Backside sensor

Stále více fotoaparátů je vybaveno novým typem snímače, v anglické terminologii zvaném backside sensor. Česky to znamená něco jako zpětné osvětlení. Naposledy jsme to zaznamenali například u ultrazoomu od Nikonu P100. Jak to funguje a proč je to výhodné?

Princip je vyjádřen schematem zde vpravo. Snímač sestává ze čtyř základních vrstev. Zcela nahoře jsou sběrné čočky, pod nimi filtry (Bayerova mřížka) se základními barvami RGB, tedy červenou, zelenou a modrou. Díky jim můžeme vytvářet barevné fotografie. Následuje vrstva vodičů, tedy především sběrnic vygenerovaného elektrického náboje. Ten se generuje ve fotodiodách pod vodiči. Na schematu je vidět, že světlo prochází jakousi studnou a fotodiody jsou někde hluboko dole. Takto je řešena front side ilumination, tedy osvětlení zpředu.

Backside ilumination má přehozené vrstvy s vodiči a s fotodiodami. Ty jsou hned pod filtry.
Každého napadne, jak prosté, a jak to, že to nikoho nenapadlo dřív?
Ono jistě napadlo. Ostatně, jeden z velkých argumentů proti CMOS snímačům spočíval v tom, že každá fotodioda má svůj vlastní odvod náboje a že ty „dráty“ v každém pixelu zaberou 3/4 jeho plochy. Dát je dolů by tedy bylo logické. Vtip ale je ve výrobě snímačů. Ta se děje fotolitografickou cestou, přičemž jednotlivé vrstvy se nanášejí na vyleštěnou křemíkovou destičku, a ve složitém procesu osvětlují, vytvrzují, leptají, vymývají… až po osazení Bayerovou maskou a čočkami (ty jsou údajně výrobně nejnákladnější část). Jenže zde jako by se ten proces děl z obou stran naráz. Jak je možné dosáhnout zpasování, aby obvody dole lícovaly s diodami, filtry a čočkami na druhé straně křemíkové destičky? V tom je ten vtip… a zároveň tajemství, protože o novém snímači toho na veřejnost moc neproniklo, jen v různých obměnách schémátko, které zde přinášíme. Snímače tohoto typu se zatím vyrábějí v malém rozměru, na APS-C neřku-li full frame si asi ěnjaký čásek počkáme.
Ale dočkáme se, troufnu si tvrdit.

Bezprostřední výhodou nového typu je větší energetický zisk. Celkem logicky, fotony které se v kalsickém snímači cestou poztrácejí, zde dopadnou do fotodiody a přemění se v elektrony. Takže zisk je údajně dvojnásobný, takže snímač je fakticky, fyzicky dvakrát citlivější. Více si o tom můžete přečíst na stránce Sonyho, kde najdete dokonce animované schémátko a ukázky fotek jeho Exmor R snímače.

Stále více fotoaparátů je vybaveno novým typem snímače, v anglické terminologii zvaném backside sensor. Česky to znamená něco jako zpětné osvětlení. Naposledy jsme to zaznamenali například u ultrazoomu od Nikonu P100. Jak to funguje a proč je to výhodné?

Princip je vyjádřen schematem zde vpravo. Snímač sestává ze čtyř základních vrstev. Zcela nahoře jsou sběrné čočky, pod nimi filtry (Bayerova mřížka) se základními barvami RGB, tedy červenou, zelenou a modrou. Díky jim můžeme vytvářet barevné fotografie. Následuje vrstva vodičů, tedy především sběrnic vygenerovaného elektrického náboje. Ten se generuje ve fotodiodách pod vodiči. Na schematu je vidět, že světlo prochází jakousi studnou a fotodiody jsou někde hluboko dole. Takto je řešena front side ilumination, tedy osvětlení zpředu.

Backside ilumination má přehozené vrstvy s vodiči a s fotodiodami. Ty jsou hned pod filtry.
Každého napadne, jak prosté, a jak to, že to nikoho nenapadlo dřív?
Ono jistě napadlo. Ostatně, jeden z velkých argumentů proti CMOS snímačům spočíval v tom, že každá fotodioda má svůj vlastní odvod náboje a že ty „dráty“ v každém pixelu zaberou 3/4 jeho plochy. Dát je dolů by tedy bylo logické. Vtip ale je ve výrobě snímačů. Ta se děje fotolitografickou cestou, přičemž jednotlivé vrstvy se nanášejí na vyleštěnou křemíkovou destičku, a ve složitém procesu osvětlují, vytvrzují, leptají, vymývají… až po osazení Bayerovou maskou a čočkami (ty jsou údajně výrobně nejnákladnější část). Jenže zde jako by se ten proces děl z obou stran naráz. Jak je možné dosáhnout zpasování, aby obvody dole lícovaly s diodami, filtry a čočkami na druhé straně křemíkové destičky? V tom je ten vtip… a zároveň tajemství, protože o novém snímači toho na veřejnost moc neproniklo, jen v různých obměnách schémátko, které zde přinášíme. Snímače tohoto typu se zatím vyrábějí v malém rozměru, na APS-C neřku-li full frame si asi ěnjaký čásek počkáme.
Ale dočkáme se, troufnu si tvrdit.

Bezprostřední výhodou nového typu je větší energetický zisk. Celkem logicky, fotony které se v kalsickém snímači cestou poztrácejí, zde dopadnou do fotodiody a přemění se v elektrony. Takže zisk je údajně dvojnásobný, takže snímač je fakticky, fyzicky dvakrát citlivější. Více si o tom můžete přečíst na stránce Sonyho, kde najdete dokonce animované schémátko a ukázky fotek jeho Exmor R snímače.