索尼公司图像传感器（CIS）技术发展历程及主要产品与应用分析

——发展CIS以来，索尼相继开发出背照式CIS，推出2层/3层堆叠技术，从数码相机市场切入手机传感器市场，抢占市场份额。

索尼图像传感器发展历程

资料来源：公开资料

索尼将CCD推向世界后，一直在不断创新图像传感器。索尼公司正在推动小型高性能图像传感器的进一步发展：高灵敏度背光CMOS图像传感器和堆叠式CMOS图像传感器。索尼的图像传感器有助于提高全球数码相机的吸引力。 索尼图像传感器应用在相机，移动终端，自动驾驶，安防，工业领域等多个领域。

索尼图像传感器应用领域

来源：索尼官网

——索尼Exmor——柱并联A/D转换电路

Exmor是索尼2007年推出的一项新技术，用于片上模拟到数字信号转换，即由传统的外置ADC升级为内置ADC。

外置ADC传感器传输数据时，每列像素产生的信号先通过降噪电路，汇聚后再通过外部总线传输到单个或数个ADC之中。而Exmor每列像素都内置一个ADC，数量多，且可在低频下运行，可有效减少噪声，并实现高速提取。此外，内置ADC使得Exmor输出的数字信号，抗干扰性强，更易于长距离布线。IMX035是此系列推出的首款产品。

索尼Exmor

来源：索尼官网

——索尼Exmor R——背照式CIS

2008年，索尼推出Exmor R系列，采用BIS（背照式）设计，是第一款推出该技术的传感器。FIS（FRONT-SIDE ILLUMINATED，前照式）结构下，Bayer阵列滤镜与光电二极管（Photo-diode）之间存在大量金属连线，阻隔了大量光线进入感光层。而在BIS结构下，金属连线被转移到光电二极管（Photodiode）的背面，光线不再被阻挡，信噪比大幅度提高，而且可以采用更复杂、更大规模电路来提升传感器读取速度。

——索尼Exmor RS——CIS堆栈技术

二堆叠：2012年，索尼推出Exmor RS系列，该系列采用堆叠式结构（Stacked Structure）。BIS结构下，Bayer阵列周围依然存在大量电路，而此堆叠式结构通过TSV（ThroughSilicon Via,硅通孔）技术连接到另一张芯片，实现将信号处理电路叠放于像素区下方。

三堆叠：2017年2月，索尼宣布推出业内首个配备DRAM的三层堆叠式CIS，可在失真度最小化的情况下高速读取静态图片，支持在全高清模式下拍摄帧率最大为1000fps的慢动作视频。新款CIS在传统两层堆叠结构中间新加入DRAM层，用于缓存、读取、处理图像信息；此外，为了实现高速读取，用于将模拟视频信号从像素转换为数字信号的电路已经从2层结构倍增到4层结构

——相机端CIS

SLVS-EC是索尼与2018年开发的串行总线，单个通道带宽较高。但IMX410未采用堆栈技术，像素也不高。索尼半导体再没有提供高像素的全幅CIS，甚至取消了36MP的IMX-094，鉴于Z7、S1R存在，索尼半导体高像素全幅CIS可能改为定制提供。

介质格式传统上指静物摄影中的胶片格式以及使用胶片的相关照相机和设备。包括6x4.5厘米（有时介质格式称为“64格式”），6x6、6x7、6x8、6x12、6x17cm…在数字摄影中，介质格式是指根

据介质格式胶片摄影使用而改编的照相机，或者是指使用大于35 mm胶片框的传感器的照相机。此外，我们还发布了3.4（44x33毫米）和4.2（53x40毫米）型图像传感器，像素为100M或150M。360度高质量成像主要产品为IMX533，9M像素，像素尺寸为3.76μm。

中型摄像机的图像尺寸比较

来源：索尼官网

——移动端CIS

HDR解决方案有时间多路传输交错HDR方案及空间多路复用交错HDR方案。当不同的捕获时刻对象处于不同的位置时，时间复用交错HDR方案首次了解由于场景中的运动而产生的运动伪影（重影）。图像伪影的存在是因为每个捕获对象的分辨率的降低。而具有拆分像素（多个像素，每个像素即光电二极管分享同样的东西）可以减轻伪影的影响。

稳定相机震动。高灵敏度传感器和短曝光时间是防止相机抖动和稳定图像的有效方法。背面照明传感器比正面照明传感器具有更高灵敏度。同样，在相同像素结构下具有更大的光学尺寸。

索尼CMOS图像传感器配备了标准的2x2平均模式，相当于比像素大四倍的像素大小，有助于在分辨率（图像大小）降低到1/4时防止相机抖动。

高速视频。随着CIS像素数和速度的增加，高速视频拍摄成为现实。在拍摄快速移动物体时，需要降低帧速率和曝光时间以避免运动模糊。索尼通过4个像素的计算处理将其高灵敏度的BI技术将信噪比提高了两倍，使其能够以四倍的速度拍摄。

索尼的800万像素产品能够以180 fps（720p高清图像）或240 fps（960 x 540（Quaterhd）图像）轻松拍摄高速电影。适用产品：IMX219PQ

高动态范围视频在背光条件下拍摄非常清晰的静止图像需要使用相机闪光灯或HDR功能，它可以合成不同曝光的多个图像。但是，这些方法不适用于视频。尤其是在拍摄运动视频时，相机角度和曝光条件难以优化，背光可能导致曝光不足或曝光过度。然而，索尼产品具有配置两种曝光条件的BME HDR和SME HDR功能，通过叠加传感器技术提供丰富的图像处理，对传感器内捕获的图像进行适当的信号处理，以实现HDR视频拍摄。适用产品：imx135

薄型摄像机：智能手机时尚外观的需求使得更薄产品市场的竞争日趋激烈。较薄的产品需要较低高度的摄像头模块，高CRA镜头用于此模块。相反，这需要片上透镜校正以及提高性能以减少由于倾斜入射光引起的相邻像素的颜色串扰。因此，在不减少像素计数的情况下减小光学尺寸还需要一个具有高信噪比的分钟像素传感器。

在任何灯光下拍摄。红外照明通常用于拍照，而不改变特定场景的亮度。索尼系列的传感器能够在红外线和普通可见光下拍照。这使得一台相机可以在红外照明下的黑暗区域拍摄照片，具有与明亮区域相同的手势识别功能。

高速成像。拍摄视频是传感领域的基本要求，时间分辨率至少与信噪比或空间分辨率同等重要。配备索尼CMOS图像传感器的产品越来越多，其中包括以四倍速度模式和两倍信噪比提供高速帧速率的产品。适用产品：IMX219PQ

多个摄像头。同步操作多个摄像头使系统能够获取各种类型的图像数据。索尼CMOS图像传感器的产品系列中提供了多种像素计数和多个摄像头同步操作的从属模式。多个摄像头的同步操作提供以下功能：利用摄像机之间的视差实时获取深度信息；通过合成不同曝光条件下拍摄的视频进行高动态范围视频拍摄；通过图像合成再现分辨率；通过消除随机噪声实现高信噪比成像。

生物测定学：面部认证和血管认证相对容易嵌入无法实现更复杂系统（如指纹或视网膜认证）的应用程序中。然而，这些认证方法可以通过照片来绕过，这使得它们在安全性方面不够。使用红外技术来确定是否存在试图进行身份验证的人，并使用立体摄像机在面部识别中加入深度信息，是实现更安全系统的有效手段。

——安防领域CIS产品

1、安防领域CMOS图像传感器产品集合中标有NEW字样的为索尼最新推出的应用于安防领域的CMOS图像传感器产品。

其中，IMX347的像素大小在4~6M间，图像大小为1/1.8。

IMX485像素大小在7~11M间，图像大小为1/1.2。

IMX415像素大小在7~11M间，图像大小为1/2.8。

2、卓越的低光性能（0.5lx）。监控摄像机所需的最基本特征是高度敏感。专门为监控摄像机开发的背光像素使我们的灵敏度比以前的产品结构有了显著的提高。

近红外灯（850nmled）。当监控摄像机在低光照条件下使用时，在近红外照明环境。为了满足这一要求，索尼公司开发了一种CMOS图像传感器。不仅在可见光范围内具有较高的灵敏度，而且在近红外光范围内具有较高的灵敏度。

卓越的低光性能12.4mp（0.34 lx）。高分辨率，几乎与现有全高清传感器的性能一样优化了聚焦特性，以获得最大的光照。与现有的前照灯结构相比，具有良好的入射角特性。

——工业领域CIS应用

索尼的CMOS图像传感器采用了“pregius”技术，具有更高的速度、分辨率、图像质量和丰富的功能。

高分辨率允许进行更详细的检查，尤其是在工业上对显示面板、太阳能板、晶片，以及在食品和玻璃生产中对最小缺陷的检查。

高帧速率允许更大的吞吐量/生产率，而ROI功能提供更高的读取速度，对视觉引导机器人和基于结构光的3D捕获具有影响。

高灵敏度使曝光时间非常短，允许快速移动物体的无模糊捕获。

高动态范围捕获确保有光泽或镜面的详细图像最小化斑点和眩光的影响。

高温条件下较低的噪声特性可以解决机器视觉摄像机小型化引起的发热问题和生产线环境和安装位置的限制问题。

较高的检测精度：各种触发模式、顺序、快速触发响应、触发控制的曝光时间等功能减少了对外部控制外围设备的需求，并允许为要求苛刻的应用提供新的创新解决方案。