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什么是背照式CMOS?SONY Exmor R实现了较大的飞跃

时间:2023-05-29  13:51:57  来源: 深圳市轩展科技有限公司  浏览数: 93

提及背照式CMOS,有很多摄影机或相机都采用了这种技术,SONY也不例外,有较多的SONY自动聚焦摄像机均使用了这种传感器,如FCB-CR/ER8530FCB-EV7520FCB-CV7520,FCB-CR/ER7100等等,既然应用那么广泛,今天就和大家说说背照式CMOS


堆栈式与非堆栈式


1CMOS的发展

我们熟知的感光元件有两种,一种是CCD,一种是CMOS。早期的CMOSCCD差的非常多,但随着工艺的发展,现在CMOS的质量已经发生了质的飞跃,虽然不能与CCD相等同,但差距已经缩的非常小了。而且CMOS价格便宜,对于影视拍摄,CMOS的成本和功耗,是最合适的。


2、前照式CMOS的感光原理

到现在,CMOS已经发展到背照式堆栈式CMOS了。可在CMOS的早期,没法实现如此复杂的技术。那时比较成熟的CMOS是前照式(Front Side Illumination,缩写为FSI)的结构。


下面是一张经典的传统前照式CMOS结构图。


前照式CMOS结构图

前照式CMOS结构图


在传统前照式CMOS结构中,自上至下依次为微透镜(Micro-lens)、彩色滤光镜(Color Filter)、电路层(Wiring Layers)和光电二极管(Photodiodes)。


微透镜是在每个CMOS的物理像素上的极小的凸透镜,用来汇聚光线。


再往下的彩色滤光镜能将入射光颜色以RGB的模式分解,我们有时听到的拜耳排列,就是这些滤镜的排列方式。如最经典的RGB排列等。


再往下是电路层,通常有好几层,它们主要是传输信号用的。


再往下,才是光电二极管,也就是对于CMOS,真正的发生光电效应的感光部分。


这就是说,光在到达光电二极管之前,需要经过微透镜,穿过彩色滤光镜,穿过多层电路层,才能到达光电二极管。这其中,电路层是最有干扰的。


干扰从何而来呢?这主要是因为金属的透光率有限,而且也会反光,即使设计的再好,由于工艺限制,光在穿过金属电路层后,到达光电二极管时只有70%左右,现在,中低档的CMOS电路层采用的是比较廉价的铝,而它对于可见光波段都约有90%的反射率,有时反射光也会串扰到旁边的像素,带来颜色失真。


3、背照式CMOS的优势

由于前照式有这些缺点,那么背照式(Back-Illuminated CMOS)的设计就应运而生了。它将电路层放到了光电二极管后面,这样,光线就能直接照到光电二极管上,不会因为电路层的遮挡和反射带来损失。


因此,背照式CMOS能够具有更高的光线利用效率,这样,在低照度环境下,就具有更高的灵敏度。同时,由于电路不会影响光电二极管接收光线,因此,电路层可以做得更厚,这样就能放置更多的处理电路,这有助于提高信号的处理速度。

相比起普通的前照式传感器,搭载背照式传感器的设备能够在弱光环境下,提高约30%50%的感光能力,因此能够在弱光下拍摄更高的质量的照片或视频,噪点更小。而更丰富的处理电路,能做更大数据量的原始图像信号处理。


这些性能加在一起,是拍摄设备具备更好的升格,更大分辨率等参数的最底层的原因。


4索尼Exmor R CMOS

索尼的Exmor R就是指的背照式CMOS。随着科技的发展,索尼的Exmor R得到了较大的飞跃。


但要注意的是,ExmorExmor R是不同的,Exmor仍然是前照式CMOS,它在每列加入了模数A/D转换器,使图像信噪比得到改善。


Exmor 和 Exmor R

Exmor 和 Exmor R


索尼又推出了Exmor RS商标,也就是背照式和堆栈式结合的设计。那么堆栈式是什么呢?SONY即将面世销售的自动聚焦摄像机FCB-EV9520L采用的是哪一种技术的传感器呢?后面会陆续为大家讲解。



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