Was sind die Vor- oder Nachteile eines von hinten beleuchteten CMOS-Sensors?

Das iPhone 4s verwendet einen hintergrundbeleuchteten CMOS-Sensor, und mir ist aufgefallen, dass einige andere Punkt- und Aufnahmekameras ebenfalls funktionieren. Was bedeutet das für die Fotografie, und wenn es ein Vorteil ist, warum verwenden DSLR-Kameras es nicht?

Auch Begriffe, die ich gefunden habe: Backlit, Back-illuminated, Backside Illumination, BSI, BI

Normalerweise werden bei der Herstellung eines Kamerasensors die lichtempfindlichen "Pixel" auf einem Siliziumwafer gebildet, auf den mehrere Schaltungsschichten aufgebracht sind, um das Auslesen der Pixelwerte zu erleichtern. Diese Schaltung verhindert, dass ein Teil des einfallenden Lichts auf die lichtempfindlichen Bereiche trifft, wodurch die Empfindlichkeit des Sensors verringert wird (wodurch mehr Verstärkung erforderlich ist, was das Rauschen erhöht).

BSI-Sensoren werden auf die gleiche Weise hergestellt, aber der Siliziumwafer wird umgedreht und nach unten geschliffen, um ihn so dünn zu machen, dass Licht von der anderen Seite durchscheint. Die Ausleseschaltung stört nicht mehr und der Sensor fängt bis zu doppelt so viel Licht ein.

Mit dieser Technik sind Probleme verbunden: Das Anbringen der Schaltung auf diese Weise erhöht das Übersprechen, wodurch sich Signale auf verschiedenen Leitungen gegenseitig stören - dies kann dazu führen, dass Pixel ineinander übergehen.

Die einzigen kommerziellen BSI-Sensoren sind bislang sehr kleine Einheiten, Mobiltelefone und kompakte Größen. Die Technologie wird von manchen als eine Art Marketing-Spielerei angesehen, die die behaupteten Vorteile nicht wirklich hervorbringt. Dies ist hauptsächlich auf Folgendes zurückzuführen:

• Effizienz ist bei kleineren Sensoren wichtiger, da deren kleinere Pixel zunächst weniger Licht einfangen.

• Die Gewinne durch Verlagerung der Verkabelung nach hinten sind anscheinend am größten, wenn die Pixelgrößen etwa 1,1 Mikrometer erreichen (wie im Fall des 8-Megapixel-iPhone-Sensors). Bei größeren Pixeln sind die Verluste durch die Verdrahtung nicht so groß (da mehr Platz für die Drähte vorhanden ist).

• Wenn sich die Metallisierungsschicht auf der Vorderseite befindet, treten auch Beugungseffekte auf, die erheblich sind, da die Pixel nur ein paar Mal die Wellenlänge des Lichts betragen.

• Der Herstellungsprozess ist schwieriger, was die Ausbeute verringert und die Skalierung des Designs kostspielig macht.

• BSI-Sensoren sind mechanisch viel schwächer, da der Wafer dünner wird. Ein großer BSI-Sensor ist sehr bruchanfällig.

CMOS-Sensoren ermöglichen einen viel schnelleren Betrieb, da sie extrem schnell gelesen werden können.

Back-Side-Illumination (BSI) bedeutet, dass sich die Schaltung gegenüber dem einfallenden Licht auf der gegenüberliegenden Seite befindet. Dadurch wird im Vergleich zu einem Standarddesign mehr Licht eingefangen.

DSLRs verwenden CMOS aufgrund der Geschwindigkeit , obwohl bekannt ist, dass CCDs eine höhere Bildqualität aufweisen, und solche, die in Digitalkameras und Backs im Mittelformat verwendet werden, obwohl die Aufnahmegeschwindigkeit häufig auf 1/2 - 2 FPS begrenzt ist, während DSLRs mit dieser Geschwindigkeit aufnehmen können über 10 FPS.

DSLRs verwenden eine andere Methode, um den Füllfaktor zu erhöhen und haben stattdessen ein Mikrolinsenarray. Die ultimative Lösung ist ein lückenloses Mikrolinsenarray, das das gesamte einfallende Licht auf Fotoseiten sammelt. Ich stelle mir vor, sie könnten stattdessen BSI verwenden, aber manchmal wird das Mikrolinsenarray verwendet, um den Lichtabfall aufgrund des Anzeigewinkels zu korrigieren, was BSI nicht hilft.