Jak firma Samsung Electronics opracowała czujnik obrazu ISOCELL HP3 — Samsung Newsroom w Polsce

Obiektywy aparatów wielkości paznokcia wbudowane w urządzenia mobilne przeszły długą drogę od momentu ich powstania. Będąc pierwszym w branży, który zaoferował czujniki obrazu CMOS (CIS) o rozdzielczości 108 i 200 megapikseli odpowiednio w 2019 i 2021 roku, Samsung Electronics niedawno zaskoczył rynek swoim czujnikiem obrazu ISOCELL HP3, czujnikiem obrazu o rozdzielczości 200 milionów. Piksele o wielkości 0,56 mikrometra (µm), najmniejszy piksel w branży.

Samsung jest liderem w dziedzinie technologii przetworników obrazu z innowacyjnymi konstrukcjami półprzewodnikowymi, które mogą rejestrować oszałamiające obrazy o dużej liczbie pikseli. Ogłaszając masową produkcję swojego ultraszerokokątnego przetwornika obrazu ISOCELL HP3, firma skomercjalizowała rozwój przenośnych 200-megapikselowych przetworników obrazu z bardzo małymi pikselami.

Aby dowiedzieć się więcej o tym, jak firma Samsung opracowała swój wiodący w branży ultraszerokopikselowy czujnik obrazu, redakcja Samsunga rozmawiała z Myoungoh Ki i Sungsoo Choi, twórcami, odpowiednio, z działu System LSI oraz Centrum Badań i Rozwoju Półprzewodników, którzy odegrali wiodącą rolę . Opracowanie nowego ISOCELL HP3.

Mniejszy i lepszy: jako pierwszy w branży na rynku pojawiły się piksele o wielkości 0,56 µm

Przetwornik obrazu to układ półprzewodnikowy, który przekształca światło wpadające do urządzenia przez wizjer na sygnały cyfrowe. Od aparatów cyfrowych i smartfonów po laptopy i samochody, czujniki obrazu są wbudowane w każdy produkt elektroniczny, który jest dostarczany z aparatem. ISOCELL HP3, niedawno wprowadzony przez firmę Samsung, to czujnik obrazu, który ma 200 milionów pikseli 0,56 μm, najmniejszy w branży, o formacie optycznym 1 / 1,4 cala.[1].

Od 2019 r. Samsung co roku zmniejsza rozmiar swojego piksela, aby dopasować go do najmniejszego w branży, gdzie potrzebne są mniejsze piksele, aby urządzenia były smukłe.

Dzięki zastosowaniu mniejszego rozmiaru piksela możliwe jest zmniejszenie fizycznego rozmiaru matrycy i jednostki, co pozwala również na zmniejszenie rozmiaru i szerokości obiektywuKi wyjaśnił. „Może to usunąć elementy, które zakłócają konstrukcję urządzenia, takie jak wystający aparat, a także zmniejszyć zużycie energii”.

Chociaż mniejsze piksele pozwalają urządzeniom być cieńsze, kluczowe znaczenie ma zachowanie jakości obrazu przy mniejszych pikselach. Opracowany przy użyciu najnowszej technologii, ISOCELL HP3 może zmniejszyć powierzchnię modułu kamery w urządzeniu mobilnym nawet o 20%, przy rozmiarze piksela, który jest o 12% mniejszy niż w poprzednim modelu ISOCELL HP1. Pomimo niewielkich rozmiarów czujnika, został on opracowany przy użyciu technologii zwiększającej całkowitą pojemność źródła (FWC — pełna pojemność studni) i zmniejsza utratę czułości. Ponadto do czujnika dodano nowe funkcje, w tym funkcje automatycznego ustawiania ostrości wszystkich pikseli i funkcje umożliwiające szybkie odtwarzanie wideo, a także ulepszoną ekspresję kolorów.

Zwiększona absorpcja światła i pojemność fotodiody dzięki unikalnym możliwościom technicznym

Mniejszy rozmiar piksela jest idealny do tworzenia mniejszych i bardziej kompaktowych urządzeń, ale może skutkować mniejszą ilością światła wpadającego do urządzenia lub interferencją między sąsiednimi pikselami. Pomimo tych wyzwań Samsung był w stanie wykorzystać najmniejsze w branży piksele do stworzenia innowacyjnego nowego czujnika.

„Wszystko dzięki autorskim możliwościom technologicznym Samsunga” powiedział Ki. „Innowacyjna technologia Samsunga może zapewnić wysoką wydajność nawet w znacznie mniejszych urządzeniach”.

Dzięki opatentowanej technologii Deep Trench Isolation (DTI) Samsung stworzył fizyczne ściany między pikselami, które są cieńsze i głębsze. głęboka izolacja wykopów) pełna głębokość (pełna głębokość), co zapewnia wysoką wydajność nawet przy 0,56μm. DTI, flagowa technologia ISOCELL, tworzy izolowany komponent między pikselami, który działa jak izolowana ściana, zapobiegając utracie światła i poprawiając wydajność optyczną. Deweloper Choi porównał tę technologię do budowania cienkiej przegrody między różnymi pokojami w budynku.

„W prostych słowach to tak, jakby próbować stworzyć cieńszą ścianę między pokojem a sąsiednim pokojem bez wpływu na poziom izolacji akustycznej” – wyjaśnił Choi.

Kluczem do DTI jest tworzenie cieńszych, głębszych ścianek silikonowych w celu zwiększenia ISO i zmniejszenia przesłuchu.[2], ponieważ większe komponenty izolacji między pikselami oznaczają większą utratę światła. Dzięki zastosowaniu tej techniki do pikseli 0,56 μm, ultracienkie zwiększyło absorpcję światła i amplitudę fotodiody (PD). Dlatego możliwe jest użycie bardzo małych pikseli, ponieważ więcej światła można przechowywać i przetwarzać na piksel, nawet przy mniejszej powierzchni do odbioru światła.

Funkcja AF dla wszystkich 200 MP zapewnia większą szybkość i dokładność

Ultra poczwórna technologia wykrywania fazy (spoczywaj w pokoju, w języku angielskim, Super Quad Phase Detection), która została po raz pierwszy zastosowana w HP3, umożliwia ustawianie ostrości 200 megapikseli poprzez zwiększenie intensywności autofokusa pikseli do 100%. Supermarket spoczywaj w pokoju Zapewnia szybszą i dokładniejszą funkcję autofokusa podczas korzystania z obiektywu z więcej niż czterema pikselami, umożliwiając pomiar wszystkich różnic fazowych dla lewej, prawej, górnej i dolnej strony fotografowanego obiektu. Autofokus jest nie tylko dokładny nawet w ciemności, ale także zachowuje wysoką dokładność nawet przy dużym zbliżeniu.

Aby rozwiązać problem niskiej jakości obrazu w warunkach słabego oświetlenia, firma Samsung zastosowała innowacyjną technologię pikseli, aby zapewnić wysokiej jakości obrazy. „Używamy ulepszonej wersji opatentowanej technologii TetradwaPiksel Samsunga, który łączy 4 lub 16 sąsiednich pikseli, aby działać jako duży piksel w warunkach słabego oświetleniapowiedział Choi. Technologia wzmocniona pikselami umożliwia nagrywanie w wysokiej rozdzielczości 8K przy 30 klatkach na sekundę (kl./s) i 4K przy 120 klatkach na sekundę bez utraty pola widzenia. Ponadto możliwe jest nagrywanie filmów 8K w Ultra HD z tym samym polem widzenia podczas robienia zdjęć.

Podobnie jak w warunkach słabego oświetlenia, również trudno jest robić zdjęcia, gdy jest dużo światła słonecznego. Aby rozwiązać ten problem, potrzebna jest unikalna technologia dostosowywania poziomów w obrazach, aby prawidłowo uchwycić obraz. „Gdy światła jest za dużo lub za mało, ważne jest zwiększenie zakresu dynamicznego[3] Aby zrobić naturalny obraz podobny do tego, który widzimy naszymi oczamipowiedział Ki. „Z technologią Smart-ISO Pro, która wykorzystuje wzmocnienie konwersji i funkcję wysokiego zakresu dynamiki [HDR, en inglés, Alto Rango Dinámico Escalonado][4], który konwertuje trzy klatki o różnych ekspozycjach (krótka ekspozycja, średnia ekspozycja, długa ekspozycja) w jedno zdjęcie, obsługiwane jest fotografowanie HDR, które tworzy naturalne obrazy nawet podczas fotografowania w mniej niż idealnych warunkach oświetleniowych, zapewniając doskonały wynik. „

Współpraca: klucz do pokonania ograniczeń technicznych i umożliwienia szybkiego rozwoju

Podczas opracowywania ISOCELL HP3 programiści stanęli przed wieloma wyzwaniami technicznymi. „Ponieważ był to pierwszy produkt wykorzystujący technologię Super QPD, było wiele prób i błędów przy użyciu nowej konstrukcji, której nie można było znaleźć w Front Deep Trench Isolation. [FDTI, en inglés, Aislamiento de Trinchera Profunda Frontal] istnieją, a także doświadczyliśmy problemów, których nie przewidzieliśmy na każdym etapie rozwoju” powiedział Choi.

Pomimo tego trudnego procesu rozwoju nowy sensor został zapowiedziany niecały rok po premierze poprzedniego modelu. Twórcy przypisali ten szybki rozwój i wydanie produktu współpracy między różnymi zespołami.

„Kiedy napotkaliśmy problem techniczny, reagowaliśmy poprzez ścisłą współpracę z różnymi działami biznesowymi, naszym zespołem, a nawet ośrodkami badawczymi za granicą” powiedział Ki. „Udało nam się stworzyć synergię, dodając wiedzę do światowej klasy produktów, takich jak układy pamięci z Centrum Badań i Rozwoju Półprzewodników, układy logiczne itp. Ten nowy produkt będzie prawdopodobnie największym dotychczasowym wspólnym przedsięwzięciem między działami. w tym współpracownicy z zespołu badawczo-rozwojowego Center Semiconductor, zespołu ds. rozwoju pikseli, odlewni, badaczy SSIR, wszystkich grup w zespole ds. rozwoju Pixel. Zaawansowane prace rozwojowe, takie jak projektowanie czujników, piksel, rozwiązanie, technologia produktu, produkcja i algorytm”.

Duma z pionierskich technologii: Wiodąca pozycja na rynku przetworników obrazu

Oczekuje się, że rynek czujników obrazu będzie odnotowywać szybki wzrost ze względu na rosnące zapotrzebowanie na aparaty i dywersyfikację powiązanych produktów, Samsung wyznacza trendy na rynku przenośnych czujników obrazu nowej generacji, pokonując ograniczenia miniaturyzacji pikseli. W redakcji Samsunga spytano programistów, co myślą o kierowaniu rozwojem technicznym ISOCELL HP3, pierwszego w branży 200-megapikselowego czujnika obrazu, który wykorzystuje piksele 0,56 µm.

„Jestem bardzo dumny z tego, że wyznaczamy trendy na rynku przetworników obrazu i jestem przekonany, że nadal będziemy przewodzić w technologii mikropikselowej”. powiedział Choi. „Ponieważ zastosowania czujników obrazu stają się coraz powszechniejsze w różnych branżach, takich jak rzeczywistość rozszerzona (AR), rzeczywistość wirtualna (VR), przemysł motoryzacyjny, a także branża smartfonów, będziemy przewodzić rozwojowi przyszłych technologii i rynków opartych na nasze unikalne możliwości technologiczne.” powiedział Ki, dzieląc się swoimi przyszłymi ambicjami.

Samsungowi udało się stworzyć ultramałe urządzenia, które rejestrują obrazy w wysokiej rozdzielczości dzięki innowacyjnej technologii przetwornika obrazu. Samsung nadal będzie liderem na rynku czujników obrazu dzięki swoim wyjątkowym innowacjom, takim jak czujnik obrazu ISOCELL, które zapewniają użytkownikom ulepszone i zaawansowane wrażenia.

HP3

[1] Średnica obszaru uchwyconego przez wizjer.

[2] Zjawisko, w którym światło zakłóca fotodiody sąsiednich pikseli.

[3] Stosunek najjaśniejszych i najciemniejszych części obrazu cyfrowego.

[4] Technologia, która rozszerza zakres jasności, rozjaśniając jasne części i przyciemniając ciemne części, podobnie jak widzi prawdziwe ludzkie oko.