前一陣佳能推出了搭載佳能首款自主研發的背照堆棧式CMOS圖像傳感器的速度旗艦EOS R3，但有不少朋友表示堆棧式CMOS不是早就有了麼。我相信很多人對于相機的圖像傳感器相關知識是一知半解的，今天就來和大家一起科普一下有關于圖像傳感器結構的一些知識。

CCD還是CMOS？

在數碼單反剛開始發展的早期，曾經有過一次“路線之争”，就是選擇CCD圖像傳感器還是CMOS圖像傳感器。首先，無論是哪種圖像傳感器，原理都是将外界射入的光信号轉換為電信号，電信号由ADC數模轉換器将模拟信号轉換為數字信号，再由ISP圖像處理器對接收到的數字信号進行處理，最終輸出為一幅圖像。

CCD的全稱是ChargeCoupled Device，電荷耦合器件圖像傳感器，于1969年由美國貝爾實驗室發明。CMOS的全稱是Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互補式金屬氧化物半導體圖像傳感器，是一種集成電路的設計工藝，用戶非常廣泛。相對而言，CCD在初期具備分辨率高，靈敏度好，全域快門的特點，而CMOS則具備集成度高，功耗低，成本低的特點。與CCD産品相比，CMOS是标準工藝制程，可利用現有的半導體設備，不需額外的投資設備，且品質可随著半導體技術的提升而進步。随着工藝水平的提高，CMOS圖像傳感器迅速解決了分辨率和靈敏度的劣勢，并且在大尺寸元件上的價格優勢和視頻錄制方面的優勢更加的明顯，直接導緻了CMOS的全面勝出。

目前CCD圖像傳感器大多出現在一些對特殊領域性能要求特别高，同時對成本很無所謂的領域中還有應用。比如天文攝影會用到冷凍CCD，醫療X光影像以及一些需要長時間曝光的科學應用上。而那些在社交平台上吹噓的十幾年前的二手CCD照相機，一般都已經屬于“工業廢品”級别，同樣的價格可以購買同年代的全畫幅單反相機了，強烈不值得入手。

在單反數碼化的初期，各家都有嘗試過使用CCD來作為圖像傳感器，但在2002年，佳能和柯達就先後發布了使用CMOS圖像傳感器的全畫幅單反相機，此後佳能也再也沒有使用CCD作為單反的圖像傳感器，專心緻志的走CMOS路線。

當然也不是所有廠商都選擇了CCD或者CMOS，适馬就選擇了FOVEON X3的傳感器。2002年适馬推出了世界上第一台搭載FOVEON X3傳感器的數碼單反相機SD 9，直到今天也隻有适馬還有FOVEON X3傳感器的相機有售。

雖然在2003年索尼還沒有涉足相機市場，但2003年賓得發布的自家第一款數碼單反相機*ist D就是使用的索尼生産的631萬像素CCD。2017年，索尼正式停止研發CCD圖像傳感器，同時索尼的最後一款CCD單反相機也要追溯到2010年的索尼a390。

背照式？堆棧式？都是什麼？

如果說CCD與CMOS之争是線路之争，那麼背照式CMOS和堆棧式CMOS就是CMOS圖像傳感器的進化之路。

上面我們提到了CMOS具備集成度高的特點，所以電影攝影機領域就有不少頂級廠商選擇将ADC數模轉換器集成到CMOS中，以提高峰值輸出性能并得到了不錯的成績。索尼在2007年推出了Exmor CMOS，在小尺寸傳感器上實現了集成ADC這一特性，2008年索尼推出了著名的IMX028，就是索尼a900、尼康D3X上用的那款。從這時候起，索尼CMOS的性能逐步與外置ADC的佳能CMOS拉開了明顯的差距。

2008年，索尼繼續高歌猛進，推出了BSI背照式CMOS，索尼将之稱為Exmor R。在前照式CMOS時代中，Bayer陣列濾鏡與光電二極管間存在大量金屬連線，阻隔了大量進入傳感器表面的光線。在背照式CMOS結構下，金屬連線轉移到光電二極管的背面，光線不再被阻擋，信噪比大幅度提高，而且可以采用更複雜、更大規模電路來提升傳感器讀取速度。第一個吃到背照式CMOS紅利的并不是相機類産品，而是蘋果的IPHONE 4S，随後1英寸卡片機領域開始大規模使用，就連能夠自産CMOS傳感器的佳能和松下都采用索尼的背照式CMOS。

在背照式CMOS之後到來的工藝升級是銅互連工藝，與之前的鋁互連工藝比，電阻降低了40%，芯片運行速度提升了15%，尺寸還更小，同時為芯片增加互連層數提供了可能性。也就是說沒有銅互連工藝，就不會有後來的堆棧式CMOS。2012年尼康推出的D600上就采用了IMX128傳感器，相對于尼康D3X在速度上有了質的提升，這就是銅互連工藝帶來的進步。索尼則是從Alpha 7R II上開始宣傳這一工藝的升級。

2012年，索尼發布了堆棧式CMOS結構，并命名為Exmor RS。這一結構在背照式CMOS的基礎上具備了更多的ADC，并内置了DRAM存儲芯片，也就是說CMOS的讀取和處理速度更快了。2015年索尼推出了搭載堆棧式CMOS的卡片機RX100 IV，具備24張/秒的超高速連拍性能，之後索尼在RX100 VII上又進一步升級了堆棧式CMOS，具備無黑屏的20張/秒連拍。

用人話講這幾個新工藝分别是，内置ADC提高寬容度，背照式CMOS提高進光量，銅互連工藝和堆棧式CMOS提高讀取速度。

那麼傳感器還有什麼升級點呢？

雖然在相機/手機CMOS領域索尼相對于佳能/三星/OV還有不少領先，但和幾個高端品牌比如阿萊的供應商ON Semiconductor相比，索尼、佳能等等品牌還有不少功課要補，其中我認為最重要的就是佳能已經成功研發了的雙增益成像影像傳感器技術。

這項技術需要CMOS中集成雙ADC，一個ADC通道讀取14bit高增益信号，一個ADC通道讀取14bit低增益信号，最後通過處理器進行HDR合成出16bit的高寬容度畫面。阿萊在很早之前就實現了這一功能，而佳能則在攝像機C70上搭載了這樣的CMOS，目前相機/手機領域還沒有這樣的産品出現，不過我相信随着時間的推移，慢慢就會有廠商去嘗試這一功能點的。

以上就是本期的内容了，看完之後大家是否對傳感器有了一定的了解了？

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