技术观察（1）...

技术观察（1）

索尼的背照射CMOS图像传感器

         索尼公司在2008年6月宣布开发出一款背照射（back-illuminated）CMOS图像感光元件（像素尺寸：1.75μm正方形像素，500万有效像素，60帧/秒），它显著提高了成像特性，包括具有近两倍的灵敏度*¹和低噪点的特性。
    

    用技术观察的角度看，他这个宣布产品是一个企业标准品。
    

正是基于强大的技术研发力量，SONY 在2008年下半年全面推出了基于CMOS 的全系列数字摄像机。不同于传统上的基于前照射技术的CMOS图像感光元件，背照射结构技术通过照射硅基板的背部提升了成像性能。
    

     与同尺寸像素大小的索尼CMOS图像感光元件相比，这款新开发的CMOS图像感光元件实现了+8dB的信噪比（+6dB灵敏度，-2dB 随机噪点）。索尼将把背照射CMOS技术应用于民用级数码摄像机和数码相机上，为用户带来更高质量的画质体验。
    

     从SONY 公司商业运营的角度看，500万级的CCD制造成本绝非 500万像素的 CMOS 能相比的。仅仅这一项，SONY 将获利上数十亿元RMB。这个是典型的技术创造生产力的范例。
    

     通常，用户会要求数码摄像机和数码相机具有捕捉拍摄对象每一个细节的能力，同时又希望机器能够小巧而方便携带。为了满足这些需求，图像感光元件的发展侧重于在保持成像能力前提下的像素尺寸小型化上。然而，除了这些要求外，最近几年用户在提高最低光照度和快速图像捕捉方面的要求亦有所增加。
   

这主要是源于传统拍摄系统的速度和图像解析能力。所以，新型的图像感光元件需要具备出色的信噪比，以及其他能够全面提升画面质量的特性。
   

    在传统的前照射结构中（见图2），构成传感器感光区域的金属线路和晶体管，被置于在硅基板表面，这就阻碍了片上透镜的采光进程。而且，这也成为像素尺寸小型化和扩大光学视角响应方面的一个重要难题。
   

     而最新的背照射结构，最小化了光学视角响应的灵敏度降低问题，同时通过把金属线路和晶体管移至硅基板的另一面，减少了对采光的阻碍，大大增加了进入每个像素的光量。
   

这项技术源于上世纪80年代初的美国航天工程对空间侦察用CCD 的处理，虽然效果极好，但是由于制造难度太高和成品率太低而没有进入商业开发。
   

     然而，相比传统的前照射结构，背照射结构通常会引起诸如噪点、暗电流、像素缺失和色彩混杂等导致图像质量退化和信噪比降低的问题。这个问题要是展开来说，估计要50万字和大量的图表以及计算公式，这里就略去了。
   

     为了克服这个问题，索尼研发了一个独特的图像二极管结构和为背照射结构而优化的片上透镜，与传统的前照射结构相比，减少了噪点，暗电流和有缺陷的像素。
    

优化微结构是个要求很高的技术活，估计要有我们的8级泥瓦匠老师傅的水平，且SONY有大量的技术积累。难点在于：在微米级的空间上，要做到百万级像素在半导体芯片上穿针引线，而且要不出差错，游刃有余。这点我很佩服，不是高喊三个代表就能做到的哦。
    

而消噪声点并不困难，用一个卷积函数功能块就可以很轻松的处理掉很多白噪声，但是我很奇怪SONY 为什么拿简单技术来炫耀其技术武功？要知道中国人除了拥有三鹿集团这样的企业，也有中国科学院和我们公司呢。
    

从索尼公司投产的速度看，这个东西可能在2005年就应该是成熟了。现在推出的目的主要是为了商业竞争的考虑。否则，不可能有这么快的产业化速度――光照相版的处理就要半年的时间。更不要说产品的工业造型设计，时尚设计和可靠性验证等等极其复杂的产业化问题。此外，如高精度调准技术能解决任何色彩混杂的问题。（对色问题也是难度极高的技术问题，世界上目前只有3家公司能够做好，SONY 无疑是老大），如“Exmor”传感芯片电路拥有独一的“平行列A/D转换技术”及双重降噪技术等等。都是独步天下的。
    

    不过，我个人对这个产品不认为已经到顶了，SONY公司技术方案并不是完美无缺的。背照射结构通过在晶体管的结构内实现多层金属线路和更好的灵活性，扩大了部件在动态范围和速度方面的潜力。但是从SONY 的方案上分析，量子转移的效率并不理想，这也就是为什么SONY 在广告宣传上总是用商业蛊惑，而不是采用技术标准――SONY你千万不要告诉我：说深了我怕你不懂。
    

下一步，索尼可能会把先进的图像质量和尖端的像素小型化技术结合起来，继续发展其在图像感光元件方面的研究。以我对SONY公司的了解，SONY 已经早行了。
    

主要特征（相同像素尺寸(1.75 μm)的前照与背照CMOS芯片之比）
    

1) 改善了的光学波长灵敏度和光学视角响应
    

绝对灵敏度 (F5.6)                +4.5dB

F-number (光圈) 依赖性    （F2.0/F5.6） +1.5dB

F-number (光圈) 灵敏度  　（F2.0）       +6.0dB

2) 随机噪点
    

无光情况下的噪点            -2.0dB 

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[此贴子已经被作者于2008-9-21 23:47:44编辑过]