更好成像:更大的底、更多像素
如何有效提升手机成像质量呢?相信不少人都听过一句话——底大一级压死人——使用尺寸更大的传感器(底)、提高更多像素,而无论是苹果iPhone还是Android手机在过去十多年时间都按着这条路径前进。
相比iPhone的小步快跑,安卓手机对传感器尺寸、像素追求更为强烈,从2021年夏普发布R6开始,安卓手机就盯上了1英寸传感器,在2022年里出现了小米12SUltra、小米13Pro、vivoX90Pro/Pro+、夏普AQUOSR7、LEITZPHONE共6款使用1英寸CMOS图像传感器的手机,它们均使用索尼IMX989ExmorRSCMOS传感器,像素为50MP,单个像素大小为1.60um。
更好成像:更先进技术
虽然底大一级压死人,但是大底负面因素也不少,一般来说底越大成本越高,同时镜头尺寸会跟着底变大而变大、成本上涨,因此在CMOS图像传感器尺寸一路变大的同时,不停使用新技术改善画质、性能。
BSI是BackSideIllumination的简写,一般翻译为背照技术,在FSI时代,彩色滤镜ColorFilter)与负责将光信号转化为电信号的光电二极管(Photodiodes)之间存在一层电路层(WiringLayers),电路层不仅遮挡了部分光线进入光电二极管,而且影响了读取速度——为了实现更高读取速度需要更为复杂的电路层,但是当电路层增加后会进一步遮挡光线。
而BSI技术就是把电路层放到光电二极管下面,无论电路层多大都不会影响进光,因此量子效率更高,达到90%,比FSI高出了10%(实际FSI量子效率远远无法实现80%,比如索尼FSI传感器大多介于50%至70%之间)。BSI制造难度更高,而且传感器会变薄,噪点也会增加,需要其它技术去克服这些缺点。
不过TSV存在一个缺点,它至少要打穿一块芯片去实现连接(所以得名硅穿孔),大大限制芯片尺寸大小、布局方式,后来索尼拿出了更为先进的CU-CU工艺去实现堆栈。CU-CU就是在芯片表面设置铜触点,然后不同芯片直接通过铜触点连接起来,形式有点像是把两片BGA封装芯片贴合在一起。CU-CU能够带来更多连接通道、更灵活连接方式,进一步提升读取速度,或是实现更为复杂的功能。
在新技术提升CMOS传感器读取同时,传感器还有不少技术改进,最关键一项提升对焦技术。比如说了iPhone6使用的IMX145传感器加入了掩蔽式像素作为相位差对焦像素,三星GalaxyS7使用了全像素双核对焦技术,到了IMX689传感器,索尼在QuadBayer阵列基础上进化出2x2OCL技术,实现了十字相位差对焦。
不过需要注意的是,三星在一亿、两亿像素上使用了九合一、十六合一技术并不能比四合一提升AF性能,使用九合一、十六合一技术是因为传感器单个像素太小,成像无法让人满意,同时为了减少ISP数据处理量,所以才做成多合一。
除了BSI、堆栈这些大幅度提升传感器画质、性能技术外,这些年来手机传感器还使用不少“小”技术,比如说三星ISOCELL以及ISOCELLPlus,非拜尔阵列彩色滤镜。ISOCELL、ISOCELLPlus原理很简单,它是在光电二极管修建一堵墙,遮挡应该进入A光电二极管的光线进入隔壁的B光电二极管,其中ISOCELLPlus修的墙更高,达到了彩色滤镜层。
结语