手機攝像頭CMOS大起底

什麼是CMOS

CMOS圖像感測器是一種典型的固體成像感測器。CMOS圖像感測器通常由像敏單元陣列、行驅動器、列驅動器、時序控制邏輯、AD轉換器、數據匯流排輸出介面、控制介面等幾部分組成,這幾部分通常都被集成在同一塊矽片上。其工作過程一般可分為複位、光電轉換、積分、讀出幾部分。

在CMOS圖像感測器晶元上還可以集成其他數字信號處理電路，如AD轉換器、自動曝光量控制、非均勻補償、白平衡處理、黑電平控制、伽瑪校正等。

簡單一點說，在數碼成像時代，CMOS就相當於膠片攝影時代的底片，將光信號轉換成電信號的核心元件，也是決定成像質量的關鍵元器件之一。

CMOS尺寸

CMOS的尺寸，其實是說感光器件的面積大小。在同等像素下，感測器越大，單一像素的面積也相應越大，其接受光信號的能力越強，捕獲的光子越多，於是信噪比提高，得到的畫質越出色。

目前，主流旗艦手機的CMOS感測器尺寸，已經逐步從1/3英寸向1/2.3英寸甚至更大尺寸過渡。

CMOS感測器尺寸：1/3英寸

代表機型：蘋果iPhone 6/Plus

CMOS感測器尺寸：1/2.6英寸

代表機型：三星Galaxy S6

CMOS感測器尺寸：1/2.3英寸

代表機型：索尼Xperia Z5，小米5s，谷歌Pixel

CMOS感測器尺寸：1/1.5英寸

代表機型：諾基亞Lumia 1020

CMOS感測器尺寸：1/1.2英寸

代表機型：諾基亞PureView 808

CMOS感測器尺寸：1英寸

代表機型：松下Lumix CM1

CMOS供應商

目前主流的手機CMOS供應商包括索尼、OminiVision，三星。在高端市場索尼幾乎處於統治地位，幾乎所有的旗艦手機都採用索尼的相機感測器。

SONY的CMOS產品&技術

l 背照式CMOS影像感測器

索尼的Exmor R CMOS影像感測器是背照式CMOS影像感測器，在充分發揮CMOS影像感測器所具有的低耗電量和高速性能等優勢的基礎上，通過將像素的基本結構從前照式徹底改變為背照式，有效提高了感光度並減少了噪點 (兩者均對實現高畫質至關重要) 。

在以往的前照式結構中，配線和晶體管位於形成受光部分(光電二極體) 的基板表面上方並妨礙微透鏡所採集的入射光線，因此在像素小型化和光線入射角變化方面存在問題。背照式讓光線照射在硅主板的翻轉面 (反面) 上，因而不受配線和晶體管的影響，不僅增加了單位像素獲得的光量，還有效抑制了光線入射角變化引起的感光度下降 (圖1)。但是，背照式與通常的前照式相比，由於其結構和製造過程原因，所產生的噪點、暗電流、缺陷像素和混色等問題會導致影像感測器的畫質降低，使得信噪比降低。因此，索尼新開發了最適合背照式的獨特的光電二極體結構和微透鏡，與以往產品相比，提高了感光度，減少了噪點、暗電流和缺陷像素，並成功減少了黑暗時的隨機噪點。此外，通過高精度對準技術，還克服了混色的問題。

l 堆棧式CMOS影像感測器

與傳統背照式CMOS影像感測器支持型基層不同，Exmor RS? 積層型CMOS影像感測器內含一枚信號處理電路的晶元，在此之上放置傳統影像感測器積層型結構的背照式像素單元，從而造就了卓越的圖像質量以及極高的實用性。