Exmor Cmos Sensor_背照式CMOS传感器技术介绍和应用.pdf

背照式CMOS 传感器技术介绍和应用 Cmos Sensor”Exmor” 索尼背照式CMOS 的商标，即一代背照式，二代为Exmor RS CMOS 。背照式CMOS 的英文简称叫 BSI 。 QQ 936318687 本文作者：飞鸽（ ： ） 发表日期： 2012/11/15 SINA 微博：/manwjh EMAIL ： manwjh@126.com 简介 Exmor R CMOS 技术的感光元件，改善了传统CMOS 感光元件的感光度。Exmor R CMOS 采用了和 普通CMOS 方法相反、向没有布线层的一面照射光线的背面照射技术，由于不受金属线路和晶体管的阻 碍，开口率（光电转换部分在一个像素中所占的面积比例）可提高至近 100%。与其以往1.75μm 间隔的 表面照射产品相比，背面照射产品在灵敏度（S/N）上具有很大优势。 诞生 2008 年的6 月索尼公司宣布了背照式CMOS 传感 器，并首先装载在旗下的DV 中，这在业界引起了很大 的反响。时间再推进1 年，2009 年索尼在旗下的两款新 品TX1 和WX1 中搭载了背照式CMOS 传感器，这在 CCD 当道的市场中无疑是一支奇兵。背照式CMOS 传 感器最大的优化之处在于将元件内部的结构改变了，背 照CMOS 将感光层的元件调转方向，让光能从背面直射 进去，避免了传统CMOS 传感器结构中，光线会受到微 透镜和光电二极管之间的电路和晶体管的影响，从而显 著提高光的效能，大大改善低光照条件下的拍摄效果。 综合以上的因素，背照式CMOS 传感器比传统CMOS 传 感器在灵敏度会上有质的飞跃，结果就是在低光照度下 的对焦能力和画质有极大的提升。 技术特点 普通 CMOS传感器 背照式 CMOS传感器 背照式CMOS 传感器最大的优化之处就是将元件内部的结构改变了，即将感光层的元件调转方向， 让光能从背面直射进去，避免了传统CMOS 传感器结构中，光线会受到微透镜和光电二极管之间的电路 和晶体管的影响，从而显著提高光的效能，大大改善低光照条件下的拍摄效果。 背照式CMOS 传感器的具体结构如上图所示，橙色的为光线路，黄色线为受光面。左边的传统式， 明显看到光线通过微透镜后还需要经过电路层才能到达受光面，中途光线必然会遭到部分损失(包括被阻 挡或被减弱) 。背照式CMOS 传感器的元件则不同，在改变了结构后，光线通过微透镜后就可以直接到达 感光层的背面，完成光电反应，从进光量上改善了感光过程。 综合以上的因素，背照式CMOS 传感器比传统CMOS 传感器在灵敏度会上有质的飞跃，结果就是在 低光照度下的对焦能力和画质有极大的提升。 主要改进 为何看上去如此简单的改进是在传统CMOS 传感器出现这么久才被制造出来呢？其实科学家们大概 在20 年之前就想到了，只是因为结构调整后的背照式CMOS 传感器对电子器件的生产工艺和微处理技术 的要求非常高，因为此技术要求承载二极管的基板要非常薄，大概是传统正照式CMOS 传感器基板厚度 的1/100。因此，芯片厂家在内功不够的时候勉强做背照式CMOS 传感器必然会导致得不偿失，可能会 导致更多的噪点产生。 新型背照式CMOS 传感器得益于电子器件的制作工艺升级，至少在两个方面有提升：第一个是在传 感器上的微透镜性能更为提升，以致经过微透镜后的光，入射到感光面上的角度更接近垂直，而且微透 镜产生的色散，眩光等不良效果会减弱，让最终到达传感器感光面的光较传统的好。第二就是在大像素 下依旧具有高速的处理能力，这一点归根到底是对比CCD 传感器而言的。CCD 传感器是需要将各像素点 的电荷数据传输出来统一处理，所以在像素大的时候速度比较难提高，如果强行提高处理的带宽就会造 成噪点的增加。而CMOS 传感器在每一个像素点上都已经将电荷转化成了电压数据，在提高大像素帧率 上有比较大的空间。 既然背照式CMOS 传感器这么厉害，是不是说配备了了它的数码相机拍照就很牛了呢？其实不是， 决定数码照片的画质除了核心部件传感器外，还有镜头以及处理算法等因素。镜头的因素大家应该都容 易理解，因为光线到达传感器之前是要通过镜头。而各型号的相机使用的镜头不尽相同，具体的质素也 当然会有差异。另外一个就是数据处理的方面，因为从传感器出来的数据还是要经过数码相机内部的处 理器来进行处理才能得到最终