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Comparación de secciones transversales de píxeles con iluminación trasera y frontal simplificadas
Para la práctica de diseño de iluminación, consulte Contraluz (diseño de iluminación) . Para la retroiluminación en pantallas de cristal líquido, consulte retroiluminación .

Un sensor retroiluminado , también conocido como sensor de iluminación trasera ( BSI o BI ), es un tipo de sensor de imagen digital que utiliza una disposición novedosa de los elementos de imagen para aumentar la cantidad de luz capturada y, por lo tanto, mejorar el rendimiento con poca luz.

La técnica se utilizó durante algún tiempo en funciones especializadas como cámaras de seguridad con poca luz y sensores de astronomía, pero fue compleja de construir y requirió un mayor refinamiento para ser ampliamente utilizada. Sony fue el primero en reducir estos problemas y sus costos lo suficiente como para introducir un sensor CMOS BI de 5 megapíxeles y 1,75 µm a precios generales de consumo en 2009. [1] [2] Los sensores BI de OmniVision Technologies se han utilizado desde entonces en productos electrónicos de consumo de otros fabricantes como en el teléfono inteligente Android HTC EVO 4G [3] [4] , y como un importante punto de venta para la cámara en el iPhone 4 de Apple . [5] [6]

Descripción [ editar ]

Una cámara digital tradicional con iluminación frontal está construida de manera similar al ojo humano , con una lente en la parte frontal y fotodetectores en la parte posterior. Esta orientación tradicional del sensor coloca la matriz activa del sensor de imagen de la cámara digital , una matriz de elementos de imagen individuales, en su superficie frontal y simplifica la fabricación. Sin embargo, la matriz y su cableado reflejan parte de la luz y, por lo tanto, la capa de fotocátodo solo puede recibir el resto de la luz entrante; la reflexión reduce la señal que está disponible para ser capturada. [1]

Un sensor retroiluminado contiene los mismos elementos, pero organiza el cableado detrás de la capa de fotocátodo volteando la oblea de silicio durante la fabricación y luego adelgazando su reverso para que la luz pueda incidir en la capa de fotocátodo sin pasar a través de la capa de cableado. [7] Este cambio puede mejorar la probabilidad de que un fotón de entrada sea ​​capturado de aproximadamente un 60% a más del 90%, [8] (es decir, 1/2 paso más rápido) y la mayor diferencia se obtiene cuando el tamaño del píxel es pequeño, [ cita requerida ] ya que el área de captura de luz obtenida al mover el cableado desde la parte superior (luz incidente) a la superficie inferior (parafraseando el diseño BSI) es proporcionalmente más pequeña para un píxel más grande. [cita requerida ]Los sensores BSI-CMOS son más ventajosos en condiciones de luz solar parcial y otras condiciones de poca luz.[9]Colocar el cableado detrás de los sensores de luz es similar a la diferencia entre unojo de cefalópodoy unojo de vertebrado. La orientación de lostransistores dematriz activa detrás de la capa del fotocátodo puede provocar una serie de problemas, como ladiafonía, que causaruido,corriente oscura.y mezcla de colores entre píxeles adyacentes. El adelgazamiento también hace que la oblea de silicio sea más frágil. Estos problemas podrían resolverse mediante procesos de fabricación mejorados, pero solo a costa de rendimientos más bajos y, en consecuencia, precios más altos. A pesar de estos problemas, los primeros sensores de BI encontraron usos en roles de nicho donde su mejor desempeño con poca luz era importante. Los primeros usos incluyeron sensores industriales, cámaras de seguridad, cámaras microscópicas y sistemas astronómicos. [8]

Otras ventajas de un sensor BSI incluyen una respuesta angular más amplia (que brinda más flexibilidad para el diseño de la lente) y posiblemente tasas de lectura más rápidas. Las desventajas incluyen una peor uniformidad de respuesta.

Observadores de la industria [ ¿quién? ] señaló que un sensor retroiluminado teóricamente podría costar menos que una versión similar con iluminación frontal. La capacidad de recolectar más luz significaba que una matriz de sensores de tamaño similar podría ofrecer una resolución más alta sin la caída en el rendimiento con poca luz que de otro modo se asocia con la carrera de megapíxeles (MP). Alternativamente, se podría ofrecer la misma resolución y capacidad con poca luz en un chip más pequeño, reduciendo los costos. La clave para lograr estas ventajas sería un proceso mejorado que abordara los problemas de rendimiento, en gran parte mejorando la uniformidad de una capa activa en la parte frontal de los detectores. [8]

Se dio un paso importante en la adopción de sensores BI cuando OmniVision Technologies muestreó sus primeros sensores utilizando la técnica en 2007. [10] Sin embargo, estos sensores no tuvieron un uso generalizado debido a sus altos costos. El trabajo de Sony en nuevos materiales y procesos de fotodiodos les permitió presentar el primer sensor retroiluminado para el consumidor como su " Exmor R " basado en CMOS en agosto de 2009. [1] Según Sony, el nuevo material ofrecía señalización de +8 dB y - Ruido de 2 dB. Cuando se combina con el nuevo diseño retroiluminado, el sensor mejoró el rendimiento con poca luz hasta dos veces. [1]

Los competidores siguieron su ejemplo y, a finales de año, la mayoría de las empresas ofrecían una versión en sus productos de alta gama. OmniVision ha seguido impulsando la tecnología en sus líneas de productos. Por el contrario, el iPhone 4s emplea un sensor fabricado por Sony. Otro ejemplo es el HTC EVO 4G [4] [3] que tiene un sensor BSI de 8 MP y 1,4 µm de píxeles de OmniVision. En 2011, Sony implementó su sensor Exmor R en su teléfono inteligente insignia Sony Ericsson Xperia Arc . [11]

En enero de 2012, Sony desarrolló aún más el sensor iluminado en la parte posterior con CMOS apilado , [3] donde los circuitos de soporte se mueven por debajo de la sección de píxeles activos, lo que mejora la capacidad de captura de luz en otro 30%. [12] Esto fue comercializado por Sony en agosto de 2012 como Exmor RS con resoluciones de 13 y 8 megapíxeles efectivos. [13]

En septiembre de 2014, Samsung anunció el primer sensor APS-C del mundo en adoptar la tecnología de píxeles BSI. [14] [3] Este sensor de 28 MP (S5KVB2) fue adoptado por su nueva cámara de sistema compacta, la NX1, y se exhibió junto con la cámara en Photokina 2014 .

En junio de 2015, Sony anunció la primera cámara que emplea un sensor de fotograma completo iluminado en la parte posterior , la α7R II . [3]

En agosto de 2017, Nikon anunció que su próxima Nikon D850 , una cámara SLR digital de fotograma completo , tendría un sensor retroiluminado en su nuevo sensor de 45,7 MP.

En septiembre de 2018, Fujifilm anunció la disponibilidad de la X-T3 , una cámara de lentes intercambiables sin espejo , con un sensor retroiluminado con sensor Fujifilm X-Trans APS-C de 26.1MP . [15]

Ver también [ editar ]

  • Rectificado de obleas

Referencias [ editar ]

  1. ↑ a b c d Sony , 2009
  2. ^ Patente estadounidense 7521335 , Yamanaka, Hideo, "Método y aparato para producir un chip semiconductor ultradelgado y método y aparato para producir un dispositivo captador de imágenes de estado sólido retroiluminado ultradelgado", emitida el 21 de abril de 2009 , asignada a Sony Corporación 
  3. ↑ a b c d e Zimmerman, Steven (12 de octubre de 2016). "Sony IMX378: Desglose completo del sensor de Google Pixel y sus características" . Desarrolladores XDA . Consultado el 17 de octubre de 2016 .
  4. ^ a b "Dentro del teléfono inteligente HTC EVO 4G con un desmontaje al silicio" . chipworks. 4 de junio de 2010. Archivado desde el original el 22 de julio de 2011 . Consultado el 3 de agosto de 2011 .
  5. ^ Tufegdzic, Pamela (3 de septiembre de 2010). "iPhone 4 impulsa la adopción de sensores de imagen BSI en teléfonos inteligentes" . iSuppli. Archivado desde el original el 19 de julio de 2011 . Consultado el 3 de agosto de 2011 .
  6. ↑ Apple , 2010
  7. ^ Patente estadounidense 4266334 , Edwards, Thomas W. & Pennypacker, Ronald S., "Fabricación de generadores de imágenes de sustrato diluido", emitida el 12 de mayo de 1981 , asignada a RCA Corporation 
  8. ↑ a b c Swain y Cheskis, 2008
  9. ^ Yoshua Goldman. "Por qué el iPhone 4 toma buenas fotos con poca luz: ¡Explicación de los sensores BSI CMOS!" . Consultado el 29 de septiembre de 2014 .
  10. ^ Yoshida 2007
  11. ^ Vlad Savov. "Revisión de Sony Ericsson Xperia Arc" . Engadget . AOL . Consultado el 16 de agosto de 2015 .
  12. ^ (PDF) . 12 de junio de 2012 https://web.archive.org/web/20120612000427/http://www.sony.net/Products/SC-HP/cx_news/vol68/pdf/sideview_vol68.pdf . Archivado desde el original (PDF) el 12 de junio de 2012. Falta o vacío |title=( ayuda )
  13. ^ "Sony Global - Comunicados de prensa - Sony desarrolla" Exmor RS, "el primer sensor de imagen CMOS apilado * 1 del mundo" . Consultado el 16 de agosto de 2015 .
  14. ^ "Sitio global de Samsung Semiconductors" . Consultado el 16 de agosto de 2015 .
  15. ^ "Fujifilm anuncia la nueva X-T3, una cámara digital sin espejo que evoluciona la Serie X a la cuarta generación" . Fujifilm . Consultado el 27 de septiembre de 2018 .

Bibliografía [ editar ]

  • (Sony) , " Sony presenta la tecnología CMOS retroiluminada 'Exmor R' ", comunicado de prensa de Sony, 6 de agosto de 2009
  • PK Swain y David Cheskis, " Los sensores de imagen retroiluminados llegan a la vanguardia ", Fotónica , agosto de 2008
  • Junko Yoshida, " OmniVision adopta la tecnología de iluminación trasera para el generador de imágenes CMOS ", EE Times , 27 de mayo de 2007
  • (Apple) , " iPhone 4: Camera ", Apple Inc., 7 de junio de 2010

Enlaces externos [ editar ]

  • Lista de sensores CCD Backthinned de Hamamatsu
  • CCD adelgazado posterior utilizado en cámaras de seguridad
  • Manual de microscopía sobre eficiencia cuántica
  • El CCD retroiluminado: mejora de la sensibilidad a la luz