背照式和堆栈式摄像头有什么区别

欧阳

   现在智能手机的摄像头无论从硬件，拍照性能上，比以往都有了翻天覆地的变化，以往我们手机的摄像头还是处于30万，200万像素的阶段，但转眼间， 手机摄像头已经到了主流的800万甚至是1300万了。除了在像素上的提高，另一个摄像头的核心组件，摄像头的传感器也是取得了很大的进步，现在主流的手 机的摄像头均采用了背照式和堆栈式两种类型的传感器，那么它们之间有什么不同呢，接下来笔者就给大家科普一下。
   

　　背照式传感器
　　首先我们先来看一看现在普遍流行的背照式传感器和传统型的之间有什么不同。传统型摄像头的传感器的整个光电二极管位于感光芯片的最下层，传感器的A/D转换器和放大电路位于光电二极管的上层位置，所以光电二极管到透镜的距离是比较远的，光线到达要求也会更加高。
　　除此之外，传统感光芯片上层的线路连接层还会出现光线的反射，影响到达光电二极管的光线强度，从而使传感器的受光量减少。所以在一般的情况下，传统型摄 像头传感器在日光较为充足的时候拍照是没什么问题的，但在弱光的情况下表现就会显得有点“捉襟见肘”了，较难在低光环境下拍摄出明亮，质量好的照片。

传统和背照式CMOS结构对比

　　为了改善这一种状况，于是背照式传感器就有了它存在的意义了，相比起普通的传感器，搭载背照式传感器的摄像头能够在弱光环境下，提高约30%—50%的感光能力，能够在弱光下拍摄更高的质量的照片。

背照式传感器结构示意图

　　那么为什么背照式传感器的感光能力能够提高这么多呢？那是因为背照式传感器简单来说就是比以往的传感器更薄，具有更佳的画质和更低的噪点等特性。它把感 光层与基质的位置互换，直接与透光面接触，因而减少了中间环节光线的损失，并且在透光面上每个对应的像素表面都改为透镜的形式，更集中地汇聚了外界的光线 到对应的像素点上，减少了像素之间多余的光线干扰(也简称增加了开口率)。
　　堆栈式传感器
　　堆栈式传感器是由索尼最新推出的一款手机摄像头传感器，英文名称叫做“Stacked CMOS”，采用了“堆栈式结构”(stacked structure)。其实背照式和堆栈式传感器都是由索尼推出的，前者的品牌名称叫“Exmor R ”，而后者就是“Exmor RS”，所以由此可以看出，堆栈式传感器是背照式的一个全新升级版本。

Exmor RS堆栈式传感器

堆栈式传感器结构示意图

　　从以上堆栈式传感器的结构示意图中我们可以看到，新升级的堆栈式传感器是将原来传感器里的信号处理电路放到了原来的基板上，在传感器芯片上重叠形成背照 式传感器的像素部分，因此能够实现在较小的传感器芯片尺寸上形成大量像素点，可以把腾出来的空间放置更多的像素。另外，传感器里的像素点和电路是分开独立 的，所以像素点部分可以进行更高的画质优化，电路部分亦可进行高性能优化。

背照式和堆栈式传感器对比

　　而现在，国内外众多手机生产厂商的旗舰智能手机的摄像头都纷纷采用了堆栈式的传感器，那么相比起背照式传感器的摄像头，堆栈式传感器又有哪些不同呢？其 实，堆栈式传感器是由背照式所发展而成的，由上图可以看出，背照式传感器是将感光层的光电二极管的位置换了一下，而堆栈式传感器则是把信号回路位置互换。 而且，堆栈式传感器比背照式的的体积更加小，画质方面也是作了更加好的优化。

堆栈式感光元的RGBW编码技术，左为背照式，右为堆栈式

　　除此之外，堆栈式传感器相比起背照式的还拥有两项技术来提升画质的。第一个就是堆栈式传感器加入了RGBW的编码技术，就是是由原来的 R(红)，G(绿)，B(蓝)三原色像素点中再加入W(白)像素点来提升画质，提高传感器的感光能力的，使摄像头在暗光环境下也能够拍摄出质量更高的照 片。

背照式HDR和堆栈式硬件HDR样张对比

　　第二项就是堆栈式传感器更加是支持硬件HDR功能，硬件HDR英文名称叫做“In-camera HDR”，它实现的原理是能够精确地单独控制每一行像素的曝光时间，从而在传感器层面上就实现原生的高动态范围渲染，有别于之前的软件HDR技术一样需要 软件，照相机综合算法来合成，所以照片生成的速度更快，而且可以实现HDR录像。
　　总结
　　从以上的介绍可以看出，堆栈式传感器是从背照式传感器进化提升而来的产品，也是由背照式的基础上发展而来的，堆栈式传感器吸取了背照式的优势地方，再弥 补了其劣势的地方，进行了更加全面的优化升级。除此之外，堆栈式传感器还可以兼顾背照式结构的设计，使到摄像头的拍摄画质有了很大的提高。
　　所以到现在，越来越多的手机生产厂商推出的手机的摄像头采用了堆栈式传感器，凭借更优秀的表现，堆栈式传感器将会成为日后手机摄像头的主流。

                                                                                                                                   摄像模组联盟

鲍建东

祥细明了！！！

yuming

嗯 写得很详细...感谢

欧阳

yuming 发表于 2013-7-30 16:46
嗯 写得很详细...感谢

多介绍行业人来网站学习交流！也可以和别人分享自己的观点

joser

是不錯的設計,但加工條件會很嚴苛!!!

lyuker

性能上肯定有优势，但目前看不出成本或者性价比上的太大优越性

admin

谢谢！学习了