听说中画幅背照式感传器时代来临了

神州光影器材行2020-11-24 10:37:33




在相机高像素化不断发展的今天,对于相机感光原器件的要求也越来越高,如今出现了背照式感光器,正日益受到各个相机生产厂商的关注。

与以往的CMOS感光元件相比,索尼开发的CMOS感光元件—— Exmor R可以对斜向进入的光线进行更为有效的利用,获得噪点更少的影像。

接下来,我们将通过实际拍摄比较,来验证背照式感光元件究竟能获得怎样的效果。虽然背照式感光元件目前仅用于消费级数码相机,但相信今后将用于数码后背及中画幅无反相机,我们也将对其今后的发展进行展望。





背照式感光器的优势


传统表面照射型CMOS感光器上,由于入射光受到传送信号用的布线的遮挡,光线无法有效到达光电二极管。为解决这一问题, 背照式CMOS感光元件将光电二极管与布线的位置进行了反转。这样,光线就不再受到布线遮挡,可以非常高效地传递到光电二极管上。其效果使得光电转换效率提升,对感光度及动态范围也可起到积极作用。

常规半导体处理器的厚度约为100微米左右, 而背照式CMOS感光器仅有3-4微米厚度,非常纤薄。传统表面照射型CMOS只要保证受光面平整即可,对背面的均一性并无特殊要求。而背照式CMOS则必须严格保证正反两面均极其平整。




与传统表面照射型CMOS感光元件的结构比较,由于传统CMOS感光元件的布线位于彩色滤光片与光电二极管之间,因此部分光线难以到达受光面。 而背照式感光元件的布线与光电二极管的位置与传统方式正好相反,光线从背面进入,即使是斜向进 入的光线也可以很轻松地到达受光面。

背照式感光元件的真正实力


如果希望在手持拍摄状态下,将通过高速连拍获得的2张影像进行合成以获得单张拍摄无法实现的高动态范围影像时,就必须用到可高速读取信号的 CMOS感光元件。也就是说,CMOS的高速特性不仅可用于视频拍摄及高速连拍,也同样可以为提高动态范围起到帮助作用。

背照式CMOS传感器比传统CMOS传感器在灵敏度会上有质的飞跃,在低光照度下的对焦能力和画质有极大的提升。




背照式CMOS传感器的具体结构如上图所示,橙色的为光线路,黄色线为受光面。左边的传统式,明显看到光线通过微透镜后还需要经过电路层才能到达受光面,中途光线必然会遭到部分损失(包括被阻挡或被减弱)。背照式CMOS传感器的元件则不同,在改变了结构后,光线通过微透镜后就可以直接到达感光层的背面,完成光电反应,从进光量上改善了感光过程。

然后我们更细一点分析,由于中间没有阻隔,背照式CMOS传感器的感光面离微透镜更近了,也就是说光线的入射角度和覆盖的面都能得到优化,感光元件就有可能输出更为优秀的信号。

综合以上的因素,背照式CMOS传感器比传统CMOS传感器在灵敏度会上有质的飞跃,结果就是在低光照度下的对焦能力和画质有极大的提升。


背照式CMOS传感器的工艺升级


新型背照式CMOS传感器得益于电子器件的制作工艺升级,至少在两个方面有提升。第一个是在传感器上的微透镜性能更为提升,以致经过微透镜后的光,入射到感光面上的角度更接近垂直,而且微透镜产生的色散,眩光等不良效果会减弱,让最终到达传感器感光面的光较传统的好。第二就是在大像素下依旧具有高速的处理能力,这一点归根到底是对比CCD传感器而言的。CCD传感器是需要将各像素点的电荷数据传输出来统一处理,所以在像素大的时候速度比较难提高,如果强行提高处理的带宽就会造成噪点的增加。而CMOS传感器在每一个像素点上都已经将电荷转化成了电压数据,在提高大像素帧率上有比较大的空间。





背照式传感器相机很牛吗?


既然背照式CMOS传感器这么厉害,是不是说配备了了它的数码相机拍照就很牛了呢?其实不是,决定数码照片的画质除了核心部件传感器外,还有镜头以及处理算法等因素。镜头的因素大家应该都容易理解,因为光线到达传感器之前是要通过镜头。而各型号的相机使用的镜头不尽相同,具体的质素也当然会有差异。另外一个就是数据处理的方面,因为从传感器出来的数据还是要经过数码相机内部的处理器来进行处理才能得到最终的照片数据(能输出RAW格式的相机除外),换句话说就是有了原始材料,还需要做润色才能出成品。这部分就要看各个厂家的图像处理算法了,这就好比不同厨师会用的烹调方法来处理食材一样,最终的图片就会用不同的质量,不同的风格。

对比装备了背照式CMOS传感器的相机和其他相机的各档位ISO画质,大体的结论是在低ISO的时候,两者相差不大,但在高ISO时候的确有一定的提升。



综合来说,背照式传感器的确相对现在正射式传感强大很多,想必中画幅数码后背及中画幅无反相机最终都会得到应用,让我们拭目以待!



背照式传感器


哈苏相机充满智慧



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