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圖像傳感器的競(jìng)爭(zhēng)與演進(jìn)一直在持續(xù)，國(guó)際圖像傳感器社區(qū)總結(jié)的圖像傳感器演進(jìn)熱點(diǎn)技術(shù)主要包含以下幾個(gè)方面：

深溝隔離（DTI）結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)

芯片堆疊與芯片互連

像素小型化及相關(guān)技術(shù)

高級(jí)自動(dòng)對(duì)焦（含PDAF技術(shù)）

非Bayer Color filter技術(shù)

非human vision Imaging技術(shù)等。

表面上看這些技術(shù)課題是彼此獨(dú)立，實(shí)際背后他們是彼此依賴與相互關(guān)聯(lián)。

最近在大話成像QQ交流群里有朋友想了解PDAF sensor的進(jìn)展，這期我們就講一下手機(jī)On-sensor PDAF技術(shù)的一些新進(jìn)展。

索尼在2014年將遮擋式PDAF應(yīng)用在其CMOS sensor中，為iphone 6 采用，這也是首次在手機(jī)上應(yīng)用on sensor pdaf技術(shù)，結(jié)果大獲成功。

Sony的第一代采用遮擋式技術(shù)的PDAF sensor，PD像素密度為1.6 -3.1 %， 由于PD像素被遮擋了一半的感光區(qū)域，導(dǎo)致暗光下的性能差，也由于遮擋的原因，會(huì)產(chǎn)生一定的flare artefact， 所以Sony在2016年推出了2x1 OCL（on Chip Lens）PDAF sensor。

兩個(gè)像素共用一個(gè)大microlens，形成左右視差。

2x1 OCL PDAF sensor的設(shè)計(jì)改善了像素感度，提高了低光性能。

其他sensor 廠也都隨后推出了其2x1 OCL技術(shù)的PDAF sensor。

Omnivision，Samsung，On semi都推出了2x1 OCL pdaf sensor?？梢钥吹絊ony 在pixel size上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

Sony初代2x1 OCL PD像素密度依然是1.6 - 3.1%， 這導(dǎo)致PDAF的采樣數(shù)量有限，影響AF多點(diǎn)對(duì)焦的性能。

于是在Sony基于2x1 OCL技術(shù)進(jìn)而推出Dual PD Sensor，每個(gè)像素都是兩個(gè)獨(dú)立的小像素組成，sensor 上所有的像素都是PD像素。

Dual PD技術(shù)主要得益于sensor生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，可以把像素越做越小，同時(shí)保持較好的圖像質(zhì)量。

傳統(tǒng)Dual Pixel sensor是依靠行像素形成左右視圖，計(jì)算相位差。

這種方法的缺點(diǎn)是對(duì)于水平的條紋，因?yàn)樽笥乙晥D得到的圖像難以計(jì)算相差，所以會(huì)出現(xiàn)對(duì)焦失敗的情況。

比如下面這種條紋：

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Sony 推出了2x2 OCL sensor。

相鄰四個(gè)像素共用一個(gè)大Micro lens，這樣做的好處有三個(gè)：

1：減小了相鄰像素的感度差異（比分立Microlens的設(shè)計(jì))

2:  使得所有像素都可以用作PDAF。

3：改善上述對(duì)水平條紋pattern的對(duì)焦。

三星的手機(jī)PDAF image sensor 始終被Sony 壓制一籌，直到最近三星推出Dual PD Pro image sensor,終于開(kāi)始有與Sony分庭抗禮的態(tài)勢(shì)。

三星的DualPDProSensor把G像素沿對(duì)角線分割為兩個(gè)像素，這樣既可以形成左右視差，也可以形成上下視差，用此方法解決前面提到的傳統(tǒng)dualPD技術(shù)的缺陷。

據(jù)圖像傳感器世界報(bào)導(dǎo)：三星在pixel scale上的競(jìng)爭(zhēng)在2018年以前落后Sony 0.1um，到了2019年，追平了Sony的0.8um。

到了2020年，三星的pixel size達(dá)到0.7um超過(guò)了Sony。這是三星能夠在PDAF sensor上能夠領(lǐng)先半個(gè)身位的一個(gè)重要原因。去年我們就發(fā)文討論過(guò)更小的pixel size，更多像素?cái)?shù)量會(huì)產(chǎn)生更多的應(yīng)用，Dual PD Pro就是一個(gè)很好的例子， 可以想見(jiàn)其在HDR方面也可以通過(guò)組合形成更多的曝光比，達(dá)到更高的動(dòng)態(tài)范圍，看來(lái)今年Camera 工程師又有新的活要干了。