Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сравнение упрощенных сечений пикселей с задней и передней подсветкой
Чтобы узнать о практике светового дизайна, см. Подсветка (дизайн освещения) . Информацию о подсветке жидкокристаллических дисплеев см . В разделе Подсветка .

Задней подсветкой датчика , также известный как тыльным освещения ( BSI или BI ) датчика, представляет собой тип цифрового датчика изображения , который использует новую компоновку элементов изображений , чтобы увеличить количество света захвачен и тем самым улучшить низкой освещенности.

Некоторое время этот метод использовался в специализированных ролях, таких как камеры видеонаблюдения при слабом освещении и астрономические датчики, но был сложен в разработке и требовал дальнейшей доработки, чтобы получить широкое распространение. Sony была первой, кто сократил эти проблемы и их стоимость в достаточной степени, чтобы представить 5-мегапиксельный 1,75 мкм BI CMOS-датчик по обычным потребительским ценам в 2009 году. [1] [2] BI-датчики от OmniVision Technologies с тех пор используются в бытовой электронике других производителей. производители, такие как HTC EVO 4G [3] [4] Android-смартфон, а также основной коммерческий аргумент камеры в iPhone 4 от Apple . [5] [6]

Описание [ править ]

Традиционная цифровая камера с передней подсветкой сконструирована так же, как и человеческий глаз , с линзой спереди и фотодетекторами сзади. Эта традиционная ориентация датчика размещает активную матрицу датчика изображения цифровой камеры - матрицу отдельных элементов изображения - на его передней поверхности и упрощает производство. Однако матрица и ее проводка отражают часть света, и, таким образом, слой фотокатода может принимать только остальную часть входящего света; отражение уменьшает доступный для захвата сигнал. [1]

Датчик с обратной засветкой содержит те же элементы, но прокладывает проводку за слоем фотокатода, переворачивая кремниевую пластину во время изготовления и затем утонча ее обратную сторону, чтобы свет мог попадать на слой фотокатода, не проходя через слой проводки. [7] Это изменение может повысить вероятность захвата входного фотона с примерно 60% до более 90%, [8] (то есть на 1/2 ступени быстрее) с наибольшей разницей, реализуемой при маленьком размере пикселя, [ необходима цитата ], поскольку площадь захвата света, получаемая при перемещении проводки от верхней (падающий свет) к нижней поверхности (перефразируя конструкцию BSI), пропорционально меньше для большего пикселя. [необходимая ссылка ]Датчики BSI-CMOS наиболее эффективны при частичном солнечном свете и других условиях низкой освещенности.[9]Размещение проводов позади световых датчиков аналогична разнице междуголовоногими глазамииглазами позвоночных. Ориентациятранзисторовактивной матрицы за слоем фотокатода может привести к множеству проблем, таких какперекрестные помехи, вызывающиешум,темновой ток., и смешивание цветов между соседними пикселями. Утончение также делает кремниевую пластину более хрупкой. Эти проблемы можно решить путем улучшения производственных процессов, но только за счет снижения урожайности и, как следствие, более высоких цен. Несмотря на эти проблемы, ранние датчики BI нашли применение в нишах, где их лучшая производительность при слабом освещении была важна. Раннее использование включало промышленные датчики, камеры видеонаблюдения, камеры микроскопов и астрономические системы. [8]

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

Наблюдатели отрасли [ кто? ] отметил, что датчик с задней подсветкой теоретически может стоить меньше, чем аналогичная версия с передней подсветкой. Способность собирать больше света означала, что матрица сенсоров аналогичного размера могла предложить более высокое разрешение без падения производительности при слабом освещении, иначе связанного с гонкой мегапикселей (MP). В качестве альтернативы, такое же разрешение и возможность работы в условиях низкой освещенности могут быть предложены на меньшем чипе, что снижает затраты. Ключом к достижению этих преимуществ мог бы стать улучшенный процесс, решающий проблемы текучести, в основном за счет улучшения однородности активного слоя на передней панели детекторов. [8]

Важным шагом на пути к внедрению датчиков бизнес-аналитики стало то, что в 2007 году OmniVision Technologies опробовала свои первые датчики с использованием этой технологии. [10] Эти датчики, однако, не получили широкого распространения из-за их высокой стоимости. Работа Sony на новых фото диодных материалов и процессов позволило им ввести датчик с задней подсветкой первого потребителя , как их КМОП на основе « Exmor R » в августе 2009 года [1] По данным Sony, новый материал предлагается +8 дБ сигнализации и - Уровень шума 2 дБ. В сочетании с новой компоновкой с задней подсветкой датчик улучшил характеристики при слабом освещении почти в два раза. [1]

Конкуренты последовали их примеру, и к концу года большинство компаний предлагали версию в своих высококачественных продуктах. OmniVision продолжает продвигать эту технологию в своих продуктовых линейках. В отличие от этого, в iPhone 4s используется сенсор производства Sony. Другой пример - HTC EVO 4G [4] [3], который оснащен 8-мегапиксельным сенсором BSI с разрешением 1,4 мкм от OmniVision. В 2011 году Sony внедрила датчик Exmor R в свой флагманский смартфон Sony Ericsson Xperia Arc . [11]

В январе 2012 Sony разработала задней стороны датчика освещен далее с Stacked CMOS , [3] , где опорная схема перемещается ниже секции активного пикселя, что дает еще одно усовершенствование к способности света захвата 30%. [12] Это было продано Sony в августе 2012 года как Exmor RS с разрешением 13 и 8 эффективных мегапикселей. [13]

В сентябре 2014 года Samsung анонсировала первый в мире датчик APS-C, использующий пиксельную технологию BSI. [14] [3] Этот 28-мегапиксельный сенсор (S5KVB2) был использован в их новой компактной системной камере NX1 и был продемонстрирован вместе с камерой на Photokina 2014 .

В июне 2015 года Sony анонсировала первую камеру α7R II , в которой используется полнокадровый сенсор с задней подсветкой . [3]

В августе 2017 г. Компания Nikon объявила о том , что его предстоящая Nikon D850 , полнокадровой цифровой зеркальной камеры, будет иметь задней подсветкой датчик на своем новом 45,7 Мп сенсором.

В сентябре 2018 года Fujifilm объявила о выпуске X-T3 , беззеркальной камеры со сменным объективом , с датчиком задней подсветки APS-C Fujifilm X-Trans на 26,1 МП . [15]

В апреле 2021 года Canon объявила, что их новая модель R3 будет оснащена 35-миллиметровым полнокадровым многослойным CMOS-датчиком с задней подсветкой и процессором изображения DIGIC X. [16]

См. Также [ править ]

  • Шлифовка вафель

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в г Sony , 2009 г.
  2. ^ Патент США 7521335 , Яманак, Хидео, «Способ и устройство для получения ультра-тонкий полупроводникового чипа и способа и устройства для изготовления ультратонкого задней подсветкой твердотельного устройства захвата изображения», выданный 2009-04-21, назначены Sony Корпорация 
  3. ^ a b c d e Циммерман, Стивен (12 октября 2016 г.). «Sony IMX378: подробное описание сенсора Google Pixel и его характеристик» . Разработчики XDA . Проверено 17 октября +2016 .
  4. ^ a b «Внутри смартфона HTC EVO 4G после разрушения кремния» . стружка. 4 июня 2010 года Архивировано из оригинала 22 июля 2011 года . Проверено 3 августа 2011 года .
  5. ^ Tufegdzic, Памела (3 сентября 2010). «iPhone 4 стимулирует внедрение датчиков изображения BSI в смартфоны» . iSuppli. Архивировано 19 июля 2011 года . Проверено 3 августа 2011 года .
  6. ↑ Apple , 2010 г.
  7. ^ Патент США 4266334 , Edwards, Томас У. и Pennypacker, Рональд С., «Производство утонченных томографов подложки», выданный 1981-05-12, назначен корпорация RCA 
  8. ^ a b c Суэйн и Ческис, 2008
  9. ^ Yoshua Голдман. «Почему iPhone 4 делает хорошие фотографии при слабом освещении: объяснение CMOS-сенсоров BSI!» . Проверено 29 сентября 2014 года .
  10. ^ Ёсида 2007
  11. ↑ Влад Савов. «Обзор Sony Ericsson Xperia Arc» . Engadget . AOL . Проверено 16 августа 2015 года .
  12. ^ (PDF) . 12 июня 2012 г. https://web.archive.org/web/20120612000427/http://www.sony.net/Products/SC-HP/cx_news/vol68/pdf/sideview_vol68.pdf . Архивировано из оригинального (PDF) 12 июня 2012 года. Отсутствует или пусто |title=( справка )
  13. ^ «Sony Global - Пресс-релизы - Sony разрабатывает« Exmor RS », первый в мире * 1 многослойный CMOS-датчик изображения» . Проверено 16 августа 2015 года .
  14. ^ "Глобальный сайт Samsung Semiconductors" . Проверено 16 августа 2015 года .
  15. ^ «Fujifilm анонсирует новую X-T3, беззеркальную цифровую камеру, развивающую серию X до четвертого поколения» . Fujifilm . Проверено 27 сентября 2018 года .
  16. ^ «Canon объявляет о разработке полнокадровой беззеркальной камеры EOS R3, которая обеспечивает высокую скорость, высокую чувствительность и высокую надежность, чтобы расширить диапазон фотографических возможностей пользователей» . Canon . Проверено 17 апреля 2021 года .

Библиография [ править ]

  • (Sony) , « Sony представляет CMOS-технологию Exmor R с задней подсветкой », пресс-релиз Sony, 6 августа 2009 г.
  • П.К. Суэйн и Дэвид Ческис, « Датчики изображения с задней подсветкой выходят на первый план », Photonics , август 2008 г.
  • Джунко Йошида, « OmniVision применяет технологию задней подсветки для CMOS-имидж-сканера », EE Times , 27 мая 2007 г.
  • (Apple) , « iPhone 4: Камера », Apple Inc., 7 июня 2010 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Список сенсоров Hamamatsu Backthinned CCD
  • ПЗС-матрица с утоненной задней частью, используемая в камерах безопасности
  • Праймер для микроскопии по квантовой эффективности
  • ПЗС-матрица с задней подсветкой: повышение светочувствительности