Imager マニア

予告通り、iPhone 6発売直後にチップワークスが分解レポート。

前回エントリ冒頭で書いた、今回のiPhone 6と6 Plusのカメラとセンサの特徴、もしくは前機種からの変化点は以下の様なところかと。

1) Focus Pixel　←動画の説明図を見る限りは明らかに像面位相差AF画素搭載のことを指している
2) 光学手振れ補正採用　←注：6 Plus の方だけ
3) FHD動画の60pモード追加
4) 240pまでのスローモーションビデオ追加 (high flame rate撮影)
5) タイムラプス撮影機能の追加

　私個人とても興味のあったセンサ画素数は800万画素で据え置き。
　レンズF値も公称最小F2.2まま。
　センサ画素ピッチも1.5um□据え置き。
　4K動画は無し。　

今回のiPhoneのカメラの進化は、撮像素子の基本特性自体は(画素ピッチやチップ面積の拡大を行わず)純粋にデバイスの時代の進歩に委ね、
それに像面位相差画素を搭載しAF強化
&光学式の手振れ補正で、手振れ補正強化
　という方針の様です。

　chipworksの解析レポートから、結果を先に書くと、iPhone 6及び6 Plusのメイン(≒リア)及びサブ(≒フロント)カメラに採用された撮像素子はソニー製であることがわかりました。

　そこから、今回私がビジネス面(？)も含めて興味を持ったことを先にまとめると(重複する部分も含めて)以下の様な感じです。

①Appleがメインカメラの画素数を800万画素に据え置き
　↑アップルがカメラの競争軸の内の一つであった画素数競争を明確に否定したと解釈

②(メインカメラは意外性はなかったですが、焦点であった)サブ(≒フロント)カメラ採用のイメージセンサの座も、遂にOmniVisionからSONYが奪った

③Appleが、一世代前に採った”iPhone 5sに対するiPhone 5c”という廉価機を、今回はリリースしなかった
　↑新興国市場、低価格帯市場の征服をアップルは断念した？

④(イメージャーには関係ありませんが、半導体関連として)遂にアップルがサムスンとの蜜月関係を絶ち、搭載アプリケーションプロセッサA8の製造委託先をSamsungからTSMCへと変更した
　↑これもチップワークス解析レポートにて報告されています。

⑤Focus Pixel(←像面位相差AF画素と思われるもの)の配置が、オリンパスのE-M1採用パナソニック製センサの配置パタンと最も良く似ている
　(詳細後述)


↑チップワークスより。恐らくiPhone 6 Plus搭載の光学式手振れ補正ユニットの方の外観写真
サイズ：10.6×9.3×5.6mm　←5.6mmが厚さ
iPhoneに積まれるだけあって(OIS付なのに)薄いですね。

[4回]

では、まずはチップワークスの解析レポートの、例によってカメラの部分だけ、以下ラフで恐縮ですが意訳を。
オレンジ色部分は私の補足。

-------- 以下から ---------------

アップルは2013年に初めてDualバージョンのiPhoneを発売した(←5sと5cのこと)。
そしてその時は異なる特徴を持ったiSightカメラ(←リアカメラのこと)をそれぞれに搭載したが、
今回もアップルはiPhone 6と6 Plusにそれぞれ異なるiSightカメラを搭載した。
Phil Schillerは我々に、新たな世代のiSightカメラとその位相差AFシステムを紹介した。
Focus Pixelは従来世代(←iPhone5s)の2倍のAFスピードに改善されている。
更にiPhone 6 Plusは光学式手振れ補正付きのプレミアムカメラとなっている。
そのプレミアムカメラはコンパクトデジカメに続いて新たなAFデジカメの市場を痛打(←crushing blow)するだろう。それはカムコーダーだ。
今回の新しいiPhoneは、1080pの30/60fps及び240fpsまでのスローモーションと、ビデオ性能をアップさせている。

iPhone 6 PlusのiSightカメラチップは、10.6mm×9.3mm×5.6mm厚のカメラモジュールに収められている。
ソニー製で、(iPhone 5sで導入された)(画素ピッチ)1.5um世代を特徴とする、積層型の裏面照射型のCMOSイメージセンサ。
そのサイズは、4.8mm×6.1mm(29.3mm2)。
位相差AF画素対は、全てグリーン画素に埋め込まれており、そして有効画素領域ほぼ全面に渡って配置されている。

　一方で、我々はFaceTimeカメラ(←フロントカメラ)が1.2Mピクセルから2Mピクセルに解像度upすることを期待していた。しかし実際には、iPhone 6も6 Plusも共に1.2Mピクセルのまま据え置かれた。
FaceTimeカメラは、広い開口を持ち(光を80%多く取り込み可能)(←どのセンサと比較しているのでしょうか？リアカメラと？それとも5sのFaceTimeカメラと？)で、自撮り用の連写モードとワンショットのハイダイナミックレンジモードとハイダイナミックレンジビデオモードを備えた。
我々はFaceTimeカメラの撮像素子もソニー製だと予測していたが、それが正しいと証明された。
我々はたった今、iPhone 6と6 PlusのFaceTimeカメラが、ソニー製の積層型CMOSイメージセンサであると確認した。

------------ chipworks blog 以上まで ---------------

　私が読み取れなかったのですが、FaceTimeカメラの80%開口率upの件は、”何に対して”80%upしているのでしょうか？
もし、5sのFaceTimeカメラの撮像素子に対してなのであれば、Omni製からソニー製に変わったことにより、画素数は同じであってもチップサイズ及び画素ピッチを大きくしていることになるのですが・・・
大変興味があるところです。

　また、メインカメラのチップサイズ＝29.3mm2ですが、5s搭載チップサイズよりもわずかながら大きくなっているかもしれません。
以前の”Stacked CISの面積的効能”のblogエントリで触れたソニーのiPhone5s搭載撮像素子のチップ面積は、ある調査機関の計測では28.5mm2となっていました。
単純に互いの数字を信じて比較すると、5s搭載素子に対して6搭載撮像素子サイズは、同じ積層型のソニー製で同じ画素数であっても、3%弱今回の方がチップサイズが大きくなっていることになります。
測定した機関が異なるため、測定方法の違いや測定誤差のせいという可能性も拭いきれませんが、私も今回の6のセンサ写真を最初に見た時、「あれ？ちょっとtop層の周辺回路部分の面積が大きくなった？」と感じました。

↑チップワークスより。iphone 6メインカメラ搭載センサ上面写真


　さて、冒頭の私が興味を持ったリストに話を戻させていただきますが、

①の画素数800万画素据え置きの件は、もうひつこいくらい書いてきたので割愛です。
今後、このことで他のスマホ、そしてデジカメメーカーのセンサ画素数戦略(？)に今回のアップルの選択が影響を与えるのか与えないのか？(≒画素数競争が止まるのか止まらないのか？)
　そこに興味を持っています。


②の件は、今まで、FaceTimeカメラがiPhoneに搭載されるようになってから、このサブカメラ搭載撮像素子の座にはオムにビジョン製センサがずっと居座ってきていました。
”iPhone4sで、メインカメラの座をソニーに奪われた時もサブカメラは変わらずに”です。
その後も、iPhone5、5sと、メインカメラの座はずっとソニー製ですが、同様にサブカメラの座はオムにビジョン製のままでした。
あまり性能を気にしないサブカメラの素子なので、アップルも恐らく価格の安いOmniVision製を採用する判断をしていたのでは無いかと推測します。
　そして今回のiPhone6ですが、チップワークスも「予測していた」としている通り、サブカメラもソニー製となりそうな数々の予兆(？報道)もされていましたので、最早オムニビジョンからソニー製に切り替わるのも時間の問題と思われていました。

　そして実際、今回iPhone6でサブカメラもソニー製となった訳ですが、
・出荷量を増やしたいソニーが価格面で妥協してアップルに寄り添っていった
のか
・アップルが”FaceTimeカメラにもブランド力強化、実用性向上のために良いものが必要”と考えソニーに寄り添っていった
のか、はたまたその両方か、気になります。
　どちらにしても(ソニーが価格面で妥協したのであれば特に)、現状はほぼソニーが独自の積層型センサ(Stacked CIS)を作れていることが、
チップ面積を抑えられるという点でコスト競争力が高く、価格を引き下げても利益を確保できるため、ライバルのセンサメーカーに打ち勝てている原動力になっている様に思えます。

　これで痛かったのがOmniVisionとTSMC連合ですが、彼らも着々と積層型センサを作る準備はしている様なので、今後再び巻き返してくるのか個人的に要注目です。


③の件は、6の世代は、”液晶画面が大きいものと小さいもの”という2種類の機種をアップルは発売しました。
が、5s世代の様に”ハイエンド機種と廉価機”という風にはしませんでした。
報道等では”5c不調”という様な話も聞きましたが、それに懲りてもうアップルは、新興国市場及び各国の安価な機種を好む層への浸透は諦め、各国のハイエンド層のシェアを多く獲ることで売り上げと利益を維持することに腹を決めたのでしょうか？
　いくら中国の工場でiPhoneを作っているとはいえ、中国企業と価格競争をすることは日本の企業同様アップルにとっても相当厳しいものだと思います(←最近ソニーがこの勝負に負けて、高価格帯だけに絞る旨の方針に変更するようです)。
が、この道を避けて今後の繁栄があるのか？
　このあたりも何年か後の様子を先に見てみたいです(^^;)。


④の件ですが、
しばらく前、アップルがSamsungを訴え、Samsungもアップルを訴え返し、各国において泥沼の訴訟合戦を繰り広げていた両社。
そんな中発売された前機種iPhone5sの時には、「さすがにアプリケーションプロセッサA7の製造元はSamsungからTSMCに変わってるでしょ」というのが大方の見方であったと思います。
　しかし実際に蓋を開けてみれば、5sのA7プロセッサもサムスン製ということで、「あれ？」と(^^;)
　で、今回のチップワークスの報告に拠れば、やっと(？)iPhone 6のA8でTSMC製へ。
20nmプロセスで、A7の10億トランジスタから、ダイサイズを縮小しつつも倍の20億トランジスタをA8には押し込めているとか(^^;)
各社まだ次世代の16nm世代の立ち上がりは微妙なため、事実上の最先端プロセスで製造されている感じですね。


で、⑤の件です。
まず先に”Focus Pixelってそもそも何？”という点ですが、純粋に日本語訳すれば、”焦点検出用の画素”といった意味になるのでしょうか。
　以下が9/9にiPhone 6が発表された際の本家のLiveイベント映像のFocus Pixelの項の説明箇所の切り出しですが、

中央がセンサ画素の断面模式図ですが、矢印が光線を表しており、対のフォトダイオードのお互い反対側の半分が遮光されているところからして、
これはどう見ても昨今一眼系のカメラ採用撮像素子を中心に搭載が普通になってきている撮像面位相差AF画素と同一の技術でしょう。


↑再びチップワークスより。iPhone 6搭載ソニー製撮像素子の画素部拡大図
※注：黄色枠は私が後から書き足しています。

　まず、
・カラーフィルタ配列は通常のベイヤ配列

で、チップワークスのレポート内にも記されていましたが、
・位相差AF用の画素は全てグリーン画素に作りこまれている
　これはやはり、ベイヤ配列だとグリーン画素が他の画素と比較して倍存在するから、位相差AF用の画素にあてても補完しやすいからでしょうか。

そして⑤。
私が今まで写真等で見てきたことがある各社センサの像面位相差AF画素配置の中では、
・オリンパスのOM-D E-M1搭載のパナソニック製の撮像素子の位相差AF画素配置に最も似ている
　↑ただし、上記撮像素子の位相差AF用画素配置は、オリンパスが作っているパンフに載っている模式絵であって、チップワークス等が解析した結果では無いので、本当に100%この配置で作っていると断言は出来無いものですが。

　iPhone6搭載素子の位相差AF画素配置は、離散配置タイプのセンサとしては、規則正しく(例えばサムスンのGalaxyS5搭載センサはこんな感じ、キヤノンのはこんな感じ。対して、ソニー、ニコンのカメラに搭載されているセンサの配置は行方向に一直線)、
黄色枠が像面位相差AF画素配列の最小繰り返し単位の様。

　数えると、16×16＝256画素。その中に位相差AF用画素が4画素。
ということは、この規則性が全面に渡っているとすると、位相差AF用の画素割合は、1.6%弱。
何か、写真を見ると”ちょっと、位相差AF用の画素多すぎじゃない！？”って感じるんですけど、数字にしちゃうと”こんなもんなら補正されても気づかなそうか”とか思っちゃいました(^^;)

　ちなみに、オリンパスのEM-D EM-1の撮像素子を、パンフを信じて同様に計算すると、位相差AF用画素割合は、
64画素中4画素＝6.25%
ということで、iPhone6撮像素子の約4倍ということで、こちらは正直だんだん数字的に見ても個人的には”ちょっと多すぎじゃ？！”っていう感じに思えてきちゃいますね。


↑チップワークスより。センサ隅部分上面からの拡大写真

この写真は、チップワークスのレポート中にあった、”ほぼ全面に位相差AF用の画素がある”というのを示したかった写真と思われます。
確かに、ほぼほぼ周辺部まで、位相差AF用の画素が配置されている様に感じます。
これであれば、像面位相差AFでそれなりに画面の端でAF効かせることも可能なのではないでしょうか。

　で、ここまでアピールする”Focus Pixel”とやらの実力や如何に！？という点に関しては、
ギズモードさんではこんな感じみたいです。
色んなシーンを試さないと本当のところはわかりませんが、これを見る限りはかなり良い感じでは無いでしょうか。

　また、”iPhone6の絵が綺麗というは実力もあるが、実際は、手振れ補正を効かせるだけ効かせてシャッタースピードを落とし気味にし、暗い場所でもなるべくISO設定値を上げない様に制御している面もある”
という実験考察(？)をされている方もいらっしゃるみたいです。
リンク先の方は、キヤノンの5Dmark3の体験会イベントで登壇されてたので、それなりに信用出来る方なのではと思ってます。


　最後に、チップワークスがupしているその他の写真も、記録までにupして終わりにしたいと思います。

↑カメラモジュールの背面の型番印字部分と思われる写真


↑　カメラモジュールの背面からのX線透過写真と思われるもの


↑カメラモジュール横方向からのX線透過写真と思われるもの


↑もう一方の側面からと思われるX線透過写真と思われるもの
光学式手振れ補正ユニットと思われるものが上に見えますね。