イメージング&センシングテクノロジー

イメージング&センシングテクノロジー

ソニーは、1996年にCMOSイメージセンサーの開発を始め、2000年にソニーとして初めてのCMOSイメージセンサー「IMX001」を商品化しました。当時のCMOSイメージセンサーは、薄暗い場所でノイズが多く、画素数でもCCDに劣っていました。動画の画質がSD(Standard Definition)からHD(High Definition)へと変わりつつあり、読み出し速度が遅いCCDは、いずれ高解像度データに対応できなくなることを見越し、ソニーは、2004年にイメージセンサーの開発をそれまでのCCDからCMOSイメージセンサーに注力することに、大きく舵を切りました。世界No.1シェアのCCDから、僅かなシェアしかなかったCMOSイメージセンサーへ転換する決断でした。その後、2007年には高速、低ノイズを実現した独自のカラムA/D変換回路搭載のCMOSイメージセンサーを、2009年には従来比2倍の感度を実現した裏面照射型CMOSイメージセンサーを商品化し、その性能は人間の眼を超えるまでになりました。さらに2012年には画素部分と信号処理部分の積層構造により、高画質、多機能、小型を実現した積層型CMOSイメージセンサーを商品化、2015年には小型、高性能、生産性向上を実現したCu-Cu(カッパー・カッパー)接続を世界に先駆けて実用化するなど、技術革新を重ね、常に業界をリードしています。

イメージセンサー キーテクノロジーの進化

カラムA/D変換回路搭載CMOSイメージセンサーはカラムA/D変換回路により、高速、低ノイズを実現 周辺回路技術の進化。裏面照射型CMOSイメージセンサーは裏面照射型構造により、高感度を実現 画素技術の進化。積層型CMOSイメージセンサーは積層構造により、高画質、多機能、小型を実現 積層技術の進化。Cu-Cu接続採用の積層型CMOSイメージセンサーはCu端子での直接接続により、小型、高性能、生産性向上を実現 チップ間接続技術の進化。

カラムA/D変換回路搭載CMOSイメージセンサー(2007年商品化)

A/D変換器を画素の垂直列毎に並列配置した独自のカラムA/D変換技術を採用。垂直信号線に読み出されたアナログ信号を最短で各列のA/D変換器に直接伝送することが可能で、アナログ伝送中に混入するノイズによる画質の劣化を抑えると同時に、高速での信号読み出しが可能。加えて、アナログ・デジタルの両回路で高精度なノイズキャンセルを行うデュアルノイズキャンセル方式により、低ノイズを実現。

裏面照射型CMOSイメージセンサー(2009年商品化)

独自の裏面照射型構造を採用。従来の表面照射型CMOSイメージセンサーに比べて、約2倍の感度と低ノイズを実現。シリコン基板の裏側から光を照射することで、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。夜景などの暗い場所でもなめらかで高画質な映像の撮影を実現。

積層型CMOSイメージセンサー(2012年商品化)

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た積層構造。小さなチップサイズで大規模な回路の搭載が可能。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。

Cu-Cu接続採用の積層型CMOSイメージセンサー(2015年商品化)

Cu-Cu接続は、画素チップと論理回路チップをそれぞれの積層面に形成したCu端子で直接接続。これにより画素チップを貫通する必要がなく、接続の専用領域が不要となるため、イメージセンサーのさらなる小型化と生産性向上が可能。この技術がもたらす端子配置の自由度向上と高密度化は、今後の積層型CMOSイメージセンサーの高機能化に貢献。

センシング用途へ拡がるテクノロジー

イメージセンサー市場において用途の拡大が見込まれるセンシング領域にも注力しており、これまで培ってきた撮像した画像を見るためのイメージング技術に加え、さまざまな情報を取得・活用するセンシング技術を融合させることで、イメージセンサーの新たな用途と市場を開拓していきます。

イメージングは「画質」と「高速化」の軸(画質を高める:裏面照射型による高感度化、高速化を高める:カラムA/Dによる高度化)。2軸に「人の目を超えて -Super Realityの実現-」を目指す情報の軸を加えると「より楽しく、心地よい映像体験を実現」するセンシングとなる(距離画像センサー、オートモーティブ向けセンサー、偏光センサー)。

距離画像センサー 〜3D空間認識の可能性は無限に広がる

光源から発した光が対象物で反射し、センサーに届くまでの光の飛行時間(時間差)を検出することで、対象物までの距離を測定するToF(Time of Flight)方式の距離画像センサーです。ソニーの裏面照射型の画素技術により従来比1.5倍の高精度な距離画像を実現しています。AR/VR、自律的な動作が必要となるロボットやドローンなど、ジェスチャー認識や物体認識、障害物検知など限りなく応用範囲が広がります。

  • CMOSイメージセンサー画像
  • 裏面照射型距離画像センサー
  • 距離画像と白黒画像を合成した3D Model画像

オートモーティブ向けセンサー 〜さまざまな環境下での認識性能を高め、より安全・安心へ

業界最多*1有効540万画素のLEDフリッカー(LED標識や信号機などの撮影時に起こるLEDのちらつき)の抑制と、広いダイナミックレンジを同時に実現できるCMOSイメージセンサー「IMX490」を商品化しました。また、前方センシングカメラ向けにおいて、業界最高解像度*²を誇る有効742万画素積層型CMOSイメージセンサー「IMX324」も商品化しています。先進運転支援システム(ADAS)や、バックミラーの代わりとしてのカメラモニタリングシステム(CMS)用途で、多くの車への採用拡大が期待されます。

  • *12018年12月18日広報発表時点。
  • *22017年10月23日広報発表時点。

イメージセンサー画像

  1. 車載カメラ向け業界最高解像度

    遠方における比較サンプル画像

    IMX324撮影例 IMX324(742万画素)拡大画像 IMX224(127万画素)拡大画像
  2. 高感度2666mVを実現(標準値F5.6、画素加算モード時)

    低照度時(0.1ルクスの比較サンプル画像

    IMX324(画素加算モード)撮影例 IMX224撮影例

車載領域への取り組み:センサー・フュージョン

また、将来に向けた取り組みとしては、カメラ画像とLiDARデータ、ミリ波レーダのRawデータを融合して、車両などの認識を行う、センサー・フュージョンと呼ばれる技術の開発を進めています。センサーメーカーだからこそできる、信号処理やノイズリダクション、データの最適化の組み合わせによる技術です。こちらがセンサー・フュージョンの効果の例です。 霧、逆光、夜の雨といった、認識するには厳しい環境であっても、当グループのセンサー・フュージョンでは、より早期での正確な認識が実現できます。

カメラ画像とLiDARデータ、ミリ波レーダのRawデータを融合して、車両などの認識を行う、センサー・フュージョンを示す説明図
  • カメラ画像とLiDARデータ、ミリ派レーダの情報量の多いRawデータをフュージョン
  • 悪条件の環境下でも高精度な物体検出
  • シーン1:

    従来技術

    ソニーのセンサー・フュージョン

    霧で見えない先行車両検出
  • シーン2:
    逆光

    従来技術

    ソニーのセンサー・フュージョン

    逆光で見えない先行車両検出
  • シーン3:
    夜+雨

    従来技術

    ソニーのセンサー・フュージョン

    ヘッドライト・雨滴で見えない車両検出

偏光センサー 〜見えないものが見えてくる

従来の偏光カメラでは別々の部品だった偏光素子を裏面照射型CMOSイメージセンサー内に内蔵した新しいCMOSイメージセンサーです。フォトダイオード上に偏光素子を配置しワンチップ化したことで、コンパクトな偏光カメラを実現できます。太陽光の反射で見えにくい被写体を撮影できたり、物体の表面の凹凸がより細かく撮影できることで、車関連の用途のほかさまざまな応用が期待されます。

池を偏光センサーで撮影すると波が除去され、水中の鯉がクリアに見える説明写真
  • 錠剤充填
    検査

    イメージセンサー

    錠剤とアルミシートの画像

    偏光センサー

    錠剤とアルミシートの画像
  • レンズの
    歪み検査

    イメージセンサー

    メガネの画像

    偏光センサー

    メガネの画像
  • 太陽光の
    反射除去

    イメージセンサー

    車の画像

    偏光センサー

    車の画像
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