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7年之乱:索尼IMX堆栈式传感器产品线梳理

来源:网络 作者: 时间:2019-10-19

这几年,智能手机拍照效果突飞猛进,很大程度上要归功于应用于智能手机上的影像传感器(CMOS)技术的进步,这是智能手机“拍照之魂”。而谈到手机上的CMOS感光元件,相信大家最先想到的索尼的IMX系列。尽管目前市面上还有豪威(OV)、三星(ISOCELL)等竞争者,并且三星这两年发展很快,但论市场占有率,目前索尼是有绝对优势的。

不过,索尼的图像传感器虽然口碑很好,但不得不说他们旗下的产品实在是又多又乱,相信很多IT之家小伙伴在谈到索尼IMX某个具体型号的传感器时往往是一脸懵。今天IT之家小编汐元就为大家做一个梳理,希望能帮助大家更好的掌握索尼IMX图像传感器产品线到底是怎么一回事。

一、索尼的IMX图像传感器背景

准确来说,目前我们手机上用的索尼影像传感器,都属于索尼Exmor传感器产品系列。Exmor R是第一代,为背照式传感器系列,是索尼在2008年6月11日发布的。目前它们在智能手机上已经几乎销声匿迹,所以不是本文介绍的重点。

2014年11月,索尼宣布新型Exmor RS堆栈式传感器系列商品化。汐元主要为大家梳理这个系列的产品。至于“IMX ###”是Exmor具体单个产品的命名方式。这里为了方便,就统一采用“IMX系列”这种说法了。

7年之乱:索尼IMX堆栈式传感器产品线梳理

二、了解一些常见的技术名词

在具体介绍索尼IMX传感器产品线之前,汐元需要先以尽可能少的篇幅为大家回顾一下本文可能涉及到的手机拍照和传感器相关的常见技术名词。

背照式传感器:背照式是相对于传统CMOS前照式而言的。传统CMOS在感光元件的感光层前面有一排金属电路,光线要先通过金属排线电路才能到达感光层,这就影响了透光率,甚至造成像素干扰。而背照式传感器的意思就是将这层金属电路层移到了感光层后面以解决上述问题,从而提高光线利用率。

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堆栈式传感器:堆栈式传感器是对背照式结构的改进。背照式中的感光层原来也是有电路的并且和后面的电路层相连,堆栈式就是将感光层的像素部分进一步独立出来,将其中的电路层挪至下方替代原有的支持基板,这就进一步提高了感光层的利用率,可以容纳更多的像素,也可以让电路层使用更先进的工艺。

PDAF相位对焦:是指感光元件上预留出一些遮蔽像素点,专门用来进行相位检测,通过像素之间的距离及其变化等来决定对焦的偏移值从而实现比传统反差对焦更准确更快速的对焦。

7年之乱:索尼IMX堆栈式传感器产品线梳理

双像素对焦:是基于PDAF改进的技术,将每个子像素一分为二,每个像素一半用来接收被摄物体图像信息,一半用来侦测负责对焦的相位差像素,从而让所有像素点都可以侦测相位差对焦,从而解决PDAF暗光或夜拍对焦慢的问题。

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四像素合一:即在传统的RGBG拜耳像素阵列上进行改进,将四个同色的RGBG像素排列在一起,形成一个大的RGBG像素阵列,从而提高感光能力。

7年之乱:索尼IMX堆栈式传感器产品线梳理

三、索尼Exmor RS系列重要CMOS梳理

上述这些技术名词在后文我们或多或少都会提及,而在回顾了这些名词后,接下来小编汐元就为大家简略盘点一下索尼Exmor RS系列堆栈式传感器从发布到现在的一些重要产品。这里我们划分为两部分:

第一部分是对Exmor RS系列IMX传感器从诞生至今主要传感器产品的整理,以表格形式展示给大家。

第二部分是按照IMX1系、2系、3系……的顺序对不同数字序列的型号的产品进行简单介绍。由于产品太多,汐元在介绍的时候会采用有详有略的方式。

下面是第一部分,如下图所示。

这张表格是汐元从IT之家以及全网过去的资料中整理出来的,产品很多,实际整理的时间也足足花了一天。或许仍然不全,但应该涵盖了绝大部分的Exmor RS传感器产品。

同时汐元还将这些产品的彼此前后代关系进行了梳理,同样以表格的方式呈现,有些产品具有前后代的延续关系,有些产品目前则是比较孤立的。注意,表格中将一些产品的定制版和公开发售版(马甲版)未予区分,统一算作前后代的关系。

从这个表格上我们大致可以归纳出以下几点:

    Exmor RS传感器产品型号是按照IMX1##、IMX2##、IMX3##……的数字顺序向后延续的,也就是所谓的1系、2系、3系……

    不同数字系列通常隔1-2年会升级一次。

    每个数字系列产品的后两位数字和产品定位没有明显规律。

    从时间上看,不同数字序列的产品发布有交叉的情况。例如索尼在2015年已经有IMX3系产品发布,但是到2016年IMX2系产品仍然有新品推出。

    图像传感器性能总体来说是随着时间的推移而不断提高的。但是性能和产品型号的数字并没有直接关系。

    总结出这些点后,接下来我们一起看看Exmor RS系列产品这些年的进化之路吧。

    1、Exmor RS IMX1系

    索尼Exmor RS系列堆栈式传感器虽然是2014年11月宣布商品化,但是其实在2012年8月,索尼即已推出了IMX135、IMX134和ISX014三款堆栈式图像传感器。所以他们三个也是全球第一批索尼堆栈式影像传感器了。其中IMX135和IMX134在当时即已经搭载了“RGBW”技术,就是将原来RGBG的子像素排列中的一个绿色像素替换成了白色像素,可以改善灵敏度并提高弱光成像质量。

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    从IMX145开始,索尼开始为iPhone量身定制影像传感器,iPhone 4s、iPhone 5和iPhone 5c均使用了索尼IMX145。而索尼在2014年推出的改进版IMX145也是一款重要产品,这款CMOS加入了对相位对焦技术的支持,也可以说是索尼第一款支持相位对焦技术的产品,正因如此,有很多声音猜测当年的iPhone6、iPhone6 Plus使用的就是这款PDAF版的索尼IMX145传感器。

    2、Exmor RS IMX2系

    从索尼Xperia Z1开始到Xperia Z3,索尼连续三代都使用了自家独享的IMX220传感器,所以IMX2系传感器基本上也就是始于2013年。这款传感器的2070万像素值在当时是非常惊人的,CMOS尺寸也达到了1/2.3英寸。不过后来索尼也将IMX220开放给其他厂商使用,例如魅族在MX4中就使用了这款传感器。

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    在2014年前后,还有一款很具人气的2系传感器,就是IMX214,这是IMX135的升级型号,在基本参数上和IMX135相差不大,但是在结构和细节工艺上作了微调,令IMX214具备更好的低光拍摄效果。当年OPPO Find 7、小米4、荣耀6等多款热门旗舰手机都用了这款CMOS。

    IMX230是IMX220的升级版,在基础参数上有所微调,重点是增加了PDAF的支持。

    另外还有两款在当时比较冷门的CMOS,分别是IMX234和240,两者在参数上几乎一致,推出的时间也比较接近,汐元估计IMX240是为三星S6定制的改进产品。因为在次年的三星S7系列和Note7上,也是采用了索尼定制的产品,为IMX260。

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    IMX260相当于IMX240的改进款,这款CMOS让三星S7系列当年在拍照上大放异彩,它也是索尼第一款支持双核对焦的手机CMOS。

    索尼IMX2系还有一款比较独特的传感器即IMX278,这是一款采用RGBW四色像素排列的传感器,当年在华为P8上使用引起了很大的关注。不过尽管如此,IMX278的整体参数配置却并不是很出色。

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    次年,也就是2016年,在华为P9系列上,则用上了另一款定制产品——IMX286,IMX286在各项参数上在当时都有足够的优势,同时支持RGB/Monochrome(彩色+黑白)架构,也就是当年华为P9所说的一颗摄像头记录色彩信息,一颗摄像头记录黑白信息。IMX286在当年华为P9和徕卡合作的拍照声势中也成了旗舰影像处理器的代表。

    IMX2系列要介绍的最后一款产品是IMX298,其首发搭载于华为Mate 8,这款CMOS的基本参数比较一般,但是在这款CMOS上索尼首次将PDAF和RGBW进行了结合,综合性能也还是不错的。另外值得注意的是,IMX298虽然数字最大,但它并非2系最后一款CMOS,最后一款2系CMOS应该是上面说到的IMX286。

    3、Exmor RS IMX3系

    从Z1到Z3连续三代使用IMX220后,索尼在Xperia Z5上终于换上了IMX300,并且也是独占,并且也是连用了好几代,至少后面Xperia X Performance和索尼Xperia XZ都沿用了IMX300。IMX300的有效像素达到2300万,那些年索尼飚像素的名声不是吹的。在IMX300上,索尼还将反差式+相位对焦的混合对焦方式升级到预测式混合自动对焦,能够大大提高对焦速度和准确度,对焦速度可达到0.03秒,也是当年一大看点。

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    2016年2月推出的IMX318是当时索尼手机之外少有的高像素3系CMOS,后来首发于华硕ZenFone 3 Deluxe,再后来锤子M1/M1L上也使用了这款CMOS。

    IMX333是用于三星Galaxy S8和Note8系列的定制版CMOS,它和一年前的IMX260并没有太大的差别,主要提升在多帧图像处理上,可以理解为IMX260的小幅升级版。

    到2016年,智能手机双摄风潮逐渐起来,手机上使用的传感器搭配也逐渐复杂,这段时间正好是索尼3系传感器的主要推出时间,所以3系热门的产品在数量上也是比较多的。例如IMX350、IMX351、IMX376K等就经常被手机厂商用作双摄像头的副摄。

    IMX376和IMX376K只相差了一个K,不过前者是vivo与索尼联合开发的一款CMOS传感器,曾被vivo用于vivo X9的前置摄像头中,也就是vivo那句“照亮你的美”的自信来源。

    2016年,索尼还推出了一款IMX386感光元件,首发于魅族MX6手机,是IMX286的升级版,性能出色,后来也被应用于小米6和小米Max 2等手机中。

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    索尼在2016年9月推出的IMX378是一款有着出色性能的传感器,因为它拥有当时索尼Exmor RS CMOS中几乎最大的传感器尺寸(1/2.29)和单位像素尺寸(1.55μm),当年这款传感器在小米5S和Google Pixel手机中的应用令这两款手机的拍照表现跻身年度最佳的行列。

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    除了IMX378在2016年到2017年间还有一款传感器在旗舰手机领域也有着重要应用,就是IMX362,它有着1/2.55英寸的尺寸大小以及1.4μm的单位像素尺寸,2017年的Google Pixel 2、努比亚Z17、vivo Xplay 6和HTC U11,此外还有不少中端手机也搭载了这款CMOS,例如魅族M15、魅蓝Note 6等。

    而IMX362的升级版IMX363在2018年也属于人气CMOS,它的核心参数和IMX362相差无几,甚至应用策略上都很相似,你既可以在小米8、vivo Nex这样的旗舰手机中看到它,也可以在坚果Pro 2S和诺基亚X7这样的中端手机中找到他的身影。事实上,随着智能手机市场竞争的加剧以及拍照功能重要性的凸显,将高端传感器应用在中端手机产品上对于手机厂商来说并不是什么少见的操作。

    不过2018年更出风头的CMOS应该是IMX380,IT之家小伙伴们相信还记得去年华为P20系列手机在拍照领域风光无俩的气势,没错,华为P20主摄搭载的就是这枚IMX380 CMOS。IMX380是IMX378的升级版,其基础配置和IMX378几乎一样,性能强大,并且不独占。IMX380后面也用于魅族15手机中。

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    3系这部分最后再说一款定制CMOS,即发布于2016年1月、和OPPO合作研发的IMX398,也就是IMX298的升级版,主要在对焦及画质方面做出改变,对焦速度会更快,暗光条件下噪点控制更好,画面色彩表现更好、清晰度更高。

    4、Exmor RS IMX4系

    尽管Exmor RS IMX3系的产品延续到了2018年,但4系产品在2017年初即已推出,第一款就是搭载在Xperia XZ Premium上的IMX400。索尼在自家Xperia旗舰手机上使用的影像传感器都是不惜使用最好的技术的,IMX400上也不例外,除了出色的基础参数,它最大的看点是在像素层和电路层之间新加入了DRAM层(动态随机存储单元),这一部分在整个CMOS模组当中充当缓存角色,用于存储像素层获取到的图像信息,因此大幅提升了传感器处理数据的速度。在这一技术的加持下,IMX400拥有能够捕获高速运动中的物体的最小失真度的静止图像以及超级慢动作视频拍摄的功能。可以说,IMX400和IMX300以及IMX220同出一系,都是索尼用在自家旗舰手机上的“御用”CMOS系列。

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    2018年2月面世的IMX486是IMX386的延续,而这一系列从IMX286开始核心参数就没有太大的变动,所以到2018年,尽管IMX486仍然会被像小米6X等不少热门手机采用,但存在感并不高。

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    相对来说更重要的是IMX498 CMOS,当时荣耀10,荣耀V10,荣耀Magic2三款手机上都使用了这款CMOS,成为很多网友调侃的对象。当然,网友调侃的不是IMX498本身,不过IMX498的整体性能在最后一款荣耀Magic2上市的2018年12月确实是有些落后了。从参数上看,它更像是IMX398的马甲版。

    5、Exmor RS IMX5系

    索尼IMX5系影像传感器主要从2018年开始沿用至今。首先我们要说的就是去年2月推出的IMX519,这颗CMOS在OPPO R15上首发,也是OPPO和索尼合作研发的产品,相较于两者联合研发的上一款产品IMX398,IMX519在传感器尺寸和单位像素尺寸上都得到了提升,其中传感器尺寸从原来1/2.8英寸提升至1/2.6英寸(提升了约7.7%),单个像素面积由1.12μm提升至1.22μm(提升约18.7%),同时,IMX519的采样帧率从上一代旗舰传感器IMX398原来的30fps提升至60fps(提升100%)。严格来说,IMX519,可以说是IMX398的后代产品。

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    IMX5系还有两款中端产品,分别是IMX550、IMX576,两者基本参数接近,主要被厂商们用作前置摄像头或者后者摄像头的副摄像头,所以大家可以看到,目前IMX#50、IMX#76这系列型号的产品都是性能偏低的中端产品。

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    要说IMX5系的明星产品,无疑就是IMX586了,相信常逛IT之家的小伙伴对它都不会陌生。这款CMOS拥有4800万的超高像素,同时采用了“Quad Bayer”4像素同色滤色器,在暗光的拍摄条件下,IMX586可将4个同色像素相邻排布,以达到相当于1200万像素、单个像素尺寸1.6μm的CMOS的拍摄效果,实现单个像素采光能力的有效提升,进而达到减少噪点的目的。正因如此,很多人认为IMX586是华为P20 Pro独占的那款IMX600传感器的“外售版”,从性能上来看,IMX586尚不及IMX600,但也绝对是2018年索尼Exmor RS CMOS的旗舰产品了。不过有意思的是,IMX586既出现在小米9、OPPO Reno十倍变焦版这样的绝对旗舰手机上,也被用在了红米Note7 Pro这样的千元机上,也是一个奇观了。

    客观上这也提醒我们,用手机的产品定位来判定它使用的CMOS的性能定位,你可能会得到错误的结论。

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    还有一款和IMX586师出同门的产品——IMX582,IMX582相比IMX586核心参数基本一样,只是阉割了视频录制的帧率,从4K60fps降级到4K30fps,这款CMOS被用在Redmi K20上。

    6、Exmor RS IMX6系

    目前,索尼已经发布的Exmor RS IMX6系产品不多,且均是高端旗舰产品,并且似乎被华为承包了。主要有两款,其一是刚才提到的IMX600,为去年华为P20 Pro和华为Mate20 Pro独占。它是华为和索尼联合打造的,可以说奠定了华为在手机拍照方面的领军地位,其最突出的特点是拥有1/1.7英寸的超大传感器尺寸,并且能够直出4000万像素的照片(分辨率7296 x 6472),不过此时的单位像素尺寸只有0.9μm。

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    当然,IMX600也支持四像素合一技术,可拍摄1000万像素(分辨率3648 x 2736)照片,达到1.8μm等效单位像素尺寸,在光线条件不理想时带来了顶级表现。

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    至于今年在华为P30 Pro上使用的IMX 650是IMX600的升级版,两者参数差距不大,单位像素尺寸有些许提高。IMX650目前也仍然处于独占状态,预计也会在今年的Mate 30 Pro手机上使用。

    四、总结

    1、性能如何排序?底大是硬道理

    从上面的梳理可以看出,整体来说IMX系列传感器的性能是随着时间的推移慢慢提升的,并且笼统地说“从1系到2系到3系等等一直到6系,性能逐渐增强”也没有问题。但是如何对这些产品进行更精确一些的性能排序呢?我们需要找一个核心的参数标准。

    影响一款传感器性能的参数是多样的,但无疑所有因素中,“传感器尺寸”应该是影响最大、也是最重要的,毕竟俗话说,“底大一级压死人”,CMOS的底有多大,对性能有直接的影响。

    所以汐元将上述整理的CMOS产品型号按照传感器尺寸为标准参数进行重新排序,可以作为大家比对某款CMOS性能的参考。如下图:

    IT之家这里需要提醒大家的是,这张排名的表格只是作为参考。因为影响CMOS性能的还有很多其他因素,不同消费者关注的点可能也不同,可能A更关心夜间纯净度,B更关注像素解析力,大家需要结合自己的关注点来判断。

    2、定制化是趋势

    在梳理中我们发现索尼和智能手机厂商联合,针对智能手机联合定制影像传感器的趋势也越来越明显。这些定制化产品至少包含一种、并且不限于以下特点:

      独占;

      每款定制的产品也有后代,逐渐形成自己的产品线系列;

      集双方之力,包含更多技术创新;

      通常出现在有一定市场影响力的手机大厂旗舰产品中。

      而从影响的角度讲,这些定制CMOS一方面让IMX传感器的性能可以最大程度的发挥,让手机获得更好的拍照效果。但另一方面也让IMX传感器的产品线更加复杂。

      7年之乱:索尼IMX堆栈式传感器产品线梳理

      最后,汐元需要提醒大家的是,智能手机的拍照效果取决于多方面的因素,CMOS的性能虽然很重要,但不是唯一因素,一款手机并非用了性能高的CMOS就能有更好的拍照效果,同一款CMOS在不同的手机产品中也可能有不同的拍照表现,所以在实际选购手机的时候,我们也需要从多个角度来判断这款手机的拍照能力,避免“唯CMOS论”。


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