概述

“Polarsens”是 一种根据像素尺寸以高精度构建多个不同角度(4轴)偏光器的CMOS 图像传感器像素技术。 搭载Polarsens技术的偏光图像传感器,利用4轴偏光信息,能够将可见光拍摄下无法获得的信息可视化。 该技术可解决多个产业领域的课题。

*) Polarsens和徽标是索尼集团(株)的商标。

偏光子の参考画像

偏光元件的参考图
Source: Sony, IEDM2016, Lecture number 8.7

Polarsens “基础篇”(附带语音解说)

Polarsens “应用篇”(附带语音解说)

技术说明

在图像传感器上搭载4向偏光器

索尼的偏光传感器上搭载了4向偏光器,可一次同时获取4个方向的偏光图像(图1)。可根据各方向的偏光器输出的亮度值计算出偏光方向(光的振动方向)与偏光度(偏光的程度)。
结合后端的信号处理,可实时*11获取偏光信息*2

*1) 依赖于后段系统的信号处理能力
*2) 偏光方向与偏光度

图1 基本结构

图1 基本结构 偏光片放置在片上透镜下方

偏光元件配置在On-Chip Lens下层

传统偏光相机一般采用将偏光器贴合在图像传感器上方的结构(图2 左),而索尼的偏光传感器在片上微镜头下方配置偏光元件(图2 右)。偏光器与光电二极管距离较近时,相邻像素间产生的漏光较少,因此,可改善消光比特性*3和斜入射特性。

索尼的偏光传感器是在半导体工序中构建偏光器的,因此,相比传统的贴合结构的偏光传感器,偏光器的构建与配置精度、一致性、量产性、耐久性等都更为出色。另外,本公司的偏光传感器在偏光器上增加了防反射层,大幅降低了眩光和重影的影响。

*3) 消光比是表现偏光特性的一项指标。图像传感器的消光比用透光轴感光度和吸收轴感光度的比(透光轴感光度/吸收轴感光度)来表示,数字越大,代表特性越好。

图2 结构比较

传统结构(其他公司),索尼的偏光传感器结构

传统结构(其他公司)

索尼的偏光传感器结构

结构比较

传统结构(其他公司), 索尼的偏光传感器结构

传统结构(其他公司)

索尼的偏光传感器结构

参考画像 放大 放大

什么是偏光

光具有亮度(振幅)、颜色(波长)、偏光(振动方向)这几种物理要素。一般而言,自然光和荧光灯的光朝着各个方向振动,其状态被称为无偏光或非偏光,但我们可以借助偏光片,获取偏向特定方向的光(偏光)。

索尼的偏光传感器采用的线栅方式,会让在垂直于偏光器的方向(透光轴)上振动的光透过,同时阻断在水平方向(吸收轴)上振动的光。

图3 偏光的机理

偏光的机构图 我们可以借助偏光片,获取偏向特定方向的光(偏光)。
参考画像 放大 放大

图3 偏光的机理

偏光的机构图 我们可以借助偏光片,获取偏向特定方向的光(偏光)。

偏光度与偏光方向

偏光信息可用2个要素来表现:朝哪个方向振动、偏光多少。前者称为“偏光方向”,后者称为“偏光度”。有效地利用偏光信息,有望实现各种应用。例如检测过去难以可视化和识别的物体表面的划痕、异物识别、歪斜识别以及物体形状识别等。

偏光度示例

通常,我们在观察物体时,看到的是物体表面反射、散射的光。反射的光受物体材质、颜色、凹凸等表面状态和反射角度等影响,偏光度会发生变化。

正常图像

正常图像

偏光度图像

偏光度图像

右图展示了偏光度图像。偏光度越高的地方越白,越低的地方越黑。仔细观察右图的红框区域,可以看到,因为缝制皮革的丝线的偏光度与周围皮质材料的偏光度差异很大,因此,可以非常清晰的显示接缝状态。

偏光方向示例

根据反射光的偏光方向信息,我们可以了解物体反射面的朝向。

正常图像

正常图像

偏光度图像

偏光方向图像

右上图是用颜色模式展示了物体表面偏光方向的图像。如右下图所示,将偏光方向的角度与HSV颜色相位相匹配。右上图中的立方体上面显示为浅蓝色,对照下方的颜色映射,可以发现偏光方向(立方体上面的方向)为90度。

HSV颜色相位映射

HSV颜色相位映射

应用

平面划痕检查

在制造现场中,检测玻璃之类完全均匀的平面上的划痕时,需要将其与污垢区分开来。划痕与污垢不同,具有特定的方向,着眼于这一特点,可对偏光图像传感器加以有效利用。
由于偏光图像传感器能够准确地捕捉到凸凹部分的偏光度差异,因此可以准确识别特定方向上的划痕,并将其与凸凹不规则的污垢区分开来。

玻璃划痕、污垢的检测

正常显示

正常显示

偏光度显示

偏光度显示

这个例子是相同质地的平面(玻璃板)上有凹凸和异物的情况(左图、右图)。带划痕、污垢(指纹、垃圾)部分的偏光度与周围部分不一样,因此很容易分辨。(右图)

相关领域

电子设备制造

填充检查

在制造现场中,可以利用偏光度的差异,对填充状态进行检测。例如,在LSI芯片的拣选作业中,可以对芯片是否处于正确位置进行确认。在药品制造过程中,利用片剂与铝板之间的偏光度差异,可对是否填充了片剂进行确认。

对铝板与片剂的偏光度差异进行可视化的示例

正常显示

正常显示

偏光度显示

偏光度显示

利用片剂与铝板之间的偏光度差异,很容易看出来是否填充了片剂。(右图)

相关领域

食品、医药品、化妆品制造

玻璃应力检查

偏光图像传感器可有效用于各种制造业的形变检查中。不会被颜色或光泽所迷惑,可以准确地判断是否存在形变。另外,还可检测出形变的方向。

眼镜框的形变

正常显示

正常显示

偏光度显示

偏光方向显示

镜面不同区域的应力不同,偏光度也不同,借此可以检测镜面应力均匀度。(右图)

相关领域

研究、调查

车内的人数确认(消除反射)

在交通管理中,使用定点摄像头进行观测时,因时段与角度的不同,车辆的前挡风玻璃会对光线产生反射,这可能会使摄像头出现无法识别车内人影的情况。通过适当地设置偏光图像传感器,则可减轻或消除反射光,从而能够检测出车内人数。

无偏光滤镜

无偏光滤镜

反射光会造成干扰,看不清车内。

有偏光滤镜

有偏光滤镜

可以使用偏光滤镜去除反射光。但是,反射光会因车辆类型(车窗角度)的不同而有所残留。

偏光图像传感器(Polarsens)

偏光图像传感器(Polarsens)

如果使用偏光图像传感器,无论何种车型,均可消除反射光,提高面部识别的准确性。

相关领域

智能交通系统 (ITS)

下载

利用偏振光消除反射的原理及偏光图像传感器的特长

介绍用于本偏光图像传感器的详细技术信息

搭载偏光图像传感器的相机列表

下载搭载索尼偏光图像传感器的相机列表

偏光图像传感器概述

2页关于索尼偏光图像传感器的摘要

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