核心提示：韓國三星電子開發(fā)出了可同時(shí)獲得距離圖像和普通RGB圖像的CMOS傳感器。用一個(gè)CMOS傳感器同時(shí)獲得這兩種圖像尚屬全球首次。三星在2012年2月20日開始于美國舉行的“ISSCC 2012”上進(jìn)行了發(fā)表（論文序號(hào)：22.7）。

　　新開發(fā)的CMOS傳感器的構(gòu)成

　　距離圖像的測(cè)量方式一般采用ToF（time-of-flight）方式。此前，三星的尖端技術(shù)研究所（Advanced Institute of Technology，AIT）發(fā)布過在一個(gè)圖象傳感器上集成用來獲得距離圖像的像素（Z像素）和RGB像素的技術(shù)，但由于近紅外光濾波器等的限制，并不是嚴(yán)格地同時(shí)獲得圖像，而只是分時(shí)輸出。

　　芯片照片

　　獲得的距離圖像示例

　　距離圖像傳感器隨著美國微軟公司的手勢(shì)輸入控制器“Kinect”的熱賣而受到了極大關(guān)注。不過，Kinect采用的是結(jié)構(gòu)光（Structured Light）方式的距離圖像傳感器，除距離圖像傳感器外，還要另外使用圖像傳感器獲得RGB圖像。另外，立體（stereo）方式要想獲得視差需要兩個(gè)攝像頭。

　　如果采用三星此次的技術(shù)，用一個(gè)圖像傳感器即可同時(shí)獲得普通RGB圖像和距離圖像，因此可實(shí)現(xiàn)手勢(shì)輸入裝置的小型化等。另外，還有望使數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)等實(shí)現(xiàn)用于手勢(shì)識(shí)別的距離圖像測(cè)量功能。

　　RGB部分為138萬像素

　　新的圖像傳感器的RGB圖像的像素為1920×720，距離圖像的像素為480×360。開口率為48％。RGB部分的像素間距為2.25μm，采用普通的RGBG排列。

　　Z像素的大小為2.25μm×9.0μm，相當(dāng)于四個(gè)RGB單個(gè)像素的面積。Z像素與RGB像素相鄰，位于下側(cè)。在像素區(qū)域的上下方分別設(shè)置了用于RGB像素和用于Z像素的列線（Column）CDS電路。另外，由于有Z像素而缺失的RGB像素信息可以通過圖像處理算法進(jìn)行插值補(bǔ)償。

　　ToF的驅(qū)動(dòng)頻率為20MHz，Z像素的積分時(shí)間方面，4相內(nèi)的每相為10ms。距離測(cè)量誤差方面，ToF用LED的輸出功率為0.92W時(shí)，在1～5m的距離內(nèi)為1m以下，LED的輸出功率為1.35W時(shí)，在可測(cè)量的整體范圍內(nèi)確保在1％以下。

　　在RGB像素下層嵌入Z像素

　　此次的CMOS傳感器設(shè)法使Z像素的有效尺寸達(dá)到了實(shí)際像素的3倍。在RGB像素的下層設(shè)置了勢(shì)壘（Potential barrier），使ToF用近紅外光產(chǎn)生的光電子不朝向RGB像素。Z像素的PD一直延伸到比該勢(shì)壘還要深的區(qū)域。另外，為獲得量子效率，采用了異質(zhì)外延層。

　　該傳感器利用0.13μm工藝CMOS圖象傳感器技術(shù)制造。此次采用的是FSI（前照式）工藝，今后如果能利用BSI（背面照射）技術(shù)，可將量子效率提高至2倍。這是因?yàn)椋珺SI能更容易地防止ToF用近紅外光對(duì)RGB像素造成混色（串?dāng)_）。

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