Sony Exmor

Технологии

по Команда Sky-Route
Sony Exmor
Sony Exmor

Введение

Exmor — это название технологии, реализованной Sony в некоторых своих CMOS- датчиках изображения . Он выполняет встроенное аналогово-цифровое преобразование сигнала и двухэтапное шумоподавление параллельно на каждом столбце CMOS-сенсора.

Датчики семейства Exmor стали широко доступны в потребительской технике.

Версии технологии

Sony выпускает несколько версий технологии Exmor, в зависимости от модели камеры и других характеристик. Вот некоторые из них:

  • Exmor R: эта версия была представлена в 2011 году и является улучшенной версией Exmor APS-C. Она имеет более высокую чувствительность и разрешение, что позволяет получать более качественные изображения в условиях низкой освещенности
  • Exmor RS: это версия, разработанная для камер с сенсорами формата 35 мм. Она обеспечивает более высокое разрешение и чувствительность, чем Exmor R, и может использоваться в камерах, которые требуют высокого качества изображения.
  • Exmor XTR: эта версия является самой последней и наиболее продвинутой. Она разработана для камер высокого разрешения и обеспечивает еще более высокое качество изображения, а также более быструю обработку данных.
  • Exmor IMX586: это последняя версия Exmor, представленная в 2021 году. Она отличается высокой чувствительностью и разрешением, а также улучшенной производительностью обработки данных. Она используется в камерах Sony Alpha 1, Sony A7 IV и других моделях.
Exmor R

Exmor R — это версия CMOS-датчика изображения Sony с задней подсветкой. Exmor R был анонсирован Sony 11 июня 2008 г. и стал первой в мире серийной реализацией сенсорной технологии с задней подсветкой. Sony утверждает, что Exmor R примерно в два раза чувствительнее обычного датчика с фронтальной подсветкой.

Этот датчик с активными пикселями используется в нескольких мобильных телефонах и камерах Sony, а также в iPhone 4s и 5 от Apple. Первоначально Exmor R был ограничен датчиками меньшего размера для видеокамер , компактных камер и мобильных телефонов, но полнокадровая камера Sony ILCE-7RM2, представленная 10 июня 2015 года, также оснащена датчиком Exmor R.

Технология Exmor R позволяет создавать изображения с высоким разрешением и качеством, а также уменьшает количество шума на изображении. Она также обеспечивает более быстрое время обработки изображений и уменьшает энергопотребление устройства.

Одной из главных особенностей Exmor R является использование технологии задней подсветки (back-illuminated) для создания высококачественных изображений. Эта технология использует подсветку матрицы, которая позволяет получить более яркие и четкие цвета на изображении.

Кроме того, Exmor R также использует технологию динамической фокусировки (Dynamic Contrast Enhancement), которая позволяет улучшить контрастность изображения и сделать его более ярким и четким.

В целом, технология Exmor R от Sony является одной из самых передовых технологий обработки изображений, которая обеспечивает высокое качество изображения и быстрый процесс обработки.

Технологические достижения Sony

Sony Exmor

Sony разработала «Exmor R», CMOS-датчик с независимо разработанной Sony структурой с задней подсветкой, с целью создания камеры, способной делать исключительные фотографии даже при свете свечи. Exmor R примерно в два раза чувствительнее (*1) обычного КМОП-сенсора с фронтальной подсветкой, а также отличается низким уровнем шума. В КМОП-датчике с задней подсветкой свет направляется на кремниевую подложку сзади, что позволяет использовать свет с уровнем эффективности, недоступным для обычных пиксельных структур с передней подсветкой. Теперь фотографы могут создавать плавные высококачественные изображения в условиях низкой освещенности, включая ночные сцены. В феврале 2009 года Sony представила HDR-XR500V и HDR-XR520V, первые в мире HD-видеокамеры, оснащенные этой CMOS-матрицей с задней подсветкой.

Будущий потенциал датчика изображения

Будущий рыночный потенциал потребительских камер сосредоточен, главным образом, на компактном оборудовании, которое сочетает в себе портативность и высокое разрешение, необходимое для съемки объектов в мельчайших деталях. Разработчики постарались оправдать такие ожидания, уменьшив размер пикселя при сохранении фотографических характеристик датчиков изображения. Однако, в дополнение к постоянному спросу на компактные камеры с высоким разрешением, в последние несколько лет все больше внимания уделяется улучшениям в других областях, таких как минимальное освещение объекта и высокоскоростная фотосъемка. В результате в настоящее время растет потребность в общем улучшении разрешения, обеспечиваемого датчиками изображения, включая отношение сигнал/шум.

Проблемы, связанные с обычными датчиками CMOS

Пиксели в КМОП-датчиках состоят из фотодиодов, сформированных на кремниевой подложке, и встроенных линз, сформированных над фотодиодами для сбора света. Когда падающий луч света проходит через линзу на кристалле и достигает фотодиода, фотоэлектрическое преобразование превращает свет в электронные данные, которые выводятся в виде напряжения. Этот процесс позволяет собирать свет в виде электрических сигналов.

Рис. 1: Поперечное сечение КМОП-сенсора с фронтальной подсветкой

Обычные датчики CMOS имеют многослойную структуру, включающую слой транзисторов и металлическую проводку между встроенными линзами и фотодиодами. Они используются для ввода и вывода напряжения. В результате этой структуры падающий свет может отражаться, если он сталкивается с металлическими проводами на пути прохождения света, или он может преломляться за счет преломления на границе слоя изолирующей пленки. Следовательно, транзистор и металлическая проводка могут препятствовать эффективному попаданию света (собранного встроенными линзами) на фотодиоды. Когда количество пикселей увеличивается для повышения четкости, площадь на пиксель уменьшается. Если увеличить количество металлических проводов для создания высокоскоростной приводной системы, количество света, собираемого фотодиодами, уменьшится, что приведет к дальнейшему ухудшению коэффициента сбора света.

«Exmor R» — КМОП-сенсор с тыловой подсветкой

Рис. 2: Поперечное сечение пикселя в КМОП-сенсоре с задней подсветкой

Характеристики датчиков CMOS включают низкое энергопотребление и высокую скорость. Максимизируя эти преимущества, Sony устранила вышеупомянутые проблемы, связанные с обычными КМОП-сенсорами с фронтальной подсветкой, разработав революционную технологию. В отличие от обычной структуры пикселя CMOS, CMOS-сенсор Sony с обратной засветкой подвергается воздействию света с обратной стороны кремниевой подложки. Результатом является значительное улучшение фотографических характеристик, в том числе увеличение чувствительности примерно в два раза (*1) и снижение уровня шума. Sony удалось разработать датчик CMOS с квадратными пикселями 1,75 мкм, разрешением 5 мегапикселей (эффективное) и скоростью 60 кадров в секунду. Sony начала массовое производство этого нового чипа, CMOS-сенсора Exmor R с задней подсветкой.

В датчике с обратной засветкой кремниевая подложка перевернута, чтобы обеспечить воздействие света на обратную сторону. Поскольку свет не блокируется проводкой и слоем транзистора, на каждый пиксель попадает сравнительно больше света, и нет потери чувствительности, вызванной изменением угла падения. Однако структура датчика с задней подсветкой и производственные процессы могут привести к ряду проблем, которые могут снизить разрешение и отношение сигнал/шум датчика изображения. К ним относятся шум, темновой ток, дефектные пиксели и смешение цветов.

Sony преодолела эти проблемы, разработав новую структуру фотодиода и встроенную линзу, оптимизированную для этого КМОП-сенсора с задней подсветкой. Эти усилия увеличили отношение сигнал/шум на 8 дБ по сравнению с более ранними КМОП-сенсорами Sony с пиксельной структурой, основанной на пикселях того же размера. Чувствительность была улучшена на 6 дБ (*1) , в то время как шум, темновой ток и дефектные пиксели были уменьшены. Это отражается в уменьшении случайного шума на 2 дБ в темных условиях. Проблема смешения цветов была решена с помощью высокоточной технологии суперпозиции.

Рис. 3: Сравнение поперечного сечения конструкций с передней и задней подсветкой

Будущее технологии

Sony использовала пиксельную технологию высокого разрешения, разработанную для ПЗС, вместе со своей уникальной технологией аналого-цифрового преобразования с параллельным столбцом и технологией двойного шумоподавления для разработки высокоскоростных технологий высокого разрешения для CMOS-сенсоров, таких как Exmor. Разработав этот новый CMOS-сенсор со структурой с задней подсветкой, Sony еще больше улучшила чувствительность и уменьшила уровень шума. С датчиком с задней подсветкой можно использовать несколько слоев металлической проводки и располагать транзисторы с большей свободой. Ожидается, что эти преимущества приведут к целому ряду усовершенствований, включая дальнейшее улучшение скорости и динамического диапазона. Sony планирует использовать «Exmor R»

Примеры изображений, сделанных в условиях низкой освещенности (30 люкс)

Новый датчик Sony Exmor R: что он означает для астрофотографов?

лагодаря новому датчику Exmor R теперь можно поместить на чип еще больше информации об объекте с коротким временем экспозиции. Еще несколько лет назад люди все еще предпочитали ПЗС-сенсоры. Это было потому, что они создавали меньше шума, были чувствительны и вы могли распознавать больше деталей. Но датчики CMOS были улучшены. Быстрая передача данных и сверхбыстрая цифровизация завершают достижения. Шум был заметно снижен, что сделало эту технологию интересной для астрономии. Эти датчики CMOS также называются датчиками с фронтальной подсветкой.

Новые датчики с задней подсветкой от Sony

Sony разобрала сенсоры и собрала их совсем по-другому. Теперь фотоны проходят через микролинзы, а затем через цветовые фильтры. Все идет нормально. Но после этого они сразу переходят к пикселям.

Электроника, провода и транзисторы расположены сзади. Теперь фотоны достигают фотоэлементов, не отвлекаясь. Кремниевая подложка освещается сзади, а не спереди. Еще одним преимуществом является технология STARVIS, подгруппа датчиков Exmor R, обладающая еще более высокой чувствительностью. Эта технология реализует свою наибольшую пользу именно там, где мало света.

Благодаря многочисленным усовершенствованиям датчики Exmor R стали чрезвычайно быстрыми, производят еще меньше шума , в два раза более чувствительны (источник: Sony) и даже имеют более высокую передачу в инфракрасном диапазоне.

Эта технология уже давно используется в исследованиях. Но до сих пор цена таких камер была астрономически высокой. Благодаря снижению цен любители теперь могут пользоваться преимуществами этих CMOS-сенсоров.

Что это значит для ваших астрономических снимков?

  • Больше света за меньшее время
  • Более короткое время экспозиции — и, следовательно, меньше проблем с отслеживанием
  • Галактики и туманности теперь можно фотографировать без охлаждаемых камер
  • Чрезвычайно высокая частота кадров — в результате получаются еще более четкие снимки планет.
  • Более высокая чувствительность в ближнем инфракрасном диапазоне — для изображений Марса и Венеры.
  • Более яркие небесные объекты часто можно увидеть в прямом эфире

Источник: https://www.astroshop.eu/blog/?p=36484

Заключение

Эти новые датчики Sony с задней подсветкой открывают новые захватывающие возможности для астрофотографов. Благодаря низкой себестоимости цены низкие. А выигрыш — красивые астрономические фотографии с небольшими затратами. Но лучше всего то, что камеры ToupTek уже оснащены этой технологией. Наверное, сейчас можно было бы сказать: «Где много света, там и остается много света». По крайней мере, что касается этих новых камер.

Leave a Comment