Jakie są zalety i wady podświetlanego czujnika CMOS?


21

W iPhone 4s używa backlit CMOS, a ja zauważyłem, że niektóre inne kamery punkt i strzelać również. Co to oznacza dla fotografii i jeśli jest to korzyść, dlaczego aparaty DSLR tego nie używają?

Również warunki, które znalazłem: Podświetlany, Podświetlany, Podświetlany, BSI, BI


Wydaje się, że staje się to coraz bardziej popularne na rynku smartfonów. Na przykład Nokia Lumia 920.
— dpollitt

Jedyną znaczącą wadą jest koszt, ponieważ trudniej jest go wyprodukować. Dlatego są one używane tylko w małych czujnikach, w których piksele faktycznie skorzystałyby z niego w znacznej ilości, takich jak czujniki smartfonów.
— thomasrutter

Odpowiedzi:


15

Zwykle przy wytwarzaniu czujnika kamery światłoczułe „piksele” są formowane na wierzchu płytki krzemowej, do której dodaje się kilka warstw obwodów w celu ułatwienia odczytu wartości pikseli. Ten zespół obwodów blokuje padanie światła padającego na obszary światłoczułe, zmniejszając czułość czujnika (co wymaga większego wzmocnienia, co zwiększa szum).

Czujniki BSI są tworzone w ten sam sposób, ale krzemowy wafel jest odwracany i szlifowany, aby był wystarczająco cienki, aby światło prześwitywało z drugiej strony. Obwód odczytu już nie przeszkadza i pozwala czujnikowi przechwycić nawet dwukrotnie więcej światła.

Z tą techniką wiążą się problemy: takie zamontowanie obwodu zwiększa przesłuch, przez co sygnały na różnych liniach zakłócają się wzajemnie - może to powodować wzajemne krwawienie pikseli.

Jedynymi komercyjnymi czujnikami BSI do tej pory są bardzo małe urządzenia, telefon komórkowy i niewielkie rozmiary. Technologia ta jest uważana przez niektórych za sztuczkę marketingową, która tak naprawdę nie przynosi oczekiwanych korzyści. Wynika to głównie z:

  • Wydajność jest ważniejsza w przypadku mniejszych czujników, ponieważ ich mniejsze piksele na początku wychwytują mniej światła.

  • Zyski wynikające z przesunięcia okablowania do tyłu są najwyraźniej największe, gdy rozmiary pikseli wynoszą około 1,1 mikrona (na przykład w przypadku czujnika iPhone'a 8MP). W przypadku większych pikseli straty spowodowane okablowaniem nie są tak duże (ponieważ jest więcej miejsca na przewody).

  • Posiadanie warstwy metalizacyjnej z przodu powoduje również efekty dyfrakcyjne, które są znaczące, ponieważ piksele są tylko kilka razy dłuższe niż długość fali światła.

  • Procesy produkcyjne są trudniejsze, zmniejszając wydajność, co powoduje, że skalowanie projektu jest kosztowne.

  • Czujniki BSI są znacznie słabsze mechanicznie ze względu na przerzedzenie płytki, duży czujnik BSI byłby bardzo podatny na pękanie.


2
Czy potajemnie jesteś inżynierem komputerowym?
— dpollitt,

4
O nie, mój sekret się ujawnił!
— Matt Grum,

4 lata w przyszłości - jakieś przemyślenia na temat nowej pełnoklatkowej matrycy BSI Sony? Czy twoje punkty są nadal aktualne dzisiaj? Ciekawe, czy te wady zostały przezwyciężone przez ostatnie postępy technologiczne.
— erotavlas

@erotavlas Ograniczony wzrost wydajności dla dużych czujników jest nadal aktualny - A7RII jest tylko o 0,3 stopnia bardziej wrażliwy niż A7R (wzrost wydajności w słabym świetle pochodzi z architektury podwójnego wzmocnienia konwersji, a nie BSI). Jednak BSI pozwala na więcej na temat logiki układu i szybszego odczytu, aby włączyć funkcje wideo 4K i cichą migawkę.
— Matt Grum,

7

Czujniki CMOS umożliwiają znacznie szybsze działanie, ponieważ można je bardzo szybko odczytać.

Oświetlenie z tyłu (BSI) oznacza, że ​​zespół obwodów znajduje się po przeciwnej stronie niż światło przychodzące. To pozwala uchwycić więcej światła w porównaniu do standardowej konstrukcji.

Lustrzanki wykorzystują CMOS ze względu na szybkość , chociaż wiadomo, że matryce CCD mają wyższą jakość obrazu, a te są używane w aparatach cyfrowych średniej wielkości i tylnych, chociaż szybkość fotografowania jest często ograniczona do 1/2 - 2 FPS, podczas gdy lustrzanki cyfrowe mogą strzelać z prędkością ponad 10 FPS.

DSLR używają innej metody, aby zwiększyć współczynnik wypełnienia, i zamiast tego mają tablicę mikrosoczewek. Ostatecznym jest bezprzerwowa matryca mikrosoczewek, która gromadzi całe przychodzące światło w kierunku stron fotograficznych. Wyobrażam sobie, że zamiast tego mogliby użyć BSI, ale czasami tablica mikrosoczewek służy do korygowania spadku światła z powodu kąta wskazania, co BSI nie pomaga.

Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.