毫無疑問，索尼是2014年全球感光元件銷售的大贏家，市場占有率達到了40%，而他們剛剛推出A7R II更是首款搭載背照式CMOS的全畫幅相機。其圖像傳感器技術(shù)已大幅領(lǐng)先。但“大法”傳感器到底有何厲害?他們是怎樣發(fā)展出現(xiàn)在的技術(shù)?FRAMOS Technologies Inc.技術(shù)專家Darren Bessette使用一系列圖文講述了索尼六代圖像傳感器進化史。
第一代
傳統(tǒng)CMOS(左)收集到信號后會先通過CDS(Correlated Double Sampling)雙取樣電路降噪，再從電荷通路中傳輸出去，最后通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)成數(shù)碼數(shù)據(jù)。在這個傳輸過程中會產(chǎn)生大量噪聲。而索尼第一代Exmor傳感器(右)最主要的改進就是改變此結(jié)構(gòu)，讓數(shù)據(jù)在傳輸前就進行ADC轉(zhuǎn)換，并且轉(zhuǎn)換前后都有CDS降噪，噪點問題得到改善。
第二、第三代Exmor
第一代、第二代、第三代厚度逐級減少
單來說，這兩代產(chǎn)品主要功勞是縮減了傳感器結(jié)構(gòu)厚度。方法包括將本來的鋁制布線換成更細的銅線，然后再減少銅制布線本身的厚度，效果如上圖。過去光線在通過金屬布線等結(jié)構(gòu)時，一些角度較偏或者波長較短的光線(如藍綠)會因反射等原因被浪費掉，減少厚度則可大幅改善接收光線的性能。
第四代
這一代的改進重點是加深像素阱，以加強近紅外線(NIR)等長波長光線的感光性能，提供更高的動態(tài)范圍，同時保存更多電子信息。上圖的PD即是光電二極管(photodiode)，功能是把光線轉(zhuǎn)換成電信號，做左邊的4代傳感器底部明顯增長，擁有更多感光的位置。
第五代Exmor R
終于進化到最近常聽到的“背照式”(BSI)傳感器。簡單來說，“背照式”(BSI)傳感器就是把光電二極管放到微透鏡、彩色濾光片下面，而原先的金屬布線層則放到了最后。相較以往“前照式”(FSI)傳感器，這種結(jié)構(gòu)能大幅加強感光能力，同時降低電路噪聲干擾。
第六代Exmor RS
由Exmor R變成Exmor RS
第五代像素阱深度基于第三代設(shè)計，所以到第六代索尼改用了類似第四代加深像素阱的技術(shù)方案，以改良NIR等光線吸收。索尼第六代傳感器的另一項特點就是變成了“堆棧式”設(shè)計，把感光平面放到了最上層，信號處理電路疊放在后面，這樣就能增加像素填滿程度，從而加強整體感光性能及影像素質(zhì)。
堆棧式結(jié)構(gòu)提供了更高的像素提升空間，卻有著更緊密小巧的尺寸，連帶鏡頭、機身等都可以進化。在這個手機攝影流行的年代，明顯是更為適合。
科技就是這樣一步步走來，CMOS的發(fā)展似乎也相當順利，從這個角度看，淘汰CCD實在是大勢所趨。