小型・高感度・高フレームレート
医療内視鏡用イメージセンサー
1/9.25型 約70万画素 IMX446
1/5.36型 約211万画素 IMX447

小型CSP（Chip Size Package）

軟性内視鏡においては、患者様への負担を軽減するために、より細いスコープが求められます。また、スコープ先端部には手技で使われる処置具のスペースも必要なため、搭載されるイメージセンサーの小型化が不可欠です。この要求を満たす内視鏡セットに最適な小型CMOSイメージセンサーを開発しました。

IMX446/IMX447はキャビティレス構造のCSP （Chip Size Package）を採用しています。一般的なCSPでは、チップ周囲部に樹脂部を設けてガラスとチップを接合し、中空構造（キャビティ構造）を形成します。この樹脂部は光学特性が考慮されていないため、画素エリアの外側に配置してセンサーの光学特性への影響を防ぎます。また接合強度確保のため、樹脂部には一定の幅が必要です。
IMX446/IMX447は、光学特性と接合強度を両立させる樹脂を使用し、画素エリアを含むチップ全面のガラスとチップ間に樹脂層を形成。中空部を無くした構造（キャビティレス構造）を採用しました。これにより、キャビティ構造で必要だった周囲の樹脂部が不要となり、センサーの小型化を実現しています。

高感度

体内は外側から光が届かず暗い環境のため、内視鏡で体内を撮影する際には照明が必要です。しかし、内視鏡の照明では、奥まで十分に光が届かない場合があります。医療の現場では、そのような状況下においても、診断精度向上のため手前から奥まではっきりと写すことが求められています。内視鏡のカメラの感度が低いとより明るい照明が必要になりますが、照明が取り付けられているスコープ先端部の発熱を考慮すると、照明の光量を大きくすることにも制約があります。
この課題に対し、IMX446/IMX447は一般的な内視鏡イメージセンサーより比較的大きめな1.62µmセルサイズを採用。これにより、優れた高感度性能を発揮し、暗所でも鮮明な映像を提供することで、医師の診断をサポートします。

セルサイズ（1.1㎛）相当の画像

セルサイズ（1.62㎛）のIMX447で撮影

広ダイナミックレンジ、DOL HDR

ソニーの内視鏡用イメージセンサーは、広いダイナミックレンジを特徴としています。ダイナミックレンジとは、画像をつぶれなく再現できる明暗の範囲を指します。
体内は奥行きがあり表面が反射しやすいため、照明条件によっては被写体の視認性が低下することがあります。IMX446/IMX447は、広いダイナミックレンジにより、明るい部分と暗い部分を同時に鮮明にとらえることができ、スムーズで快適な視認性が得られます。
さらに、DOL HDR（Digital-Overlap High Dynamic Range）機能により、ダイナミックレンジの拡張を実現しました。この技術は、明所に合わせ露光時間を短く、暗所に合わせて露光時間を長く設定し、露光時間の異なる２画像を連続して撮影し合成することで、通常以上に広いダイナミックレンジを可能にします。
明るい領域と暗い領域の両方で優れた画質を維持しつつ高精細な画像を提供し、診断精度の向上に貢献します。

高フレームレート

通常、内視鏡と被写体は非常に近い距離で接しているため、内視鏡や臓器、腸の内壁のわずかな振動でも映像に影響を与えます。振動によって映像が揺れ、細部がはっきりと見えなかったり、内視鏡の動きが相対的に早すぎて腫瘍部を見逃してしまうこともあります。
IMX446/IMX447は、最大120fpsの高フレームレートを実現することで、これらの課題の解決を目指しました。

フレームレートの違いによる動画ブレ比較

上の動画は、胃の模型を異なるフレームレートで撮影し、比較したものです。
左側の60fpsの動画では、丸で囲った範囲が大きくブレて映っているため、正確な診断ができない可能性があります。一方、右側の120fpsの動画は、ブレが少なく鮮明に映っています。また、ブレが強い60fpsと比較して、120fpsの動画はなめらかで、被写体全体の輪郭がくっきりと見えています。

高フレームレート撮像による対象物見逃しの比較

内視鏡の挿入角度や移動方向、速度によっては、重要な対象物を撮り逃してしまうリスクがあります。
以下は、120fpsと60fpsの異なるフレームレートで、腫瘍モデルを含む胃の模型を撮影し、撮影画像を同じ時間軸で並べたものです。

この例では、120fpsでは撮影できていても、60fpsではとらえきれていない箇所が存在します。高フレームレートでの撮影により、同一時間内でより多くの画像を取得できるため、腫瘍などの対象物をとらえる機会が増加します。このように、高フレームレートのイメージセンサーを用いることで十分な撮影フレーム数を確保でき、重要な情報を見逃すリスクを軽減できる可能性があります。

長距離伝送（SLVS-EC）、省ピン化

胃や大腸の検査などに使われている内視鏡は、ケーブル長が1m以上の長いものがあり、加えて狭い消化管などを検査するために、細く柔軟なケーブルが求められます。
IMX446/IMX447は、インターフェースにSLVS-ECを搭載。信号線の数を抑えることができるため、ケーブル径を細くすることができます。また、エンベデッドクロック方式の採用により、レーン数を削減し伝送路設計を容易にするとともに、長距離伝送も可能になるなど、医療アプリケーションに適しています。さらに、カスタマイズされたSPI通信機能搭載により、I2C同様、2ピンのまま電源系統を1種類削減し、最小5ピン^*１での動作が可能です。

線長5mでも、伝送後のアイパターン（B）が大きく開いており、信号劣化が少ないことが分かります。