索尼CMOS图像传感器十年奋斗史:称霸 再称霸!

2016-08-02 07:49:31 来源:n

过去十年是CIS(CMOS Image Sensor,CMOS图像传感器)飞速发展的十年,索尼的半导体部门正是借此崛起。根据Yole的报告,索尼坐稳了全球第一大CIS供应商位置——即使不算刚刚收购的东芝,销售额也达到了35%、出货量更是高达50%,超过第二名三星、第三名Omnivision之和。

与此同时,索尼CIS一靠iPhone二靠DXOMark实现了名利双收。

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今天索尼传感器看着风光无限,可谁想到过去十年索尼不为人知的努力与遭受的白眼,比如说尼康的旗舰全副几乎不采用索尼传感器,像素长期被佳能压制,另一方面索尼在CIS的“黑科技”一点也不黑,事实上不过遵循业界技术发展而已,过去十年是索尼CIS的奋斗史、追赶史。

Exmor诞生

与欧美企业喜欢采用简单明了的命名方式不一样(比如说普及最广的彩色滤镜阵列,就根据其特征命名为RGGB排列,或采用发明者的名字),日本企业命名更具“神秘东方色彩”,一个能够通俗易懂的技术会加上玄之又玄的名字,这点索尼最为突出。

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在2007年,索尼发布了首款Exmor传感器。相对以往CIS,Exmor最大变化是内置了ADC(analog-to-digital converter,模数转换器)。

在外置ADC传感器传输数据时,每列像素产生的信号先通过降噪电路,汇聚后再通过外部总线传输到单个或数个ADC之中。而Exmor每列像素拥有独立的ADC,在CIS芯片上即可完成模数转换,最后通过数字总线传输出去。

由于Exmor的ADC数量非常庞大,每个ADC能在低频率下运行,仅达到kHz级别,远远低于外置ADC的MHz级别,有效减少了噪声,也利于实现高速读取,而且Exmor输出的是数字信号,抗干扰性更好,易于长距离布线,亦无须ADC靠近CIS布置,大幅度简化了PCB设计。

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IMX035是索尼首块Exmor传感器,应用于安保领域,1/3英寸、像素为1328 x 1024,能以全像素输出120fps,内置ADC功不可没。

Exmor的成果迅速被索尼应用到其它领域之中, 2008年发布的单反相机尼康D3X、索尼A900正是采用了索尼24MP全副传感器IMX028,不过在IMX028上索尼只能实现12bit、5fps全像素连拍,为了保证画质尼康不得不外置了14bit ADC。

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(尼康 D3X上的IMX028)

与业界先进水平相比——例如是ARRI在2005年推出的D20摄像机(其6MP、Super35规格CIS在12bit下峰值输出达到了150fps)或是稍逊的2007年亮相Red One Mysterium-X(4K@60fps),索尼在2007年才实现了内置ADC,还是在小尺寸传感器下实现的,落后不是不是一丁半点,但凭借Exmor索尼拿到了进入CIS市场的“准入证书”,开始了小步快跑的追赶之路。

而日本另一家大型CIS制造商佳能长年徘徊在内置ADC的门槛之外,2015年传感器销售额大跌16%毫不让人意外。

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(Red One Mysterium-X上的传感器)

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