Apa kelebihan atau kekurangan dari sensor CMOS back illuminated?

21

The iPhone 4s menggunakan backlit CMOS sensor, dan saya telah memperhatikan bahwa beberapa titik dan menembak kamera lain lakukan juga. Apa artinya itu bagi fotografi, dan jika itu bermanfaat, mengapa kamera DSLR tidak menggunakannya?

Juga istilah yang saya temukan: Backlit, Back-illuminated, Backside illumination, BSI, BI

sensor cmos-image-sensor back-illuminated dpollitt
sumber
Ini sepertinya menjadi lebih populer di pasar smartphone. Misalnya Nokia Lumia 920.
dpollitt
Satu-satunya kerugian yang signifikan adalah biaya, karena mereka lebih sulit untuk diproduksi. Dengan demikian mereka hanya digunakan pada sensor kecil di mana piksel sebenarnya akan mendapat manfaat dari itu dengan jumlah yang bermakna, seperti sensor smartphone.
thomasrutter

Jawaban:

15

Biasanya dalam pembuatan sensor kamera "piksel" fotosensitif dibentuk di atas wafer silikon, yang ditambahkan beberapa lapisan sirkuit untuk memfasilitasi pembacaan nilai-nilai piksel. Sirkuit ini memblokir beberapa cahaya yang datang untuk mengenai area fotosensitif, mengurangi sensitivitas sensor (sehingga membutuhkan lebih banyak amplifikasi, yang meningkatkan noise).

Sensor BSI dibuat dengan cara yang sama, tetapi wafer silikon dibalik dan ditumbuk untuk membuatnya cukup tipis untuk cahaya bersinar dari sisi lain. Sirkuit pembacaan tidak lagi menghalangi dan memungkinkan sensor menangkap hingga dua kali lebih banyak cahaya.

Ada masalah yang terkait dengan teknik ini: pemasangan sirkuit yang meningkatkan cross-talk, di mana sinyal pada jalur yang berbeda saling mengganggu - ini dapat menyebabkan piksel berdarah satu sama lain.

Satu-satunya sensor BSI komersial hingga saat ini adalah unit yang sangat kecil, ponsel, dan ukuran yang ringkas. Teknologi ini dianggap oleh sebagian orang sebagai sedikit gimmick pemasaran, tidak benar-benar menghasilkan manfaat yang diklaim. Hal ini terutama disebabkan oleh:

  • Efisiensi lebih penting dengan sensor yang lebih kecil karena pikselnya yang lebih kecil menangkap lebih sedikit cahaya untuk memulai.

  • Keuntungan dari memindahkan kabel ke belakang tampaknya paling besar ketika ukuran piksel mencapai sekitar 1,1 mikron (seperti halnya dengan sensor iPhone 8MP). Untuk piksel yang lebih besar, kerugian akibat kabel tidak terlalu besar (karena ada lebih banyak ruang untuk kabel).

  • Memiliki lapisan metalisasi di bagian depan juga menyebabkan efek difraksi yang signifikan karena pikselnya hanya beberapa kali panjang gelombang cahaya.

  • Proses manufaktur lebih sulit, mengurangi hasil, membuatnya mahal untuk meningkatkan desain.

  • Sensor BSI secara mekanis jauh lebih lemah karena penipisan wafer, sensor BSI besar akan sangat rentan terhadap kerusakan.

Matt Grum
sumber
2
Apakah Anda seorang insinyur komputer yang diam-diam?
dpollitt
4
Oh, tidak ada rahasia saya!
Matt Grum
4 Tahun ke depan - ada pemikiran tentang sensor BSI full-frame Sony yang baru? Apakah poin Anda masih valid hari ini? Saya ingin tahu apakah kelemahan itu telah diatasi dengan kemajuan teknologi saat ini.
erotavlas
@erotavlas Keuntungan terbatas dalam efisiensi untuk sensor besar masih berlaku - A7RII hanya sesuatu 0,3 berhenti lebih sensitif daripada A7R (keuntungan dalam kinerja cahaya rendah berasal dari arsitektur gain konversi ganda, bukan BSI). Namun BSI memungkinkan lebih banyak pada chip logika dan pembacaan yang lebih cepat untuk mengaktifkan video 4K dan fungsi shutter diam.
Matt Grum
7

Sensor CMOS memungkinkan pengoperasian yang lebih cepat karena dapat dibaca dengan sangat cepat.

Back-Side-Illumination (BSI) berarti bahwa sirkuit berada di sisi berlawanan dengan cahaya yang masuk. Ini memungkinkannya menangkap lebih banyak cahaya dibandingkan dengan desain standar.

DSLR menggunakan CMOS karena kecepatannya , meskipun CCD dikenal memiliki kualitas gambar yang lebih tinggi dan yang digunakan pada kamera dan punggung digital Format-Sedang, meskipun kecepatan pemotretan seringkali terbatas pada 1/2 - 2 FPS, sementara DSLR dapat memotret pada lebih dari 10 FPS.

DSLR menggunakan metode lain untuk meningkatkan faktor pengisian dan sebagai gantinya memiliki array mikrolensa. Yang paling utama adalah array microlens tanpa celah yang mengumpulkan semua cahaya yang masuk ke photosites. Saya membayangkan mereka bisa menggunakan BSI sebagai gantinya tetapi kadang-kadang array microlens digunakan untuk mengoreksi cahaya jatuh karena sudut indeks, sesuatu yang BSI tidak membantu.

Itai
sumber