什么是背照式CMOS？SONY Exmor R實(shí)現(xiàn)了較大的飛躍

時(shí)間：2023-05-29  13:51:57  來(lái)源: 深圳市軒展科技有限公司  瀏覽數(shù): 101

提及背照式CMOS，有很多攝影機(jī)或相機(jī)都采用了這種技術(shù)，SONY也不例外，有較多的SONY自動(dòng)聚焦攝像機(jī)均使用了這種傳感器，如FCB-CR/ER8530，FCB-EV7520，FCB-CV7520，F(xiàn)CB-CR/ER7100等等，既然應(yīng)用那么廣泛，今天就和大家說(shuō)說(shuō)背照式CMOS。

堆棧式與非堆棧式

1、CMOS的發(fā)展

我們熟知的感光元件有兩種，一種是CCD，一種是CMOS。早期的CMOS比CCD差的非常多，但隨著工藝的發(fā)展，現(xiàn)在CMOS的質(zhì)量已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，雖然不能與CCD相等同，但差距已經(jīng)縮的非常小了。而且CMOS價(jià)格便宜，對(duì)于影視拍攝，CMOS的成本和功耗，是最合適的。

2、前照式CMOS的感光原理

到現(xiàn)在，CMOS已經(jīng)發(fā)展到背照式堆棧式CMOS了?？稍?span>CMOS的早期，沒(méi)法實(shí)現(xiàn)如此復(fù)雜的技術(shù)。那時(shí)比較成熟的CMOS是前照式（Front Side Illumination，縮寫(xiě)為FSI）的結(jié)構(gòu)。

下面是一張經(jīng)典的傳統(tǒng)前照式CMOS結(jié)構(gòu)圖。

前照式CMOS結(jié)構(gòu)圖

在傳統(tǒng)前照式CMOS結(jié)構(gòu)中，自上至下依次為微透鏡（Micro-lens）、彩色濾光鏡（Color Filter）、電路層（Wiring Layers）和光電二極管（Photodiodes）。

微透鏡是在每個(gè)CMOS的物理像素上的極小的凸透鏡，用來(lái)匯聚光線。

再往下的彩色濾光鏡能將入射光顏色以RGB的模式分解，我們有時(shí)聽(tīng)到的拜耳排列，就是這些濾鏡的排列方式。如最經(jīng)典的RGB排列等。

再往下是電路層，通常有好幾層，它們主要是傳輸信號(hào)用的。

再往下，才是光電二極管，也就是對(duì)于CMOS，真正的發(fā)生光電效應(yīng)的感光部分。

這就是說(shuō)，光在到達(dá)光電二極管之前，需要經(jīng)過(guò)微透鏡，穿過(guò)彩色濾光鏡，穿過(guò)多層電路層，才能到達(dá)光電二極管。這其中，電路層是最有干擾的。

干擾從何而來(lái)呢？這主要是因?yàn)榻饘俚耐腹饴视邢?，而且也?huì)反光，即使設(shè)計(jì)的再好，由于工藝限制，光在穿過(guò)金屬電路層后，到達(dá)光電二極管時(shí)只有70%左右，現(xiàn)在，中低檔的CMOS電路層采用的是比較廉價(jià)的鋁，而它對(duì)于可見(jiàn)光波段都約有90%的反射率，有時(shí)反射光也會(huì)串?dāng)_到旁邊的像素，帶來(lái)顏色失真。

3、背照式CMOS的優(yōu)勢(shì)

由于前照式有這些缺點(diǎn)，那么背照式（Back-Illuminated CMOS）的設(shè)計(jì)就應(yīng)運(yùn)而生了。它將電路層放到了光電二極管后面，這樣，光線就能直接照到光電二極管上，不會(huì)因?yàn)殡娐穼拥恼趽鹾头瓷鋷?lái)?yè)p失。

因此，背照式CMOS能夠具有更高的光線利用效率，這樣，在低照度環(huán)境下，就具有更高的靈敏度。同時(shí)，由于電路不會(huì)影響光電二極管接收光線，因此，電路層可以做得更厚，這樣就能放置更多的處理電路，這有助于提高信號(hào)的處理速度。

相比起普通的前照式傳感器，搭載背照式傳感器的設(shè)備能夠在弱光環(huán)境下，提高約30%—50%的感光能力，因此能夠在弱光下拍攝更高的質(zhì)量的照片或視頻，噪點(diǎn)更小。而更豐富的處理電路，能做更大數(shù)據(jù)量的原始圖像信號(hào)處理。

這些性能加在一起，是拍攝設(shè)備具備更好的升格，更大分辨率等參數(shù)的最底層的原因。

4、索尼Exmor R CMOS

索尼的Exmor R就是指的背照式CMOS。隨著科技的發(fā)展，索尼的Exmor R得到了較大的飛躍。

但要注意的是，Exmor與Exmor R是不同的，Exmor仍然是前照式CMOS，它在每列加入了模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器，使圖像信噪比得到改善。

Exmor 和 Exmor R

索尼又推出了Exmor RS商標(biāo)，也就是背照式和堆棧式結(jié)合的設(shè)計(jì)。那么堆棧式是什么呢？SONY即將面世銷(xiāo)售的自動(dòng)聚焦攝像機(jī)FCB-EV9520L采用的是哪一種技術(shù)的傳感器呢？后面會(huì)陸續(xù)為大家講解。