stringtranslate.com

Датчик с задней подсветкой

Сравнение упрощенных сечений пикселей с задней и передней засветкой

Датчик задней подсветки , также известный как датчик задней подсветки ( BI ), представляет собой тип цифрового датчика изображения , в котором используется новое расположение элементов изображения для увеличения количества улавливаемого света и тем самым улучшения характеристик при слабом освещении.

Некоторое время эта техника использовалась в специализированных целях, таких как камеры наблюдения при слабом освещении и астрономические датчики, но была сложна в изготовлении и требовала дальнейшей доработки, чтобы стать широко используемой. Sony была первой, кто смог уменьшить эти проблемы и их стоимость в достаточной степени, чтобы в 2009 году представить 5-мегапиксельный BI CMOS-датчик с разрешением 1,75 мкм по общим потребительским ценам. [1] [2] Датчики BI от OmniVision Technologies с тех пор используются в бытовой электронике других производителей. производителей, как в Android-смартфоне HTC EVO 4G [3] [4] и как основной аргумент в пользу камеры в iPhone 4 от Apple . [5] [6]

Описание

Традиционная цифровая камера с фронтальной подсветкой устроена аналогично человеческому глазу , с линзой спереди и фотодетекторами сзади. Такая традиционная ориентация датчика размещает активную матрицу датчика изображения цифровой камеры — матрицу отдельных элементов изображения — на его передней поверхности и упрощает изготовление. Однако матрица и ее проводка блокируют часть света, и, таким образом, слой фотокатода может принимать только остальную часть входящего света; блокировки уменьшают сигнал, который можно захватить. [1]

Датчик с обратной засветкой содержит те же элементы, но размещает проводку за слоем фотокатода, переворачивая кремниевую пластину во время производства, а затем утоняя ее обратную сторону, чтобы свет мог попадать на слой фотокатода, не проходя через слой проводки. [7] Это изменение может повысить вероятность захвата входного фотона примерно с 60% до более 90%, [8] (т.е. на 1/2 ступени быстрее), при этом наибольшая разница реализуется при небольшом размере пикселя, [ нужна ссылка на источник] ], поскольку площадь захвата света, полученная при перемещении проводки от верхней (падающий свет) к нижней поверхности (перефразируя конструкцию BSI), пропорционально больше для меньшего пикселя. [ нужна цитация ] Датчики BSI-CMOS наиболее выгодны при частичном солнечном свете и других условиях низкой освещенности. [9] Расположение проводов за датчиками освещенности аналогично разнице между глазом головоногих моллюсков и глазом позвоночных . Расположение транзисторов активной матрицы за слоем фотокатода может привести к множеству проблем, таких как перекрестные помехи , которые вызывают шум изображения , темновой ток и смешение цветов между соседними пикселями. Утончение также делает кремниевую пластину более хрупкой. Эти проблемы можно решить за счет совершенствования производственных процессов, но только за счет снижения урожайности и, следовательно, повышения цен. Несмотря на эти проблемы, первые датчики BI нашли применение в нишевых сферах, где была важна их лучшая производительность при слабом освещении. Раннее использование включало промышленные датчики, камеры видеонаблюдения, камеры для микроскопов и астрономические системы. [8]

Другие преимущества датчика BSI включают более широкий угловой отклик (обеспечивающий большую гибкость при проектировании объектива) и, возможно, более высокую скорость считывания. К недостаткам можно отнести худшую однородность ответа.

Отраслевые наблюдатели [ кто? ] отметил, что датчик с задней подсветкой теоретически может стоить дешевле, чем аналогичная версия с передней подсветкой. Способность собирать больше света означала, что массив датчиков аналогичного размера мог обеспечить более высокое разрешение без снижения производительности при слабом освещении, которое иначе было бы связано с гонкой мегапикселей (МП). В качестве альтернативы то же разрешение и возможность работы в условиях низкой освещенности можно предложить на чипе меньшего размера, что снизит затраты. Ключом к достижению этих преимуществ может стать усовершенствованный процесс, решающий проблемы с выходом, в основном за счет улучшения однородности активного слоя на передней части детекторов. [8]

Важный шаг во внедрении датчиков BI был сделан, когда в 2007 году компания OmniVision Technologies опробовала свои первые датчики, использующие эту технологию. [10] Однако эти датчики не получили широкого распространения из-за своей высокой стоимости. Первым широко используемым датчиком BI был OmniVision OV8810, анонсированный 23 сентября 2008 года, он содержал 8 мегапикселей размером 1,4 мкм. [11] OV8810 использовался в HTC Droid Incredible [12] и HTC EVO 4G , [4] [3] , которые были выпущены в апреле и июне 2009 года соответственно. В июне 2009 года OmniVision анонсировала 5-мегапиксельную камеру OV5650 [13] , которая имела лучшую в отрасли чувствительность при слабом освещении — 1300 мВ/люкс-сек и самую низкую высоту стопки — 6 мм. [14] Apple выбрала камеру OV5650 для использования в задней камере iPhone 4, которая получила хорошие отзывы за снимки при слабом освещении. [15]

Работа Sony над новыми материалами и процессами фотодиодов позволила им представить в августе 2009 года свой первый потребительский датчик с обратной засветкой — Exmor R на базе КМОП. [1] По данным Sony, новый материал обеспечивал сигнализацию +8 дБ и −2. дБ шума. В сочетании с новой компоновкой с задней подсветкой датчик улучшил производительность при слабом освещении почти в два раза. [1] В iPhone 4s использовался датчик изображения производства Sony. В 2011 году Sony внедрила датчик Exmor R в свой флагманский смартфон Sony Ericsson Xperia Arc . [16]

В январе 2012 года Sony доработала датчик с задней подсветкой с помощью Stacked CMOS [3] , где вспомогательная схема перемещена ниже секции активных пикселей, что дает еще 30% улучшение способности улавливать свет. [17] В августе 2012 года Sony выпустила его на рынок под названием Exmor RS с разрешением 13 и 8 эффективных мегапикселей. [18]

В октябре 2012 года GoPro использовала датчик Sony IMX117 в качестве первого датчика BSI в своих экшн-камерах Hero3 Black. [19]

В сентябре 2014 года компания Samsung анонсировала первый в мире датчик APS-C , использующий пиксельную технологию BSI. [20] [3] Этот датчик на 28 МП (S5KVB2) был использован в их новой компактной системной камере NX1 и был продемонстрирован вместе с камерой на выставке Photokina 2014 .

В июне 2015 года Sony анонсировала первую камеру с полнокадровой матрицей с задней подсветкой — α7R II . [3]

В августе 2017 года компания Nikon объявила, что ее будущая полнокадровая цифровая зеркальная камера Nikon D850 будет иметь датчик с задней подсветкой на новом сенсоре с разрешением 45,7 МП.

В сентябре 2018 года Fujifilm объявила о выпуске X-T3 , беззеркальной камеры со сменной оптикой и 26,1-мегапиксельной матрицей Fujifilm X-Trans с сенсором APS-C и задней подсветкой. [21]

В апреле 2021 года Canon объявила, что их новая модель R3 будет оснащена 35-мм полнокадровой многокадровой CMOS -матрицей с задней подсветкой и процессором изображений DIGIC X. [22]

В апреле 2021 года Ricoh выпустила Pentax K-3 III с 26-мегапиксельным сенсором BSI APS-C от Sony и процессором изображений PRIME V.

В мае 2021 года Sony анонсировала новый многослойный сенсор с задней подсветкой для формата Micro Four Thirds . [23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcd Sony , 2009 г.
  2. ^ Патент США 7521335, Яманака, Хидео, «Способ и устройство для производства ультратонкого полупроводникового чипа, а также способ и устройство для производства ультратонкого твердотельного устройства съемки изображения с задней подсветкой», выдан 21 апреля 2009 г., передан Sony. Корпорация 
  3. ^ abcde Циммерман, Стивен (12 октября 2016 г.). «Sony IMX378: комплексный анализ сенсора Google Pixel и его функций». Разработчики XDA . Проверено 17 октября 2016 г.
  4. ^ ab «Внутри смартфона HTC EVO 4G с разборкой кремния» . чипворкс. 4 июня 2010 года. Архивировано из оригинала 22 июля 2011 года . Проверено 3 августа 2011 г.
  5. ↑ Туфегджич, Памела (3 сентября 2010 г.). «iPhone 4 способствует внедрению датчиков изображения BSI в смартфоны». iSuppli. Архивировано из оригинала 19 июля 2011 года . Проверено 3 августа 2011 г.
  6. ^ Яблоко , 2010 г.
  7. ^ Патент США 4266334, Эдвардс, Томас В. и Пеннипакер, Рональд С., «Производство устройств формирования изображений с утонченной подложкой», выдан 12 мая 1981 г., передан RCA Corporation. 
  8. ^ abc Суэйн и Ческис, 2008 г.
  9. ^ Йошуа Гольдман. «Почему iPhone 4 делает хорошие фотографии при слабом освещении: объяснение CMOS-сенсоров BSI!» . Проверено 29 сентября 2014 г.
  10. ^ Ёсида 2007
  11. ^ «OmniVision представляет первый в мире 1/3-дюймовый 8-мегапиксельный сенсор CameraChip™ с 1,4-микронной технологией OmniBSI™» . ЭДН. 23 сентября 2008 г.
  12. ↑ Брайан Клуг (20 июля 2010 г.). «Motorola Droid X: тщательный обзор». Анандтех.
  13. ^ «OmniVision поставляет изображения качества DSC на рынок высокопроизводительных мобильных телефонов» (PDF) . ОмниВижн. 22 июня 2009 г.
  14. ^ «Визуализация качества DSC для высокопроизводительных мобильных телефонов: краткое описание продукта OV5650 с разрешением 5 мегапикселей» (PDF) . ОмниВижн. Январь 2010 года.
  15. ^ Филип Берн (24 июня 2010 г.). «Обзор: iPhone 4». ТелефонСкуп.
  16. ^ Влад Савов. «Обзор Sony Ericsson Xperia Arc» . Engadget . АОЛ . Проверено 16 августа 2015 г.
  17. ^ «Многослойный CMOS-датчик изображения Sony решает все существующие проблемы одним движением» (PDF) . Сони. 12 июня 2012 г. Архивировано из оригинала (PDF) 12 июня 2012 г.
  18. ^ «Sony Global – Пресс-релизы – Sony разрабатывает Exmor RS, первый в мире*1 многослойный CMOS-датчик изображения» . Проверено 16 августа 2015 г.
  19. ^ «GoPro HERO3 Black Edition: Супергерой…» . ДКСОМАРК . 18 июля 2013 года . Проверено 6 сентября 2022 г.
  20. ^ "Глобальный сайт Samsung Semiconductors" . Проверено 16 августа 2015 г.
  21. ^ «Fujifilm анонсирует новую X-T3, беззеркальную цифровую камеру, превращающую серию X в четвертое поколение» . Фуджифильм . Проверено 27 сентября 2018 г.
  22. ^ «Canon объявляет о разработке полнокадровой беззеркальной камеры EOS R3, которая обеспечивает высокую скорость, высокую чувствительность и высокую надежность, расширяя диапазон фотографических возможностей пользователей» . Канон . Проверено 17 апреля 2021 г.
  23. ^ «Sony анонсировала новый многослойный сенсор BS1 Micro Four Thirds с разрешением 20 МП. Это для будущей камеры Olympus OMD?» . Проверено 30 мая 2021 г.

Библиография

Внешние ссылки