今後のイメージセンサーの革新分野は何か
ヨコ方向、つまり22nmや28nmに相当するプロセスの適用効果については、基本的には画質を構成するほぼ全ての要素――解像度、感度、ダイナミックレンジ、フレームレート、消費電力――その全ての土台を引き上げる技術だ。
最も想像しやすいのは、「画素が小さくできる」という点だ。つまり、より多画素化できる。だが、それだけではなく、例えば同じ画素サイズでも、プロセスノードがシュリンクしていけば、例えば寄生容量を減らせる。寄生容量を下げると、1個の電子を電圧に変換する際に、より大きな電圧変化を得られるようになる。するとS/N比が改善するので、暗いところがより鮮明に見えるようになる。
さらに別の使い方として、同じ画素サイズでも、その中により多くのトランジスタを配置できるようになる。1画素内のトランジスタ数が増えれば、ゲインを複数段階で切り替える機構が入れられ、ダイナミックレンジが広がる。
微細化技術で高画質を実現
ソニーセミコンダクタソリューションズへのインタビュー記事をEETimesJapanが伝えています。上記は一部を引用したものになり、さらに興味深い記述もありますので、全文は本記事下部の記事元リンクからご覧ください。
記事では今後のイメージセンサーにおいて進化する分野についてインタビューしています。インタビュー内容によれば、今後のイメージセンサーの技術進化として、高画質化、測距センサーや不可視化光の波長を捉えるセンサー、「ビューイング」と「センシング」の情報をどのように組み合わせるかに関して追及していくとしています。
One Point!：測距センサーって？ 被写体までの距離を測るためのセンサーだよ。 AFの精度向上や、AR・自動運転などにも使われる重要な技術なんだ。
高画質化の方法としてはプロセスルールの微細化による解像度なダイナミックレンジを底上げしていく方向で考えていることがわかりますね。
One Point!：プロセスルールの微細化って？ 半導体の回路を“より細かく小さく作る”技術のこと。 微細化が進むほど、画素の性能が上がり、ダイナミックレンジも広がるよ。
プロセスルールでの微細化は高画素化も可能にしますが、逆に同じ画素数でも1画素内にある画素トランジスタの面積を小さくすることができるため、フォトダイオードの面積を最大化することが可能になり、それにより低ノイズ、高ダイナミックレンジを実現できるとしています。
また記事ではフォトダイオードと画素トランジスタ部分を積層化してフォトダイオードの面積を増やす方法についても触れられています。
このため小さなプロセスルールでイメージセンサーを作ることが重要になるわけですが、ソニーはこの部分で技術的に遅れていると指摘する声もあり、そのため先日発表があったイメージセンサーの開発と生産で台湾のTSMCとの協業に基本合意したのではないかと予想している人もいます。
高密度化の話はモバイル向けとして追及している技術としていますが、間違いなくデジタルカメラ向けセンサーの機能向上にもつながると思われます。TSMCとの協業でさらにイメージセンサーの高画質化が実現できるかもしれませんね。
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さらにゲインを複数切り替えして読出しする理由について「なぜα7 VやS1IIがZ6IIIより階調が優れるのか 解明されてきた部分積層型の性能」で詳しくお伝えします。
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