چگونه Samsung Electronics سنسور تصویر ISOCELL HP3 را توسعه داد – اتاق خبر جهانی سامسونگ

▲ سونگسو چوی (سمت چپ) از مرکز تحقیق و توسعه نیمه هادی و میونگو کی از تیم توسعه حسگر پیشرفته در تجارت سیستم LSI سامسونگ الکترونیک که ISOCELL HP3 را توسعه داد.

لنزهای دوربین به اندازه ناخن که در دستگاه های تلفن همراه تعبیه شده اند، از زمان شروع به کار پیشرفت فوق العاده ای داشته اند. سامسونگ الکترونیکس پس از تبدیل شدن به اولین شرکت در صنعت که از سنسورهای تصویر CMOS (CIS) به ترتیب 108 و 200 مگاپیکسل در سال‌های 2019 و 2021 رونمایی کرد، اخیراً بازار را با سنسور تصویر ISOCELL HP3 خود غافلگیر کرده است، سنسور تصویری با 200 میلیون دستگاه. 0.56 میکرومتر (میکرومتر)-pixels، کوچکترین پیکسل در صنعت.

سامسونگ پیشرو در فناوری‌های حسگر تصویر با طراحی‌های نیمه‌رسانای خلاقانه است که می‌تواند تصاویر خیره‌کننده‌ای را با مقادیر بالای پیکسل ثبت کند. این شرکت از طریق اعلام تولید انبوه سنسور تصویر با پیکسل فوق العاده بالا، ISOCELL HP3، توسعه سنسورهای تصویر موبایل 200 مگاپیکسلی با پیکسل های فوق العاده کوچک را تجاری کرده است.

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد چگونگی توسعه حسگر تصویر با پیکسل فوق العاده بالا توسط سامسونگ در این صنعت، اتاق خبر سامسونگ با میونگو کی و سونگسو چوی، توسعه دهندگانی از تجارت سیستم LSI و مرکز تحقیق و توسعه نیمه هادی که نقش پیشرو در توسعه دوربین جدید داشتند، صحبت کرد. ISOCELL HP3.

کوچکتر و بهتر: اولین شرکت در صنعت که تجاری شد 0.56میکرومتر پیکسل ها

سنسور تصویر یک نیمه هادی سیستمی است که نوری را که از طریق لنز دوربین وارد دستگاه می شود به سیگنال های دیجیتال تبدیل می کند. از دوربین‌های دیجیتال و گوشی‌های هوشمند گرفته تا لپ‌تاپ‌ها و خودروها، حسگرهای تصویر در تمامی محصولات الکترونیکی مجهز به دوربین تعبیه شده‌اند. ISOCELL HP3 که سامسونگ اخیراً رونمایی کرده است یک سنسور تصویر است که دارای 200 میلیون 0.56 است.میکرومتر پیکسل، کوچکترین پیکسل در صنعت، در قالب اپتیکال 1/1.4 اینچی.¹

از سال 2019، سامسونگ هر سال موفق شده است اندازه پیکسل خود را کاهش دهد تا با کوچکترین اندازه در صنعت مطابقت داشته باشد. برای باریک نگه داشتن دستگاه ها به پیکسل های کوچکتری نیاز است.

کی توضیح داد: «با اندازه پیکسل واحد کوچکتر، اندازه فیزیکی سنسور و ماژول را می توان کاهش داد و اجازه می دهد اندازه و عرض لنز نیز کاهش یابد. این می تواند عناصری را که در طراحی دستگاه تداخل دارند، از بین ببرد، مانند دوربینی که بیرون زده است، و همچنین می تواند مصرف انرژی را کاهش دهد.

در حالی که پیکسل های کوچکتر دستگاه ها را باریک تر می کنند، حفظ کیفیت تصویر با پیکسل های کوچکتر مهم است. ISOCELL HP3 که با استفاده از فناوری پیشرفته توسعه یافته است، با 12 درصد اندازه پیکسل کوچکتر از مدل قبلی ISOCELL HP1، می تواند سطح ماژول دوربین را در یک دستگاه تلفن همراه تا 20 درصد کاهش دهد. علیرغم اندازه پیکسل کوچکتر، سنسور با استفاده از فناوری توسعه یافته است که ظرفیت کامل چاه (FWC) را به حداکثر می رساند و از دست دادن حساسیت را به حداقل می رساند. علاوه بر این، ویژگی‌های جدیدی به سنسور اضافه شده است، از جمله قابلیت‌های فوکوس خودکار برای همه پیکسل‌ها و عملکردهایی که عملکرد ویدیویی با سرعت بالا را به همراه افزایش بیان رنگ‌ها ممکن می‌سازد.

افزایش جذب نور و ظرفیت دیود عکس با استفاده از قابلیت های منحصر به فرد فناوری

اندازه پیکسل کوچک‌تر برای ایجاد دستگاه‌های کوچک‌تر و باریک‌تر ایده‌آل است، اما ممکن است منجر به ورود نور کمتر به دستگاه یا تداخل بین پیکسل‌های مجاور شود. علی‌رغم این چالش‌ها، سامسونگ توانست از کوچک‌ترین پیکسل‌های صنعت برای ایجاد یک حسگر جدید خلاقانه استفاده کند.

کی گفت: «این همه به لطف قابلیت‌های فناوری اختصاصی سامسونگ است. فناوری نوآورانه سامسونگ می‌تواند عملکرد بالایی را حتی در دستگاه‌های بسیار کوچک‌تر ارائه دهد.»

سامسونگ با استفاده از فناوری اختصاصی خود به نام جداسازی عمیق ترانشه با عمق کامل (DTI) موفق به ایجاد دیوارهای فیزیکی بین پیکسل‌هایی شد که نازک‌تر و عمیق‌تر هستند و عملکرد بالا را حتی با 0.56 تضمین می‌کند.میکرومتر. DTI، فن‌آوری کلیدی ISOCELL، یک جزء عایق بین پیکسل‌ها ایجاد می‌کند که به عنوان یک دیوار جدا شده برای جلوگیری از اتلاف نور و بهبود عملکرد نوری عمل می‌کند. توسعه دهنده Choi این فناوری را با ایجاد یک مانع نازک بین اتاق های مختلف یک ساختمان مقایسه کرد.

چوی توضیح داد: «به زبان ساده، تلاش برای ایجاد یک دیوار نازک‌تر بین اتاق خود و اتاق مجاور بدون تأثیر بر سطح عایق صدا است.

کلید DTI ایجاد دیوارهای سیلیکونی نازک تر و عمیق تر برای افزایش ISO و کاهش تداخل است.² از آنجایی که اجزای عایق بزرگتر بین پیکسل ها به معنای از دست دادن نور بیشتر است. با اعمال این تکنیک روی 0.56میکرومتر پیکسل، سامسونگ جذب نور را افزایش داد و ظرفیت دیود عکس (PD) را به حداکثر رساند. بنابراین، استفاده از پیکسل های بسیار کوچک امکان پذیر شده است، زیرا می توان نور بیشتری را در هر پیکسل ذخیره و پردازش کرد، حتی با یک ناحیه گیرنده نور کوچکتر.

قابلیت فوکوس خودکار برای همه 200 مگاپیکسل سرعت و دقت را افزایش می دهد

فناوری Super Quad Phase Detection (QPD) که برای اولین بار در HP3 استفاده شد، تمام 200 مگاپیکسل را قادر می سازد تا با افزایش شدت پیکسل فوکوس خودکار تا 100 درصد فوکوس کنند. Super QPD با استفاده از یک لنز روی چهار پیکسل، قابلیت فوکوس خودکار سریع‌تر و دقیق‌تری را ارائه می‌کند و امکان اندازه‌گیری تمام تفاوت‌های فاز سمت چپ، راست، بالا و پایین سوژه عکاسی را فراهم می‌کند. نه تنها فوکوس خودکار حتی زمانی که هوا تاریک است دقیق است، بلکه وضوح بالا حتی زمانی که زوم می شود حفظ می شود.

برای مقابله با مشکل کیفیت پایین تصویر در محیط های کم نور، سامسونگ از فناوری پیکسلی نوآورانه برای اطمینان از کیفیت بالای تصاویر استفاده کرد. ما از نسخه ارتقا یافته تترا اختصاصی سامسونگ استفاده کردیم²فناوری پیکسل که چهار یا شانزده پیکسل مجاور را ترکیب می کند تا به عنوان یک پیکسل بزرگ در محیط های کم نور عمل کند. فناوری پیکسل ارتقا یافته فیلمبرداری با وضوح بالا را در 8K با سرعت 30 فریم در ثانیه (فریم بر ثانیه) و در 4K با سرعت 120 فریم در ثانیه بدون افت میدان دید را امکان پذیر می کند. علاوه بر این، امکان فیلم‌برداری ویدیوهای 8K با وضوح فوق‌العاده با همان میدان دیدی که هنگام عکس‌برداری وجود دارد، وجود دارد.

مشابه محیط‌های کم نور، گرفتن عکس در شرایطی که نور خورشید بیش از حد است دشوار است. به منظور مبارزه با این مشکل، به فناوری منحصر به فردی برای تنظیم سطوح در عکس ها برای ثبت صحیح تصویر نیاز است. وقتی نور خیلی زیاد یا خیلی کم است، افزایش دامنه دینامیکی مهم است³ به منظور گرفتن یک عکس طبیعی که شبیه به آنچه با چشمان خود می بینیم به نظر برسد. با استفاده از فناوری Smart-ISO Pro، که از دو سود تبدیل استفاده می‌کند و محدوده دینامیکی بالا (HDR)⁴ این ویژگی که سه فریم را با نوردهی‌های مختلف (نور کوتاه، نوردهی متوسط ​​و نوردهی طولانی) به یکی تبدیل می‌کند، از عکاسی HDR پشتیبانی می‌کند که حتی هنگام عکاسی در شرایط نوری ناقص، تصاویر طبیعی ایجاد می‌کند و نتیجه بهینه را ارائه می‌کند.

همکاری: کلید غلبه بر محدودیت های فنی و ایجاد امکان توسعه سریع

در طول توسعه ISOCELL HP3، توسعه دهندگان با چالش های فنی مختلفی روبرو شدند. از آنجایی که این اولین محصولی بود که از فناوری Super QPD استفاده می کرد، هنگام استفاده از یک ساختار جدید که در جداسازی سنگر عمیق جلو (FDTI) یافت نمی شد، آزمون و خطاهای زیادی وجود داشت، و همچنین مشکلاتی را که داشتیم تجربه کردیم. در هر مرحله توسعه پیش بینی نشده است.

با وجود چنین روند توسعه دشواری، سنسور جدید کمتر از یک سال پس از عرضه مدل قبلی معرفی شد. این دو توسعه دهنده این توسعه و انتشار سریع محصول را به همکاری بین تیم های مختلف نسبت دادند.

کی گفت: «هر زمان که با یک مشکل فنی مواجه می‌شدیم، با همکاری نزدیک با بخش‌های مختلف تجاری، تیم خود و حتی مراکز تحقیقاتی خارج از کشور پاسخ می‌دادیم. ما توانستیم با افزودن دانش به محصولات سطح بالا، مانند تراشه های حافظه از مرکز تحقیق و توسعه نیمه هادی، تراشه های منطقی و غیره، هم افزایی ایجاد کنیم. این محصول جدید ممکن است بزرگترین تلاش مشترک بین بخش های مختلف باشد، از جمله کارمندان مرکز تحقیق و توسعه نیمه هادی، تیم توسعه پیکسل، ریخته گری، محققان در SSIR و همه گروه های تیم توسعه پیشرفته، مانند طراحی حسگر، پیکسل، راه حل، فناوری محصول، ساخت و الگوریتم.»

افتخار به مهارت فنی پیشرو: پیشرو در بازار حسگر تصویر

در حالی که انتظار می‌رود بازار حسگرهای تصویر به دلیل افزایش تقاضا برای دوربین‌ها و تنوع محصولات مرتبط، رشد سریعی را تجربه کند، سامسونگ با غلبه بر محدودیت‌های کوچک‌سازی پیکسل، گرایش‌هایی را برای دوربین‌ها در بازار سنسور تصویر موبایل نسل بعدی ایجاد می‌کند. اتاق خبر سامسونگ از دو توسعه دهنده پرسیده است که در مورد رهبری توسعه فنی ISOCELL HP3، اولین حسگر تصویر 200 مگاپیکسلی در صنعت که از 0.56 استفاده می کند، چه احساسی دارند.میکرومتر پیکسل ها

چوی گفت: “من به این واقعیت افتخار می کنم که ما در حال ایجاد روند در بازار حسگرهای تصویر هستیم و مطمئن هستم که همچنان در فناوری میکروپیکسل پیشتاز خواهیم بود.” از آنجایی که کاربردهای حسگرهای تصویر در صنایع مختلف مانند واقعیت افزوده (AR)، واقعیت مجازی (VR) و صنعت خودرو در حال گسترش بیشتر است، علاوه بر صنعت گوشی‌های هوشمند، توسعه فناوری‌های آینده و بازارهای مبتنی بر آن را رهبری خواهیم کرد. کی روش در مورد توانایی‌های منحصر به فرد تکنولوژیکی ما گفت.

سامسونگ با موفقیت دستگاه های فوق العاده کوچکی را ایجاد کرده است که با استفاده از فناوری نوآورانه حسگر تصویر، تصاویر را با وضوح بالا ثبت می کنند. سامسونگ از طریق نوآوری های منحصر به فرد خود مانند سنسور تصویر ISOCELL که تجربه های بهینه و پیشرفته ای را در اختیار کاربران خود قرار می دهد، به رهبری بازار حسگرهای تصویر ادامه خواهد داد.

¹ قطر ناحیه ای که از طریق لنز دوربین گرفته می شود.

² پدیده ای که در آن نور با فتودیودهای پیکسل های مجاور تداخل می کند.

³ نسبت بین روشن ترین و تاریک ترین قسمت در یک تصویر دیجیتال.

⁴ فناوری که با روشن‌تر کردن قسمت‌های روشن و تاریک‌تر کردن قسمت‌های روشن، مانند آنچه چشم واقعی انسان می‌بیند، دامنه روشنایی را گسترش می‌دهد.