iPhone 15 标准款有，Pro 却没有的双层晶体管像素，你知道吗

本年的 iPhone 15 标准款可以说是比年来最没存在感的 iPhone 了，已经发布有两个月，网上各人讨论的都是 15 Pro 和 15 Pro Max，少少可以或许看到有关 15 标准款的内容。不外在前不久，根据国外 Techinsight 的拆解发现，iPhone 15 标准款居然用上了一项连 Pro 款都没有的先辈技能，那就是其广角主摄图像传感器所接纳的双层晶体管像素。

这里的双层晶体管像素是由索尼于 2021 年 12 月 16 日在 IEEE 国际电子装备集会会议上发布的突破性技能，也就是将像素的感光层和电压读出层分别制造并堆叠，其首款量产图像传感器 LYT-T808 首发于本年索尼自家的 Xperia 1 V。包罗前不久的 OPPO Find N3 也是接纳了同款图像传感器，OPPO 将其宣传为新世代折叠像素，声称同尺寸下感光本事提拔至 2 倍，动态范围提拔更是到达 3.55 倍。那么这又是怎样实现的呢？

我们知道手机上如今使用的都是 CMOS 图像传感器，它不但要感光，还要举行电荷转换、 电压读出等功能。传统的像素计划是将用于感光的光电二极管和传输门、行选择、源跟随器、复位晶体管等计划在同一平面上。

它们都做在同一片晶圆上在制造上会比力轻易，但题目就是光电二极管自己的面积和体积会受限于周边晶体管，导致量子服从和满阱容量有所丧失。而用来驱动像素运行的晶体管自己并不能无穷缩小，比方驱动像素读出电压的源跟随器，也就是像素内部放大器晶体管的尺寸如果再缩小，会使得暗电流、随机电报噪声等读出噪声增大，这也就限定了感光地域的性能提拔。

这个环境着实和十年前背照式图像传感器的环境有所类似，其时背照式像素地域与信号处理处罚电路也是置于同一晶圆上，而索尼通过使用构建有信号处理处罚电路的芯片（电路单元）来替换背照式 CMOS 图像传感器的底子电路板，并在其上堆叠像素单元（堆栈结构），如许，微小的芯片尺寸也可以或许搭载大规模的电路。

那么既然光电二极管与像素晶体管制造在同一晶圆上会限定图像传感器的性能，索尼自然想到鉴戒已往堆栈式 CMOS 图像传感器的计划履历，使用自身领先的堆栈技能，将已往分布在像素芯片上、将光转换成电信号的光电二极管与控制信号的像素晶体管层分开制造在两个晶圆上，再通过先辈的互联技能堆叠在一起，构建新的堆栈结构。

这种计划的上风在哪呢？起首由于感光层独立计划，光电二极管的体积进一步增大，扩大了光电二极管的容量，提拔了单个像素最多能容纳的电子数目，即满阱容。索尼宣称饱和信号量可提拔至原来的约 2 倍左右。终极，乐成扩大了代表可成像的明暗差范围的动态范围。

其次由于将传输控制晶体管（TRG）以外的复位晶体管（RST）、选择晶体管（SEL）和放大晶体管（AMP）等像素晶体管分布在没有光电二极管的基片层上，因此，可以增长放大晶体管的尺寸，而放大晶体管的尺寸越大对前端读出噪声的压抑就越好。由此，使得在拍摄夜景等昏暗场景时轻易产生的噪点明显淘汰。

以是说这次的双层晶体管像素技能侧重优化的就是移动影像下小像素计划的困难，通过纵向堆叠突破了过往小像素的空间限定，其紧张的提拔在于满阱容量和读出噪声上。

此中满阱容量对应富足光照下的动态范围和信噪比。对于尺寸远小于相机的手机用图像传感器而言，其可捕获的进光量有限，因此，可成像的亮度范围较窄。比方，在拍摄明暗差较大的逆光场景时，轻易发生豁亮部位太过曝光，昏暗部位发黑含糊，成像效果与肉眼所见大相径庭的环境。而双层晶体管像素技能通过提拔满阱容量，也就是将饱和信号量提拔至原来的约 2 倍，乐成扩大了代表可成像的明暗差范围的动态范围。

而读出噪声对应弱光拍摄时的噪点体现。在拍摄夜景或昏暗的房间等暗处时，如果没有外部补光增长场景亮度，对于手机拍摄而言一样平常只能通过提拔 ISO 来提拔画面亮度。高 ISO 意味着更高的信号放大，会同步放大前端的读出噪声。而双层晶体管像素技能通过增长放大晶体管尺寸，带来更好的对读出噪声的克制，乐成使拍摄暗处时轻易产生的噪点明显淘汰。在拍摄室内或夜景等昏暗场景时，不增长图像传感器尺寸，也能实现噪点少的高画质成像效果。

固然纵然是用上了双层晶体管像素技能，如今 LYT-T808 这款实际成像 1/1.43 英寸的图像传感器还是无法与一英寸传感器相媲美的。毕竟一英寸传感器的面积险些是它的两倍，在划一条件下一英寸传感器在光信号的网络上有着天赋的上风，而更多更有用的光信号也就意味着画质上限更高。

不外一英寸传感器在画质更好的同时，其整个相机模组的尺寸对于手机而言也是巨大的。在手机内部根本上已经不太大概塞进更大尺寸的图像传感器的环境下，索尼和三星这几年传感器技能的发展重点就是器重垂直堆叠和纵向优化，在适中的底面积下尽力地优化分辨率、富足光照的动态范围，以及高感的画质体现。

索尼双层晶体管像素技能就是在如许的配景下诞生的，它可以说是比直接使用一英寸传感器要更得当空间敏感型的手机照相发展的需求。在不外分让相机模组凸脱手机机背的环境下，只管去提拔手机照相的画质。而且其不但可以用在小像素传感器上，纵然是如今的一英寸大像素传感器，仍然可以使用这一技能来提拔团体的性能。以是接下来应该还会有很多手机搭载使用这一技能的图像传感器，我们即将迎来手机照相的下一篇章。