三星开发出全球首款可同时输出距离图像的CMOS传感器

　　韩国三星电子开发出了可同时获得距离图像和普通RGB图像的CMOS传感器。用一个CMOS传感器同时获得这两种图像尚属全球首次。三星在2012年2月20日开始于美国举行的“ISSCC 2012”上进行了发表（论文序号：22.7）。

　　距离图像的测量方式一般采用ToF（time-of-flight）方式。此前，三星的尖端技术研究所（Advanced Institute of Technology，AIT）发布过在一个图象传感器上集成用来获得距离图像的像素（Z像素）和RGB像素的技术，但由于近红外光滤波器等的限制，并不是严格地同时获得图像，而只是分时输出。

　　距离图像传感器随着美国微软公司的手势输入控制器“Kinect”的热卖而受到了极大关注。不过，Kinect采用的是结构光（Structured Light）方式的距离图像传感器，除距离图像传感器外，还要另外使用图像传感器获得RGB图像。另外，立体（stereo）方式要想获得视差需要两个摄像头。

　　如果采用三星此次的技术，用一个图像传感器即可同时获得普通RGB图像和距离图像，因此可实现手势输入装置的小型化等。另外，还有望使数码相机和摄像机等实现用于手势识别的距离图像测量功能。

　　
新开发的CMOS传感器的构成

　　RGB部分为138万像素

　　新的图像传感器的RGB图像的像素为1920×720，距离图像的像素为480×360。开口率为48％。RGB部分的像素间距为2.25μm，采用普通的RGBG排列。

　　Z像素的大小为2.25μm×9.0μm，相当于四个RGB单个像素的面积。Z像素与RGB像素相邻，位于下侧。在像素区域的上下方分别设置了用于RGB像素和用于Z像素的列线（Column）CDS电路。另外，由于有Z像素而缺失的RGB像素信息可以通过图像处理算法进行插值补偿。

　　
芯片照片

　　ToF的驱动频率为20MHz，Z像素的积分时间方面，4相内的每相为10ms。距离测量误差方面，ToF用LED的输出功率为0.92W时，在1～5m的距离内为1m以下，LED的输出功率为1.35W时，在可测量的整体范围内确保在1％以下。

　　在RGB像素下层嵌入Z像素

　　此次的CMOS传感器设法使Z像素的有效尺寸达到了实际像素的3倍。在RGB像素的下层设置了势垒（Potential barrier），使ToF用近红外光产生的光电子不朝向RGB像素。Z像素的PD一直延伸到比该势垒还要深的区域。另外，为获得量子效率，采用了异质外延层。

获得的距离图像示例

　　该传感器利用0.13μm工艺CMOS图象传感器技术制造。此次采用的是FSI（前照式）工艺，今后如果能利用BSI（背面照射）技术，可将量子效率提高至2倍。这是因为，BSI能更容易地防止ToF用近红外光对RGB像素造成混色（串扰）。