索尼的半導體制造和索尼半導體解決方案部門(mén)在“IEDM 2016”上發(fā)表論文演講，介紹了新型背照式CMOS傳感器（BSI）。該傳感器的特點(diǎn)是配備了偏振元件（polarizar）。在普通偏振相機上，成像元件和偏振元件是各自獨立的，有的把偏振元件設在位于BSI受光部（PD：Photo Ditector）上方的片上透鏡（On-chip lens）與該透鏡上方的外置保護玻璃之間。而此次發(fā)布的BSI則是在PD的上方設置用金屬線(xiàn)柵制作的偏振元件，實(shí)現了單芯片化。
由此可以實(shí)現比以往更小、成本更低的偏振相機。
偏振相機的代表性用途有兩個(gè)。一是監控攝像頭，拍攝人的肉眼看不到的場(chǎng)所。例如太陽(yáng)光會(huì )在汽車(chē)前擋風(fēng)玻璃上產(chǎn)生鏡面反射，反射光會(huì )導致肉眼看不清駕駛席的情況，而偏振相機仍能清晰拍攝。前擋風(fēng)玻璃鏡面反射的光與車(chē)內人物反射的光具有不同的偏振狀態(tài)，只將前擋風(fēng)玻璃反射的光分離出來(lái)，就可以拍攝車(chē)內的情況。
另一個(gè)用途是三維測量。通過(guò)捕捉測量對象表面反射光的偏振狀態(tài)，就可以更加精細地拍攝到物體表面的凹凸。不過(guò)，用偏振相機只能分辨出位移量，并不能分辨與物體之間的距離的絕對值。因此，要想知道距離，同時(shí)還要使用立體攝像頭那樣的距離傳感器。
研究人員認為，此次試制的攝像元件還可用于上述以外的用途。在IEDM上發(fā)表論文也是為了探索新的應用。
左為以往產(chǎn)品，右為此次試制品的結構（圖片來(lái)自IEDM，由索尼集團制作）
還抑制重影
偏振元件是一種只讓特定偏振狀態(tài)的光透過(guò)而把其他光全部反射出去的濾鏡。試制攝像元件上搭載的偏振元件有4種，分別讓不同偏振方向（偏振角）的線(xiàn)性偏振光透過(guò)（0度、45度、90度、135度）。
索尼在演講中強調，作為偏振相機（傳感器）指標的透射率和“消光比”都沒(méi)有問(wèn)題。消光比方面，在400nm——700nm波段實(shí)現了比以往偏振相機更高的消光比。此外還具有靈敏度和消光比對入射角依存度低等優(yōu)點(diǎn)。
另外，還克服了拍攝的影像中映入了偏振元件的課題（“鬼影”）。偏振相機中，偏振元件的反射光會(huì )反射到其上方的鏡頭上，然后再反射到該元件上。因此拍攝的影像中會(huì )映出偏振元件。為此，此次作為偏振元件的金屬線(xiàn)柵的上方另外設置了防反射層，使來(lái)自該元件的反射光不射入鏡頭。由此大大降低了偏振元件造成的鬼影問(wèn)題。
左為4種偏振元件。右為偏振元件發(fā)揮功能的線(xiàn)柵和抑制鬼影的防反射層（圖片來(lái)自IEDM，由索尼集團制作）
試制320萬(wàn)像素產(chǎn)品
索尼在演講中還公布了試制品的規格和彩色的影像樣品。試制品為1/2.8型320萬(wàn)（水平2065×垂直1565）像素，像素尺寸為2.5μm見(jiàn)方。幀速為120幀/秒。透射率63.3％，消光比為85，使靈敏度減半的入射角在垂直和水平方向上均為30度。采用90nm的制造工藝制造。線(xiàn)柵的周期為150nm。
影像樣品拍攝的是一個(gè)透明的盒子以及盒子里的物品。展示了2種影像，一種是仍保留著(zhù)盒子上反射出的盒子內外物品的影子，另一種影像中則消除了反射。（記者：根津禎）
透明的盒子及盒子里的物品。左邊的影像中，盒子上留著(zhù)反射出的物品的影子，右邊則消除了反射出的影子。（照片：IEDM、拍攝：索尼集團）
