堆栈式cmos 用最简单的方式，让你理解什么是背照式CMOS

到目前为止，许多相机或摄像机都采用了背照式CMOS，人们经常会看到类似的字符。但是很多厂商的宣传介绍文章都很神秘，让大家很困惑。同时，人们经常会问什么是背照式。所以我觉得应该有一篇简单的文章，能让大家理解并介绍它的原理。

我们知道高中有个现象叫光电效应。赫兹发现了这一现象，但爱因斯坦解释正确。简单来说，光或者一些电磁波，照射到一些感光物质上，就会产生电子，这就是光电效应。

这就把光变成了电，光信号的变化就会带来电信号的变化。因此，人们利用这一原理发明了光敏元件。

我们已知的感光元件有两种，一种是CCD，一种是CMOS。早期的CMOS比CCD差很多，但是随着技术的发展，现在CMOS的质量有了质的飞跃。虽然不能等同于CCD，但是差距已经很小了。而且CMOS便宜，所以CMOS的成本和功耗最适合影视拍摄。

到目前为止，CMOS已经发展成为背照式堆叠CMOS。但是在CMOS的早期，不可能实现这么复杂的技术。当时成熟的CMOS是前照结构。

以下是经典的传统前照CMOS结构图。

在传统的前照式CMOS结构中，从上到下有微透镜、滤色器、电路层和光电二极管。

微透镜是CMOS每个物理像素上的微小凸透镜，用来汇聚光线。

较低的滤色器可以在RGB模式下分解入射光颜色。我们有时听到的拜耳排列就是这些过滤器的排列。比如最经典的RGGB安排。

再往下是电路层，通常有几层，主要用来传输信号。

再往下，就是光电二极管，也就是对于CMOS来说，光电效应真正发生的感光部分。

也就是说，在到达光电二极管之前，光需要在到达光电二极管之前穿过微透镜、滤色器和多层电路层。其中电路层是最让人困扰的。

干扰来自哪里？这主要是因为金属的透光率有限，也反射光。即使设计良好，由于工艺限制，只有大约70%的光在穿过金属电路层后到达光电二极管。现在中低级CMOS电路层是用便宜的铝做的，对可见光波段的反射率在90%左右，有时反射光会和相邻像素串扰，造成颜色失真。

正是因为这些缺点，背照式设计应运而生。它把电路层放在光电二极管的后面，这样光线就可以直接照射到光电二极管上，而不会因为电路层的屏蔽和反射而造成损失。

因此，背照式CMOS可以具有更高的光利用效率，因此在低照度环境下具有更高的灵敏度。同时，由于电路不会影响光电二极管接收的光，所以可以将电路层做得更厚，这样可以放置更多的处理电路，有助于提高信号处理速度。

与普通的前照式传感器相比，装有后照式传感器的设备在弱光环境下可以提高光敏度约30%-50%，因此可以在弱光下以较小的噪声拍摄更高质量的照片或视频。更丰富的处理电路可以处理具有更大数据量的原始图像信号。

综合来看，这些性能才是拍摄设备升级性更好、分辨率更高的根本原因。

其中索尼是比较成熟的厂商。它的Exmor R指的是背照式CMOS。后来，在2013年，索尼为背照式CMOS相机推出了黑卡RX100 II，并在2015年为全画幅的4240万像素背照式CMOS相机推出了A7R II。A7R还是前照的，所以两者的根本区别就在这里。至于相机，我们熟知的PXW-Z280，Z190，FX9都是用Exmor R技术。

但需要注意的是，Exmor与Exmor R不同，Exmor仍然是前照CMOS，每列增加一个模数A/D转换器，提高图像信噪比。索尼的FS7、FS7M2、FS5、FS5M2、X280、NX5R相机都是Exmor CMOS技术，可见这种技术主要是上一代机型用的。

后来索尼又出现了Exmor RS商标，是背光和堆叠设计的结合。其代表车型有Z150、Z90、NX80。那么堆栈类型是什么呢？在以后的文章中，我们会继续介绍。