松下开发高性能有机薄膜CMOS传感器，目标是超过背照式

　　松下开发出了动态范围高达123dB、是该公司原产品的100倍的图像传感器，并在“ISSCC 2016”(1月31日～2月4日在美国旧金山举办)上发表。用于汽车时，可使在前大灯照射下处于逆光中的人及车辆不泛白地被拍摄到。(图1)。这是通过在该公司正在开发的有机薄膜型CMOS图像传感器上配备“1像素2单元构成技术”，以及可改善拍摄黑暗物体时的S/N(信噪比)的电路技术实现的。

　　有机薄膜型CMOS图像传感器利用具有光电转换功能的有机薄膜来构成像素(图2)。不同于在数码相机和数字视频市场上占主流的背面照射(BSI)型传感器，在芯片的布线层一侧形成了一层有机薄膜。背照式传感器通过在布线层内侧配置将光转换成电信号的光电二极管，来防止布线层阻碍光的入射。

　　而此次的有机薄膜型图像传感器在布线层的前面覆盖有机薄膜。光的导入面积比背照式光电二极管要大，因此能导入更多的光，容易实现高感光度。另外，由于有机薄膜型图像传感器很薄，因此，即使以±60度的大入射角导入光，也不会漏到相邻单元。背照式传感器在不漏光的前提下可导入光的入射角为±30～40度。

　　此次，松下为了进一步改善有机薄膜型图像传感器的性能，通过用高感光度和低感光度两种单元来构成1个像素的方法，扩大了动态范围(图3)。高感光度单元增大了开口部分，低感光度单元减小了开口部分，同时增大了容量，即使强光照射，积累的电荷也不会饱和。使两种单元的面积相差10倍、积累电荷容量相差10倍，便使动态范围扩大到了原来的100倍。

　　充分利用背照式没有的特点

　　动态范围的扩大是利用了背照式传感器没有的、有机薄膜型传感器的特点才实现的。在有机薄膜型图像传感器中，有机薄膜承担光电转换功能，电荷积累通过布线设在其他层。因此能够扩大有机薄膜、减小相应的电荷积累部分等。背照式传感器的光电二极管承担着光电转换和电荷积累两种功能，因此，为了防止在强光下电荷饱和而增大电荷积累部分时，开口部分也会增大。

　　要想扩大动态范围，还有在1帧内改变曝光时间多次成像然后合成的方法，而此次的方法配备了通过控制有机薄膜的开关、1次成像的全局快门功能，因此，即使拍摄高速移动物体也不会产生抖动(图4)。松下认为，从行驶中的汽车上拍摄车外时，可以发挥这种方法的优势。另外，对于随着信号和照明器具的LED化而逐渐成为课题的“LED闪烁”问题，也可以通过延长1帧内的拍摄时间(曝光时间)来避免(图5)。

　　将噪声降至1.6电子

　　作为拍摄黑暗物体时抑制噪声的电路技术，松下开发出了电容耦合式噪声消除技术(图6)。图像传感器在各帧的拍摄开始前要重置并清除积累在读取电路中的电荷，再测量相当于新入射光的电荷量。此次开发的电路技术将进行了这种重置处理后残留的电荷量降到了最多1.6电子的程度。

　　此次调整了用来测量电荷量的放大电路的结构。电荷积累部分会因热噪声而产生波动，过去也是通过负反馈电路来消除波动。不过，过去残留的电荷量最多为25电子。此次通过追加电容器调整了决定负反馈电路增益的参数。这一特点有利于提高感光度，因此还具有抑制高速拍摄时的抖动的效果。

　　松下希望利用有机薄膜型传感器可独立控制光电转换和电荷积累这一背面照射型没有的特点，将有机薄膜型传感器应用于汽车和机器人视觉领域。