Imager マニア

先週は幣blog更新を休んでしまいました。で、今週はリハビリがてらやはりライト目に(^^;)

前回エントリは、MediaTekのDual PD AutoFocusなる像面位相差AFシステムをサポートしたISPの件でした。
今回もその繋がりで、像面位相差AFネタにしてみよう思います。

去る9月中旬の”Qualcomm 3G/LTE Summit”というイベントにおいて、ONsemiconductor(旧Aptina)がClarity＋テクノロジーなどのことに関して発表を行ったようです。
上記情報を知ったのは例によってコチラのサイトからなのですが、大枠の発表内容については、ほぼ丸2年前になるこの発表内容と大差が無い様に感じましたので割愛します。

　が、当然(？)新しい(≒少なくとも私は知らなかった)内容も含まれていまして、それが以下の資料。

[1回]

↑端的に説明しますと、どうやらONSemiは今後(全てのセンサで採用するのか定かではありませんが)、スマホカメラ用のイメージセンサでの像面位相差AF画素構造を、
従来の上図左の写真及び断面のタイプから、右の平面写真及び断面のものに変更するという発表の様です。

左と右が何が違うのかと言いますと(もしかしたら私が言葉で説明するよりも、上図写真を見たままの方がわかり易い可能性がありますが^^;)、

左図：1画素の半分をメタル層などで遮光して、その遮光する側を左右で逆にした上下2画素を一対とした像面位相差画素

右図：左右の2画素でマイクロレンズを共通(≒一つの曲)とし、下のフォトダイオード表面は双方とも遮光はせず、通常のままとしている像面位相差画素

　この発表資料には詳細まで記載されていませんが、つまり、
従来の”フォトダイオードを半分遮光して、1画素を半分にして使っていた”位相差画素(←これにより、スマホカメラレンズの左右どちらかから入射してきた光の一方を優先的に(？)受光して、ペア画素の信号強度を比較することによりAFを行っていたの)を、
”2画素を今までの1画素と見立てて”マイクロレンズを設置し、下地のフォトダイオードは遮光することなく通常に受光させ、この同じマイクロレンズ下の2画素をペア画素としてそれぞれの信号強度を比較して位相差AFに使用する
　という方法に変更すると言っている様に思います。

　そして、隣接フォトダイオード間が通常画素通りという違いはあるものの、これはある意味前回エントリの位相差AF画素や、キヤノンのDual Pixel CMOS AFと(私が見る分には)同じ原理(？方法？)のAF方式な様に思います。


　”こんな作りにくそうな形のマイクロレンズをわざわざ作ってまでこの新方式を採用するメリットは何なのさ？”

ということなのですが、その回答が以下の次のページの資料

↑AF合焦までの時間(縦軸)の光量(横軸)依存　の、iPhone6とこのONSemi1.1um□画素センサ比較

　つまり、上図の言いたいことを端的に言葉で表すと、
”1.5um□画素ピッチのiPhone6よりもONSemiの新しい像面位相差AF画素センサの方が、画素ピッチは1.1um□と小さいにも関わらず、1/4倍の明るさ(＝暗さ)までAFが効くんですよ”
ということ。

　これは、1画素が半分遮光されたiPhone6などの従来位相差画素と異なり、ONSemiセンサの位相差AF画素は、まったく遮光されずに1画素ごと丸々光を受けているので、

■(仮に真に半分遮光されていると仮定すると)iPhone6の位相差AF画素面積：1.5×1.5÷2=1.125um^2

■ONsemiの今回のセンサの位相差AF画素面積：1.1×1.1＝1.21um^2

となり、元の画素ピッチはONsemiセンサの方が狭いものの、実際には位相差AF画素自体の感度はONsemi製センサの方が高いことに由来しているものと思われます。

　一部だけあの上から見たら卵みたいに見える形のマイクロレンズはどうやったら作れるのか？(≒うまくあんな風に歩留まり良くできるのか？)という疑問はありますが、
像面位相差AF画素の構造としてのアイデアとしはセンスがいいものなんじゃないかな？と(上から目線で僭越ですが^^;)個人的には思いました。



あとは、像面位相差AF以外の話ですが、
上図を見ると、ONsemi≒Aptinaも、画素の分離に”DTI”を導入するような断面模式図になっていますね。

記憶では、私が実際のセンサ解析された断面でDTIが導入されているのを見たことがあるのは(STMicroelectronicsと)Samsung、そしてソニーのみだったのですが、
これでONsemi＝Aptinaも画素の分離にDTIを導入する流れになっているようです。
残るイメージセンサ大手はOmniVisionですが、こちらも既に画素分離にDTIを導入する旨の発表(←p.7)は同じクアルコムのサミットで行い済みです。
　これでイメージセンササプライヤーの上位4社は(微細画素センサにおいては)、画素分離にDTI(Deep Trench Isolation)を導入方向ということで、ほんと技術開発が早いこのご時勢では、どこかがちょっとリードしても、本当にすぐに他社も追いついて同じことをするので、ほんと差がつかないですね。厳しい世の中です(^^;)
現在は積層センサの実績面で多少ソニーがリードをキープしているという程度でしょうか。


　あとは余談の資料ですが、

↑「Clarity+のカラーフィルタ配列(RBと、Gは全くなくて、従来ベイヤ配列のGの箇所がCLEAR画素になっているもの)の右の方が、左の半端にClear画素を導入したパタンよりもモアレが少ないですよ」
というアピールと(↑クリックして大きくして見比べてもらわないと違いはわからないと思います)、

↑(恐らくセンサの読み出しゲインは揃えてある前提だと思われますが、)Clarity+カラーフィルタ配列のセンサ(右)の方が、従来ベイヤ配列(左)よりも、2倍感度が高いよ(≒同じ照度条件で撮れば2倍明るく写せるよ)
　というアピール資料ですね。

　この奇妙な形の位相差AF画素搭載センサが普及することになるのか、楽しみに(≒興味深く)見守って(？)いきたいと思います(^^)