CMOS傳感器的中心議題：

• 照片的由來
• CCD傳感器和CMOS傳感器簡介
• 背照式CMOS傳感器基本原理介紹
• 背照式CMOS傳感器的優點

時shi代dai發fa展zhan，技ji術shu進jin步bu。數shu碼ma相xiang機ji的de各ge種zhong新xin技ji術shu層ceng出chu不bu窮qiong，導dao致zhi消xiao費fei者zhe麵mian對dui廠chang家jia宣xuan傳chuan或huo者zhe是shi相xiang機ji參can數shu列lie表biao中zhong的de一yi些xie專zhuan業ye詞ci彙hui，一yi般ban都dou會hui感gan到dao非fei常chang難nan於yu理li解jie，以yi致zhi影ying響xiang到dao購gou機ji前qian的de判pan斷duan。本ben文wen就jiu為wei大da家jia講jiang解jie一yi下xia現xian在zai出chu現xian率lv頗po高gao的de“背照式CMOS傳感器”，分析一下此技術是好是壞。

照片怎麼來的
？

xiangjidebenzhijiazhijiuzaiyubawomenrenyannengkandaodejingxiangzhuanhuachengkeyibaocunxinshangdepingmiantuxiang

，bazhanzhuanjishideshunjianbianchengyongheng。zailingyigejiaodulaikan，zheshiyizhongnengliangliudongdefangshi，xiangjisuozuodegongzuojiushijiangguangnengzhuanhuadaojiezhishangzhuanhuaweixinxicunchuqilai。

qizhongjiaopianxiangjichengxiangshiyikaoluhuayinjingtidehuaxuetexing，jiyuguangjiuhuifashenghuaxuebianhua，zaitongguochongxidengyixilieguochengdedaoyingxiang
，jutidexijiebenwenbuzhankai。

科ke技ji發fa展zhan到dao了le數shu碼ma化hua的de時shi代dai，照zhao片pian的de存cun儲chu最zui終zhong是shi以yi數shu字zi的de格ge式shi
，即ji是shi一yi連lian串chuan的de數shu值zhi組zu成cheng的de文wen件jian。那na究jiu竟jing從cong自zi然ran界jie的de光guang到dao數shu碼ma圖tu片pian文wen件jian，中zhong間jian要yao經jing過guo怎zen麼me樣yang的de處chu理li過guo程cheng呢ne


？


照(zhao)片(pian)要(yao)以(yi)數(shu)碼(ma)的(de)方(fang)式(shi)來(lai)表(biao)現(xian)

，一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)步(bu)驟(zhou)就(jiu)是(shi)量(liang)化(hua)
，也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)我(wo)們(men)需(xu)要(yao)將(jiang)自(zi)然(ran)界(jie)的(de)景(jing)象(xiang)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)一(yi)種(zhong)可(ke)以(yi)用(yong)數(shu)值(zhi)精(jing)確(que)衡(heng)量(liang)的(de)方(fang)式(shi)來(lai)表(biao)達(da)。實(shi)際(ji)上(shang)量(liang)化(hua)過(guo)程(cheng)的(de)核(he)心(xin)部(bu)件(jian)是(shi)影(ying)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，它(ta)可(ke)以(yi)將(jiang)傳(chuan)到(dao)它(ta)身(shen)上(shang)的(de)不(bu)同(tong)強(qiang)弱(ruo)、不同顏色的光線
，通過轉化成可以感光二極管(photodiode)進行光電轉換成電荷或者是電壓信息
，整個圖像傳感器點陣上所有的信息出來再到處理芯片生成數字格式的圖片。

CCD傳感器和CMOS傳感器

而現在普遍使用的兩種圖像傳感器就是大家經常聽說到的CMOS和CCD傳感器了，為了讓大家最終更好地認識背照式CMOS傳感器
，小編在此也簡單說一下兩種傳感器的異同以及優缺點。如下圖所示，左邊為CCD傳感器的結構，右邊的為CMOS傳感器的機構，黃色的小方塊為像素點。由圖示可以看出，CCD傳感器中每一行中每一個象素的電荷數據都會依次傳送到下一個象素中，由最底端部分輸出
，再經由傳感器邊緣的放大器進行放大輸出；而在CMOS傳感器中
，每個象素都會鄰接一個放大器及A/D轉換電路，用類似內存電路的方式將數據輸出。簡單說就是對待單個像素點上得到的電荷數據有不同方法
，CCD是全部傳輸出來再統一處理，CMOS是先分別處理在傳出來。這兩種方式並不是人們憑空想象出來的
，而是由CCD和CMOS的製作工藝決定的，因為CMOS器件內傳輸數據會有較高的失真，所以需要先做處理。


正是由於兩種傳感器處理過程的不同
，所以在早期，CMOS影像傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控製等方麵都比CCD要差
，但優勢在於具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點
，特別適合在像素數提升上有較多的文章可以做。因此，最近幾年芯片級的廠家都放了非常多的精力在CMOS傳感器上，以致現在CMOS傳感器在市場終端產品上占據了非常高的份額，特別是數碼相機方麵。

背照式CMOS傳感器基本原理

時間推進到了08年6月，索尼公司發布了背照式CMOS
，並冠以ExmorR名稱
，並且首先用在數款DV產品上。背照式CMOS影(ying)像(xiang)從(cong)此(ci)開(kai)始(shi)快(kuai)速(su)發(fa)展(zhan)
，至(zhi)今(jin)已(yi)有(you)多(duo)個(ge)芯(xin)片(pian)廠(chang)商(shang)發(fa)布(bu)了(le)該(gai)類(lei)型(xing)的(de)產(chan)品(pin)，越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)數(shu)碼(ma)影(ying)像(xiang)設(she)備(bei)采(cai)用(yong)了(le)此(ci)技(ji)術(shu)
，接(jie)下(xia)來(lai)小(xiao)編(bian)就(jiu)詳(xiang)細(xi)講(jiang)講(jiang)此(ci)項(xiang)技(ji)術(shu)的(de)特(te)點(dian)。

背照式CMOS傳感器最大的優化之處就是將元件內部的結構改變了，即將感光層的元件調轉方向
，讓光能從背麵直射進去，避免了傳統CMOS傳chuan感gan器qi結jie構gou中zhong，光guang線xian會hui受shou到dao微wei透tou鏡jing和he光guang電dian二er極ji管guan之zhi間jian的de電dian路lu和he晶jing體ti管guan的de影ying響xiang，從cong而er顯xian著zhu提ti高gao光guang的de效xiao能neng，大da大da改gai善shan低di光guang照zhao條tiao件jian下xia的de拍pai攝she效xiao果guo。

背照式CMOS傳感器的具體結構如上圖所示（源自索尼資料，其他芯片廠家的產品可能在細節上有不同，但大體意思是相同的）
，橙(cheng)色(se)的(de)為(wei)光(guang)線(xian)路(lu)，黃(huang)色(se)線(xian)為(wei)受(shou)光(guang)麵(mian)。左(zuo)邊(bian)的(de)傳(chuan)統(tong)式(shi)，明(ming)顯(xian)看(kan)到(dao)光(guang)線(xian)通(tong)過(guo)微(wei)透(tou)鏡(jing)後(hou)還(hai)需(xu)要(yao)經(jing)過(guo)電(dian)路(lu)層(ceng)才(cai)能(neng)到(dao)達(da)受(shou)光(guang)麵(mian)，中(zhong)途(tu)光(guang)線(xian)必(bi)然(ran)會(hui)遭(zao)到(dao)部(bu)分(fen)損(sun)失(shi)（包括被阻擋或被減弱）。背照式CMOSchuanganqideyuanjianzebutong，zaigaibianlejiegouhou，guangxiantongguoweitoujinghoujiukeyizhijiedaodaganguangcengdebeimian

，wanchengguangdianfanying，congjinguangliangshanggaishanleganguangguocheng。[page]

然後我們更細一點分析
，由於中間沒有阻隔，背照式CMOS傳感器的感光麵離微透鏡更近了，也就是說光線的入射角度和覆蓋的麵都能得到優化，感光元件就有可能輸出更為優秀的信號。

綜合以上的因素
，背照式CMOS傳感器比傳統CMOS傳感器在靈敏度會上有質的飛躍，結果就是在低光照度下的對焦能力和畫質有極大的提升。

為何這麼遲才推出背照式CMOS？

為何看上去如此簡單的改進是在傳統CMOS傳感器出現這麼久才被製造出來呢
？其實科學家們大概在20年之前就想到了
，隻是因為結構調整後的背照式CMOS傳感器對電子器件的生產工藝和微處理技術的要求非常高，因為此技術要求承載二極管的基板要非常薄，大概是傳統正照式CMOS傳感器基板厚度的1/100。因此

，芯片廠家在內功不夠的時候勉強做背照式CMOS傳感器必然會導致得不償失
，可能會導致更多的噪點產生。


新型的背照式CMOS傳感器還有什麼優點？

新型背照式CMOS傳(chuan)感(gan)器(qi)得(de)益(yi)於(yu)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)的(de)製(zhi)作(zuo)工(gong)藝(yi)升(sheng)級(ji)
，至(zhi)少(shao)在(zai)兩(liang)個(ge)方(fang)麵(mian)有(you)提(ti)升(sheng)。第(di)一(yi)個(ge)是(shi)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)上(shang)的(de)微(wei)透(tou)鏡(jing)性(xing)能(neng)更(geng)為(wei)提(ti)升(sheng)，以(yi)致(zhi)經(jing)過(guo)微(wei)透(tou)鏡(jing)後(hou)的(de)光(guang)
，入(ru)射(she)到(dao)感(gan)光(guang)麵(mian)上(shang)的(de)角(jiao)度(du)更(geng)接(jie)近(jin)垂(chui)直(zhi)，而(er)且(qie)微(wei)透(tou)鏡(jing)產(chan)生(sheng)的(de)色(se)散(san)，眩(xuan)光(guang)等(deng)不(bu)良(liang)效(xiao)果(guo)會(hui)減(jian)弱(ruo)，讓(rang)最(zui)終(zhong)到(dao)達(da)傳(chuan)感(gan)器(qi)感(gan)光(guang)麵(mian)的(de)光(guang)較(jiao)傳(chuan)統(tong)的(de)好(hao)。第(di)二(er)就(jiu)是(shi)在(zai)大(da)像(xiang)素(su)下(xia)依(yi)舊(jiu)具(ju)有(you)高(gao)速(su)的(de)處(chu)理(li)能(neng)力(li)，這(zhe)一(yi)點(dian)歸(gui)根(gen)到(dao)底(di)是(shi)對(dui)比(bi)CCD傳感器而言的。CCD傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)需(xu)要(yao)將(jiang)各(ge)像(xiang)素(su)點(dian)的(de)電(dian)荷(he)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)出(chu)來(lai)統(tong)一(yi)處(chu)理(li)
，所(suo)以(yi)在(zai)像(xiang)素(su)大(da)的(de)時(shi)候(hou)速(su)度(du)比(bi)較(jiao)難(nan)提(ti)高(gao)，如(ru)果(guo)強(qiang)行(xing)提(ti)高(gao)處(chu)理(li)的(de)帶(dai)寬(kuan)就(jiu)會(hui)造(zao)成(cheng)噪(zao)點(dian)的(de)增(zeng)加(jia)。而(er)CMOS傳感器在每一個像素點上都已經將電荷轉化成了電壓數據，在提高大像素幀率上有比較大的空間。

不過這兩個優點並非被照式CMOS傳感器特有，是當今新款的CMOS傳感器普遍都能做到的，這就是為什麼越來越多數碼相機采用CMOS傳感器了，畢竟大像素和高速的性能會直接影響最終消費者的選擇。

用上背照式CMOS傳感器畫質就會好了嗎？

既然背照式CMOS傳(chuan)感(gan)器(qi)這(zhe)麼(me)厲(li)害(hai)，是(shi)不(bu)是(shi)說(shuo)配(pei)備(bei)了(le)了(le)它(ta)的(de)數(shu)碼(ma)相(xiang)機(ji)拍(pai)照(zhao)就(jiu)很(hen)牛(niu)了(le)呢(ne)
？其(qi)實(shi)不(bu)是(shi)，決(jue)定(ding)數(shu)碼(ma)照(zhao)片(pian)的(de)畫(hua)質(zhi)除(chu)了(le)核(he)心(xin)部(bu)件(jian)傳(chuan)感(gan)器(qi)外(wai)
，還(hai)有(you)鏡(jing)頭(tou)以(yi)及(ji)處(chu)理(li)算(suan)法(fa)等(deng)因(yin)素(su)。鏡(jing)頭(tou)的(de)因(yin)素(su)大(da)家(jia)應(ying)該(gai)都(dou)容(rong)易(yi)理(li)解(jie)，因(yin)為(wei)光(guang)線(xian)到(dao)達(da)傳(chuan)感(gan)器(qi)之(zhi)前(qian)是(shi)要(yao)通(tong)過(guo)鏡(jing)頭(tou)。而(er)各(ge)型(xing)號(hao)的(de)相(xiang)機(ji)使(shi)用(yong)的(de)鏡(jing)頭(tou)不(bu)盡(jin)相(xiang)同(tong)，具(ju)體(ti)的(de)質(zhi)素(su)也(ye)當(dang)然(ran)會(hui)有(you)差(cha)異(yi)。另(ling)外(wai)一(yi)個(ge)就(jiu)是(shi)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)的(de)方(fang)麵(mian)

，因(yin)為(wei)從(cong)傳(chuan)感(gan)器(qi)出(chu)來(lai)的(de)數(shu)據(ju)還(hai)是(shi)要(yao)經(jing)過(guo)數(shu)碼(ma)相(xiang)機(ji)內(nei)部(bu)的(de)處(chu)理(li)器(qi)來(lai)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)才(cai)能(neng)得(de)到(dao)最(zui)終(zhong)的(de)照(zhao)片(pian)數(shu)據(ju)（能輸出RAW格式的相機除外），huanjuhuashuojiushiyouleyuanshicailiao
，haixuyaozuorunsecainengchuchengpin。zhebufenjiuyaokangegechangjiadetuxiangchulisuanfale
，zhejiuhaobibutongchushihuiyongdepengtiaofangfalaichulishicaiyiyang，zuizhongdetupianjiuhuiyongbutongdezhiliang，butongdefengge。

對比裝備了背照式CMOS傳感器的相機和其他相機的各檔位ISO畫質，大體的結論是在低ISO的時候，兩者相差不大，但在高ISO時候的確有一定的提升。另外值得提及的一點就是，裝備了背照式CMOS傳感器的相機在低光環境的對焦能力大大加強
，這是一個非常重要的提升。