Arkadan aydınlatmalı sensör - Back-illuminated sensor

Basitleştirilmiş arkadan aydınlatmalı ve önden aydınlatmalı piksel kesitlerinin karşılaştırması
Aydınlatma tasarımı uygulaması için bkz. Arka aydınlatma (aydınlatma tasarımı). Sıvı kristal ekranlardaki arka ışıklar için bkz. arka ışık.

Bir arkadan aydınlatmalı sensör, Ayrıca şöyle bilinir arka aydınlatma (BSI veya BI) sensör, bir tür dijital görüntü sensörü yakalanan ışık miktarını artırmak ve böylece düşük ışık performansını iyileştirmek için görüntüleme elemanlarının yeni bir düzenlemesini kullanır.

Teknik, bir süre düşük ışıklı güvenlik kameraları ve astronomi sensörleri gibi özel rollerde kullanıldı, ancak oluşturulması karmaşıktı ve yaygın olarak kullanılması için daha fazla iyileştirme gerektiriyordu. Sony 5 megapiksel 1.75 µm BI sunmak için bu sorunları ve maliyetlerini yeterince azaltan ilk şirket oldu CMOS sensörü -de genel tüketici 2009 fiyatları.[1][2] BI sensörleri OmniVision Teknolojileri o zamandan beri, diğer üreticilerin tüketici elektroniğinde olduğu gibi HTC EVO 4G[3][4] Android akıllı telefon ve Apple'daki kamera için önemli bir satış noktası olarak iPhone 4.[5][6]

Açıklama

Geleneksel, önden aydınlatmalı dijital kamera benzer bir şekilde inşa edilmiştir. insan gözü, Birlikte lens önde ve arkada fotodetektörler. Sensörün bu geleneksel yönü, aktif matris dijital kameranın görüntü sensörü - ön yüzeyinde ayrı resim öğelerinin bir matrisi ve üretimi basitleştiriyor. Bununla birlikte, matris ve kablolaması ışığın bir kısmını yansıtır ve bu nedenle foto katot tabakası, gelen ışığın yalnızca kalanını alabilir; yansıma, yakalanmaya müsait olan sinyali azaltır.[1]

Arkadan aydınlatmalı bir sensör aynı öğeleri içerir, ancak üretim sırasında silikon gofreti çevirerek foto katot katmanının arkasındaki kabloları düzenler ve ardından incelme ters tarafı, böylece ışık, kablo katmanından geçmeden foto katot katmanına çarpabilir.[7] Bu değişiklik, bir girdi olasılığını artırabilir foton yaklaşık% 60'tan% 90'a kadar yakalandı,[8] (yani 1/2 durak daha hızlı) en büyük fark piksel boyutu küçük olduğunda fark edilir,[kaynak belirtilmeli ] Kablolamayı üstten (ışık olayı) alt yüzeye (BSI tasarımını ifade ederek) hareket ettirirken kazanılan ışık yakalama alanı, daha büyük bir piksel için orantılı olarak daha küçüktür.[kaynak belirtilmeli ] BSI-CMOS sensörleri en çok kısmi güneş ve diğer düşük ışık koşullarında avantajlıdır.[9] Kabloları ışık sensörlerinin arkasına yerleştirmek, bir kafadanbacaklı göz ve bir omurgalı gözü. Yönlendirmek aktif matris transistörler foto katot katmanının arkasında bir dizi soruna yol açabilir. çapraz konuşma, hangi sebepler gürültü, ses, karanlık akım ve bitişik pikseller arasında renk karışımı. İnceltme ayrıca silikon gofreti daha kırılgan hale getirir. Bu sorunlar, iyileştirilmiş üretim süreçleriyle çözülebilir, ancak yalnızca daha düşük verim ve sonuç olarak daha yüksek fiyatlar pahasına. Bu sorunlara rağmen, ilk BI sensörleri, daha iyi düşük ışık performanslarının önemli olduğu niş rollerde kullanım alanları buldu. İlk kullanımlar arasında endüstriyel sensörler, güvenlik kameraları, mikroskop kameraları ve astronomi sistemleri vardı.[8]

Bir BSI sensörünün diğer avantajları arasında daha geniş açısal yanıt (lens tasarımı için daha fazla esneklik sağlar) ve muhtemelen daha hızlı okuma oranları bulunur. Dezavantajları, daha kötü yanıt homojenliğini içerir.

Sektör gözlemcileri[DSÖ? ] arkadan aydınlatmalı bir sensörün teorik olarak benzer bir ön aydınlatmalı versiyondan daha ucuza mal olabileceğini kaydetti. Daha fazla ışık toplama yeteneği, benzer boyuttaki bir sensör dizisinin, düşük ışık performansında düşüş olmadan, aksi takdirde megapiksel (MP) yarışıyla ilişkili olarak daha yüksek çözünürlük sunabileceği anlamına geliyordu. Alternatif olarak, aynı çözünürlük ve düşük ışık kapasitesi daha küçük bir çipte sunulabilir ve bu da maliyetleri düşürür. Bu avantajları elde etmenin anahtarı, büyük ölçüde detektörlerin önündeki aktif bir katmanın tek biçimliliğinin iyileştirilmesi yoluyla, verim sorunlarına hitap eden geliştirilmiş bir süreç olacaktır.[8]

BI sensörlerinin benimsenmesinde önemli bir adım atılmıştır. OmniVision Teknolojileri 2007'de tekniği kullanarak ilk sensörlerini örnekledi.[10] Ancak bu sensörler, yüksek maliyetleri nedeniyle yaygın kullanım görmediler. Sony'nin yeni foto diyot malzemeleri ve süreçleri üzerindeki çalışması, ilk tüketici arkadan aydınlatmalı sensörü kendi CMOS tabanlı "Exmor R "Ağustos 2009'da.[1] Sony'ye göre, yeni malzeme +8 dB sinyal ve −2 dB gürültü sunuyordu. Yeni arkadan aydınlatmalı düzen ile birleştirildiğinde, sensör düşük ışık performansını iki kata kadar artırdı.[1]

Rakipler de aynı yolu izledi ve yıl sonuna kadar çoğu şirket üst düzey ürünlerinde bir sürüm sunuyordu. OmniVision, teknolojiyi ürün hatlarında aşağı çekmeye devam etti. Aksine, iPhone 4s Sony tarafından üretilen bir sensör kullanır. Başka bir örnek de HTC EVO 4G[4][3] OmniVision'dan 8 MP, 1.4 µm piksel BSI sensörüne sahip. 2011'de Sony, Exmor R sensörünü amiral gemisi akıllı telefonlarına uyguladı Sony Ericsson Xperia Arc.[11]

Ocak 2012'de Sony, arka taraf aydınlatmalı sensörü daha da geliştirdi. Yığılmış CMOS,[3] Destek devresinin aktif piksel bölümünün altına taşınması, ışık yakalama kapasitesine% 30'luk bir gelişme daha sağlar.[12] Bu, Sony tarafından Ağustos 2012'de şu şekilde ticarileştirildi: Exmor RS 13 ve 8 efektif megapiksel çözünürlüklerde.[13]

Eylül 2014'te Samsung, dünyanın ilk APS-C BSI piksel teknolojisini benimsemek için sensör.[14][3] Bu 28 MP sensör (S5KVB2), yeni kompakt sistem kameraları NX1 tarafından benimsendi ve kamera ile birlikte sergilendi. Photokina 2014.

Haziran 2015'te Sony, arka yüzü aydınlatmalı ilk kamerayı duyurdu bütün çerçeve sensör, α7R II.[3]

Ağustos 2017'de Nikon yakında çıkacağını duyurdu Nikon D850, bir tam çerçeve dijital SLR kamera, yeni 45,7 MP sensöründe arkadan aydınlatmalı bir sensöre sahip olacaktı.

Eylül 2018'de Fujifilm kullanılabilirliğini duyurdu X-T3, bir aynasız değiştirilebilir lensli kamera 26,1 MP ile APS-C Fujifilm X-Trans sensörü arkadan aydınlatmalı sensör.[15]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ a b c d Sony, 2009
  2. ^ ABD patenti 7521335, Yamanaka, Hideo, "Ultra ince yarı iletken yonga üretmek için yöntem ve aparat ve ultra ince arkadan aydınlatmalı katı hal görüntü alma cihazı üretmek için yöntem ve aparat", 2009-04-21'de yayınlanmıştır. Sony Corporation 
  3. ^ a b c d e Zimmerman, Steven (12 Ekim 2016). "Sony IMX378: Google Pixel'in Sensörünün ve Özelliklerinin Kapsamlı Dökümü". XDA Geliştiricileri. Alındı 17 Ekim 2016.
  4. ^ a b "HTC EVO 4G Akıllı Telefonun İçi Silikona Sökülüyor". chipworks. 4 Haziran 2010. Arşivlenen orijinal 22 Temmuz 2011'de. Alındı 3 Ağustos 2011.
  5. ^ Tufegdzic, Pamela (3 Eylül 2010). "iPhone 4, Akıllı Telefonlarda BSI Görüntü Sensörlerinin Benimsemesini Sağlıyor". iSuppli. Arşivlendi 19 Temmuz 2011'deki orjinalinden. Alındı 3 Ağustos 2011.
  6. ^ elma, 2010
  7. ^ ABD patenti 4266334 1981-05-12'de yayınlanan, Edwards, Thomas W. & Pennypacker, Ronald S., "İnceltilmiş substrat görüntüleyicilerin imalatı" RCA Corporation 
  8. ^ a b c Swain ve Cheskis, 2008
  9. ^ Yoshua Goldman. "İPhone 4 neden düşük ışıkta iyi fotoğraflar çekiyor: BSI CMOS sensörleri açıkladı!". Alındı 29 Eylül 2014.
  10. ^ Yoshida 2007
  11. ^ Vlad Savov. "Sony Ericsson Xperia Arc incelemesi". Engadget. AOL. Alındı 16 Ağustos 2015.
  12. ^ "Wayback Makinesi" (PDF). archive.org. 12 Haziran 2012. Alıntı genel başlığı kullanır (Yardım)
  13. ^ "Sony Global - Haber Bültenleri - Sony, Dünyanın İlk * 1 Yığılmış CMOS Görüntü Sensörü" Exmor RS "yi Geliştirdi". Alındı 16 Ağustos 2015.
  14. ^ "Samsung Semiconductors Global Sitesi". Alındı 16 Ağustos 2015.
  15. ^ "Fujifilm, X Serisini dördüncü nesle dönüştüren aynasız bir dijital kamera olan yeni X-T3'ü duyurdu". Fujifilm. Alındı 27 Eylül 2018.

Kaynakça

Dış bağlantılar