背照式CMOS传感器

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1、背照式CMOS传感器　　在传统CMOS感光元件中，感光二极管位于电路晶体管后方，进光量会因遮挡受到影响。所谓背照式CMOS就是将它掉转方向，让光线首先进入感光二极管，从而增大感光量，显著提高低光照条件下的拍摄效果。索尼的背照式CMOS传感器商品名称为ExmorR，首先在DV摄像机中得到应用。　　ExmorRCMOS背面照明技术感光元件，改善了传统CMOS感光元件的感光度。ExmorRCMOS采用了和普通方法相反、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

2、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。ExmorRCMOS的优势　　传统的CMOS传感器每个像素点都要搭配一个对应的A/D转换器以及对应的放大电路，因此，这部分电路会占用更多的像素面积，直接导致光电二极管实际感光的面积变小，感光能力变弱。CCD的单个像素点不需要A/D转换器和放大电路，光电二极管能获得更大的实际感光面积，开口率更大，因此在小尺寸影像传感器领域，目前CCD仍占据一定优势，而在大尺寸影像传感器领域，由于单个像素点的面积大，

3、A/D转换器和放大电路占用的面积只是整个像素的很小一部分，影响不大，因此CMOS传感器也得到了广泛的应用。　而ExmorRCMOS将光电二极管“放置”在了影像传感器芯片的最上层，把A/D转换器及放大电路挪到了影像传感器芯片的“背面”，而不是像传统CMOS传感器一样，A/D转换器和放大电路位于光电二极管的上层，“挡住了”一部分光线。这样一来，通过微透镜和色彩滤镜进来的光线就可以最大限度地被光电二极管利用，开口率得以大幅度提高，即便是小尺寸的影像传感器，也能获得优良的高感光度能力。　　相比较之下，传统的表面照射型CMOS传

4、感器的光电二极管位于整个芯片的最下层，而A/D转换器和放大电路位于光电二极管上层，因此光电二极管离透镜的距离更远，光线更容易损失。同时，这些线路连接层还会阻塞从色彩滤镜到达光电二极管的光路，因此直接导致实际能够感光更少。而ExmorR背照式CMOS传感器解决了这样的问题。CCD传感器和CMOS传感器　　而现在普遍使用的两种图像传感器就是大家经常听说到的CMOS和CCD传感器了，为了让大家最终更好地认识背照式CMOS传感器，小编在此也简单说一下两种传感器的异同以及优缺点。如下图所示，左边为CCD传感器的结构，右边的为CM

5、OS传感器的机构，黄色的小方块为像素点。由图示可以看出，CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。简单说就是对待单个像素点上得到的电荷数据有不同方法，CCD是全部传输出来再统一处理，CMOS是先分别处理在传出来。这两种方式并不是人们凭空想象出来的，而是由CCD和CMOS的制作工艺决定的，因为CMOS器件内传输数据会有较高的失真，所以需要先做

6、处理。CCD传感器和CMOS传感器的不同　　正是由于两种传感器处理过程的不同，所以在早期，CMOS影像传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都比CCD要差，但优势在于具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点，特别适合在像素数提升上有较多的文章可以做。因此，最近几年芯片级的厂家都放了非常多的精力在CMOS传感器上，以致现在CMOS传感器在市场终端产品上占据了非常高的份额，特别是数码相机方面。背照式CMOS传感器基本原理　　时间推进到了08年6月，索尼公司发布了背照式CMOS，并冠以ExmorR名称，并且首先用在数款DV产品

7、上。背照式CMOS影像从此开始快速发展，至今已有多个芯片厂商发布了该类型的产品，越来越多数码影像设备采用了此技术，接下来就详细讲讲此项技术的特点。　　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传感器物理结构图　　背照式CMOS传感器的具体结构如上图所示（源自索尼资料，其他芯片厂家的产品可能在细节上有不

8、同，但大体意思是相同的），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。　　然后我们更细一点