背照式CMOS技术解析，SONY Exmor R如何实现影像质量飞跃

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提及背照式CMOS，有很多摄影机或相机都采用了这种技术，SONY也不例外，有较多的SONY自动聚焦摄像机均使用了这种传感器，如FCB-CR/ER8530，FCB-EV7520，FCB-CV7520，FCB-CR/ER7100等等，既然应用那么广泛，今天就和大家说说背照式CMOS。

堆栈式与非堆栈式

1、CMOS的发展

我们熟知的感光元件有两种，一种是CCD，一种是CMOS。早期的CMOS比CCD差的非常多，但随着工艺的发展，现在CMOS的质量已经发生了质的飞跃，虽然不能与CCD相等同，但差距已经缩的非常小了。而且CMOS价格便宜，对于影视拍摄，CMOS的成本和功耗，是最合适的。

2、前照式CMOS的感光原理

到现在，CMOS已经发展到背照式堆栈式CMOS了。可在CMOS的早期，没法实现如此复杂的技术。那时比较成熟的CMOS是前照式（Front Side Illumination，缩写为FSI）的结构。

下面是一张经典的传统前照式CMOS结构图。

前照式CMOS结构图

在传统前照式CMOS结构中，自上至下依次为微透镜（Micro-lens）、彩色滤光镜（Color Filter）、电路层（Wiring Layers）和光电二极管（Photodiodes）。

微透镜是在每个CMOS的物理像素上的极小的凸透镜，用来汇聚光线。

再往下的彩色滤光镜能将入射光颜色以RGB的模式分解，我们有时听到的拜耳排列，就是这些滤镜的排列方式。如最经典的RGB排列等。

再往下是电路层，通常有好几层，它们主要是传输信号用的。

再往下，才是光电二极管，也就是对于CMOS，真正的发生光电效应的感光部分。

这就是说，光在到达光电二极管之前，需要经过微透镜，穿过彩色滤光镜，穿过多层电路层，才能到达光电二极管。这其中，电路层是最有干扰的。

干扰从何而来呢？这主要是因为金属的透光率有限，而且也会反光，即使设计的再好，由于工艺限制，光在穿过金属电路层后，到达光电二极管时只有70%左右，现在，中低档的CMOS电路层采用的是比较廉价的铝，而它对于可见光波段都约有90%的反射率，有时反射光也会串扰到旁边的像素，带来颜色失真。

3、背照式CMOS的优势

由于前照式有这些缺点，那么背照式（Back-Illuminated CMOS）的设计就应运而生了。它将电路层放到了光电二极管后面，这样，光线就能直接照到光电二极管上，不会因为电路层的遮挡和反射带来损失。

因此，背照式CMOS能够具有更高的光线利用效率，这样，在低照度环境下，就具有更高的灵敏度。同时，由于电路不会影响光电二极管接收光线，因此，电路层可以做得更厚，这样就能放置更多的处理电路，这有助于提高信号的处理速度。

相比起普通的前照式传感器，搭载背照式传感器的设备能够在弱光环境下，提高约30%—50%的感光能力，因此能够在弱光下拍摄更高的质量的照片或视频，噪点更小。而更丰富的处理电路，能做更大数据量的原始图像信号处理。

这些性能加在一起，是拍摄设备具备更好的升格，更大分辨率等参数的最底层的原因。

4、索尼Exmor R CMOS

索尼的Exmor R就是指的背照式CMOS。随着科技的发展，索尼的Exmor R得到了较大的飞跃。

但要注意的是，Exmor与Exmor R是不同的，Exmor仍然是前照式CMOS，它在每列加入了模数A/D转换器，使图像信噪比得到改善。

Exmor 和 Exmor R

索尼又推出了Exmor RS商标，也就是背照式和堆栈式结合的设计。那么堆栈式是什么呢？SONY即将面世销售的自动聚焦摄像机FCB-EV9520L采用的是哪一种技术的传感器呢？后面会陆续为大家讲解。