī nepieciešamība izveidot gaismas norobežojošu slāni, lai nepieļautu gaismas iekļūšanu nekur citur, kā vien katra pikseļa fotodiodē. Savukārt OPF CMOS attēla sensora tehnoloģija pārklāj sensoru ar OPF, kas spēj uztvert visu uz sensora nokļuvušo gaismu. Šī unikālā uzbūve un OPF augstā efektivitāte palielina sensora jutību 1,2 reizes, salīdzinot ar standarta silikona attēla sensoriem, ļaujot iegūt skaidrus attēlus, it īpaši vāji apgaismotās vietās.

Līdzšinējā fona gaismas (BSI) CMOS attēla sensora un OPF CMOS attēla sensora šķērsgriezuma attēls

OPF un shēmas elementi, kas ir neatkarīgi viens no otra, un augstas veiktspējas sasniegšana (augsts piesātinājums)

 OPF CMOS attēla sensoru arhitektūrā OPF, kas gaismu pārvērš elektriskos signālos, un shēmas elementi, kas glabā signālu lādiņu un nolasa elektriskos signālus, ir izstrādāti tā, lai tie būtu neatkarīgi viens no otra. Tādēļ, izvēloties OPF, iespējams brīvi iestatīt fotoelektriskās pārveidošanas raksturlielumus, viļņu garumu, jutību utt.  
Turklāt standarta attēla sensoros katrā pikselī uz silikona pamatnes nepieciešams izvietot gan silikona fotodiodi, gan shēmas elementus (tranzistorus un kondensatorus), līdz ar to laukums shēmas elementiem ir ierobežots. Savukārt OPF CMOS attēla sensorā nav nepieciešams izvietot silikona fotodiodi, līdz ar to uz silikona pamatnes iespējams izvietot augstas veiktspējas shēmas elementus, piemēram, liela ātruma vai plaša dinamiskā diapazona shēmas elementus.
OPF CMOS attēla sensoram, izvietojot lielu kondensatoru signāla lādiņa glabāšanai, iespējams ievērojami palielināt elektriskā signāla piesātinājuma vērtību^[5], salīdzinot ar līdzšinējiem attēla sensoriem^*3

2. Duālās jutības pikseļu tehnoloģija, kur, izmantojot OPF CMOS attēla sensora jutības iestatījuma un intensīva piesātinājuma veiktspējas priekšrocības, katrā pikselī ir ietverti divi gaismjutības uztveršanas elementi (viens gaismai, otrs tumsai), ļaujot iegūt vienlaicīgās uztveršanas plašo dinamisko diapazonu.

Izmantojot OPF CMOS attēla sensora konkrētā pikseļa struktūru, kurā OPF (fotoelektriskajai pārveidošanai) un kondensators (signāla lādiņa uzkrāšanai) ir izstrādāti pilnīgi neatkarīgi viens no otra, katram pikselim ir divi pikseļu elektrodi ar atšķirīgu jutību, divi signāla lādiņa kondensatori ar atšķirīgu kapacitāti un divu veidu trokšņa likvidētāji, tādējādi ļaujot iegūt augstu piesātinājuma vērtību. Turklāt gaišu ainu un tumšu ainu attēlveidošana norit vienlaicīgi, izmantojot atšķirīgo arhitektūru šūnas. Tādējādi iespējams iegūt 123 dB vienlaicīgās uztveršanas plašo dinamisko diapazonu (kas ir 100x lielāks par to, ko iespējams iegūt, izmantojot līdzšinējos silikona attēla sensorus^*3).

1. elements: augstas jutības elements
augstas jutības pikseļa elektrods + nelielas kapacitātes kondensators
+ kapacitīvs trokšņa likvidētājs

2. elements: augsta piesātinājuma elements
zemas jutības pikseļa elektrods + lielas kapacitātes kondensators
+ standarta trokšņa likvidētājs

Lietojot šo tehnoloģiju, it īpaši ļoti kontrastainās situācijās, iespējams iegūt ļoti precīzu un liela ātruma attēlveidošanu un kustības uztveršanu.

Pikseļu struktūra plaša dinamiskā diapazona iegūšanai un iegūstamais rezultāts

„Duālās jutības pikseļu tehnoloģijas” augsta piesātinājuma elements vienmēr glabā signāla lādiņu zemas jutības stāvoklī, izņemot nolasīšanas brīdi. Tādēļ nerodas ne  LED mirgoņa^[6] , ne arī fluorescējošā mirgoņa^[7], kas parasti rada nepilnīgi uzņemtu attēlu problēmas transportlīdzekļos uzstādāmajās kamerās, konferenču pārraidēm izmantojamajās kamerās un citās līdzīgās kamerās.

3. Kapacitīvi savienota trokšņa likvidēšanas tehnoloģija, kas spēj likvidēt pikseļu atiestatīšanas troksni, ļaujot uzlabot S/N parametrus tumšu objektu attēlveidošanas laikā.

OPF CMOS attēla sensora struktūrā OPF un lādiņa uzkrāšanas daļa savā starpā ir savienoti ar metāla vadu, tādējādi neļaujot uzkrātos lādiņus nolasīt pilnībā. Tādēļ rodas problēmas ar pikseļu atiestatīšanas troksni, kas paliek uz lādiņa glabāšanas mezgla, radot nolasīšanas kļūdu ar trokšņa nobīdi. Lai atrisinātu šo problēmu, esam izstrādājuši savu pusvadītāju ierīču tehnoloģiju un jaunu un oriģinālu „Kapacitīvi savienotu trokšņa likvidētāju” un panākuši, lai atiestatīšanas troksnis likvidētos pats. Šajā likvidētājā katra pikseļa atiestatīšanas troksnis var tikt apspiests, katrai kolonnai nodrošinot negatīvu atgriezeniskās saites cilpu. Turklāt izmantojot kapacitīvi savienoto struktūru, iespējams uzlabot negatīvās atgriezeniskās saites vadības robustumu un ievērojami apspiest atiestatīšanas troksni līdz pat 1,6 elektroniem.

„Panasonic Corporation” šo tehnoloģiju izmantos novērošanas kamerās, transportlīdzekļos uzstādāmajās kamerās, apraides kamerās, industriālās pārraudzības kamerās, digitālajās fotokamerās un citās attēlveidošanas ierīcēs un veicinās liela ātruma un augstas precizitātes attēlveidošanas un uztveršanas funkciju attīstību.

Tehniskie termini

[1] Dinamiskais diapazons
Attēlā uztveramais gaismas intensitātes diapazons
(attiecība starp gaismas intensitātes augstākajām un zemākajām vērtībām).

[2] Vienlaicīgās uztveršanas dinamiskais diapazons
Vienā laikā uztveramais gaismas intensitātes diapazons.

[3] S/N
Signāla/trokšņa attiecība, kas norāda signāla stipruma attiecību pret trokšņa stiprumu.

[4] Optiskās absorbcijas koeficients
Konstanta vērtība, kas norāda, cik daudz gaismas absorbē materiāls, kad tajā iekļūst krītoša gaisma.

[5] Piesātinājuma vērtība
Maksimālais apstrādājamais elektriskā signāla daudzums.
Ja signāls pārsniedz šo vērtību, attēls kļūst pārgaismots.

[6] LED mirgoņa
Attēlveidošanas fenomens, ko izraisa LED apgaismojuma (luksoforu, automobiļu gaismu, reklāmas zīmju) frekvence un kameras attēlveidošanas ātrums, kā rezultātā attēls tiek uzņemts nepilnīgi.

[7] Fluorescējošā mirgoņa
Attēlveidošanas fenomens, kuru izraisa fluorescējošā apgaismojuma (ceļa apgaismojuma, reklāmas zīmju) frekvence un kameras attēlveidošanas ātrums, kā rezultātā attēls tiek uzņemts nepilnīgi.

Attēls, kas uzņemts, izmantojot jauno plašā dinamiskā diapazona tehnoloģiju

* Turpmāko paziņojumu presei saturs ir precīzs to publicēšanas laikā, bet tas var tikt mainīts bez iepriekšēja brīdinājuma. Lūdzu, ņemiet vērā, ka šajos dokumentos ne vienmēr var būt iekļauta pati jaunākā informācija.