【导读】在2019年4月的伦敦图像传感器峰会上，松下介绍了他们耗时5年，与富士联合开发的Organic-Photoconductive-Film CMOS Image Sensor---- 有机光导薄膜cmos 图像传感器技术。2019年10月，有消息透露，Sony也即将生产其3-layer stacked OPF cmos sensor。松下与富士推出的这款OPF sensor主要针对的是专业摄像机市场，而Sony加入OPF sensor阵营则增加了业内对OPF sensor的遐想，也许过不了多久，我们的手机，无人机上就会出现大量应用OPF cmos image sensor的camera。
什么是OPF image sensor？
传统背照式cmos sensor 如下图左边，OPF sensor 如下图右边。
OPF sensor用有机光导薄膜取代了BSI sensor的光电二极管，也就是光电转换发生在这层薄薄的OPF内，sensor感光部分的厚度从BSI的3um下降到了0.5um。
BSI的光电转换和电荷存储都在PD单元内，而OPF的电荷存储部分与光电转换部分是分开的，由于感光的部分非常薄，留下更多了的空间给电荷存储，这样满井容量得到了大大升。
在OPF的基础之上，松下依照人类视觉的构造，设计了Dual-Sensitivity Pixel Technology，双敏像素技术。
FD1 与FD2 连着大小不同的OPF（上图红色的部分），分别存储了不同的sensitivity的子像素电荷，这样可以构成dual exposure的HDR，进一步扩大sensor的动态范围。
OPF image sensor有哪些好处？
1.大动态范围，WDR。如前面所说，一方面由于电荷存储的容量变大，另一方面由于dual sensitivity pixel 技术。sensor的动态范围大大增加。
2.Global shutter。BSI sensor 要想设计成Global shutter, 需要额外增加一个存储电容，这样占用了大量的空间，这也是Global shutter sensor 不容易做小的一个原因。而这种OPF sensor相当于自带大电容存储，天然具备了设计成Global shutter的条件。（实际上还是得益于感光部分变小了）
3.光电转换灵活可控，OPF 有机光导薄膜的光电转换增益可以被灵活的控制，这样与传统BSI sensor 相比可以更灵活地适应不同场景，得到更好的图像质量。
4.由于OPF天然对NIR 近红外光敏感，这样它很容易被设计成RGBNIR的sensor，同时，OPF的感光度可以用电信号直接调制。
对于低光有需求的监控类场景，这真是大大的福音。传统的RGBNIR camera，需要切换IR filter 。当白天光线好的时候，IR filter 滤去IR，当晚上光线弱的时候，需要一个装置把IR filter移到下面去，让IR光也进入sensor。
切IR filter
切IR 很大地增加了成本，也影响产品的寿命以及维护成本。OPF sensor 的感光可以任意调整，这就不需求切换IR filter或者sensor，根据照度用程序对感光进行实时调整就可以了。
5.这种sensitivity调整甚至可以逐帧进行，一帧RGB模式，一帧IR模式，产品可以更加灵活设计。
下一代image sensor
下一代的image sensor，相对于过去imaging的需求，要增加sensing的需求，这样才能因应AI的广泛应用场景。有三个最基本要点：
1.大动态范围。
2. 抑制运动造成的artefact。
3.要有多光谱感光的能力 ， 应对低光场景。
4.当然针对不同的应用，不同市场，还有其他的需求，比如LED flicker cancellation，motion artefact free等等。
OPF image sensor的推出，标致着在图像传感器领域，日本公司又一次走在前面，我们ISP的设计者，camera的开发者，又有了新的选择，这既是挑战，也是很好的机遇。
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