See uus tehnoloogia võimaldab kõrget tulemuslikkust: 123 dB lai dünaamiline ulatus samaaegse võtte juures. Nimetatud tehnoloogia aitab kaasa taustavalgustusel olevate objektide täpsele tuvastamisele ilma ajalise moonutuseta.

Osaka, Jaapan - Panasonic Corporation teatas täna, et on välja arendanud uue  laia dünaamilise ulatuse^[1] tehnoloogia, mis suudab parandada samaaegse võtte dünaamilist ulatust^[2] , muutes selle 100 korda laiemaks tavapärastest tulemustest, kasutades CMOS-pildisensorit orgaanilise fotokonduktiivse kihiga (OPF) ^*2.
OPF CMOSi pildisensoris saab eraldi määrata laengu talletamise ja fotoelektrilise konversiooni funktsioonid. Seda OPF CMOSi pildisensori unikaalset omadust kasutades on võimalik vältida ülesäritust ereda valgusega olukordades ning seda ilma ajalise moonutuseta liikuva objekti suhtes. Ka vähese valgusega olukordades on võimalik saavutada teravaid ning tekstuuririkkaid pilte. Need tehnoloogiad võimaldavad kõrge kontrastsusega stseenide puhul kiiret, suure täpsusega pildistamist ilma ajalise moonutuseta.

Värskelt välja arendatud laia dünaamilise ulatuse tehnoloogia võimaldab täpset pildistamist ja rikkalike värvitoonide saavutamist isegi kõrge kontrastsusega olukordades (taustavalgustusega stseenid või stuudiovalgustuse all). Lisaks ei ole vajalik sünteesida mitmete säristuste andmeid, mis on talletatud erinevatel aegadel. See võimaldab liikuvate objektide täpset pildistamist suurel kiirusel. Seega muudab tehnoloogia võimalikuks kiire, suure täpsuse ja laia dünaamilise ulatusega pildistamise ning objektide tuvastamise.

Uuel tehnoloogial on järgmised eelised.

1. Lai langemisnurk (60 kraadi), kõrge tundlikkuse, kõrge küllastuse ja kõrge funktsionaalsusega ahelad tänu OPFi unikaalsele omadusele, milles OPFi fotoelektrilise konversiooni ahelad ja väljundandmete vooluringid on üksteisest eraldi.
2. 123 dB samaaegse võtte dünaamilise ulatuse (st 100 × laiem kui tavalistel ränist pildisensoritel^*3) korral säilib tänu meie originaalsele samaaegse võtte struktuurile tavapärane kiibi suurus.

See laia dünaamilise ulatusega tehnoloogia sisaldab järgmisi tehnoloogiaid.

1. OPF CMOSi pildisensori disainitehnoloogia võimaldab fotoelektrilise konversiooni ja vooluringi osa eraldi kujundamist.
2. Duaalsensitiivne pikslitehnoloogia, mis on varustatud kahe tundlikkuse tuvastamise elemendiga (üks eredate ja teine pimedate tingimuste jaoks) igas pikslis. See tehnoloogia rakendab OPF CMOSi pildisensori kõrget küllastusvõimet ja tundlikkusseadete paindlikkust, et samaaegsete võtete puhul laia dünaamilist ulatust saavutada.
3. Mahutuvussidestusega mürakompensatsiooni tehnoloogia, mis on võimeline kompenseerima piksli lähtestamise müra, et tumedate objektide kujutamisel S/N^[3]  karakteristikuid parandada.

Panasonicul on selle tehnoloogiaga seoses Jaapanis 58 patenti ja välismaal 44 patenti (sh taotlemisel).

Panasonic esitleb mõningaid nendest tehnoloogiatest rahvusvahelisel akadeemilisel konverentsil ISSCC (International Solid-State Circuit Conferenice) 2016, mis toimub 31. jaanuarist kuni 4. veebruarini 2016 San Franciscos.

Märkused
*1: 3. veebruari 2016 seisuga vastavalt Panasonicu andmetele.
*2: kasutame orgaanilist fotokonduktiivset kihti (OPF), mille on välja töötanud FUJIFILM Corporation.
*3: võrdluses Panasonicu ränist CMOSi pildisensoriga.

Rohkem teavet tehnoloogia kohta

1. OPF CMOSi pildisensori disainitehnoloogia võimaldab fotoelektrilise konversiooni ja vooluringi osa eraldi kujundamist.

Tavapärane pildisensor koosneb valgust jäädvustavast ränist fotodioodist, metallist ühendustest ja kiibil olevast mikroobjektiivist.  Nii fotoelektrilise konversiooni kui signaali laengu talletamise funktsiooni eest vastutab ränist fotodiood. OPF CMOSi pildisensori puhul teostab aga fotoelektrilise konversiooni funktsiooni OPF, mitte ränist fotodiood. Signaali laengu talletamise funktsiooni eest vastutavad ahelad OPFi all. Mõlemad funktsioonid toimivad peaaegu iseseisvalt, mis võimaldab OPF CMOSi pildisensori puhul allpool toodud omadusi saavutada.

Langeva valguse ulatuse laienemine 60 kraadile ja reaalsete värvide reprodutseerimine.

Ränist fotodioodi asemel on kasutusele võetud OPF, millel on kõrge optiline neeldumiskoefitsent ^[4]. OPFi paksust on vähendatud kõigest 0,5 mikromeetrini, mis on neli kuni kuus korda õhem ränist fotodioodidest. Kuna tavapärase ränist fotodioodi puhul on vajalik vähemalt 2–3-mikromeetrine sügavus, piiras see langemisnurkade ulatust ligikaudu 30–40 kraadi peale. OPF, mis on saavutatud OPF CMOSi pildisensori tehnoloogiaga, võimaldab laiendada seda ulatust kuni 60 kraadini. Tänu sellele saab nurga alt langeva valguse korral värve tõetruult reprodutseerida ja vältida värvide segunemist. Samuti kaasneb selle tehnoloogiaga suurem paindlikkus objektiivide disainimisel, mis võimaldab kaamerate üldist suurust vähendada.

Sensori tundlikkus on suurenenud 1,2 korda võrrelduna tavapäraste ränist pildisensoritega, mis võimaldab teha selgeid pilte ning seda eelkõige vähese valguse tingimustes.

Igas pikslis olevad transistorid ja metallist ühendused, mis on valminud Panasonicu pooljuhtseadme tehnoloogiat kasutades, on kaetud OPFiga. Valgust vastu võttev osa on tavapärastes pildisensorites piiratud tingituna metallist ühendustest ning vajadusest luua valguskaitsekoht, vältimaks valguse langemist muudesse kohtadesse kui iga piksli fotodiood. OPF CMOSi pildisensori puhul on aga sensor kaetud OPFiga, mis suudab ära kasutada kogu sensori vastu võetud valguse. OPFi unikaalne struktuur ja kõrge kvantumefektiivsus tõstavad sensori tundlikkust 1,2 korda võrrelduna tavapäraste ränist pildisensoritega. Tulemuseks on selgemad pildid ning seda eelkõige vähese valgusega tingimustes.

Tavapärase tagavalgustusega (BSI) CMOSi pildisensori ja OPF CMOSi pildisensori läbilõige

OPFi ja vooluringide väljatöötamine üksteisest sõltumatuks ja kõrge jõudluse (kõrge küllastuse) tagamine

OPF CMOSi pildisensoris on OPF, mis muundab valguse elektrisignaalideks, ja vooluringid, mis talletavad elektrisignaalide laenguid ja neid loevad, välja töötatud üksteisest täielikult sõltumatutena. Seega on OPFi puhul võimalik määrata fotoelektrilise konversiooni omadusi, lainepikkust, tundlikkust jm paindlikumalt. 
Lisaks tuleb tavapäraste pildisensorite puhul asetada nii ränist fotodiood kui vooluahelad (transistorid ja kondensaatorid) iga piksli puhul räni substraadile, mistõttu on vooluringide ala piiratud. OPF CMOSi pildisensoris ei ole aga vaja ränist fotodioodi substraadile asetada. Seega on võimalik saavutada ränist substraadil kõrge jõudlusega ahelaid, näiteks suurt kiirust või laia dünaamilist ulatust. Tänu suurele kondensaatorile, mis võimaldab talletada signaali laengut, on OPF CMOSi pildisensori puhul võimalik märkimisväärselt suurendada elektrisignaali  küllastusväärtust^[5] võrrelduna tavapäraste pildisensoritega.^*3

2. Duaalsensitiivne pikslitehnoloogia, mis on varustatud kahe tundlikkuse tuvastamise elemendiga (üks eredate ja teine pimedate tingimuste jaoks) igas pikslis. See tehnoloogia rakendab OPF CMOSi pildisensori kõrget küllastusvõimet ja tundlikkusseadete paindlikkust, et samaaegsete võtete puhul laia dünaamilist ulatust saavutada.

Toetudes OPF CMOSi pildisensori pikslistruktuurile, koosneb see tehnoloogia kahest erineva tundlikkusega pikslielektroodist, kahest erineva võimsusega signaali laengu kondensaatorist ja kahte tüüpi mürakompensaatorist iga piksli kohta. Sellise tehnoloogia puhul on OPF, mis on mõeldud fotoelektriliseks konversiooniks, ja kondensaator, mis on mõelnud signaali laengu talletamiseks, välja töötatud täiesti eraldi, mistõttu on võimalik kõrgeid küllastusväärtusi saavutada. Nii ereda valgusega kui pimedaid stseene jäädvustatakse samaaegselt, kasutades erineva ülesehitusega elemente. Seega on võimalik saavutada 123 db samaaegse võtte lai dünaamiline ulatus (st 100 × laiem kui tavaliste ränist pildisensorite puhul^*3).

Element 1: kõrgtundlik element
kõrgtundlik pikslielektrood + väike salvestuskondensaator
+ mahutuvussidestusega mürakompensaator

Element 2: kõrge küllastusega element
madala tundlikkusega pikslielektrood + suur salvestuskondensaator
+ tavapärane mürakompensaator

Selle tehnoloogia abil on võimalik saavutada suurt täpsust, kiiret jäädvustamist ja liikumise tuvastamist ning seda eriti kõrge kontrastsusega olukordades.

Pikslistruktuur laia dünaamilise ulatuse saavutamiseks ja selle mõju

Lisaks talletab duaalsensitiivses pikslitehnoloogias kõrge küllastusega element alati signaali laenguid madala tundlikkuse olekus, välja arvatud väljundi loomise ajal. Seega ei teki ei LEDidest tulenevat virvendust^[6] ega luminofoorlampide virvendust^[7] , mis põhjustavad mittetäielikku piltide jäädvustamist sõidukikaamerates, ärikohtumiste edastamiseks mõeldud kaamerates jm.

3. Mahutuvussidestusega mürakompensatsiooni tehnoloogia, mis on võimeline kompenseerima piksli lähtestamise müra, et parandada tumedate objektide kujutamisel S/N karakteristikuid.

OPF CMOSi pildisensoril on selline struktuur, milles OPF ja laengu talletamise osa on omavahel ühendatud metallist juhtme abil, mistõttu ei saa kogunevaid laenguid täielikult lugeda. Seetõttu tekib probleem piksli lähtestamise müraga, mis on seotud laengu talletamise sõlmega, eksitades väljundit müra kompenseerimisega. Selle probleemi lahendamiseks oleme välja töötanud oma pooljuhtseadme tehnoloogia ning uue ja originaalse mahutuvussidestusega mürakompensaatori. Seeläbi oleme saavutanud lähtestamise müra tühistamise. Selles kompensaatoris on võimalik iga piksli lähtestamise müra piirata, luues iga tulba jaoks negatiivse tagasisideahela. Lisaks on mahutuvussidestusega struktuuri kasutamisel võimalik parandada negatiivse tagasiside kontrolli robustsust ja piirata märkimisväärselt lähtestamise müra (kuni 1,6 elektroni).

Panasonic rakendab seda tehnoloogiat valvekaamerates, sõidukikaamerates, otseülekannete tegemiseks kasutatavates kaamerates, tööstuses kasutatavates inspektsioonikaamerates ja muudes fotoseadmetes, panustades suure kiiruse ja täpsusega piltide loomisse ja sensorifunktsioonide täiustamisesse.

Tehnilised mõisted

[1] Dünaamiline ulatus
Heleduse vahemik, mida saab jäädvustada.
(suurima ja väiksema heleduse väärtuse suhe)

[2] Samaaegse võtte dünaamiline ulatus
Heleduse vahemik, mida saab korraga jäädvustada.

[3] S/N
Signaali ja müra suhe, mis tähistab signaali võimsuse suhet müra võimsuse kohta.

[4] Optiline neeldumiskoefitsent
Konstant, mis näitab, kui palju valgust neeldub materjalis langeva valguse sisenemisel materjali.

[5] Küllastusväärtus
Maksimaalne elektrisignaali hulk, millega seade toime tuleb.
Kui signaal ületab seda väärtust, on pilt ülesäritatud.

[6] LEDidest tulenev virvendus
Pildistamisega kaasnev nähtus, mille tulemuseks on mittetäielik pildi jäädvustamine, mida põhjustavad LEDide (liiklus, maanteetuled, liiklusmärgid jne) sagedus ja kaamera pildistamiskiirus.

[7] Luminofoorlampidest tulenev virvendus
Pildistamisega kaasnev nähtus, mille tulemuseks on mittetäielik pildi jäädvustamine, mida põhjustavad luminofoorlampide (maanteetuled, liiklusmärgid jne) sagedus ja kaamera pildistamiskiirus.

Pilt, mis on jäädvustatud uut laia dünaamilise ulatuse tehnoloogiat kasutades

* Järgmises pressiteates esitatud teave vastas tegelikkusele avaldamise hetkel, kuid võib ilma ette teatamata muutuda. Palun võtke seega arvesse, et need dokumendid ei pruugi sisaldada alati kõige uuemat teavet.