4-Part Blog Series: The state of the art of smartphone imagers
Part 4: Non-Bayer CFA, Phase Detection Autofocus (PDAF)
Posted: July 30, 2019
Contributing Author: Ray Fontaine
内容改编自TechInsights为2019年国际图像传感器研讨会（IISW）撰写的论文
This blog series is structured in four parts:
(1)chip-stacking and chip-to-chip interconnect,
(2)像素缩放和缩放使能器,
(3)有源硅厚度和深沟隔离（DTI）结构，以及
(4)非拜耳滤色器阵列和相位检测自动对焦（PDAF）.
分配给IISW演讲的时间不允许讨论光学堆栈趋势，而且这个主题不适合于文本+图形的讨论。也就是说，图1示出了0.8µm生成像素所需的光学堆栈细化。据我们所知，三星在其ISOCELL Plus技术平台上实现了1.17µm的超薄光学堆栈，创下了世界纪录。
Figure 1: Optical Stack and Thickness Survey
智能手机成像仪的发展现状
在IISW 2019年从TechInsights演示文稿下载我们的纸张和幻灯片。
布鲁斯拜耳会感到骄傲的！他发明的rggbcfa仍然是小像素图像传感器的主力军和最好的朋友。我们已经记录了在不同应用程序空间的较大像素中使用的几个非拜耳CFA方案，但在小像素空间中仅使用了几个，如图2所示。OmniVision和索尼不久前推出了RGBC/RGBW CFA，三星也使用了RWB。2014年，安普顿半导体（Aptina）推出了一款RYYB CFA，直到最近华为才在其他地方看到它，当时华为在索尼生产的P30/P30-Pro传感器中采用了1.0µm代RYYB“Quad Bayer”像素。
图2：非拜耳CFA调查
除了Bayer RGB之外，最近还采用了一种策略，即每2x2像素分组共享一个颜色通道，如图3所示。索尼使用术语Quad-Bayer来描述这个方案，而OmniVision称其版本为4-cell，三星则采用了Tetracell品牌。每种方案都部署在多个像素代上。索尼在0.8µm一代的Quad Bayer中使用了2x1片上镜头（OCL）PDAF，而三星在其0.8µm一代遮罩PDAF像素中使用了清晰的替换滤波器（！）。
图3：带2x1 OCL PDAF的四单元拜耳，4单元，带屏蔽PDAF的四单元
IISW会议结束时回顾了智能手机中使用的PDAF像素。三种解决方案概括为掩模、双光电二极管（双PD）和2x1 OCL。所有这些都是在更大的像素应用中开发的，主要是单反和无镜相机。2014年，索尼首次在智能手机中使用屏蔽PDAF。目前最小屏蔽PDAF的记录是三星的0.8µm一代，采用ISOCELL Plus和Tetracell CFA实现。
三星的Galaxy团队在2016年使用了1.4µm第二代双PD双源索尼和三星成像仪。TechInsights记录了三星的1.28µm第二代双PD（如其VLSI 2017论文中所述）是使用中最小的双PD，但在研讨会上了解到这一结论是不正确的。事实上，三星已经生产了1.22µm第二代双PD，我们刚刚将我们的分析结果发布到了我们的报告目录中。
最后，2x1 OCL很容易被描述为一行内跨越两个像素的双宽微透镜。虽然我们直到2018年才找到可供分析的零件，但这项技术最初是由ON半导体公司（Aptina）开发的。2016年，索尼在iPhone上推出了这一解决方案，此后我们看到三星和全视with its own solutions implemented in the 1.12 µm pixel generation. The smallest 2x1 OCL in use is used by Sony’s 0.8 µm generation.
图4:PDAF分类、介绍、使用中的最小值
我们要感谢IISW公司联合主席，三星的Michelle（Yibing）Wang和Forza Ametek的Daniel Van Blerkom，技术项目主席，ON Semiconductor的Vladimir Korobov，技术项目委员会成员和董事会，促进另一个世界级研讨会。这是我的第六次研讨会，所以在挪威卑尔根停留10周年。与奥运会相比，这是一种非凡的形式，参赛者在奥运会上宣布和平时刻，分享正在进行的最新工作和与会者提出的实地问题，造福所有人。
TechInsights拥有全球最全面的图像传感器竞争技术分析报告和趋势分析目录，可通过基于云的应用程序全天候订阅。也就是说，如果我们不评论公共领域的信息资源，包括International Image Sensor Societies (IISS)地点。IISS网站提供了一份1973年以前所有研讨会论文的目录。董事会成员埃里克·福萨姆、阿尔伯特·图维森和弗拉基米尔·科夫曼分别在http://ericfossum.com/,https://harvestimaging.com/blog/，和https://image-sensors-world.blogspot.com/respectively.
Finally, this presentation content has been focused specifically on small-pixel smartphone imagers, which are maturing. We look forward to monitoring and reporting on the next generation smartphone imagers and optical sensors, and of course are covering the other imaging sub-sectors such as automotive, time-of-flight (ToF), machine vision, security/surveillance, etc. Despite being near the end of the small-pixel scaling roadmap, there are strong product road maps ahead and still a lot of work to be done by the imaging community! Figure 5 summarizes a few of the system and IC level technology domains we are monitoring as we document new technology elements reaching the mainstream.
下一步是什么？
| 系统 | 组件/IC |
|---|---|
|
|
图5：技术发展亮点
The Trusted Technical Intelligence Provider
自2006年以来，TechInsights一直处于图像传感器竞争技术情报的最前沿，并始终率先报告关键技术要素。所有前10名的图像传感器设计公司都是我们的用户，所有前3名的图像传感器铸造厂都是我们的用户。
