ソニーが新世代の裏面照射型センサー「積層型CMOSセンサー」を発表

ソニーが、RGBWコーデイング、HDRムービーなどの機能を搭載した新世代の積層型CMOSセンサーを発表しました。

カメラの進化を実現し続ける次世代の裏面照射型CMOSイメージセンサーを開発

  • ソニーは、次世代の裏面照射型CMOSイメージセンサーとして、積層型CMOSイメージセンサーを開発した。本イメージセンサーは、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にすることで、カメラの進化に繋がる高画質化・高機能化・小型化を実現している。
  • 積層型CMOSイメージセンサーの主な特長
     - 高画質化・高機能化のために必要な大規模な信号処理回路の搭載
     - イメージセンサーのチップサイズの小型化
     - 高画質化に特化した製造プロセスの採用による画素部分のさらなる高画質化
     - 回路部分への先端プロセス採用による高速化・低消費電力化

新機能 「RGBWコーディング」 「HDRムービー」を開発

  • ソニーは、スマートフォンなどに向けて、暗いシーンでもノイズの少ない高画質撮影を可能とする当社独自の「RGBWコーディング」機能と、逆光でも色鮮やかな撮影を実現する独自の「HDR(ハイダイナミックレンジ)ムービー」機能を搭載したCMOSイメージセンサー2モデルを開発した。
  • 従来のRGB(赤/緑/青)画素にW(白)画素を加えた「RGBWコーディング」機能を搭載することで、高感度化を実現し、室内や夜景などの暗いシーンでもノイズの少ない高画質な撮影が可能となる。
  • 幅広いダイナミックレンジを実現する「HDRムービー」機能を搭載することで、逆光などの明暗差が大きいシーンでも色鮮やかな撮影が可能となる。本機能では、撮影時に一画面内で2種類の露出条件を設定し、それぞれの露出条件で得た画像情報に対し適切な信号処理を施す。

 

積層型CMOSセンサーでは回路部分が表面(受光部)に全く無いので、かなり高感度性能が良くなりそうですね。スマートフォンなどの小型センサー用の技術(今回製品化されるのは1/4インチと1/3.06インチ)のようですが、コンパクト用の1/2.3インチセンサーなどへの応用も期待できそうです。

また、RGBWコーディングとHDRムービーは、以前、特許が紹介されていた技術のようですね。特にHDR機能は可能なら大型センサーにも採用して欲しいところです。

2012年1月23日 | コメント(40)

コメント(40)

次のPENTAX Qには搭載してほしいなぁ~

最初は高画素化、センサーサイズ縮小に使われそうな気がします。1億ピクセル時代の到来も見えてきた?

でも、同じセンサーサイズでこれまでよりも段違いに大きい画素を使えそうな技術なので、高感度の改善にもつながりますね。回路も大型に出来るのでノイズの低減に期待します。

この特許が日の目を見たということでしょうか
 
ソニーがRGBW配列の撮像素子に関する特許を出願中(2011年4月7日)
http://digicame-info.com/2011/04/rgbw.html

とても良い事だと思うんですが、
ますますコンデジが売れなくなってしまうのではないでしょうか?
携帯、スマホの方が液晶が綺麗なのも本来おかしな話しではないでしょうか。

”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できます”

これは技術的に大きなブレイクスルーになりそうですね
今の段階ではまだ大型センサの開発にまでは至ってないのでしょうけど、効率的な構造によって開発スピードもますます高まりそうで楽しみです
(iPhone5にも採用されたりするのかな?)

省電力化も効いて動画時の発熱対策も万全になりそうですね
デジイチへの採用は年末以降かしら

メインとしては携帯、スマートフォン向けの撮像素子だと
思いますが、従来型1/2.3インチのデジタルカメラに応用されると、
たとえば1/3.2インチの超小型デジカメが出現したり、
あるいは1/2.3インチそのままであれば1/1.7~2/3インチ
レベルの高画質を期待できそうですね
ソニーがハイエンドデジカメを作りたいと言ってだいぶ経ちますが、
積層CMOS+ポケットサイズ+高品位レンズで出してくれないかな?

ペンタックスがこの情報を掴んでいたのかは分かりませんが、
Qで1/2.3インチを選択した判断は大成功と言えるのではないでしょうか?

そろそろコンパクトカメラたちも、1/2.3を脱してほしいですね
1/1.7あたりが標準になってくれると嬉しいんだけどなあ…

こういうニュースは、正直に嬉しいです。
レンズとセンサーという、カメラの2大根幹に直接かかわることなので、期待が膨らみます。
RGBWのWとは、輝度情報を専門に担当するのでしょうかね?
いずれにしても、楽しみな技術です。

裏面照射型も回路が裏側ですが、
PDの実効面積はどのくらい違うのでしょうか?
それとも回路の一部は表に出ている?

小型CMOSでは有利かも知れませんが、
サイズの大きなものでの効果は不明ですね。

あと、積層(貼り合わせ)も得率の点でどうなのでしょうか?

これはうれしいニュースです。そろそろソニーにもプロのサブとして使ってもらえるようなコンデジを作って欲しいと思っていたので。HX9Vの後継機にコレを作って一挙にハイアマ仕様にしてくれたら私は付いていきます!!

これってコンデジセンサーの受光量が2008年ごろと比べて3~4倍になるってことですよね。一眼向けはコスト高だからとかメリットが少ないからとか言って旧技術を磨いてますが、どんどん追いつかれてますよ。いくらコンデジと一眼ではセンサー面積に数~10数倍の開きがあるとはいえ、受光量比で見ればどんと縮んでくるはず。そろそろ一眼用の裏面照射センサーも出て欲しいですね。たとえ光量がせいぜい数十パーセントしか増えないとしても、それはマイクロフォーサーズとAPS-Cくらいの開きにはなると思います。

これは裏面照射と同様に小型センサーだからメリットのある技術で
大きなセンサーへの技術転用はやはりないのでしょうか?

自己フォローです。裏面照射型につきものの、低感度ノイズのことを忘れてました。あえてiso100~200にこだわる人の多い一眼ですから、ノイズの問題が技術的にクリアされない限り、一眼ではまだまだ現実的じゃないでしょうね……。

資料を良く見たら、
従来の裏面照射型は回路が表にもあるのですね。
それを積層で無くしたとのことですね。
見落としました。
てっきり、裏面照射の欠点?である
削り出しを無くすというメリットかと思った。

では裏面照射で無いそれ以前のCMOSって、
PDの面積ってどの程度だったのだろうか?
X10やS100のCMOSは裏面照射型では無いし・・

いずれにしてもコストは高そうですね。
だから小サイズからになる訳ですね。

そういや、裏面照射だからフォトダイオードの研磨工程はまだ残ってるんでしたね

構造がシンプルになることによるコスト低下は確実にあるはずなので、研磨技術の発達具合によっては大型化もありかとは思うけど……APS-Cサイズ無理かなぁ
(オールドレンズで裏面CMOS使いたいです)

>RGBWコーティング
普通のCMOSにも応用できそうなんで是非デジイチでも採用してもらいたいです

期待していましたが、小型センサー向けの技術でガッカリです。
この技術を受けて、更なる高画素化が進むんでしょうね(ソニーは業務用以外は画質よりも画素数重視ですから)。

RGBWのカラーフィルター配置と画像処理アルゴリズム、HDRムービー等は、従来型のセンサーにも応用が利きそうなので、そちらに期待します。

売れ筋の小型CMOSは世界的な競争が激しいので、新しい技術の投入でアドバンテージを築きたいのだと思います。
当面は高級コンパクトカメラからでしょうか?

「積層」って、画素が積層な訳じゃ無いのね・・・。とても残念。
でも、ダイナミックレンジが「人間の眼」に近付いたことは、素直に歓迎できます。

技術面では期待の持てる大きな可能性のある技術だと思うんですが、ソニーの最近の動向を見ると、「技術的に画質でマージンが出来た場合、そのマージンを全て高画素数化に回してしまう」傾向が強いのですよね。
つまりは結局、現在の裏面照射1600万画素機とおなじボロボロ画質の2400万画素コンデジを作る技術に成り下がるだけで、画質の向上には繋がらないような気がしてワクワクが止まってしまいます。。

正直、200ピクセル程度のサムネイルですら解るほど「のっぺりした色ノリ」「ベタッと黒く潰れた暗部」を見ていると、何十億画素になろうと虚しいだけですし、すでにコンデジではレンズの小絞りボケの限界で、これ以上の画素数を上げることの実質的意味は無くなってきているので、この辺を頭打ちにして欲しいんですけど。。

でも、知らない消費者が買う以上、商業的な喧伝のためだけに3000万画素、5000万画素にまで突入するのでしょうね。

高画素化が否定的な扱いを受けて久しいですが、最近はパソコンやTVのモニターの高画素化も凄まじく、1000万画素程度では不足を感じる時代になっています。

高画素化の悪影響がそのまま出るような進化は望みませんが、技術の進化を持って高画素化するのであれば、2000万画素のコンデジが必要とされる時代はすぐ来るような気がします。

今回の技術はそんな時代へ突入するキッカケになるかも知れませんね。

これって大型センサーにも応用出来ればCMOSでの面読み込みができたりにつながるのでは
ローリングシャッターが防げたり一眼での電子シャッターが実用化されると嬉しいですね
画像エンジンの実装もできるのでしたら、センサー面積の広さを生かして、機能の大幅な拡大や、大規模な物を低クロックで動かすことで消費電力を下げてバッテリーの持ちが良くなったりするんじゃないかと思うと楽しみです

小型超望遠につられて
1600万画素の1/2.3型裏面照射型CMOSセンサー搭載コンデジを年末に買い、
結果、低画質(とりわけ等倍画像で顕著)に涙している私としては、
ソニーの言う「高画質化」が、コンデジにおいては
「さらなる高画素化」や「センサーのサイズダウン」ではなく、
「1画素当たり受光面積拡大」→「SN比向上によるDレンジ・高感度特性向上」
ならいいなぁ、と思います。

いい製品だと思います。
これで高画素化では無く,画質向上を目指して欲しい。
次世代ディスプレイである4kは約1000万画素なので,
クロップ前提でも1300万画素あればお釣りがきますし。

小型センサーの更なる小型化、若しくは従来通りの大きさなら高画素化・高感度化・高画質化の算段がついたというところでしょうか。
APS-C以上のセンサーにも応用されるのでしょうが、大型センサーにこの利点がそのまま当てはまるかは今後の研究次第、しかもこれが実現するのは数年先になるのでしょうね。
とはいえ、構造的限界や論理的限界をすこしずつ克服して良い絵が撮れるようになるのは良いことだと思います。

すでに現時点でコンデジではレンズの解像限界を超えてます。全く結像してないんですけど。。。超高分解能レンズ開発してセット売りしてくれないかな?軽自動車に3000ccのエンジン積んで何したいのか分かりません。どんなアプリケーションを見せてくれるのか、お手並み拝見です。

私の懸念も鳥さんと同じです。
高画質化の目処が立ったからと言って、安易に高画素化に走って欲しくないですね。

これ以上の高画素化をするならば、まずはラチチュードや色再現性でフイルムを超えてからにしてもらいたいです。


ただ、エンジニアの嗜みの記事を見ればわかりますが、ソニーは既に回折限界を超えるための特許を持っているんですよね。コンデジ限定だと思いますが。

おそらく、コンデジの高画素化は更に進み、それに追いつかれないように一眼レフも更に高画素化して行くのでしょうね。

iPhoneにHDR機能が搭載されたりとダイナミックレンジの概念も一般に認知されつつあるので、今後は画素数競争でなくダイナミックレンジの競争になるといいですね

>現在の裏面照射1600万画素機とおなじボロボロ画質

http://www.dpreview.com/reviews/sonydschx100v/page12.asp

サイバーショットHX100Vの絵を見る限り、のっぺりもしていないし
立体感、解像感共に満足いくレベルだと思いますが・・・

個人的にはデジタル一眼レフも使っていますが、
キットレンズでの写りは同様にのっぺりとして満足いかない時があります
1/2.3インチだからダメ、APS-Cだから良いという単純な見方でなく、
レンズや画像処理を含む総合的な要素で判断して欲しいと思います

ついに発表されましたね。噂の三層センサーは結局これのことだったんですかね?三層じゃなさそうですが..(^^;
私はFoveonのようなものを想像してました。


裏面照射センサも発売当初はボロカスに言われていましたが、Pentax Qではかなり完成度が高いセンサになっている印象です。
このセンサも、よい絵を吐き出すようになるにはしばらく時間がかかるかもしれませんね。楽しみです。

4k時代に対応するべく、センサーも進化させないとならないでしょうね。
カラーフィルターを使うなら、16MP、24MPでは全然足らないわけで。

勘違いされている方がいっぱいいるようですが...
この積層って通常の裏面センサのチップに画像処理プロセッサのチップを張り合わせただけで、画素の光電変換部の構造にはとくに手が加えられていないです。(光電変換部の面積比は従来の裏面センサと変わらない。)
横並びのチップを積み重ねて床面積を小さくしただけなので(説明図の回路とは画像処理プロセッサのことで、1画素内の構造の説明ではない。)、モバイル向けの小型カメラモジュールのための技術だと思います。

>この積層って通常の裏面センサのチップに画像処理プロセッサのチップを張り合わ>せただけで、画素の光電変換部の構造にはとくに手が加えられていないです。

私もそう思います。海外のルモアはこれを聞き間違えて(勘違いして)記事にしたんですかね。それとも別のセンサーが開発されているのか?
非常に気になります。個人的には後者であって欲しい:)

SONYも面白い技術を出してきましたね。複数のチップを重ね合わせて
小型化することは発想としては多々あるでしょうが、それを実現したこと
はすごいと思います。
 それよりも、この技術で見えるのは、SONYお得意の裏面照射型CMOS
イメージセンサーとカラムADの組み合わせは、半導体素子としては
相性が悪く自己矛盾を抱えた構造であることですね。
 もともと、撮像素子中の配線がチップの中に占める面積は、素子のサイズに
よってあまり変わらないので、大型の撮像素子では裏面照射型CMOSの特徴が
生かせず、逆に、加工の難しさが目立って割に合わない=使えないといわれて
います。
 一方、撮像素子に一体化されるカラムADや信号処理回路は、撮像素子の大きさ
ではなく、画素数によって回路規模=面積が決まってくるので、撮像素子部分を
小型化しても、素子のチップ面積がそれに比例して減らない=割高になるし、
カメラ部分の小型化にも影響するという問題が見えてきます。
 つまりは裏面照射型CMOSとカラムADの組み合わせは大きくしても小さくしても
非効率になるということです。

 この問題の対策として、SONYは今回の積層型CMOSセンサーを開発したのでしょう。
スマホに載せるためのカメラの小型化、高性能化には大きく役立つと思います。
 でも、積層型CMOSセンサーをデジカメに使用することはないでしょうね。
大型の素子なんてもってのほか。なぜなら、大きな支持基板に小さな回路を
作ることになるから非効率もいいところ。だったら、従来どおり、撮像素子の
脇に処理回路を作りこんだほうがチップ面積としては効率がいい。でも、
大きく作りたい画素と、微細に作りたい処理回路では特性を最適化することが・・・
大きな矛盾ですね。

 SONYはこの先この矛盾をどうやって解決していくのでしょう。

サイバーショットがiso12800対応になったり(まあ6400以上は非常用だろうけど)、今回の技術発表はめでたいが、

77オーナーとして一言いいたい。

中級機が800までしか使えず、5nが実は6400まで使えたり、
急に55をディスコンにしたり、c3がキットだけディスコンでダブルキットは製造続けたり、

やることがチグハグなんだよね。

(デザインと広告だけは最高に格好いいから離れられないんだけど)

> のの さん

ああ、なるほど。私も「同じセンサーサイズで画素の受光面積を増加させる技術」だと勘違いしていました。確かに数千万個に及ぶ画素一つ一つと、外部チップを接続するなんて不可能に近いですよね。ののさんのおっしゃることが正解でしょう。

それならば、今回の技術はイメージセンサーの技術というわけではありませんね。CPUやメモリなどで、いわゆる三次元スタッキングや、TSVと呼ばれている技術のことでしょう。Si貫通ビアなどとも呼ばれています。

ひとつの半導体パッケージに複数のシリコンダイを水平に並べて接続するためのMCMという技術は従来から有りましたが、シリコンダイを積み重ねて接続することで、小さな実装面積に多くの回路を搭載でき、MCMより配線を短く、少ない電力で高速転送が可能という、次世代半導体パッケージ技術がTSVです。

もし、これのことなら、別にソニーの専売特許というわけでもないでしょうね。イメージセンサーに使ったものを発表したのはソニーが一番乗りだったかも知れませんが。

半導体メーカーなら殆どが研究していますし、すでにエルピーダメモリなどがこの技術を使ったメモリをサンプル出荷しています。次世代のサーバーやパソコンのメモリでポピュラーになる技術とも言われています。パソコンのメモリが、高速化によってスロット数の制限が厳しくなってきたため、メモリを積層化することで、搭載量を増加させるためです。

イメージセンサーにこれを使うメリットとしては、画像処理部を別チップにすることで歩留まりが向上したり、複数のセンサーで回路チップを共通にできることでコスト面でのメリットや、画像処理部をセンサーに一体化させることで、基板の実装面積が減少し、電力やノイズが減るメリットがあるのでしょう。

私も勘違いしていました(汗)
ソニーのプレスリリースの図を見るよりも、デジカメwatchに記載されているプレゼンの資料を参考にした方がイメージしやすいでしょうね。
積層型CMOSは、センサーの受光面積を増やすための技術ではなく、従来は受光面と同一平面上にあった信号読みだし回路?等を受光面の真下に移動させて、コンパクトにセンサーのパッケージングが出来るようになる技術のようですね。
本当にスマホやコンデジ、ビデオカメラ向けの技術って感じです。

ただ、この技術自体は裏面照射型CMOS以外にも応用が利きそうですね。
実際、デジカメwatchにはCCDやiSoC(←なにこれ?)での実施例のような画像もありますし。


余談ですが、HDRムービーってものすごく画期的な機能に思えてきました。
なぜなら、この技術を用いれば、EVFの弱点の一つである、ダイナミックレンジの狭さが克服出来るかもしれないからです。
これでEVFの見え味はOVFに一歩近づくでしょう。


smileblogさん

ソニーもFoveonに似た三層構造のセンサーの特許を取得していたはずですよ。
今回のセンサーは違いますが、エンジニアの嗜みや、sonyalpharumorsの過去の記事を探せばいくつか見つかると思います。

スマホ用との事ですが、海外メーカーのスマホに採用されたりするのかな?
国内メーカーのスマホを買いましたが、海外メーカーのスマホも非常に気になります。
HTCの滑らか感がとても魅力的です。

大半の日本人は、カメラは日本メーカーのものを使っているでしょうけれど
スマホはアップルを筆頭に国際競争激しいですからね。

>αxiさん

教えて頂きありがとうございます。
やっぱりそうなんですね。噂で聞いていた三層センサーの発表時期と今回のセンサーの発表時期が重なったので、気になっていましたが、どうやら別モノの可能性が高そうですね(こちらの発表時期は不明ですが)。

smileblogさん

>噂で聞いていた三層センサーの発表時期と今回のセンサーの発表時期が重なったので

それはルモア側の勘違いでしょうね。
先に書いたように、ソニーはFoveonタイプのセンサーの特許を取得していますので、このセンサー(積層CMOS)の発表を知る人物が、「積層」という言葉から、ついにソニーから三層センサーが発表されると勘違いしたのかもしれません。

>axiさん

>「積層」という言葉から、ついにソニーから三層センサーが発表されると勘違いしたのかもしれません。

ご返信ありがとうございます。
先に書いたように、私もそう思います。何にしても、センサーを作れるメーカーの強さを感じます:)またそれが日本のメーカーであることが嬉しい限りです。


蛇足ですが、技術だけでは大きな成功はつかめません。大切なのは最終製品です。消費者に訴える、価値ある製品(製品群)につなげて欲しいですね。


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このブログ記事について

このページは、2012年1月23日 に公開されたブログ記事です。

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