背照式CMOS,听起来逼格好高的样子
  前几天,索尼微单A7RII的上市,让不少朋友微博"被刷屏",对此,索尼深表歉(de)意(yi)。全新4240万像素BSI背照式传感器是A7RII一大亮点,不过"背照式"是什么,估计很多朋友都不太了解,没关系,看完此文,您就明白。
  想要弄清楚背照式中"背"的含义,就必须要先了解传统CMOS——前照式(FrontSide Illumination,缩写为FSI)的结构。
  前照式CMOS
(▲前照式CMOS结构)
  CMOS是一个多层结构。在传统FSI结构中,自上至下依次为微透镜(无隙的芯片镜片)、电路层(铝布线层)和光电二极管(光电二极管基层)。
  不难发现:CMOS总面积 ≈ 光电二极管有效面积 + 电路层有效面积,这俩家伙需要争抢感光元件上有限的空间。
  电路占据的面积大,光电二极管占据的面积就小,CMOS实际收集的光线就少。对于智能手机、便携数码相机等小型影像记录设备来说,这就意味着成像质量难以提升,说直白点,就是您拍夜景的时候,噪点太多。
  那既然感光这么重要,我们能不能欺负欺负电路呢?现代CMOS普遍采用集成模数转换电路(ADC)的做法,1个光电二极管对应1个ADC和1套放大电路。可是想要提升像素数量、提高读取速度就必须增加配套电路,看来也是不好惹的主。
  背照式CMOS
  背照式CMOS英文为Back-Illuminated CMOS,缩写为BI CMOS;或BackSide Illumination CMOS,缩写为BSI CMOS
(▲背照式CMOS结构)
  在BSI结构中,光电二极管和电路层的位置发生了调换,自上至下依次为微透镜(无隙的芯片镜片)、光电二极管(光电二极管基层)和电路层(铜布线层)。别看只是上下位置一换,带来的好处不小:
  •光电二极管可以接收到更多光线(开口率更大),使CMOS具有更高灵敏度和信噪比,改善高ISO下的成像质量
  •配套电路无需再和光电二极管争抢面积,更大规模的电路有助于提高速度,实现超高速连拍、超高清短片拍摄等功能
  值得一提的是,由于光电二极管层上移、开口率更大,BSI CMOS可以更充分地吸收大角度入射光线。在使用传统CMOS的A7R上,索尼通过微透镜优化提升边缘质量(芯片位置匹配技术);而在使用BSI CMOS的A7R II上,索尼就不需要再做特殊优化——当然,如果加上微透镜优化自然是极好的,但改善幅度不会有传统CMOS来的明显。
  重要时间点
  •1990年代,背照式概念被提出,但由于生产加工要求很高,因此无法实现量产化。
  •2007年,OmniVision对外展示了BSI CMOS样品。
  •2009年2月,索尼实现BSI CMOS量产化并注册了Exmor R商标。首批搭载Exmor R CMOS的产品包括索尼HDR-XR520、HDR-XR500摄像机(2009-2),索尼DSC-WX1、DSC-TX1便携数码相机(2009-9),索尼爱立信Cyber-shot S006拍照手机(2010-10)。
  •2011年10月,苹果iPhone 4S的主摄像头搭载了索尼生产的BSI CMOS。
  •2013年6月,索尼推出搭载1英寸约2020万像素BSI CMOS的数码相机RX100 II。
  •2015年6月,索尼推出搭载搭载35mm全画幅约4240万像素BSI CMOS的无反相机A7RII。
  索尼CMOS商标
  在索尼CMOS产品中,Exmor表示普通CMOS,Exmor R表示背照式CMOS,Exmor RS表示堆叠式CMOS。
  为什么没有背照式CCD
  CCD的成像原理与CMOS不同,不需要1个像素对应1个ADC和1套放大电路,所以受电路面积的影响小。
  好了,现在我们知道BSI CMOS的优点就在于可以让相机实现高速连拍,在高ISO下获得更好画质。
  文章来源:ETPHOTOS