前照式 與 背照式 CMOS sensor 概論

提到 CMOS sensor  影像感測器,很多人知道有所謂前照式與背照式 這兩種形式,但到底差別在何處?
又為何現在主流均採用了背照式這種類的影像感測器,可以參考以下的說明

前照式CMOS ( FrontSide Illumination,簡寫為 FSI)

CMOS 是由很多個層別所構成, 在傳統 FSI sensor  結構中,由上至下主要為 微鏡頭(Micro-lens)、彩色濾光鏡(Color Filter)、電路層(Wiring Layers)和光電二極體(Photodiodes)。
這幾個層面所構成

這樣子的結構,相信大家都可以明顯看出來:中間的電路層所佔據的面積極大,光電二極體能夠佔的面積就小,CMOS 實際從外部近來的光線就少。 對於一些像是手機、等小型影像設備來說,
就表示這樣的結構難以再讓光源量加大也就是成像質量難以再提升,其中最容易發現的就是在高 ISO 或低照度時拍攝時的噪點、雜訊明顯偏多。 

背照式CMOS (Back-Illuminated CMOS,簡寫為 BSI)

 在背照式 BSI sensor 的 結構中,我們將光電二極體和電路層的的位置做了上下調換,自上至下依次為微透鏡(Micro-lens)、彩色濾光鏡(Color Filter)、光電二極體(Photodiodes)和電路層(Wiring Layers)。 


這樣子的變化帶來了幾個好處:

1. 光電二極體可以接收到更多外部的光源使得 CMOS 能提升影像靈敏度和信噪比,改善高 ISO 以及低照度下的成像品質。

2. 有足夠大的面積可以讓電路使用,無需再和光電二極體影響,可以設計更高速的電路,以達到高像素 ,高速,連拍等功能。

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