ソニーが開発したグローバルシャッター機能を実現した裏面照射型CMOSイメージセンサー何がスゴい?

ソニーが開発したグローバルシャッター機能を実現した裏面照射型CMOSイメージセンサー何がスゴい?

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  • 更新日:2018/02/20

ソニーは、新開発のA/D変換器を画素毎に配置し、全画素同時に露光したアナログ信号を各々即座にデジタル変換(画素並列A/D変換)することで、グローバルシャッター機能を実現した、有効画素数146万画素の裏面照射型CMOSイメージセンサーを開発。米国サンフランシスコで開催されているISSCC(国際固体素子回路会議)にて発表した。
※グローバルシャッター機能…画素信号を1行毎に読み出すために起こるCMOSイメージセンサー特有の画像の歪み(フォーカルプレーン歪み)を解消する機能

■高感度な裏面照射型CMOSイメージセンサーでグローバルシャッター機能を主に以下の技術で実現
1・低電流動作可能で小型の画素並列A/D変換器
2・Cu-Cu(カッパー・カッパー)接続
3・高速データ転送機構

現在のカラムA/D変換方式のCMOSイメージセンサーは、画素で光電変換したアナログ信号を行毎にA/D変換して読み出すため、行毎の読み出し時間のずれによる画像の歪み(フォーカルプレーン歪み)が発生していた。

今回の開発品は、新開発の低電流動作可能で小型のA/D変換器を全ての画素の下に配置し、全画素同時に露光したアナログ信号を各々即座にデジタル変換(画素並列A/D変換)した後に、デジタルメモリーで信号を一時保持する。その結果、行毎の読み出し時間のずれによるフォーカルプレーン歪みを解消し、100万画素以上の高感度な裏面照射型CMOSイメージセンサーでは、業界で初めて画素並列A/D変換器によるグローバルシャッター機能を実現した。

概略ブロック図

No image

また、従来のカラムA/D変換方式に比べて、およそ1000倍もの数のA/D変換器の搭載により増大する電流の課題に対しては、業界最高性能の低電流動作可能な小型の14ビットA/D変換器を開発することで克服したという。

さらに、A/D変換器およびデジタルメモリーは、積層型構造として下部のチップに配置することで、搭載スペースを確保。上部チップの各々の画素との接続には、同社が2016年1月に世界に先駆けて量産出荷した、「Cu-Cu(カッパー・カッパー)接続」の技術を採用している。加えて、A/D変換のための大量データの読み書きに対しては、新開発のデータ転送機構を搭載することで高速化を実現した。

チップ写真

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左:接合部断面構造/右上:画素基板/右下:ロジック基板

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F2.8、7300lux、露光時間0.56ms、γ1.0

関連情報

https://www.sony.co.jp/

構成/編集部

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