 |
| Panasonic утверждает, что меньшее рассеивание света и заряд между пикселями позволяют лучше различать цвета. |
Panasonic опубликовала сообщение в блоге, в котором рекламируются заявленные преимущества CMOS-сенсора на органической пленке, которые компания разрабатывает с 2013 года. В то время как ранее компания говорила о способности сенсора на органической пленке обеспечивать глобальный затвор, широкий динамический диапазон и переменный эффект нейтральной плотности, новый Сообщение в блоге обсуждает уменьшенные цветовые перекрестные помехи, Panasonic говорит, что датчик может демонстрировать.
Снижение цветовых перекрестных помех означает, что красные, зеленые и синие пиксели сенсора воспринимают только свой предполагаемый цвет, а свет или заряд не проникают через разноцветные пиксели. Это обещает большую точность цветопередачи, особенно при источниках света со странным цветом, которые находятся между двумя из этих основных цветов (в частности, при очень желтом, голубом или пурпурном освещении).
Panasonic выделяет три технологии, позволяющие уменьшить перекрестные помехи:
Частично это преимущество связано с тем, что слой фотопроводящей пленки более эффективно поглощает электроны, чем кремний (до 10 раз для зеленого света, заявляет компания), что позволяет слою пленки быть очень тонким. Эта тонкость означает, что существует более узкий диапазон углов, при которых свет, падающий на соседний пиксель, может проходить через светочувствительную секцию в соседний пиксель. Это делает физическое разделение пикселей разного цвета более эффективным.
Второй аспект уменьшения перекрестных помех — это ряд разрядных электродов на краях пикселей: они отводят заряд, генерируемый на границах между пикселями, так что заряд от соседнего пикселя не накапливается. Эти разрядные электроды не были показаны на предыдущих диаграммах от Panasonic и могут привести к снижению эффективности датчика, поскольку часть заряда, генерируемого органическим слоем, направляется в сторону, а не направляется на формирование изображения.
Последнее преимущество, по утверждению Panasonic, заключается в том, что электрод за органическим слоем предотвращает проникновение высокоэнергетического света (особенно красного света) за пределы светочувствительной области в схему датчика. В конструкции Panasonic электрод отражает непоглощенный свет обратно в органический слой, обеспечивая его поглощение; компания утверждает, что только 1% красного света (измеренного на длине волны 660 нм) проникает в схему датчика по сравнению с 20% в некоторых конструкциях CMOS.
 |
| Минимизация количества пикселей, собирающих свет от своих соседей, должна быть особенно полезной при сложном освещении, попадающем между двумя основными цветами сенсора. |
Органическая фотопроводящая пленка, используемая в датчике, была первоначально запатентована в 2011 году компанией Fujifilm, которая затем начала сотрудничество с Panasonic в 2013 году для разработки датчика. Впоследствии Panasonic создала сенсор с поддержкой 8K на основе этой технологии и выпустила камеру, в которой она используется.
Тем не менее, в этом последнем сообщении в блоге предлагается коммерческое вещание, промышленное машинное зрение, медицина, автомобилестроение и здравоохранение в качестве приложений, в которых датчик может предложить преимущества: компания не включает фотографию в список.
Сообщение блога:
Panasonic разрабатывает технологию КМОП-сенсора изображения на основе органической фотопроводящей пленки (OPF), обеспечивающую превосходную цветопередачу при любом освещении
Осака, Япония – Корпорация Panasonic Holdings объявила о разработке превосходной технологии цветопередачи, которая подавляет перекрестные помехи цветов за счет утончения слоя фотоэлектрического преобразования с использованием высокой степени поглощения света органическим фотопроводящим файлом (OPF) и за счет использования технологии электрического разделения пикселей. В этой технологии часть ОПФ, осуществляющая фотоэлектрическое преобразование, и часть схемы, хранящая и считывающая электрический заряд, полностью независимы. Эта уникальная многоуровневая структура резко снижает чувствительность каждого пикселя в зеленом, красном и синем цветах в областях длин волн за пределами целевого диапазона. В результате снижаются цветовые перекрестные помехи, получаются отличные спектральные характеристики и становится возможной точная цветопередача независимо от типа источника света.
Абстрактный
Обычные кремниевые датчики изображения байеровского матричного типа не обладают достаточной эффективностью разделения цветов для зеленого, красного и синего цветов. Поэтому, например, при источниках света, которые имеют пики на определенных длинах волн, таких как голубой свет и пурпурный свет, было трудно точно воспроизвести, распознать и оценить цвета.
Наш датчик изображения OPF CMOS имеет уникальную структуру, в которой часть фотоэлектрического преобразования, преобразующая свет в электрический сигнал, представляет собой органическую тонкую пленку, а функция хранения и считывания заряда сигнала выполняется в части схемы, которые полностью независимы. друг от друга (рис. 1). В результате, в отличие от обычных кремниевых датчиков изображения, можно обеспечить характеристики фотоэлектрического преобразования, не зависящие от физических свойств кремния. OPF с его высокой скоростью поглощения света позволяет утончать часть фотоэлектрического преобразования ((1) технология утончения пленки фотоэлектрического преобразования). Благодаря использованию разрядного электрода на границах пикселей разряжается заряд сигнала, обусловленный падающим светом на границы пикселей, и подавляется заряд сигнала от соседних пикселей ((2) технология электрической изоляции пикселей). Кроме того, поскольку нижняя часть OPF покрыта пиксельным электродом для сбора сигнального заряда, генерируемого в OPF, и электродом для разрядки заряда, падающий свет, который не может быть поглощен OPF, не достигает стороны схемы. Это подавляет передачу ((3) Структура подавления передачи света). С помощью трех вышеупомянутых технологий можно подавить световые и сигнальные заряды, поступающие от соседних пикселей. В результате цветовые перекрестные помехи могут быть сведены к почти идеальной форме, как это показано на спектральных характеристиках, показанных на рисунке 2, и достигается точная цветопередача независимо от цвета источника света (рисунок 3).
Эта технология обеспечивает точную цветопередачу и проверку даже в условиях, где обычным датчикам изображения трудно воспроизвести исходные цвета, например, на заводах, использующих пурпурный свет. Также возможно точно воспроизводить цвета веществ с тонкими изменениями цвета, таких как живые организмы. Его также можно применять для лечения кожных заболеваний, мониторинга состояния здоровья и осмотра фруктов и овощей. Кроме того, в сочетании с высокими характеристиками насыщения и функцией глобального затвора нашего датчика изображения OPF CMOS*он может способствовать созданию высоконадежных систем визуализации, которые очень устойчивы к изменениям типа источника света, освещенности и скорости.
 |
|
| Датчик изображения BSI Si CMOS | КМОП-датчик изображения OPF |
| Рисунок 1. Сравнение структуры пикселей (изображение поперечного сечения) | |
 |
|
| Датчик изображения BSI Si CMOS | КМОП-датчик изображения OPF |
| Рис. 2. Сравнение спектральных характеристик | |
 |
| Рис. 3. Сравнение цветовых диаграмм при различных источниках света. |
Основные характеристики
Данная разработка базируется на следующих технологиях.
- Технология утончения пленки фотоэлектрического преобразования с 10-кратным увеличением поглощения света
- Технология электрической изоляции пикселей, которая разряжает ненужные заряды на границах пикселей.
- Структура подавления пропускания света, которая подавляет прохождение света через элемент фотоэлектрического преобразования.
Подробная информация о технологиях
-
Технология утончения пленки фотоэлектрического преобразования с 10-кратным увеличением поглощения света
Коэффициент светопоглощения разработанного на этот раз ОПФ примерно в 10 раз выше, чем у кремния (рис. 4). Расстояние, необходимое для поглощения света, сокращено, что позволяет сделать OPF тоньше, чем у кремниевых фотодиодов, и, в принципе, можно уменьшить наклонно падающий свет от соседних пикселей, который является фактором цветовых перекрестных помех (рис. 5).
 |
| Рис. 4. Коэффициенты оптического поглощения OPF и Si |
 |
|
| Датчик изображения BSI Si CMOS | КМОП-датчик изображения OPF |
| Рисунок 5. Сравнение эффектов наклонно падающего света | |
- Технология электрической изоляции пикселей, которая разряжает ненужные заряды на границах пикселей.
Заряды, генерируемые на границах пикселей, включают в себя заряды сигналов, исходящие от соседних пикселей из-за наклонно падающего света, что способствует цветовым перекрестным помехам и ухудшению разрешения. В обычных кремниевых датчиках изображения на границе между пикселями предусмотрен светозащитный слой для предотвращения косого падающего света. Однако свет, отраженный светозащитным слоем, становится рассеянным светом, проникает в соседние пиксели и дифрагирует, оборачиваясь, что приводит к недостаточной светозащите. Поэтому компания Panasonic разработала структуру, которая разряжает сигнальный заряд, вызванный падающим светом на границы пикселей, и подавляет проникновение сигнального заряда от соседних пикселей путем размещения нового разрядного электрода на границах пикселей. Как показано на рисунке 6, при наличии разрядного электрода заряд, генерируемый на границах пикселей, разряжается, что позволяет подавить ухудшение качества изображения.
 |
| Рисунок 6. Заряд сигнала в БКП |
- Структура подавления пропускания света, которая подавляет прохождение света через элемент фотоэлектрического преобразования.
Свет, падающий на фотоэлектрический преобразователь (фотодиод в кремниевых датчиках изображения, OPF в датчиках изображения OPF CMOS), фотоэлектрически преобразуется в сигнальные заряды. Однако часть света не преобразуется фотоэлектрически и проходит сквозь него, способствуя цветовым перекрестным помехам. Красный свет, который имеет большую длину волны и меньшую энергию по сравнению с другим светом, легче проникает и имеет большие перекрестные помехи. Как показано на рис. 7, кремниевый датчик изображения пропускает примерно 20 % света с длиной волны 600 нм, в то время как КМОП-датчик изображения OPF пропускает только 1 % света с той же длиной волны. Нижняя часть ОПФ покрыта пиксельным электродом для сбора сигнальных зарядов и электродом для разряда зарядов. Поэтому падающий свет, который не может быть полностью поглощен ОПФ, поглощается или отражается электродом, а отраженный свет снова поглощается ОПФ. Кроме того, поскольку пространство между пиксельным электродом и разрядным электродом очень мало, свету трудно проходить через нижнюю часть OPF. В результате датчики изображения OPF CMOS конструктивно очень устойчивы к цветовым перекрестным помехам.
 |
|
| Датчик изображения BSI Si CMOS | КМОП-датчик изображения OPF |
| 7. Моделирование интенсивности света в поперечном сечении пикселя | |
В будущем мы предложим эти технологии датчиков изображения OPF CMOS для различных приложений, таких как коммерческие телевещательные камеры, камеры наблюдения, промышленные инспекционные камеры и автомобильные камеры. Мы также будем способствовать созданию высоконадежных систем визуализации, которые очень устойчивы к изменениям типа источника света, освещенности и скорости (рис. 8).
 |
| Рис. 8. Пример применения КМОП-датчика изображения OPF |
Panasonic представит некоторые из этих технологий на международной научной конференции Image Sensors Europe 2023, которая пройдет в Лондоне, Великобритания, с 15 по 16 марта 2023 года.
*[Press release] Panasonic разрабатывает первую в отрасли высокопроизводительную технологию глобального затвора с высоким разрешением 8K и использованием CMOS-датчика изображения на органической фотопроводящей пленкеhttps://news.panasonic.com/global/press/en180214-2
Технические понятия
[1] Массив Байера
Один из массивов цветовых фильтров, установленных в каждом пикселе для получения информации о цвете. Он повторяется в блоках по 4 пикселя RGGB. Поскольку каждый пиксель имеет информацию только о цвете R, G или B, другая информация о цвете интерполируется из окружающих пикселей.
[2] Цветовые перекрестные помехи
Подмешивание сигналов от одного пикселя к соседнему пикселю. В датчике изображения типа матрицы Байера, поскольку соседние пиксели имеют разные цвета, цветовые сигналы смешиваются, что приводит к состоянию, в котором точные цвета не могут быть воспроизведены.
[3] Цветопередача
Насколько точно снятое изображение может воспроизводить цвета объекта. На это влияет спектр датчика изображения, спектр источника света и спектр отражения целевого объекта.
