製品情報

イメージセンサー

PDAF

PDAF: Phase Detection Auto Focus

PDAF機能は、高速自動フォーカス技術です。この技術は、従来技術(コントラストAF)と比較して以下のようなメリットがあります。

  • 位相差検出オートフォーカス

    位相差検出オートフォーカス

  • 従来

    コントラストAF

PDAFは、フレーム検出ごとにすばやく正確にピントを合わせることができます。

ケース1移動体物質に高速でピントを合わせる

Object direction [Contrast AF search: Wrong search direction (near or far) Can't track the change of direction] [Ideal Phase detection AF: Can measure object distance on every frame]

ケース2急激にシーンが遠近で変化した場合のピント合わせ

Near Object, Far Object [Contrast AF search: Need Search Step] [Ideal Phase detection AF: Can move object position directly]

HDR機能内蔵

昼間の屋外、直射日光と木陰の明るさの違いは、ダイナミックレンジと呼ばれる写真の被写体の明るさの範囲で、簡単に104を越えます。モバイルアプリケーション用途の一般的なイメージセンサーは、1画像で103を超えるダイナミックレンジを撮影することができません。ソニーのHDR(High Dynamic Range)機能は、暗い部分と明るい領域の両方で明瞭に写真を撮る時に対応しています。これは、以下を含む状況で効果があります。

  1. 明るい背景の記念撮影
  2. 風景写真
    ソニーの HDR 機能により、土地や海を極端に暗くすることなく、空の色や雲の色合いを美しく撮影できる
  3. 直射日光下での撮影
    過剰な光度の領域では、影が暗過ぎたり、被写体がぎらぎら見えたりすることがありますが、ソニーの HDR 機能で美しい写真が撮れます

一般的なHDR:複数の画像合成

従来の HDR 機能は、静止画を取る時のみに使用することができ、1度のシャッターで、異なる露室(高い、標準的、低い)の複数の画像を撮影します。これらの画像は、アプリケーションによって合成され、単一の画像が生成されます。ただし、イメージの処理には時間がかかり、その出来合は合成および保存されるまでわかりません。また、動く被写体は、正確に撮影できないこともあります。

内蔵のHDR技術

撮影時に2つの露光条件が設定されており、撮影した画像はハードウェアで適切な信号処理が施されます。

Figure 1: Short exposureとLong exposureの画像を組み合わせて1つの画像を作る

高いCRA互換

オンチップレンズの最適化されたレイアウトとカラーフィルタ構造の改良は、大型のCRA(チーフレイアングル)レンズとの互換性を保証します。同時に、隣接するピクセルからの信号のクロストークによって引き起こされる混色が減少し、SNR性能が向上する。これらの改良により、画質を犠牲にすることなく低背型カメラモジュールが可能になり、薄型スマートフォンでのカメラ性能が向上します。

高速撮影

高速動画撮影するのに、従来の垂直方向のアナログ画素信号加算(ビニング)を水平方向のアナログ画素信号の平均化処理後、一度に4つのアナログ信号画素をAD変換します。これにより、SNRが2倍(回路ノイズを除く)の画像を通常の4倍の速度で読み取ることができます。

*IMX219PQの撮影例

180フレームで、テニスのサーブの録画

試作品のモジュールで録画しているため、実際の画質と異なる場合があります。

180フレームで犬の敏捷なスラロームを録画

試作品のモジュールで録画しているため、実際の画質と異なる場合があります。

積層型CMOSイメージセンサー

「人間の目を超える」CMOS イメージセンサーに機能的な付加価値を!

例:「ハイダミックレンジ(HDR)ムービー」機能

撮影時に同一画面内で 2 種類の露出条件を設定、そこで得た画像に適切な信号処理をすることで、ダイナミックレンジの広い画像を生成し、逆光でも色鮮やかに撮影できます。

HDR movie function off, HDR movie function on

裏面照射と積層構造による高機能化

ソニーのイメージセンサーは、裏面照射型CMOS イメージセンサーの支持基盤の代わりに信号処理回路が形成されたチップを用い、その上に裏面照射型画素が形成された画素部分を重ね合わせた、独自の「積層型構造」を採用しています。

Structure of Stacked CMOS Image Sensor

従来のCMOSイメージセンサーでは、同一チップ上に画素部分とアナログ・ロジック回路を搭載するため、回路規模とチップサイズ、画素部分と回路部分の配置によるノイズ対策、画素特性と回路トランジスタ特性の最適化など、数々の制約があり、大規模な回路を搭載する上での課題となっていました。
当社は、従来の裏面照射型CMOSイメージセンサーの支持基板の代わりに信号処理回路が形成されたチップを用い、その上に裏面照射型画素が形成された画素部分を重ね合わせるという、積層構造の確立に成功しました。この積層構造により、小さなチップサイズで大規模な回路の搭載が可能となります。また、画素部分と回路部分をそれぞれ独立したチップとして形成するので、画素部分は高画質化に特化し、回路部分は高機能化に特化した製造プロセスを採用できるため、高画質化・高機能化・小型化を同時に実現できます。さらに、回路が形成されたチップに先端プロセスを採用することで、信号処理の高速化・低消費電力化も図れます。

裏面照射型CMOSイメージセンサー

人間の目の「感度の限界」を超える!

Condition:1 lx F1.4 (QXGA image 60 frame/s) Existing [Internal gain 42 dB/ADC 10bit mode] BI [Internal gain 51 dB/ADC 12bit mode]

裏面照射型による高感度化

ソニーは、CMOS イメージセンサーの持つ低消費電力や高速性といったメリットを活かしつつ、画素の基本構造を表面型から裏面照射型に根本的に変えることで、高画質化への重要な要素である感度向上やノイズ提言を実現した裏面照射型CMOS イメージセンサーを開発しました。

Structure of Front and Back-illuminated pixel

従来の表面照射型では、受光部(フォトダイオード)を形成した基板表面側の上の配線やトランジスタがオンチップレンズで集光した入射光の妨げになり、画素の小型化や光の入射角変化における課題となっていました。
裏面照射型では、シリコン基板を反転させた面(裏面側)から光を照射させることで、配線やトランジスタの影響を受けることなく単位画素に入る光の量を増大させるとともに、光の入射角変化に対する感度低下を抑えることが可能です。しかしながら、裏面照射型では通常の表面照射型と比較して、その構造や工程に起因したノイズ、暗電流、欠陥画素、混色など、イメージセンサーの画質低下につながる課題が発生し、SN比を低下させてしまいます。
そのため、ソニーでは、裏面照射型に最適化した独自のフォトダイオード構造とオンチップレンズを新たに開発し、その結果、従来型と比較して、感度の改善およびノイズ、暗電流、欠陥画素を低減し、暗時ランダムノイズの改善を実現しました。また、高精度アライメント技術により、混色の課題も克服しました。

カラムA/D変換回路内蔵CMOSイメージセンサー

人間の目の「速度の限界」を超える!

カラムA/D変換回路内蔵CMOSイメージセンサーが捉えた、水風船が破裂した瞬間の連続写真

低ノイズ化および、カラムA/D 変換による高速化

ソニーのCMOSイメージセンサーの高速化の鍵は並列信号処理です。CMOS イメージセンサーはアナログ信号である画素の信号をデジタル信号に変換するA/D 変換回路を持っています。このA/D 変換回路を水平方向に数千個並べ、同時に動作させることで高速化を実現しています。
またソニーのCMOS イメージセンサーは、このA/D 変換回路に大きな特徴があります。ノイズを発生するアナログ回路の規模を削減することと、発生するノイズを自動的に抑圧するような回路構成を取ることで、高速化と低ノイズ化を両立させているのです。

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