全局快门技术 Pregius™ / Pregius S™

概述

Pregius Pregius S

Pregius采用索尼低噪点CCD结构，是实现了高画质的有源像素型CMOS图像传感器全局快门像素技术。
本技术命名为Pregius，意指兼顾了CCD优异的低噪点性能和FA用途所需的全局快门（GS）的高速性能及高精度（Precision GS）。

此外在这一发展过程中新开发的Pregius S技术采用了背照结构，不仅维持了Pregius优秀的拍摄性能，还同时实现了图像传感器的小型化和高帧率化。此外采用堆栈式结构确保了大面积的信号处理电路能够搭载各种新功能^*1。

Pregius、Pregius S和徽标是索尼集团(株) 的商标。

*1) 关于Pregius S的新功能，请参阅此处。

技术说明

全局快门与卷帘式快门

CMOS图像传感器大致可分为两种快门方式。即按照顺序逐行曝光并输出的卷帘快门方式和一次性对所有像素进行曝光并输出的全局快门方式。卷帘快门方式拍摄高速运动的被摄体时，会出现图像失真，但全局快门方式可同时捕捉被摄体的全貌再进行输出，因此，即使是高速运动的被摄体，也能避免图像失真，展现真实状态。在机器视觉检查等领域，很容易实现与闪光灯同步，从而缩短节拍时间。

全局快门与卷帘式快门的比较

全局快门

卷帘式快门

使用全局快门能辨认文字。也能避免被摄体失真。

高速信号处理与高画质

Pregius的特点之一是高速信号处理与高画质。Pregius利用生产线内的机器视觉，可高速及高精度地进行图像检测，有助于大幅提高生产效率。此外还配备提高图像检测效率的功能，例如指定画面的部分区域进行记录，有助于进一步提高生产效率。

Pregius与传统产品的比较

有关“Pregius”的全局快门与传统卷帘快门的比较（运动体有无失真）请从00:51起观看视频，有关Pregius与传统产品的比较（噪点量）请从01:18起观看视频。

兼顾高速信号处理和抑制噪点

如下图所示，Pregius除了具备CCD优异低噪点特性的受光部（光电二极管），还具有存储器部。它将全像素的各光电二极管在同一时间接收的光转换为电荷，再同时传送至各存储器部，然后进行信号处理。同时处理同一时间的电荷，可逼真地拍摄运动物体，因此该性能非常适合运动物体的检查等。

搭载Pregius技术的CMOS图像传感器高速化的关键在于并行信号处理。CMOS图像传感器具备A/D转换电路，将作为模拟信号的像素信号转换为数字信号。通过在水平方向上配置数千个A/D转换电路并让它们同时工作，来实现高速化。通过改进该A/D转换电路内产生噪点的模拟电路，采用自动抑制噪点的电路结构，从而兼顾了高速化与低噪点化。

Pregius S 技术

Pregius S 技术是上述 Pregius 技术的演变。 Pregius S技术通过引入背照式结构来实现高帧率，并通过采用堆栈结构来实现图像传感器的小型化以及多种功能的搭载和扩展。

Pregius S（全局快门技术）

背照式像素结构与堆栈式结构的优点（Pregius S）

背照式的首要优点如下图，即可增大光的入射角。一般若采用这一结构,则会遇到噪点抑制和暗电流对策等课题。在Pregius S中，索尼为此新开发了最适合背照式的独创的光电二极管结构与遮光结构，使其在大幅改善了感光度和饱和特性的同时也抑制了噪点的产生。基于这一特性，通过Pregius S技术还能够在保持画质的同时实现像素微细化，即图像传感器的小型化。

并且，由于采用了像素区域和信号处理区域互相叠加的堆栈结构（参照下图），使得图像传感器了有更多的面积用以搭载信号处理电路，从而同时实现了图像传感器的多功能化与小型化。

Pregius S技术一直在不断升级，其中还包含一种可以更加广泛高效地利用光电二极管区域的堆栈结构。点击此处查看详情。

搭载Pregius S技术的图像传感器功能介绍

功能介绍：ROI追踪、动态检测、双ADC

ROI追踪：

ROI(Region of Interest)追踪成像功能，用于追踪传送带上的条形码等。该功能可提高数据处理的效率。

具备该功能的传感器：
IMX535, IMX536, IMX537, IMX545, IMX546, IMX547, IMX565, IMX566, IMX567

动态检测：

检测移动物体并且只抓拍必要部分的功能。该功能可提高数据处理的效率并降低功耗。

具备该功能的传感器：
IMX535, IMX536, IMX537

双ADC (Analog Digital Converter)：

通过同时拍摄并合成高增益图像和低增益图像来提高零部件的可视性。该功能可提高检查的准确度，有望缩短检查时间。

具备该功能的传感器：
IMX530, IMX531, IMX532, IMX535, IMX536, IMX537, IMX487

功能介绍：Fast AE、Quad HDR、Quad Shutter Control

Fast AE (Auto Exposure)

“Fast AE”（快速自动曝光控制）功能，可通过成像前一瞬间拍摄的低分辨率图像，快速算出恰当的曝光时间并进行设定。合理运用该功能，在照明环境或相机与拍摄对象间的距离发生改变时，也能始终以恰当的曝光时间完成拍摄。

具备该功能的传感器：
IMX900

Quad HDR (High Dynamic Range)

通过分别对2ｘ2的4个像素单位设定独立的曝光时间，并将短时间曝光和长时间曝光等不同曝光条件组合起来的方式同时进行拍摄，可以获得高动态范围的图像。用来拍摄金属配件、橡胶等反射率不同的材料时会非常有效。
*未搭载HDR合成功能，需要在后段进行合成处理。

具备该功能的传感器：
IMX900-AMR (Monochrome)

Quad Shutter Control

通过分别对2ｘ2的4个像素单位设定独立的快门时间与曝光时间，并将各像素视为4组错开时间拍摄，可以实现这4幅图像的超高速拍摄。

具备该功能的传感器：
IMX900

条形码识别

物流行业中会通过识别条形码来实现货物的自动分类，这对传感器的精度与速度的提升均有较高需求。而全局快门方式图像传感器能够逼真地拍摄高速运动中的条形码，这一特性正适合应用于该领域。如今，随着二维码的日益普及，对分辨率更高的小型传感器的需求也在增加，因此许多客户选择了采用索尼微细化技术的传感器。

其中，采用2.25μm像素尺寸、支持S卡口（M12）的IMX900，兼具小型光学尺寸和高分辨率的特性，非常适合日趋小型化和高速化的读码用途。
IMX901/IMX902具有水平方向8K/6K的宽幅规格，凭借其横边较长的优点，一次拍摄即可在水平方向上大范围成像，因此，相比传统产品，有助于减少相机设置数量和成本。

相关领域

物流