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Sony Pregius S der 4. Generation
Einführung + neue Kameras mit Sony-Sensoren
Pregius ist eine Technologie, die in CMOS-Bildsensoren verwendet wird, die von Sony Semiconductor Solutions Corporation entwickelt wurden. Es kombiniert die rauscharme Leistung der CCD-Technologie mit den Hochgeschwindigkeits- und Präzisionsfunktionen der Global-Shutter-Technologie und ist somit ideal für industrielle Anwendungen.
Eine neue Iteration von Pregius namens Pregius S verfügt über eine von hinten beleuchtete Struktur für eine kleinere Sensorgröße und schnellere Bildraten bei gleichzeitig hoher Bildqualität. Außerdem wird eine gestapelte Struktur verwendet, um zusätzliche Signalverarbeitungsfunktionen unterzubringen.
Die Pregius CMOS-Sensoren von Sony haben vier Generationen durchlaufen, die neueste ist Pregius S. Jede Generation bietet Verbesserungen, aber bestimmte Funktionen älterer Generationen können in bestimmten Aspekten wie Auflösung, Bildrate, Bildqualität oder Sensorfunktionen immer noch übertreffen. Die Wahl der Generation hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab.
Von vorne beleuchtet vs. von hinten beleuchtet
CMOS-Sensoren mit Frontbeleuchtung (FSI) enthalten ein Siliziumsubstrat mit einer Verdrahtungsschicht zum Aufbau der Fotodiode. Diese Anordnung bietet einen doppelten Vorteil: Erstens fungiert sie als Schutzschild gegen Fremdlicht und verhindert so, dass dieses die gespeicherte elektrische Ladung im Speicherbereich beeinflusst. Zweitens erleichtert es die Signalübertragung durch den Sensor und sorgt gleichzeitig für eine Lichtabschirmung des Speichers. Folglich wurden FSI-Pixelstrukturen in herkömmlichen CMOS-Bildsensoren weithin übernommen. Allerdings behindert die Verkabelung oberhalb der Fotodiode den Lichteinfall, was bei Versuchen zur Miniaturisierung der Pixel eine Herausforderung darstellt.
Herkömmliche CMOS-Bildsensoren integrieren typischerweise Pixel- und analoge Logikschaltkreise auf demselben Chip, was zu verschiedenen Einschränkungen und Herausforderungen hinsichtlich Schaltkreisgröße, Rauschen und Gesamtoptimierung führt. Um diese Probleme anzugehen, wurde die rückseitig beleuchtete (BSI) Sensorarchitektur entwickelt. BSI-Sensoren positionieren den Schaltungsabschnitt des Pixels unterhalb des lichtempfindlichen Bereichs, sodass mehr Licht den Sensor erreichen kann. Dieses Design führt zu kleineren Pixeln und ermöglicht die Entwicklung kompakterer Sensoren, die gut mit kleineren optischen Formaten funktionieren und höhere Auflösungen bieten.
Zu den Vorteilen von BSI-Sensoren gehören ein geringeres Übersprechen zwischen Pixeln, verbesserte Reaktionszeiten und eine genauere Farbwiedergabe. BSI-Sensoren erfassen Photonen effizienter, da sie den Pixelbereich zur Erkennung schnell erreichen. Dieses Design vergrößert auch die lichtempfindliche Fläche im Vergleich zur gesamten Pixelfläche, wodurch der Bedarf an komplexen Mikrolinsendesigns verringert wird. Darüber hinaus verbessern BSI-Sensoren den Hauptstrahlwinkel (CRA) und bringen die Bayer-Filtermaske näher an das Pixel, wodurch die Bildleistung weiter verbessert wird.
Vorteile von 4th Generation Global Shutter CIS
Die Pregius S Global Shutter-Technologie der vierten Generation bietet aufgrund ihrer neu entwickelten BSI-Struktur eine Vielzahl von Vorteilen. Zu diesen Vorteilen zählen höhere Qualität, Präzision und Produktivität. Im Vergleich zu früheren Generationen verfügt die BSI-Struktur über einen größeren Einfallswinkel, der zu einer höheren Empfindlichkeit beiträgt, zusätzlich zu einer lichtabschirmenden Struktur und Metallverdrahtungen unter der Fotodiode, die die Geschwindigkeit erhöhen. Diese Vorteile ermöglichen eine höhere Auflösung in einem kleineren optischen Format und Gehäuse, eine höhere Bildrate/Bildqualität und mehr Funktionalität bei verschiedenen Anwendungen.
Die neue 2.74 µm Back Illuminated (BI) Global Shutter Pixel-Technologie ermöglicht;
✓ Höhere Auflösung
Im kleineren optischen Format und Paket
Über 20 Millionen Pixel in einer 29-mm-Kamera
(21×20 [mm] LGA-Gehäuse)
✓ Hohe Bildrate
Mit hoher Bildqualität
Bis zu 5 Gbit/s/Lane x 8 (SLVS-EC IF)
Hohes Sättigungssignal und geringes Rauschen
✓ Mehr Funktionalität
Für verschiedene Anwendungen
Flexibilität bei der Schaltungsverkabelung durch Stapeltechnologie
Behalten Sie die Kompatibilität bei und verbessern Sie die Benutzerfreundlichkeit
Höhere Quanteneffizienz
Größerer Einfallswinkel
- Verbesserte Leistung bei geringerem Einfallswinkel (horizontal) aufgrund der kleineren Pixelgröße durch BI-Struktur und Pixellayout
- Die Richtungsabhängigkeit wird durch eine deutliche Verbesserung in der Horizontalen und Beibehaltung der Vertikalen verringert
High Speed
- Die hinterleuchtete Pixelstruktur bietet ein hohes Maß an Freiheit bei der Verkabelungsgestaltung.
- Die erzeugte Auslesebildrate ist 2.4-mal schneller als bei herkömmlichen Bildsensoren
- Abbildungsbereich: Etwa 1.7-mal größer
- Anzahl der Bilder: Ungefähr 1.4-mal mehr
- Hohe Geschwindigkeit (Ausgabedatenrate): Etwa 2.4-mal schneller
Zusätzlich zu den Vorteilen, die diese neu eingeführte Technologie bietet, bietet die 4th Der Pregius S-Sensor der neuen Generation verfügt außerdem über eine Reihe verbesserter Funktionen. Zu den ersten dieser Funktionen gehört ein Dual-ADC mit integrierter Kombination, der einen höheren Dynamikbereich und eine geringere Ausgabedaten-/Nachbearbeitungslast gewährleistet. Darüber hinaus verfügen sie über eine Kurzzeitverschlussfunktion und einen überwachten Ausgang für die Belichtungsdauer zur einfachen Zeitsteuerung des Blitzens.
Funktionen
Doppeltrigger
Durch die Aufteilung des Bildschirms in zwei Bereiche und die Ausgabe von Bildern mit unterschiedlichen Belichtungszeiten werden in jedem Bereich Vorteile sichtbar. Es ist auch möglich, einen beliebigen Bereich mithilfe der Überlappungs-ROI innerhalb jedes der beiden Bereiche zuzuschneiden.
Der Dual-Trigger verfügt über die folgenden zwei Funktionen, die zusammen eingestellt werden können:
(1) Einstellung der Belichtungszeit umschalten
(2) Einstellung der Umschaltverstärkung
Gradationskomprimierung
Dieser Prozess erzeugt Ausgabedaten mit 8 Bit. Abstufungskomprimierung wie unten beschrieben. Wenn die Einstellung zu komprimierten AD-Daten über 8 Bit führt, wird der Wert der Ausgabedaten auf 255 begrenzt. Bei der SLVS-Ausgabe werden 0 und 255 komprimierte Daten als 1 und 254 ausgegeben.
Wenn der Sensor während der Gradationskomprimierung Bilddaten ausgibt, kann es erforderlich sein, dass der folgende DSP die Eingabedaten dekomprimiert, um sie ordnungsgemäß zu verarbeiten. Ein Beispiel für die Umkehrformel ist unten dargestellt. In diesem Fall können Divisionsoperationen in der Formel einfach mit Schiebeoperationen durchgeführt werden, da Δ1 und Δ2 hoch 2 sind. Bei der SLVS-Ausgabe sind 0 und 255 komprimierte Daten, die als 1 und 254 ausgegeben werden. Aus diesem Grund gilt: Die Daten können nicht dekomprimiert werden.
Mehrfachbelichtungs-Triggermodus
Dieser Sensor belichtet den Wert von EXP_MAX (Chip-ID = 04h, Adresse = 0Eh, 0Fh), und die Daten des Frames werden nach der letzten Belichtung ausgegeben. Während der Datenausgabeperiode ist ein Start (Fall-Eingabe von XTRIG) durch die Belichtung des nächsten Frames möglich, ein Belichten und Beenden ist jedoch nicht möglich (Start-Eingabe von XTRIG). Die Reflexions-Timing-Position für mit „V“ gekennzeichnete Register stimmt mit dem Timing im Datenblatt überein. Im Multi Exposure Trigger-Modus wird dies jedoch durch den Auslöser der letzten Belichtung widergespiegelt.
Multi-Frame-ROI-Modus
Diese Funktion wurde durch die Sequenzsteuerung möglich, die durch die Verstärkung und die Belichtungsdauer jedes Bildes festgelegt wurde. Hierbei wird davon ausgegangen, dass Multi Frame ROI 2 Frames oder Multi Frame ROI 4 Frames ein Satz sind. Die Zuschneideposition kann maximal 16 Bereiche festlegen, die durch horizontale 4 Punkte und vertikale 4 Punkte angegeben werden, wobei die effektive Pixelstartposition als Ursprung (0, 0) im Scanmodus für alle Pixel betrachtet wird.
Kurzbelichtungsmodus
In diesem Modus können durch die Steuerung von Registern kurze Belichtungszeiten eingestellt werden. Es besteht die Möglichkeit, dass dieser Modus die Bildqualität beeinträchtigt. Dieser Modus kann nach gründlicher Evaluierung verwendet werden. Es besteht die Möglichkeit, dass sich die Belichtungszeit dieses Modus je nach Probe, Umgebung, Temperatur, Spannung usw. um ± 500 ns ändert. Wenn eine intensive Lichtquelle verwendet wird, kann die Belichtungszeit durch PLS und geändert werden bald.
Kurzzeitverschluss
Diese Funktion führt zu einer doppelten Belichtung bei Verschlussintervallen von 2 μs oder mehr. Es wird davon ausgegangen, dass es dazu dient, zwei aufeinanderfolgende Bilder jeweils in einem kurzen Intervall Belichtungslichtern zu belichten. Beispielsweise für die Particle Image Velocimetry (PIV), die zur Erkennung von Partikeln oder zur Messung der Partikelgeschwindigkeit eingesetzt wird. Der erste und zweite Belichtungszeitraum sowie der Abstand zwischen 1. und 2. Belichtung (Belichtungsverbotszeitraum) können über das Register eingestellt werden (Einheit: 13.47 ns). Für den Belichtungszeitraum und den verbotenen Belichtungszeitraum können Steuersignale mit TOUT0 bis TOUT2 überwacht werden.
Thermometer
Der Ablesezeitpunkt der Temperatur ist wie folgt.
Nachdem TEMPERATURE_EN auf 1 gesetzt wurde, wird die gemessene Temperatur (TEMPERATURE_VAL) aktualisiert. Nachdem die Aktualisierung der gemessenen Temperatur abgeschlossen ist, wird TEMPERATURE_EN durch den automatischen Vorgang von „Hoch“ auf „Niedrig“ geändert. Die Zeit, in der TEMPERATURE_EN durch den automatischen Vorgang von „Hoch“ auf „Niedrig“ wechselt, beträgt 200 μs oder mehr. Die Temperaturanzeige sollte gemessen werden, wenn TEMPERATURE_EN niedrig ist. Danach wird der Wert von TEMPERATURE_VAL bis zum nächsten Zeitpunkt der Einstellung von „1“ in TEMPERATURE_EN gehalten. Das Schreiben von TEMPERATURE_EN und das Lesen der Daten von TEMPERATURE_VAL ist außerhalb des verbotenen Kommunikationszeitraums möglich. Der Reflexionszeitpunkt beim Einstellen von TEMPERATURE_EN während des Kommunikationszeitraums ist unten dargestellt.
Dualer ADC
Diese Funktion gibt zwei verschiedene Verstärkungsdaten vom gleichen Pixel aus. Durch die Kombination dieser Bilder kann ein High-Bit- oder HDR-Bild erzielt werden.
Dual ADC verfügt über die folgenden zwei Modi:
Ohne Kombination: Die Leitungen für Low-Gain- und High-Gain-Leitung werden abwechselnd nach der Rahmeninformationsleitung (eingebettete Datenleitung bei SLVS-EC) ausgegeben, wie unten dargestellt.
Mit integrierter Kombination: Low-Gain-Leitungen und High-Gain-Leitungen werden kombiniert und ausgegeben. Daher wird die Anzahl der Ausgangsleitungen im Vergleich zum Modus ohne Kombination halbiert.
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