三层图像传感器的最新进展

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来源：内容来自半导体行业观察（ID：icbank）综合，谢谢。

近日，SIGMA发布了一篇文章，讨论了他们三层图像传感器的进展。

据报道，自他们于2020 年 2 月宣布决定重启全画幅 Foveon X3 传感器相机的计划，并从开发新的传感器技术开始开始以来，他们仅在去年二月分享了一次该研究的进展。

在去年二月中的披露他们表示，正如之前宣布的那样，在我们使用的传感器由于一个严重缺陷而无法投入批量生产后，我们停止了该项目的开发。因此，我们也终止了与我们一直合作的传感器制造商的合同。此外，我们认为最初的传感器规格会使开发满足我们和我们客户的高标准的产品变得困难，因此我们决定重新设计。

他们在去年二月的文章中透露，在总公司的带领下，公司正在全力投入该项目的研发工作，并正在审查规范，以确保能够满足对该项目的期望。

近日，他们又分享了截至 2022 年 2 月的三层图像传感器的开发情况：

据介绍，目前，在SIGMA总部的强有力领导下，他们正在与日本的研究机构紧密合作，而三层图像传感器的开发工作也正在进行中。发展阶段大致可以分为以下几个阶段：

第 1 阶段：对新的三层结构进行重复设计模拟，以确认其功能是否符合预期。

第 2 阶段：使用与产品规格相同像素大小但减少总像素数的小型图像传感器进行原型评估，以验证图像传感器在实践中的性能特征。

第3阶段：使用与AD转换器等量产产品相同规格的全画幅图像传感器进行最终原型评估……

Sigma认为这三个阶段在开发过程中是必要的，而他们目前正处于为第 2 阶段创建原型传感器的阶段。

根据原型传感器的评估结果，SIGMA将决定是进入第 3 阶段还是审查设计数据并重新制作“第 2 阶段”原型。当进入第三阶段时，SIGMA将根据评估结果与研究机构和制造供应商验证传感器的量产性，然后最终决定是否量产图像传感器。

Sigma强调，虽然我们还没有达到可以宣布图像传感器量产的具体时间表的阶段，但我们决心尽最大努力实现一款真正让等待它的客户满意的相机。

附：Foveon X3感光元件介绍

据维基百科介绍，Foveon X3是一种给数码相机使用的CMOS感光元件 ，最初是由Foveon. Inc开发 （目前属于适马（Sigma）的子公司） 并由美国国家半导体和东部大宇电子（Dongbu Daewoo Electronics）负责生产（根据上文，他们在三层传感器研发的时候，这些供应商可能已经换了），并将其使用在Sigma旗下的的数码相机上。

此种感光元件最有特色的地方在于他不同于现在市面上的产品，大部分厂商都是仿生物技术的三原色感光元件组成，例如所使用的CCD/CMOS一个像素只能感测红、蓝、绿三种光波其中一种光波的强度，最后再与邻近的几个不同的像素统整资讯得到近似的颜色。Foveon X3利用可见光不同的波长拥有不同的穿透力的原理，在每个像素具有三层感光元件所以可以同时侦测红、蓝、绿三种波长的强度，有比传统感光元件拥有更加锐利以及真实的颜色，由于这种特殊设计方式相当具有巧思，其潜在解析力甚至可以超越肉眼。

各种颜色在Foveon X3感光元件的硅晶圆中被吸收

从技术上看，Foveon X3感光元件是利用硅晶圆被光线穿透时会根据光线不同的波长在会在不同的深度被吸收，波长较短的光波例如蓝色以及紫色穿透力较弱，波长较长的光波例如黄光以及红光拥有较佳的穿透力。透过这种原理让光波穿过硅晶圆，将晶圆分为不同深度的蓝、绿、红三层侦测讯号强度并记录起来，最后将数据交给图像处理器推算出三原色的强度就可以得到正确的颜色。在色彩的精确性上领先所有的传统感光元件。

因为每一个硅晶圆厚度只有五微米对于对焦以及色差的影响甚微，然而由于波长较长光波抵达最内层的红色侦测器时会稍微衰减，可能会导致与传统CCD/CMOS比起来对于波长较长的光波比较没有那么锐利。

传统Bayer感光元件的构造

传统Bayer感光元件只有获得1/3的总资讯量

传统的CCD/CMOS一个画素只能采集红、蓝、绿三种光波其中一种光波的强度，每一个画素透过上面滤镜过滤出特定颜色的光波交由下方的感刺器侦测强度。红色、蓝色以及绿色的画素数量大致上的比例是1:1:2，这些马赛克式的三原色数据最后各自交由图像处理器去马赛克，由于只记录1/3的资讯，图像处理器必须去猜测这些遗失的资料，也就是将邻近的几个像素的数据混合出接近的颜色。Foveon X3感光元件中的每个像素都可以完整的回报三原色的强度，这导致了这两种感光元件有一些差异。

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