韓國三星電子開發(fā)出了可同時獲得距離圖像和普通RGB圖像的CMOS傳感器。用一個CMOS傳感器同時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”上進行了發(fā)表(論文序號：22.7)。
距離圖像的測量方式一般采用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)格地同時獲得圖像，而只是分時輸出。
距離圖像傳感器隨著美國微軟公司的手勢輸入控制器“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攝像頭。
如果采用三星此次的技術(shù)，用一個圖像傳感器即可同時獲得普通RGB圖像和距離圖像，因此可實現(xiàn)手勢輸入裝置的小型化等。另外，還有望使數(shù)碼相機和攝像機等實現(xiàn)用于手勢識別的距離圖像測量功能。
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RGB單個像素的面積。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行插值補償。
ToF的驅(qū)動頻率為20MHz，Z像素的積分時間方面，4相內(nèi)的每相為10ms。距離測量誤差方面，ToF用LED的輸出功率為0.92W時，在1～5m的距離內(nèi)為1m以下，LED的輸出功率為1.35W時，在可測量的整體范圍內(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像素的有效尺寸達到了實際像素的3倍。在RGB像素的下層設(shè)置了勢壘(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。這是因為，BSI能更容易地防止ToF用近紅外光對RGB像素造成混色(串?dāng)_)。
