New! CMOS combiné Sony: de type Foveon / back-illuminated

[SCSl]

Sony a déposé un nouveau brevet pour un capteur de type «back-illuminated».

«Back-illuminated» classique:



Particularité: il reprend le principe du Foveon = soit les trois couleurs de base RGB arrivent sur la même photodiode.

«Back-illuminated» nouveau design:



Pour en savoir plus (aaarf, 135 pages!):

Source: PDF

Le clan des pixels amor va encore se réjouïr...

[IlSanto]

Toujours pas utile pour les grands capteurs ?

vianet ? Un avis ?

J'avoue que je ne me suis pas farci le brevet entier. Je suis bien trop incompétent dans le domaine pour exploiter de telles données. Mais pour sûr, ça parait intéressant. Et puis un brevet est souvent synonyme d'une longueur d'avance non ? 

[SCSl]

...en bref, et selon la descritpion du brevet, ce capteur marquera:

La fin des filtres couleurs et de la matrice de Bayer et la fin du filtre passe-bas

Ce nouveau design de capteur permet d'éviter que deux tiers de la lumière incidente soit perdue tel que dans les design de capteurs actuels (matrice de Bayer). Selon un principe de photodiodes similaire au Foveon.

Dans ce capteur il n'y a plus de filtre couleur. Cela permet également d'étendre "l'espace couleur" en prévenant les occurrences de "fausses couleurs" des anciens design.

Par conséquent un filtre passe-bas ne sera plus nécessaire à l'avenir (pour différencier les longeurs d'ondes respectives à chaque couleur i.e. RVB). Et évidement la perte de la quantité de lumière est réduite. A taille de pixel égale il y aura, en principe, 3 fois plus de saturation disponible (Qs).

Description selon le schéma
Et donc l'originalité sera que sous une micro-lentille [3031] sans filtre, ce dernier sera remplacé par 3 photodiodes [PD1][PD2][PD3] qui alternent des couches semiconductrices négatives et positives (n-type / p-type ) superposées en 3 couches et intégrées dans les substrat [3023 à 3028]. Les "p-type" sont des régions à "fortes concentrations d'impuretés" [3024][3026][3028] alors que les "n-type" sont des régions à "faibles concentrations d'impuretés" [3023][3025][3027]. Évidement que ces dernières sont placées devant et ce design sera aussi discret en bruit.

Ces photodiodes sont disposées vers des collecteurs "électrodes portes" [3033][3037][3042] situées à des profondeurs dans le substrat – respectives aux couches – ainsi que les transistors de transferts [tr1][tr2][tr3] situés à leur base. La charge électrique correspondant au remplissage des "puits" par les photons est alors transmise via le processeur.

[SCSl]

...en couleurs c'est quand même plus clair:

Description selon le schéma [Attention: edit du texte, changé un pargraphe]
Et donc l'originalité sera que sous une micro-lentille [3031] sans filtre, ce dernier sera remplacé par 3 photodiodes [PD1][PD2][PD3] qui alternent des couches semiconductrices négatives et positives (n-type / p-type ) superposées en 3 couches et intégrées dans les substrat [3023 à 3028]. Les "p-type" sont des régions à "fortes concentrations d'impuretés" [3024][3026][3028] alors que les "n-type" sont des régions à "faibles concentrations d'impuretés" [3023][3025][3027]. Évidement que ces dernières sont placées devant et ce design sera aussi discret en bruit.

Ces photodiodes sont disposées vers des collecteurs "électrodes portes" [3033][3037][3042] situées à des profondeurs dans le substrat – respectives aux couches – ainsi que les transistors de transferts [tr1][tr2][tr3] situés à leur base. [edit:] Les charges électriques correspondant à la collecte des photons par les couches respectives Rouge, Verte, Bleue (RGB) sont alors transmises vers le processeur.



 

[dioptre]

grosso-modo on réinvente les films couleurs avec leurs couches mais contrairement au film sans avoir besoin de filtres entre les couches.
La difficulté doit être dans la sensibilité de  chaque " couche " à des longueurs d'onde précises

[kochka]

Pourquoi pas, s'il est possible de réaliser ce système à un coût décent.
QQ soit la technique, ce qui compte c'est le résultat obtenu.
Le Foevon n'est pas connu pour sa sensibilité. En sera-t-il de même?
Si cette technique fonctionne bien, ce serait un plus pour de plus petits capteurs plein de pixels, et des optiques pouvant piquer plus car ayant une surface plus petite à couvrir.

[jurassic]

Juste un petit correctif : il faut inverser les couleurs bleue et rouge.
Les rayons de faible longueur d'onde ayant plus d'énergie, la lumière bleue peut pénétrer plus loin dans le substrat jusqu'au transistor collecteur TR1 alors que le rouge est absorbé et s'arrête moins loin sur TR3 
(Vérification faite sur le brevet, pas besoin de lire tout LOL)

[kochka]

ça me semblait bizarre aussi, mais j'ai eu la flemme de chercher, en me disant bien que qq de plus curieux le ferait

[jurassic]

Ceci dit, si çà voit le jour rapidement (j'ai 65 balais donc je suis pressé  ) c'est fantastique de simplicité ...
un peu comme la roue 

[cul de bouteille]

Je n'ai pas le niveau pour comprendre ce que cela impliquera ... 

Vous pouvez me dire quelles améliorations cela apportera au niveau de l'image ?

Merci.

[jpydrg]

Bonjour,

 [at]  SCSI : merci pour cette version expurgée d'une prose passablement indigeste. Je suis tout de même intrigué car je ne perçois pas en quoi cette technologie se différencie du capteur Foveon utilisé dans les appareils Sigma.

Cependant que je me garderais bien, n'en ayant jamais utilisé, de tenir des propos d'ordre général sur ces derniers, j'ai tout de même l'impression d'un certain plafonnement de la technologie Foveon depuis quelques années et ce serait une excellente nouvelle que le principal fournisseur de capteurs s'investisse dans cette direction. Cependant, et pour autant que je sache, toutes ces technologies sont dûment brevetées : comment Sony peut-il bien les contourner ?

[jurassic]

Oui, j'ai pas saisi la différence avec le Foveon, mais je n'ai pas vu beaucoup d'explications sur celui-ci.
Et sur le Foveon le bleu est capturé en surface et le rouge au fond du puits, là c'est moi qui ne capte plus !

[SCSl]

jpydrg: Comme l'a dit Kochka, c'est un avantage pour les capteurs de petite taille, qui eux ne vont pas perdre en saturation. Mais aussi pour les plus gros, comme déjà indiqué plus haut, il faut relire (en tout petits caractères au verso du contrat  ). Il y aura forcément une amélioration de la dynamique et une réduction du bruit, une plus grande fidélité des couleurs et des performances extraordinaires en basse lumière. Mais j'ignore dans quelle proportion respective, toute ces améliorations verront-elles le jour?

ça me semblait bizarre aussi, mais j'ai eu la flemme de chercher, en me disant bien que qq de plus curieux le ferait

Juste un petit correctif : il faut inverser les couleurs bleue et rouge.
Les rayons de faible longueur d'onde ayant plus d'énergie, la lumière bleue peut pénétrer plus loin dans le substrat jusqu'au transistor collecteur TR1 alors que le rouge est absorbé et s'arrête moins loin sur TR3  
(Vérification faite sur le brevet, pas besoin de lire tout LOL)

...je m'disais pareil...

Mais apparement ils privilégient la "surface de captage" VS "l'ordre de positionnement dans le substrat".

Une coupe fait apparaître que cette surface ne serait pas similaire:



...ils ont leurs raisons...  une autre est également représentée ici:

Source: wiki.

Apparement la pénétration des rayons lumineux dans le wafer, n'est pas ce qu'on pense...
(Donc tous les dessins sont justes...) 

Quelle différence avec le Fovéon?
— le Fovéon n'est pas «back illuminated» pardi...

[IlSanto]

Ce serait donc le futur du "back-illuminated" mais pour des capteurs plus gros. Intéressant, et ça mérite d'être considéré. Le futur nous apportera des news de lui-même, même si SCSI en sait à mon avis plus que ça. Allez, délie un peu ta langue et livre nous tes secrets 

[Pierre Yves]

Ce n'est pas parce que Sony a écrit un brevet qu'ils vont forcément en sortir quelque chose.
C'est possible, mais pas certain.
Quand j'étais étudiant, un prof nous avait raconté que Toyota avait sorti d'un coup plein de brevets sur un moteur en céramique. Le but n'était pas de développer ce moteur, mais d'envoyer les concurents sur une fausse piste.

[SCSl]

...il y a des bonnes chances que oui. D'abord parce que le «back illuminated» existe déjà, c'est donc une progression logique "à la Sony". Ensuite ils n'ont pas grand chose à craindre côté production des wafers... Donc pas de raison pour qu'il développe une stratégie pour détourner l'attention alors qu'ils ont plutôt besoin du contraire pour asseoir leur réputation dans le monde la photographie. Dans ce cas ils couperaient plutôt l'herbe sous les pieds de Nikon et d'autres, tous en quête de développement des performances.

Point de vue coup et côté R&D, ce capteur supprime deux sources de problèmes et de complication importante:
— Filtre passe-bas;
— Matrice de Bayer.

Pourquoi s'en priver dès lors que l'on sait que la techno "fonctionne" (i.e. le Fovéon...)

Enfin la quincaillerie sous le capteur me fait furieusement penser au virage technologique important représenté par le «photocell by photocell basis» déjà présent sur les A5x0...



Même si les "colonnes parallèles" semblent toujours bien présentes...

Impossible de dire quand ça va venir? Une stratégie des petits pas à la HX1? En tout état de cause ça va viendre tôt ou tard, même si ce n'est pas pour l'an prochain. 

[vianet]

Oui c'est intéressant incontestablement mais je n'ai fait que survoler un document qui ne rentre pas assez dans les détails techniques à mon goùt. Je regarderais ça à tête reposée un de ces jours mais pour l'instant, c'est la 3D qui retient notre attention.
Comme ça en première analyse, on s'attend forcément à un test sur petit capteur.
Sur les hauts isos, je serais prudent en revanche avec cette technologie car l'avantage, c'est de pondre un capteur de 32/35 mps qui arrache furieusement en piqué à tel point que ce sont les optiques qui pourraient souffrir.
 
Ce qui freine la course aux pixels, c'est la puissance des DSPs embarqués et les problèmes liés aux surchauffes par le très classique effet Joule.

[vianet]

Donc tout moyen qui améliore la résolution efficace sans gonfler notablement le nombre de pixels à gérer est bon à prendre.
Pas besoin de filtre AA sur les petits photosites.

[SCSl]

Réponse par MP en attendant ce week-end... 

SCSI en sait à mon avis plus que ça

...tu devrais plutôt t'étonner que je ne sois pas de nouveau en wouacances 

[LeRentier]

C'est intéressant que Sony se met à l'abri avec un brevet sur ce principe de fonctionnement et il faudra attendre la commercialisation d'un nouveau capteur basé sur ce brevet pour savoir s'ils se contenteront de le vendre aux faiseurs divers et variés ou le mettrons dans leurs propres appareils.

Si ce capteur marche comme ils doivent l'espérer, ce serait un coup de maitre car le principe semble, en passant, consacrer la validité de la démarche de Sigma avec le Foveon et mettra drôlement à mal les adorateurs de la matrice Bayer.

Je prévois une belle bagarre dans le monde des fabricants d'appareils et faiseurs de circuits.

[vianet]

Oui mais...
Juste en passant comme ça...Tout ce que Sony a déposé comme brevet cette année. Je l'ai signalé en MP depuis un petit moment déjà.
En gros, cela donne ça:
http://appft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-bool.html&r=0&f=S&l=50&TERM1=sony+&FIELD1=AS&co1=AND&TERM2=solid+state+imaging+device&FIELD2=TTL&d=PG01
Effectivement, pour noyer le poisson, on ne peut pas faire mieux.
Et ce n'est qu'une partie des innovations qui nous attendent chez Sony dans divers secteurs et dont nous verrons les effets dés l'année prochaine.
Heu... D'ailleurs, ces messieurs seraient bien inspirés de former les grossistes et les revendeurs de tout poil sur leur matériel. C'est très important surtout en cas d'innovations pour qu'ils sachent un peu ce qu'ils vendent. Genre une imprimante à sublimation thermique dernière technologie sans cartouche ni papier: utile non?
 

[SCSl]

Oui mais...
Juste en passant comme ça...Tout ce que Sony a déposé comme brevet cette année. Je l'ai signalé en MP depuis un petit moment déjà.
En gros, cela donne ça:
http://appft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-bool.html&r=0&f=S&l=50&TERM1=sony+&FIELD1=AS&co1=AND&TERM2=solid+state+imaging+device&FIELD2=TTL&d=PG01
Effectivement, pour noyer le poisson, on ne peut pas faire mieux.
Et ce n'est qu'une partie des innovations qui nous attendent chez Sony dans divers secteurs et dont nous verrons les effets dés l'année prochaine.

...paroles! Tu vises à dépasser le fil à 1200 posts de BR? 

[vianet]

Non, tu ne pas dire que je ne t'avais pas tenu au courant.
Pour la haute sensibilité, s'ils se lachent, ça risque de déménager.

[SCSl]

Non je ne peux pas le dire, donc je ne le dirai pas 

C'est un peu comme tout ce qui se passe en «off»...

(personne ne sait rien, on ne fait pas de recherche ni de développement ...on vous le jure) 
(personne ne sait rien, et personne ne peut le dire ...on vous le jure)  ... au fait et ML?

[vianet]

2 courants dans la recherche industrielle: le centre R&D d'un géant de l'électronique et les petites start-ups satellites pleines d'idées novatrices, i.e. les "francs-tireurs", à racheter où qui appartiennent majoritairement à ce géant par le biais des participations pas toujours très transparentes d'ailleurs.
Changeons de sujet.
Ml ne peut pas tout savoir si c'est ce que tu veux dire par ce que cette organisation de l'information au sein de Sony est trop compartimentée et en partie aussi à cause de ce que je viens de dire plus haut.
C'est pour ça que Katsumoto a juste laché qu'ils allaient se lacher sans mauvais jeu de mot, sur l'innovation mais pas de date ni de nom d'appareil.
Queue d'alouette et pour cause!
Bon à ce WE.