索尼曲面CMOS传感器解析 索尼cmos传感器 官网

索尼曲面CMOS传感器解析2014/9/7 14:39:25  平面感光元件造成图像畸变
我们都知道相机成像其实就是利用光学折射原理,对胶片相机而言,景物的折射光线经过镜头汇聚在胶片上形成潜影,这个潜影是光和胶片上的乳剂产生化学反应的结果。潜影再经过显影和定影处理就形成了影像。
  而数码相机只不过是用CCD/CMOS传感器取代了胶卷:光线照射在CCD/CMOS传感器上,传感器通过光电转化将光转换成电信号再传送到图像处理器上处理成真正的图像并存储到存储介质中。不过无论是胶片,还是CCD/CMOS都是采用平面设计,因此理想的情况就是让光线尽量垂直入射。但是现在的问题是经过镜头汇聚的光线往往会发生一定的偏移,所投射的每一个点不一定在它应当在的位置上。特别是边角处的光线往往是斜射到感光元件上的,并且越是靠边,感应到的光线就越少,这时候就会带来图像桶状畸变、枕状畸变、边角失光的问题。
  那么怎么解决这些问题呢?大部分镜头厂商给出的答案是修正光路——尽量让投射后成像在同一平面上,并且增加边缘光线。但这样带来的问题就是,由于镜片数量的增加,不但导致镜头成本飙升,还消减了进光量,同时更大的光圈也意味着光路更难修正。对于手机来说,同样焦段,镜头光圈要大,边缘成像往往会降低更多。
  如果有机会,你不妨对比一下同是采用索尼IMX214传感器而配备不同光圈的两款手机,你会发现镜头光圈越大拍照边缘的画质越差。不过,胶片机时代有一个“土办法”,当时由于使用的胶卷容易弯曲,不少摄影玩家发现只要控制好压片板就很容易把胶片变成弧形,让所有感光区域都和入射光线垂直,这样就可以轻易解决图像畸变的问题。
  后来不少相机厂商在专业相机中都引入了弧形压片板设计(如果你手上还有胶卷相机,不妨看一下压片板是否弯曲的)。那么,如果把手机上的CMOS传感器也做成弧形,那不是实现了与弧形压片板异曲同工的效果了吗?于是,索尼就这么干




了。
  曲面CMOS传感器是这样被弄弯的
曲面CMOS传感器在结构上与普通的CMOS传感器没有多大的区别,传感组件同样是由多组超薄硅二极管组成的阵列,不过,要将CMOS弯曲可是一项技术活。索尼使用了特别精密的工艺配合一个特制的“折弯机”来使传感器弯曲:首先将传感器折弯,然后再用一层陶瓷涂层来加强其稳定性,从而得到类似于人类视网膜的弯曲度。
  我们知道,人的眼球就如同一款精密的相机,物体的影像通过角膜、瞳孔到达眼球后部的视神经传递到大脑,由于感光区域为球面,光线通过镜头折射点到达感光面的距离相同,所以不会产生边缘模糊的感觉。而曲面传感器阵列就如同模拟眼球的曲面视网膜,它相比平面传感器的最大优势是对边缘画质的优化,只要镜头与传感器的曲率达到很好的契合度,采用曲面传感器就能有效地改善镜头的边缘成像画质,这样就可以减少镜组中用于修正各种误差的镜片的数量。工程师要做的,只需要先设计镜头,然后根据镜头投射的相应曲率来设计传感器的弯曲度,就可让光线准确照射到对应的位置,这有点像先开枪后画靶一样,枪枪都能打10环。
  曲面设计带来的另一项好处,就是弯曲所带来的张力改变了CMOS感光区硅元件的能级差,从而可降低1/5的“暗电流”产生。“暗电流”是一个像素没有受光时固有的电流,降低“暗电流”的好处就是拍出来的照片噪点更少,如原本F/2.4光圈的镜头即便提升到F/2.0也可以保持稳定的画质。
  另外,弧形弯曲设计也可以让光线正面直射到CMOS边缘位置,可以大大提升感光度,中心部分可以增加1.4倍、边缘部分可以增加2倍,这样可以有效地解决目前CMOS感光元件边缘失光的先天物理问题。当然,弧面的面积明显要比平面面积更大,这样也可整合更多的像素点,就算技术完全没有改变,那么也可以实现大约1/6倍高感以及信噪比的提升,从而带来更佳的画质。  目前索尼已经推出两个尺寸的曲面传感器,一款对角线长43mm,全画幅尺寸,分辨率为2400万像素,是针对高端独立相机设计;另一款CMOS传感器是一款2/3英寸传感器,跟诺基亚Lumia1020上的传感器是同一个尺寸。根据最新泄露的信息,索尼这款2/3英寸曲面传感器的性能也非常好。能够在IS0640的情况下提供10,8挡动态范围,相较之下佳能那块1800万像素的“祖传CMOS”的最高宽容度也只有约11.5挡。这意味着索尼这块曲面传感器用1/8的面积提供了接近单反的画质!
  当然“物无完物”,曲面传感器也是有一定缺点。由于每款衄面传感器的弧度是固定的,这意味看每一种型号的曲面传感器只能适配一种镜头(适应一种曲率)——如果更换曲率不对应的镜头,拍出来的效果就会出现奇怪的畸变。
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  这对于现有的可换镜头单反相机而言,曲面传感器有极大的应用局限性。但这对于手机来说完全不是问题,手机本来就不可更换镜头,而且需要更大的光圈更好的高感。如果手机能引入曲面传感器,拍照画质就能有一次新的飞跃,在优化得当的情况下,甚至可能达到目前中高端卡片机的水平。
  此外由于使用曲面传感器,可以减少镜组中镜片的数量,也就意味着可以有效地降低摄像头模块的体积(或者在相同的体积之下使用更大的传感器),这对手机设计者来说无疑是个好消息。那么搭载曲面CMOS传感器的手机何时到来?从目前的消息来看,首款搭载曲面CMOS传感器的手机很可能是索尼下一代旗舰手机-Xperia23X。

  

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