近日OPPO公司的新浪官方微博贴出了一组由OPPO Find 5拍摄的图片样张，图片的画质和细腻程度让许多网友都为之赞叹。
OPPO Find 5首现堆栈式CMOS
近日OPPO公司的新浪官方微博贴出了一组由OPPO Find 5拍摄的图片样张，图片的画质和细腻程度让许多网友都为之赞叹。因为OPPO Find 5是目前唯一一款采用堆栈式CMOS传感器的智能手机，它不仅拥有1300万像素的拍摄能力，同时还支持硬件HDR与HDR录像等强劲摄影功能，而这一切都得益于使用全新设计开发的索尼Exmor RS图像传感器。
也许你经常听闻背照式CMOS传感器、CCD传感器等字眼，但堆栈式CMOS传感器这个词汇对于很多消费者来说实在是过于陌生，就让我们从传感器的原点出发，一点点剖析堆栈式CMOS传感器的特点，了解为何OPPO Find 5会有如此强大的摄影能力。
什么是堆栈式CMOS传感器
早在今年的1月20日，索尼就正式对外发表公布了这款全新设计开发的图像传感器，它同属于索尼Exmor R CMOS产品，作为索尼自主开发的感光技术，凭借着改变传感器的构造，并为传感器增加侦测子像素，以获得更佳的成像效果。索尼将这款堆栈式传感器命名为Exmor RS，它定位于下一代背照式CMOS传感器，并将会成为智能手机中最为普及的相机感光元件模块。
索尼开发的堆栈式CMOS传感器
在设计图像传感器时，传感器的性能往往被感光元件和其电路设计做限制，两者就像是水油难容关系，被相互牵制、相互影响。譬如在面积尺寸较小的传感器上，就很难实现高感光度和高像素，因为在传感器工作时，传感器基板上感光元件与电路元件会相互影响干扰，自身的发热热量和光线杂讯都会影响到传感器的性能，而小尺寸更是加剧了这种情况的发生。为了能追求更高性能的图像传感器，譬如拥有高像素、高灵敏度、高感光度等，就不得不从制造工艺、结构设计上出发，对传感器重新改造，所以新一代的堆栈式CMOS传感器就如此诞生了。
堆栈式CMOS传感器取消了支持基板
传统背照式CMOS传感器，在设计上分为两层结构，在该结构中，分为传感器元件和电路布线层的上部结构和下方的支持基板下部结构。而堆栈式传感器设计将原本设计在同上层结构中的感光元件和电路元件拆分成上下两组，并取消掉原本下方的支持基板转而由电路布线层取代，如此一来，在图像感光元件面积不变的情况下，可以大幅度减少感光元件的体积。根据索尼官方资料显示，采用全新堆栈式设计的Exmor RS传感器，将会比之前的Exmor R传感器的体积再缩小40%左右，并可以提高图像的画质和高感光度能力。
在背照式CMOS传感器基础上改进
如果你对堆栈式CMOS传感器的构造和原理依然比较模糊，不妨让我们回到背照式CMOS传感器来谈一谈。在设计开发背照式传感器之前（堆栈式传感器其实是背照式的改良版本），图像传感器多数为前照式，也就是说图像感光元件是位于基板电路布线层的前方的。为了设计像素更高、性能更强的传感器元件，除了增加图像传感器的面积外，还有一个方式就是缩小每个感光单元的尺寸，不过成本也会因此而增加。缩小的感光单元虽然可以增加单位面积内传感器的像素值，但会影响传感器在弱光环境下的成像效果，因为感光单元的采光区域被缩小了，通光量也随之减少。此外在CMOS传感器中，离轴光线会被像素上方的介电材料和布线层的电路元件所遮挡，感光元件的面积越小，非模糊窗口的区域就会越小，而通过感光元件的光线也会随之减少。此外，布线层之间的布线空与传感器感光单位之间的间隔层，会成型光学通道，限制每个单位像素的镜头观测范围，而这个间隙开口区域，会直接影响传感器的图像画质，当单位像素的面积越小，观测范围的影响也会越大。
传统背照式传感器示意图
为了解决这一问题，背照式传感器将图像传感器元件反转后再安装在基板上，并移除传感器上部多余的空白硅晶，将感光单位直接暴露出来，以获取更多的光线。而堆栈式传感器在此基础上将传感器的布线层从前端抽出，直接放置在感光元件的下方，在不影响感光单位捕捉光线能力的同时，减小元件的体积。
堆栈式CMOS传感器有着高画质、高感度、低耗电等特性
不过青出于蓝胜于蓝，堆栈式传感器的新设计思路还克服了背照式传感器的部分缺点。在图像传感器工作时，感光元件和其他工作组件会发热，由于基板层的不同元件在受热膨胀后的系数不同，很有可能导致感光单位元件与电路元件相互分离，所以传感器工作时会出现不稳定的现象，但堆栈式传感器则将计就计，将布线层与感光单位分割开上下堆栈排列，就可有效避免这种现象的发生。当然还有一个好处就是在制造传感器时不用担心因为布线层的电路在处理信号时会影响到传感器的工作了，传感器的感光单位和布线层的电路元件将独立制作，为了获得更佳的图像画质在制造时也会引入新的制造工艺，当然减小传感器的体积仍然是我再次反复点明的要点。
HDR高动态短片功能
在OPPO Find 5的拍摄性能中，另一个引人注目的特性就是支持硬件HDR摄影。在使用HDR功能拍摄短片时，传感器将记录2行不同曝光图像数值逐行合成，通过优化传感器的信号处理，最终获得高动态动态范围的短片影像，同时画质也格外的优秀。
堆栈式CMOS传感器HDR短片技术示意图
索尼一共公布了三款Exmor RS堆栈式传感器，分别为1313万像素 1/3.06英寸的IMX135（即OPPO Finde 5使用的摄像头）、808万像素 1/4英寸的IMX134和808万像素 1/4英寸的ISX014。其中IMX135和IMX134支持HDR高动态摄影，特别是OPPO Find 5使用的IMX135，更是可拍摄1080p 24fps的全高清短片，并支持最高1080p 30fps的HDR动态短片摄影。
OPPO Find 5采用了IMX135型号的堆栈式传感器
同时为了进一步改善摄像头的画质，索尼还重新为传感器设计了镜头组，OPPO Find5使用的IU135F3-Z镜头模块，配备有最高1313万像素的IMX135堆栈式传感器，镜头等效28mm焦距，镜头结构为5组5片设计，最大光圈值为F2.2。OPPO Find 5搭配这款性能如此强劲的堆栈式摄像头，其优秀画质可见一斑。
堆栈式CMOS传感器的前景
根据市场研究公司IDC的市场报告，2012年Q3季度全球智能手机的出货量达到了1.8亿部，与去年第三季相比，Android智能手机的出货量增长了91.5%，智能手机市场继续呈现着高速成长的状态，同时2011年全球手机市场的出货量已经超过16亿台，其产业规模已经令人乍舌。在这些巨大的数字背后，手机的摄影模组借助手机出货量的增长成为新的增长点，图像传感器也伴随着它一起变革和成长。不过与传统数码相机使用的传感器相比，手机使用的镜头传感器价格相对的低廉，但移动设备的需求却可以刺激传感器数字行业的发展。
索尼Exmor RS堆栈式传感器
索尼在2012年11月宣布对核心电子产品业务和网络服务业务进行重组，其中以为消费产品和服务群组，另一个则是专门负责B2B、组件和半导体业务的设备方案解决群组，由此可见索尼对自身数字成像业务的重视程度。根据路透社报道，索尼在今年6月还花费9.97亿美元投资传感器工厂，以提升自己CMOS图像传感器的产能，在完成生产线建设后，索尼的CMOS图像传感器工厂每月将有6万片晶圆的生产制造能力，CMOS传感器业务已经是索尼不可分割的重要血脉。
堆栈式CMOS传感器的出现为OPPO Find 5等优秀智能手机提供摄影的解决方案，在彰显自身传感器技术同时，也加快了移动设备图像传感器的更新进程，因此获益的将不仅仅是智能手机，未来数码相机、数码摄像机甚至是工业用的图像产品都有可能采用此项技术。
OPPO Find 5作为全球首款采用索尼Exmor RS堆栈式CMOS传感器的智能手机，它不仅拥有优秀的摄影能力，更是走在了智能手机市场的前列。
网友评论