有机光导薄膜图像传感器(Organic-Photoconductive-Film CMOS Image Sensor,即OPF image sensor),指用有机光导薄膜取代了背照式CMOS传感器(BSIsensor)的光电二极管,使光电转换发生在这层薄薄的OPF内,让其感光部分的厚度从BSI的3um下降到了0.5um的传感器。有机光导薄膜图像传感器属于新型图像传感器,主要针对的是专业摄像机市场,目前松下、富士和索尼等厂商正在研发阶段。也许过不了多久,我们的手机,无人机上就会出现大量应用有机光导薄膜图像传感器的camera。
什么是OPF image sensor?
传统背照式cmos sensor如下图左边,OPF sensor如下图右边。
OPF sensor用有机光导薄膜取代了BSI sensor的光电二极管,也就是光电转换发生在这层薄薄的OPF内,sensor感光部分的厚度从BSI的3um下降到了0.5um。
BSI的光电转换和电荷存储都在PD单元内,而OPF的电荷存储部分与光电转换部分是分开的,由于感光的部分非常薄,留下更多了的空间给电荷存储,这样满井容量得到了大大升。
在OPF的基础之上,松下依照人类视觉的构造,设计了Dual-Sensitivity Pixel Technology,双敏像素技术。
FD1与FD2连着大小不同的OPF(上图红色的部分),分别存储了不同的sensitivity的子像素电荷,这样可以构成dualexposure的HDR,进一步扩大sensor的动态范围。
OPF image sensor有哪些好处?
1.大动态范围,WDR。如前面所说,一方面由于电荷存储的容量变大,另一方面由于dualsensitivitypixel技术。sensor的动态范围大大增加。
2.Globalshutter。BSI sensor要想设计成Globalshutter,需要额外增加一个存储电容,这样占用了大量的空间,这也是Globalshuttersensor不容易做小的一个原因。而这种OPFsensor相当于自带大电容存储,天然具备了设计成Globalshutter的条件。(实际上还是得益于感光部分变小了)
3.光电转换灵活可控,OPF有机光导薄膜的光电转换增益可以被灵活的控制,这样与传统BSI sensor相比可以更灵活地适应不同场景,得到更好的图像质量。
4.由于OPF天然对NIR近红外光敏感,这样它很容易被设计成RGBNIR的sensor,同时,OPF的感光度可以用电信号直接调制。
对于低光有需求的监控类场景,这真是大大的福音。传统的RGBNIRcamera,需要切换IRfilter。当白天光线好的时候,IRfilter滤去IR,当晚上光线弱的时候,需要一个装置把IRfilter移到下面去,让IR光也进入sensor。
切IRfilter
切IR 很大地增加了成本,也影响产品的寿命以及维护成本。OPFsensor的感光可以任意调整,这就不需求切换IRfilter或者sensor,根据照度用程序对感光进行实时调整就可以了。
5.这种sensitivity调整甚至可以逐帧进行,一帧RGB模式,一帧IR模式,产品可以更加灵活设计。