Imager マニア

　期待通り(カナダのIC解析会社である)チップワークスがやって(＝解析して)くれました。

　以前の記事で”ニコンD5200搭載センサはソニー、ルネサス、aptinaいずれの会社のものでもなさそうだ。一体どこのメーカー製のものだ？まさかサムスンじゃないよね？”的なエントリーを上げましたが、その答えは東芝製だったようです。

これには解析したchipworks自体も驚いたようで、冒頭リンクの原文に
”Why is it a surprise to see Toshiba?”
サプライズの単語が見られます(笑)。

この解析記事自体は実際の解析内容のほんの極一部だと思われますが(何故なら詳細な解析内容は同社の売り物なのでタダでは・・・(^^;))、昨日(1/8)upされていました。
1日遅れてしまいましたが、今回は意訳は後日にして速報重視でいきたいと思います。

















↑　東芝製とわかった　2400万画素　APS-Cサイズ　撮像素子(imager / CMOSセンサ)　with センサ基板付

[1回]

以前のエントリーでも触れましたが、ニコン(Nikon)の廉価版フルサイズ一眼レフカメラであるD600に搭載されているフルサイズ撮像素子(CMOSセンサ/イメージャー)はソニー製であることは最早有名な話だと思います。

カナダの半導体素子解析会社chipworks(チップワークス)の記事にて少なくとも明らかにされています。
以下、上記サイトにupされている写真です。














↑Nikon　D600のカメラを分解していって出てきたソニー製フルサイズ撮像素子(CMOSイメージャー)　withセンサ基板付
















↑　撮像素子表面にSONYの文字が確認


　上記紹介サイトでは、新品で買ってきたD600の箱からの開封風景からのレポートがありますが、そこはすっ飛ばして中段の”A closer look at the sensor”のあたりから。　以下私の拙い訳です。

ニコンとソニーは、民生及びマニア向けレベルのカメラにおいて長いこと協業(及び競業)してきた。
我々のブログでもDSLRのセンサにおける両社の協業に焦点を当てたものを書いた。
このトレンドは続き、ニコンD600においてもソニー製の”IMX128”センサが使われている。
我々は、センサダイマーキング(←上記写真の文字のこと)に”SONY”の文字と、パッケージ裏面に”IMX128”(←この名称のつけ方はソニーのものだということは既にわかっているということ)の製造マークを見た。
　このセンサの特徴は・・・
　・24MpixelsのFXフォーマット　(FXフォーマット＝フルサイズセンサ)
　・静止画連写駒速：5.5fps
　・1080p　(←フルHD1920×1080プログレッシブ)　30fps　の動画撮影可能
　・5.9um画素ピッチ
















↑チップ表面拡大顕微鏡写真
(10画素で59um　≒　1画素5.9umピッチ)

















↑センサ表面のマイクロレンズ形状を計測した写真
記事中では”おもしろい形をしている”と表現されている


より画素に近づくとおもしろい。
我々はスキャニングマイクロスコープによって数枚の写真を収めた。
まず初めに、画素サイズを特定した(5.9um□)。
それから、画素の上面からの写真を抑えた(←オリジナル記事にはこの写真が載っています)。
斜めからの写真は、とてもおもしろいマイクロレンズ形状であることを教えてくれた。

※私には何がおもしろいのかはっきりとはわかりませんが、恐らく普通はもう少し球形に近い形をしているのかもしれません。何となくレンズの裾の形状がオバQの様に(←今の人にはわかりませんか？(^^;))外側にヌメッと広がっているようなのがおもしろいと言われているのかもしれません。　以下元記事に戻って

　表面の下を更に削っていく。
我々はメタル3とメタル1の写真を得た。

※ここで言う”メタル3とメタル1”というのは、CMOSセンサの配線層の順番を指しており、通常数字の小さい方が半導体基板に近い方、数字が大きい方が光入射する上方に近い側を指すはずです。
今回このblog記事に写真を転載していませんが、オリジナル記事の写真では明らかにメタル3が最上層の遮光層の形状をしています。
　よってソニーのこのセンサはメタルは3層まで(＝4層及び5層というような多くの配線層は使用していない)ということがわかります。
　ただ、最近は各社3層までということが多い様です。
最近はセンサの多画素化が進み、センサの画素ピッチが小さくなる傾向です。そのため、回路設計的には配線は多層化した方が有利(≒楽？)なのですが、そうすると配線高さが増してしまい、画素の光の特に斜め光に対する集光に難が出やすくなります。　(このあたりは(配線層が3つも必要にならない)CCDセンサの方が構造的に有利な点ですね)
結果、レンズF値を大きくしていった時の感度低下や、特にフルサイズセンサの周辺減光などの問題が出てきやすくなるため、配線層は3層までで何とかやりくりする傾向が強いようです。(←加えて、当然製造工程の数が減るため、配線層数を減らすと一般的には製造コストが低下するはずです)

















↑”メタル1”(フォトダイオード表面から一番近い配線層)写真
(白い方が配線層)

それらの配線は開口率を下げてはいない。
開口率は重要だ。何故ならメタル配線は、本来フォトカソードに到達するべき光を妨げ、画素信号強度を下げてしまうからだ。


　撮像素子(CMOSイメージャー)に関するコメントは上記で終了です。
若干凡庸なコメントで終了している感がありますが、まあ無料で読ませてもらえる範囲なのでこの辺で十分納得するべきなのでしょう(でないとお金を払う人がいなくなっちゃいそうですし(^^;))。

　更に以前の記事の様に下地のPolyシリコン層とアクティブ領域とコンタクトがわかる図を提供してもらえれば、写真のメタル1の役割がそれぞれわかるのですが・・・
　ただ、一つだけ予想可能なのは、5.9um画素ピッチのこのセンサも2画素で1つのFD(フローティングディフージョン/浮遊拡散層)と画素アンプを共有するレイアウトなのだろうということです。
上の写真は左右で明らかにミラー配置のレイアウトになっています。わざわざこの様な配置にする理由は上記しか考えにくいと思います。
ルネサス製のニコンD4は7um台のもっと広い画素ピッチでもやはり2画素で一つの画素アンプ共有でしたし、今後も多画素化は進展するでしょうから、一眼レフカメラ用のセンサとしてはもしかしたらキヤノンの1DX搭載フルサイズ素子が最後の1画素に1画素アンプを備えるセンサになるかもしれませんね。

[0回]

　カナダの半導体チップの解析会社　チップワークス　の　フルサイズ(フルフレーム)撮像素子搭載デジタル一眼レフカメラに関する　テクノロジーblog　の私の意訳です。

第一弾　及び　第二弾　に引き続き、締めの第三弾です。
今回でひとまずチップワークス的にはひとまず終了です。

第1弾、第二弾と比較すると若干内容薄いですが、では早速以下より。










↑　ライカ”M”搭載　STMicroelectronics製　フルサイズ撮像素子(CMOSセンサ / CMOSイメージャー)

・ライカの”M”のレンジファインダーカメラのための24MpixのCMOSイメージャーが発表された
・上記フルフレーム＝フルサイズセンサはファウンドリーパートナーのSTMicroelectronics製
・上記センサは、1.75um□のモバイル用のセンサ向けに開発された300mmのCuプロセスで製造

[0回]

　前々回のエントリの第二弾。

　カナダの chipworks という半導体チップのリバースエンジニアリング解析会社の技術blogの内容意訳。
第二弾はキヤノンのフルサイズ一眼レフカメラ(の撮像素子/CMOSセンサ/CMOSイメージャー)についてです。
(第一弾は主にニコンのフルサイズ一眼レフカメラについてでした)

　ちなみにタイトルの”Canon stays the course”　は”キヤノンは現状維持”とでも約せば良いのでしょうか。
その意味するところは以下意訳で明らかに・・・






















↑　Canon　フルサイズ一眼レフカメラ　EOS 1DX　撮像素子　画素部平面図　(active領域/POLY/CONTACTまで露出させたところ)






















↑　Canon　フルサイズ一眼レフカメラ　EOS 1DX　撮像素子断面図

・キヤノンのAPS-C及びフルフレーム(＝フルサイズ35mm)CMOSイメージセンサのサプライチェーンは、ニコンのそれよりもシンプル
・キヤノンのAPS-Cサイズ及びフルサイズセンサは(chipworksが解析したものに関しては)全てキヤノン製
・一方、コンパクトデジカメにはソニー製のCMOSイメージセンサが搭載されていたりもする


・1DXはニコンのD4の直接の競合となるプロ向けフルサイズ一眼レフカメラで、キヤノンのフラグシップ機
・1DXはALL-Iというビデオ圧縮コーデックを採用しており、とても印象的な動画性能も持っている
・1DX搭載センサは、独立した1画素のアーキテクチャだが、偶数行と奇数行でそれぞれ別々の垂直信号線に読み出される
・また、ニコンのD4同様に、FDスイッチが使われている。それは垂直の同色3画素加算用のFDノードの接続に用いられる


・一方プロセス面では、キヤノンは0.5um世代のプロセスを、APS-C及びフルサイズ素子に使い続けている
・このような枯れたプロセスを使うことは、キヤノンにとって安い製造コストによって競争力をもたらす
一方製品開発にとっては重しとなるだろう
・キヤノンは0.5um世代のプロセスを使っているせいで、画素共有アーキテクチャを用いているにも関わらず、フルサイズセンサにおいて21Mpix程度の解像度に留まっているように見える
・一般的に、より高解像度にするには、より先進的なデザインルールと画素共有アーキテクチャが必要にだ




















↑　2002年からの、キヤノン、ニコン、ソニー、ライカのフルサイズCMOSセンサ搭載一眼レフカメラの画素数トレンド

・ソニーの24MpixセンサとニコンD800のフルサイズセンサによって、画素数トレンドは増加傾向
・これは、チップワークスが指摘する　キヤノンの枯れたプロセスを使用することによるフルサイズ一眼レフカメラの画素数の"lag"と互いに関係がある
・今後も画素数増加傾向が減退することはないだろう


・キヤノンには、ニコンD800対抗の高画素機の噂がある
・その時に、遂にキヤノンは0.5um世代から卒業する(move off)のだろうか？
・2012年9月は、キヤノンが世界で初めて市場にフルサイズCMOSセンサ搭載機：EOS 1Dsを発表した記念すべき月だ
・相対的に枯れたプロセスによって製造された画素を最適化し続けることによって競争力を保ち続けるキヤノンを尊敬(credit)する


・キヤノンは、ライトパイプ(光導波路)を含む導配線に特化した0.18um世代のCMOSイメージセンサ用プロセスを持っている
・上記のことから、キヤノンが新しいフルサイズカメラシステム向けのフルサイズCMOSイメージセンサラインをリフレッシュする準備が出来ていることが予測可能だ
・キヤノンも、APS-Cセンサやひいては最終的には恐らくフルサイズもその様にCuプロセスへ移行することは運命付けられているように見える
・このシリーズの第3弾では、初めて0.18umデザインルールを用いたSTMicroelectronicsのフルサイズCMOSイメージセンサについて議論したいと思う


・画素プロセスを離れてもキヤノンにとってデザインは考えるべきことがある。キヤノンのチップはアナログ出力
・他社が好む、列並列ADCは恐らく0.5um世代プロセスでの導入は難しい
・しかし、キヤノンのシステム設計とその性能には満足させられる。もしキヤノンがより先進的な製造プロセスへ移行したら、CMOSイメージセンサとシステム設計のメジャーな刷新が同時に起こるかもしれない






















↑　キヤノンのEOS M発表時の製品図
”現在topの1DXの隣の余白には何がくる！？”噂のフルサイズ高画素機はここにくるのでは？"というチップワークスの予想を暗に示していると思われます

[1回]

http://www.chipworks.com/blog/recentteardowns/2012/11/08/inside-the-nikon-d600/

チップワークス(←カナダの解析会社)がニコンの一眼レフカメラD600搭載のフルサイズイメージャー(撮像素子/CMOSセンサ)の製造元はソニーと確認しましたね。
これもいずれ気が向けばblog記事にしたいのですが、今回imagerマニアが凄く興味をそそられているのはD5200の方です。
まずは以下に最近のニコン一眼レフカメラに搭載されたソニー製センサの写真をご覧下さい。
写真は全てニコンの公式ページにupされていたものそのままです。


















↑　D7000搭載　APS-C　CMOSイメージセンサ　16Mpix



















↑　D800搭載　フルサイズ　CMOSイメージセンサ　36Mpix

















↑　D600搭載　フルサイズ　CMOSイメージセンサ　24Mpix

では、まだチップワークス等が解析していない、発表されたばかりのD5200搭載の以下のCMOSイメージセンサの製造元はどこの会社なのでしょうか？

















↑　発表されたばかりのニコンD5200搭載　APS-C　CMOSイメージセンサ　24Mpix

　ちなみに、ニコンのHPを見ると最近発売されたD3200搭載センサもAPS-Cサイズのイメージャーで、かつ24Mpixであることがわかりますが、しかしこれと上記D5200のセンサは別物であるとわかります。
　まず有効画素数の表記が異なります。
D3200：2400万画素
D5200：2410万画素
　上記だけでは何かの都合でD5200の方が10万画素だけ有効に使う画素数を増やしただけの危険がありますが、百聞は一見にしかず。以下がD3200搭載のセンサ写真ですが、D5200とは似ても似つきません。




















　そして、上記D3200搭載センサはルネサス製造であることが既にわかっています。
つまり、上記の事柄から自明なことは、D5200搭載センサはルネサス製造ではない　ということです。
何故ならこんなに短期間に同じ画素数のセンサを、ルネサスが2つ用意する理由も、それをニコンが要求する理由も常識的にはあり得ないからです。

　ニコンは一眼レフカメラ及びミラーレスカメラに、今まで以下3社のセンサの採用実績があることも　またわかっています。
・ソニー
・ルネサス
・Aptina　(アプティナ：マイクロンのセンサ部門が独立して出来たイメージャー専門会社)

　私個人はaptina製である可能性も著しく低いと思っています。
理由：最近ニコンV2のミラーレスカメラ発表前に、aptinaは同カメラ搭載センサの発表を前もってしている
　なので、もしD5200搭載センサがaptina製であるならば、既にaptinaから何がし発表があっても良いようなものですが、発表されている気配は無い

　故に、現状最も可能性が高いのはソニー製ということになるように思います。
しかし！素直にそうはimagerマニアは思えないのです。

　上に貼り付けたそれぞれのカメラ搭載ソニー製センサとD5200搭載センサはいくつか相違点が感じられます。
パッケージは非常に似てはいるのですが・・・
　①撮像領域外のカラーフィルタの色が違うように見える

　　↑まあこれは、センサ撮影時の光の入り方の加減である程度変化してしまうので決定的な理由ではないかもしれません。実際やはり最近発売されたD600搭載センサの色と同じと言えば同じ黒っぽい色に見えなくもありません(←写真では双方のセンサとも黒っぽく見えますが、実際は青のはずです。周辺回路上に青色のフィルタを敷き詰めているので、青っぽく見えるのです)。

　②上下の撮像領域外の周辺回路の幅がD5200だけ異なる
　　↑これはソニーのセンサとしては相当異様です。コンパクト1インチセンサ搭載のRX100センサは、D5200の様にやはり片側の幅が広く取られていました。しかし、この時はワイヤーボンディングも幅の広い側にしか取っておらず、確実に片側からだけの信号読み出し回路の様に見えました。
　D5200は細い幅側にもそれなりに周辺回路はあるように見え、その画素数と駒速からしても上下へ信号読み出しを振り分けているように思います。

　また余談ですが、D5200のセンサは、センサの実装(ダイボンディング)位置が写真で言うと上側に随分とずれています。
これは恐らくセンサの有効画素中心とパッケージの中心を合わせるためにこの様なズレたことをしています。
お陰で下側のワイヤの長さはかなり長くなってしまっています。
これはセンサの特性面から考えるとあまり良いことではないはずです。

　この様な良くないズレを許容してまで、幅の広い側にどんな機能の周辺回路が積まれているのでしょう？
いずれにしても上記は今までのAPS-C以上のサイズのソニーセンサには見られなかった特長だと思います。


　では仮にソニー製でなかった場合はどこ製なのか？
・キヤノンが自社センサを外販するということはないと思うので、キヤノン製はないでしょう。
・パナソニックも今まで4/3型を超える大きさのチップを作ったことはないので、パナソニックもないでしょう。
　シャープも大きなセンサを作ったことはないし、コンパクト向けしか作ったこと無い・・・
　コダックはもう最近はセンサ事業から手を引いている・・・
　富士も最近は大きなセンサは見ないし、自社カメラもカラーフィルタは自前の様だが、センサの半導体工程は他社製・・・
　・・・・・・
　　と、消去法をしていくと、imagerマニアの中であっては欲しくないのですが、一つだけ思い当たる会社の名前が残ります・・・
　サムスン

　個人的にはそうであって欲しくないけどな～　ニコンさん(^^;)
　しかし仮に上記予想が当たっていた場合、一体ニコンにとっての良いことは何なのでしょうか？
センサ複数社購買によるリスク低減
　↑　既に3社をうまく使い分けているようですので、4社目はさすがに過剰で、むしろセンサ使いこなしの無駄な労力増加の方が起こり得るリスクよりも随分大きくなってしまうのじゃないでしょうか。

　まあそう遠くない将来回答がどこかのサイトでupされて教えてもらえることでしょう。
半導体分野、デジタル家電分野を総ナメにしてきたサムスン。このイメージャーの世界を韓国企業が我が物顔で練り歩く姿は、申し訳ないですが私は見たくはありません。

　⇒ニコンD5200搭載センサは東芝製と判明！！

　⇒ニコンD5200搭載センサchipworks解析記事意訳

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