相机革命时代来临—量子薄膜传感器挑战传统CMOS



相机革命时代来临—量子薄膜传感器挑战传统CMOS

本刊记者杨迪娜

进入智能手机时代，人们对手机摄像头的拍摄功能要求越来越高，传统的摄像头采用CMOS材料居多，拍摄时会出现图片呈现过亮、快速运动时容易抖动等一系列问题。这样的照相技术进步缓慢，而新出现的量子薄膜传感器则能打破这样的困局，开启相机革命的“新时代”。

美国量宏科技公司(InVisage)于2015年11月推出其首创产品——Quantum 13相机传感器。Quantum 13是率先使用电子全局快门技术的智能手机相机传感器，其能够响应超高宽动态，可捕捉带图像中从明到暗的所有细节。通过与智能手机厂商高通和联发科公司合作，量宏科技公司的传感器技术可在它们的系统上运行。那么什么是量子薄膜传感器？这样的技术又会带来怎样的革新性变化呢？

什么是量子薄膜传感器？

量子薄膜(QuantumFilm)是基于纳米技术的一种新型材料，这种黑色材料吸收光的速度比传统相机采用的硅快8倍。量宏科技公司采用一种新技术，在CMOS成像器件中加入一层 “QuantumFilm” 的成像薄膜，拍摄时图像可被直接投影在这个薄膜上，然后再由薄膜下部的CMOS硅器件来负责将薄膜接收到的图像信号转换为数字信号。由于薄膜内部采用光感性能优秀的量子点结构，因此可吸收的环境光比例大大提升，相机的动态范围也更大。

量子薄膜传感器的生产过程是，将研发的量子点覆盖上溶解液，再涂到传感器(量宏科技自行研发)上。由于涉及一些机密技术，只有量宏科技的工厂才能够实现，因此量子薄膜的铺设工作只能由量宏科技帮助其合作伙伴完成。

量宏科技总裁兼首席执行官李政扬(Jess Lee)表示：Quantum 13传感器的推出标志着智能手机和相机产业将进入一个新时代！智能手机将首次通过一种全新的材料来捕捉图像，这种材料不是硅或薄膜，而是量子薄膜。这项技术可以从根本上改变图像传感器和照相机的体系结构，因为它可以在表面的顶层实现真正的光子收集。

量子薄膜传感器的主要优势

(1) 强大的高动态范围拍摄模式

传统的相机在光线非常强的模式下，捕捉图像时常常会曝光过度，而新型的量子薄膜传感器则不会产生这种问题。这是由于它吸收光的范围要宽于半导体，高亮和阴暗区域的细节均可被覆盖，摄影里称这种模式为“高动态”。高动态带来的好处是，可以还原电影胶片的清晰效果，呈现往日美好时光的各种景象。

与传统的CMOS图像传感器相比，这种模式能提高近18 dB的动态范围。这意味着无须任何附加的高动态范围软件处理，静态和摄像模式都可以达到这种高性能水平。而传统情况下，则因为运用了软件处理，往往会造成图像失真或时段丢失。

(2) 更小尺寸带来更大空间

智能手机、平板等移动设备不仅追求更完美的性能，还追求更精巧的外观设计，更薄、更便携是大势所趋。而手机摄像头要做到这一点非常困难，因为摄像头模组都较厚、占据的空间很大，连iPhone6的摄像头也不得不凸出来。量宏科技推出的Quantum 13传感器可以解决这一难题，它是1300万像素、1.1 μm的相机传感器，可以装入一个8.5 mm×8.5 mm的模块中。Quantum 13传感器可以调节具有较高入射角度的光，从而达到4 mm 相机模块高度。在需要手机完成众多功能的今天，这种更薄的相机模块可以使智能手机的相机设计变得更轻薄。

(3) 全局曝光

传统CMOS传感器技术采用Rolling shutter(卷帘快门)方式，通过传感器逐行曝光的方式实现拍摄，在曝光开始的时候，传感器逐行扫描、逐行进行曝光，直至所有像素点都被曝光。因为有先后顺序，所以不可能在同一时间点完成所有像素曝光，画面因此会抖动不清晰。

全局曝光技术则不同，因为量子薄膜的特性，此传感器的整个感光层都能打开或关闭，并进行整幅画面的曝光，不分先后，因此可以真正捕捉瞬间画面，把图像的抖动、颠簸状态处理得平稳而流畅。搭载Quantum 13传感器的智能手机还可生成流畅的2K和4K影像，不会出现任何由滚动快门造成的失真现象。

新的技术革命