[心得]sony imx cmos演化整理

楼主: aunbis (Anubis)   2019-09-24 14:59:21
无论传感器效能如何,往往更重要的是厂商的校调,之前为了了解SONY CMOS的IMX系列演
进,汇整资料如下,而SONY CMOS的性能天梯或比较就不额外整理了,网络上很多资料可
供查询。欢迎各位先进对于不足的地方指教与更正。
一般CCD(Charge Coupled Device,感光耦合元件)指的是数位相机中可记录光线变
化的半导体。CCD主要材质为硅晶半导体,透过光电效应,由感光元件表面感应来源光线
,从而转换成储存电荷的能力,当光线照射时,光线的能量转换成电荷,光线越强、电荷
也就越多,电荷成为判断光线强弱大小的依据。再搭配通道线路,将这些电荷传输至放大
解码原件,就能还原所有CCD上感光元件产生的讯号,构成了一幅完整的画面。
CCD是一种线性传感器,其输出与接收到的光子数量直接相关,不同于互补金属氧化
物半导体(CMOS,或CMOS图像传感器CIS),CMOS是一种新的并行读出技术,虽然这两种成
像设备都将光转化为电子(电荷),随后处理成电子信号。但CCD的设计目的是将电荷逐个
像素地移动,直到它们到达专用读出区域放大器,而CMOS图像传感器直接在像素上进行放
大,更高级的CIS技术提供了并行读出架构,其中每个像素都可以单独寻址,或作为一个
组并行地读出,而由于CMOS耗电需求少,便于制造,可以与影像处理电路同处于一个芯片
上,很快就成为市场的宠儿。
但CMOS的架构随着科技演进逐渐显现架构的缺陷,由于CMOS是一个多层结构,在传统
FSI(前照式FrontSide Illumination,缩写为FSI)结构中,自上至下依次为微透镜(Micro
-len
s)、彩色滤光镜(Color Filter)、电路层(Wiring Layers)和光电二极管(Photodiodes),
CMOS总面积等于光电二极管有效面积加上电路层有效面积,光电二极管和配套电路需要争
抢感光元件上有限的空间,电路占据的面积大,光电二极管占据的面积就小,CMOS实际收
集的光线就少,成像质量难以提升,当高ISO拍摄时会出现的噪点大、噪声多就是这个原
因,因此初始技术采用了整合模数转换电路(ADC)的做法,一列光电二极管对应一个ADC和
一套放大电路借由增加配套电路提升像素数量与提高读取速度。
虽然在1990年代,背照式架构(Back-Illuminated CMOS,BI CMOS或BackSide Illumi
nation CMOS,BSI CMOS)概念被提出,但由于生产制程过于先进,因此无法实现量产化,
直到2009年2月,SONY实现BSI CMOS量产化并注册了Exmor R商标,开启了CMOS大爆发的时
代。在BSI结构中,调换了光电二极管和电路层的位置,自上至下改为微透镜(Micro-lens
)、彩色滤光镜(Color Filter)、光电二极管(Photodiodes)和电路层(Wiring Layers),
使光电二极管因开口更大可以接收到更多光线,提高CMOS灵敏度和信噪比,改善高ISO下
成像。而且配套电路无需再和光电二极管争抢面积,搭配更大的电路可以更进一步提高速
度,实现超高速连拍、超高解析影片等功能,但由于电路层变得密度更高,电路和电路之
间不可避免地会生干扰,成为厂商持续改进的课题。
到了2012年8月,SONY宣布新型Exmor RS,将原来背照式架构提升转变成积层(或称
堆栈、堆叠)式CMOS传感器,一款CMOS可以单独采用背照式或堆栈式设计,也可以两种方
式一起使用。SONY的Exmor R CMOS是背照式设计,而Exmor RS CMOS是在背照式的基础上
将信号处理电路芯片放到后面去,结合两种设计结构完成堆栈设计,达到减小体积,提升
画质的效果。顺带一提,由于背照式结构是堆叠式(Stacked)结构的基础,所以第N代堆叠
式CMOS也被称作第N+1代背照式CMOS(如IMX214是第二代堆叠式CMOS,也被称作第三代背照
式CMOS)。
从2011年发布的iPhone 4s开始,苹果公司开始在iPhone上使用SONY的客制化感光
元件,从iPhone 4s、iPhone 5和iPhone 5c都使用了SONY的IMX145,而后由Exmor RS的开
启的IMX134、135逐渐打开了使用者追求极致摄影的需求,让使用者的手机相机能主打千
万像素。2013年伴随IMX135(1300万像素)的登场,800万像素级别传感器也由IMX134正
式接替IMX145,到了2013年底随着魅族MX3,出现IMX179这款性能更强的800万像素传感器
,之后iPhone 5s也更新IMX145设计,产出IMX145 derived传感器,甚至增加PDAF技术延
用到iPhone 6与6+。
直到2013年4月,SONY推出第二代积层式CMOS IMX214,相比IMX135引入SME-HDR技
术与减少微透镜到感光二极管的距离,提高光线利用率。之后由IMX298当作IMX214的继位
者,且从第二代开始有多个分支出现,甚至出现了2000万像素的IMX220与2100万像素的IM
X230。
2015年各家厂商开始向SONY客制自己的CMOS方案,三星客制IMX240用在旗舰机上,之
后SONY也将IMX240改为IMX234供给其他厂商使用,华为改造IMX214客制出IMX278,据华为
资料表示,IMX278就是SONY曾想在IMX 135加入的RBGW四色传感器的产品。而IMX258这款
产品属于中阶手机的爱用方案,本体和IMX214非常类似增加相位对焦功能。至于第3代层
积式CMOS系列也在2015年提出,著名的有iPhone 6s使用全新客制的IMX315将iPhone相机
像素一举拉升至千万等级,且仍继续使用在iPhone8上;SONY自家堆料不外卖的2500万像
素IMX300;值得留意的是IMX377这颗用在HTC 10与NEXUS 6P的CMOS本身属于Exmor R的产
品线。
2016年客制产品就更百花齐放了,三星为了七代旗舰客制IMX260,华为为了P9客制
IMX286,魅族客制IMX386,改造IMX286增加PDAF功能,OPPO客制IMX398改造IMX298加入了
部分双核对焦像素,支援PDAF相位对焦,VIVO客制IMX376,Google的pixel采用IMX377的
升级版IMX378作为主镜头,且出现相当多的三代Exmor RS产品,除此之外,IMX318普级22
50万像素,SONY为了外卖IMX260生产了IMX362,至于IMX338这颗CMOS资讯太少就不另外提
及了。
2017标注在wikipedia的年份资料太少,仅有找到IMX400这颗不外卖的CMOS,而且SON
Y也开始为CMOS增加DRAM来处理影像,因此就将剩下的型号统一整理如下:
IMX333、IMX345:是三星继续为8代与9代旗舰客制的方案,IMX345相较IMX333增加DRAM,
拥有拍摄960FPS的能力。
IMX350一般做为景深算法的副摄或长焦主摄。
IMX355当作IMX350的升级版。
IMX351主要给LG拿走了,在LG V30上靠着LG的校调还是有其可看性。
IMX363与IMX362、333、260血缘相近。
IMX380当作IMX378的升级版用在华为自家P20上。
IMX445是IMX345的改版目前是Xperia 1独占,从IMX260开始改进了四代,是个长青树。
IMX486参数类似IMX386。
IMX498应该算IMX398的公卖版。
IMX499资料太少。
IMX519是OPPO基于IMX240的客制款,基本上还是打不过IMX363(基于IMX260)。
IMX550如同IMX350一般做为副摄。
IMX563目前看起来几乎同于IMX363。
IMX576作为一款2400万像素的产品,便宜好用容易制造话题。
后来华为一直在相机上突破,有了IMX600、600Y、608、616等客制型号专用,其他厂商只
好使用IMX586这款拥有类似技术的CMOS。
同血缘的演化树:
134->179
135->214->278
145->145-derived->145-derived with PDAF
240(234)->519
260(362)->333->345->445
362->363->563
286->386
298->398(498)
377->378->380
参考资料
http://kcs.kcjh.ptc.edu.tw/~spt/computer/digital-image/CCD-CMOS.htm
https://kknews.cc/zh-tw/digital/z3ra863.html
https://news.cnyes.com/news/id/618925
http://finance.sina.com/bg/tech/sinacn/20150722/18341302270.html
https://kknews.cc/zh-tw/digital/kx9269r.html
https://kknews.cc/digital/yl4meg.html
https://kknews.cc/digital/8xovlg.html
https://baike.baidu.com/item/SONY%20IMX179
https://zh.wikipedia.org/wiki/Exmor
https://kknews.cc/digital/6kaobxp.html
https://kknews.cc/zh-tw/tech/b89vxzj.html
https://technews.tw/2015/04/21/smart-phone-slr/
https://kknews.cc/zh-tw/digital/b2gr4ko.html
http://blog.sina.com.cn/s/blog_539438c70102xbd5.html
https://kknews.cc/digital/kzyk8ev.html
https://kknews.cc/zh-tw/digital/ky2b6bp.html
作者: ViktorGoogle (维克多孤狗)   2019-09-24 17:44:00
作者: Hohenzollern   2019-09-24 18:32:00
朕封你为CMOS王
作者: carlos159357 (Carlos)   2019-09-24 23:07:00
sony身为全球感光元件唯一领导厂商,做了全球近7成的感光元件(包含数位相机),结果手机的拍照调教鸟翻不过数位相机王者的确是sony黑卡,只能说相机部门手机部门不能拧做一股绳
作者: Hohenzollern   2019-09-25 00:17:00
同集团不同部门甚至不同子公司 分不到好处的事干么帮忙

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