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技术应用 // 测试技术
PDAF图像传感器的新演进
  • 大话成像
    • 2021-03-19
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图像传感器的竞争与演进一直在持续,国际图像传感器社区总结的图像传感器演进热点技术主要包含以下几个方面:

深沟隔离(DTI)结构及相关技术

芯片堆叠与芯片互连

像素小型化及相关技术

高级自动对焦(含PDAF技术)

非Bayer Color filter技术

非human vision Imaging技术等。

 

表面上看这些技术课题是彼此独立,实际背后他们是彼此依赖与相互关联。这期我们就讲一下手机On-sensor PDAF技术的一些新进展。


索尼在2014年将遮挡式PDAF应用在其CMOS sensor中,为iphone 6 采用,这也是首次在手机上应用on sensor pdaf技术,结果大获成功。


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Sony的第一代采用遮挡式技术的PDAF sensor,PD像素密度为1.6 - 3.1 %, 由于PD像素被遮挡了一半的感光区域,导致暗光下的性能差,也由于遮挡的原因,会产生一定的flare artefact, 所以Sony在2016年推出了2x1 OCL(on Chip Lens)PDAF sensor。两个像素共用一个大microlens,形成左右视差。


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2x1 OCL PDAF sensor的设计改善了像素感度,提高了低光性能。

其他sensor 厂也都随后推出了其2x1 OCL技术的PDAF sensor。

 

Omnivision,Samsung,On semi都推出了2x1 OCL pdaf sensor。可以看到Sony 在pixel size上的领先优势。


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Sony初代2x1 OCL PD像素密度依然是1.6 - 3.1%, 这导致PDAF的采样数量有限,影响AF多点对焦的性能。

于是在Sony基于2x1 OCL技术进而推出Dual PD Sensor,每个像素都是两个独立的小像素组成,sensor 上所有的像素都是PD像素。

Dual PD技术主要得益于sensor生产工艺的进步,可以把像素越做越小,同时保持较好的图像质量。


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传统Dual Pixel sensor是依靠行像素形成左右视图,计算相位差。


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这种方法的缺点是对于水平的条纹,因为左右视图得到的图像难以计算相差,所以会出现对焦失败的情况。

比如下面这种条纹:

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为了解决这个问题,Sony 推出了2x2 OCL sensor

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相邻四个像素共用一个大Micro lens,这样做的好处有三个:

1:减小了相邻像素的感度差异(比分立Microlens的设计)

2:  使得所有像素都可以用作PDAF。

3:改善上述对水平条纹pattern的对焦。

 

三星的手机PDAF image sensor 始终被Sony 压制一筹,直到最近三星推出Dual PD Pro image sensor,终于开始有与Sony分庭抗礼的态势。

 

三星的DualPDProSensor把G像素沿对角线分割为两个像素,这样既可以形成左右视差,也可以形成上下视差,用此方法解决前面提到的传统dualPD技术的缺陷。


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据图像传感器世界报导:三星在pixel scale上的竞争在2018年以前落后Sony 0.1um,到了2019年,追平了Sony的0.8um


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到了2020年,三星的pixel size达到0.7um超过了Sony。这是三星能够在PDAF sensor上能够领先半个身位的一个重要原因。去年我们就发文讨论过更小的pixel size,更多像素数量会产生更多的应用,Dual PD Pro就是一个很好的例子, 可以想见其在HDR方面也可以通过组合形成更多的曝光比,达到更高的动态范围,看来今年Camera 工程师又有新的活要干了。

--文章转载自微信公众号《大话成像》,知乎专栏《all in camera》原创文章

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