Was ist ein CMOS-Sensor mit Hintergrundbeleuchtung?
Ein CMOS-Sensor mit Hintergrundbeleuchtung ist ein möglicher Typ von CMOS-Sensor, der in Digitalkameras und Smartphones als Bildsensoren verwendet wird, die die durch das Objektiv empfangenen Lichtinformationen in elektrische Signale umwandeln.
Es gibt zwei Arten von CMOS-Sensoren: Sensoren mit Oberflächenbeleuchtung und Hintergrundbeleuchtung.
Herkömmliche CMOS-Sensoren mit Oberflächenbeleuchtung haben Fotodioden auf der der Einfallsseite gegenüberliegenden Seite der Oberfläche, wohingegen CMOS-Sensoren mit Hintergrundbeleuchtung eine Struktur haben, bei der das Licht von der Rückseite des Substrats eingestrahlt wird und die Fotodioden auf der Einfallsseite angeordnet sind.
Anwendungen von CMOS-Sensoren mit Hintergrundbeleuchtung
CMOS-Sensoren werden häufig als Bildsensoren in Digitalkameras, Smartphone-Kameras und Bildprüfgeräten eingesetzt.
CMOS-Sensoren mit Hintergrundbeleuchtung zeichnen sich durch eine höhere Empfindlichkeit und ein geringeres Rauschen als herkömmliche CMOS-Sensoren aus und werden daher auch als Abstandsbildsensoren in Augmented Reality (AR)/Virtual Reality (VR), Robotern und Drohnen eingesetzt, die eine unabhängige Bewegung, Objekterkennung und Hinderniserkennungsgeräte benötigen.
Sie werden auch in Automobilanwendungen wie fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) und Kameraüberwachungssystemen (CMS) als Ersatz für Rückspiegel eingesetzt.
Funktionsweise der CMOS-Sensoren mit Hintergrundbeleuchtung
Ein CMOS-Sensor besteht aus einer Fotodiode, einem Verstärker und einem Schalter pro Pixel und funktioniert nach dem Prinzip der Umwandlung und Speicherung des empfangenen Lichts in eine elektrische Ladung in der Fotodiode, der Umwandlung der Ladung in ein Spannungssignal im Verstärker und des Umschaltens eines Schalters nach dem anderen, um die in einem Gittermuster angeordneten Fotodioden auszuwählen, so dass das Signal pro Pixel ausgelesen wird. Die Funktionsweise besteht darin, dass die Signale pixelweise ausgelesen werden, indem Schalter umgeschaltet werden, die die in einem Raster angeordneten Fotodioden nacheinander auswählen.
Herkömmliche CMOS-Sensoren mit Oberflächenbeleuchtung sind wie gewöhnliche CMOS-Schaltkreise so aufgebaut, dass sich die Fotodioden auf der unteren Schicht des Siliziumsubstrats befinden, die Verdrahtungsschicht über den Fotodioden und der Farbfilter und die Linse auf dem Chip auf der darüber liegenden Schicht.
Herkömmliche CMOS-Sensoren mit dieser Struktur haben das Problem, dass das von der On-Chip-Linse gebündelte Licht die Fotodiode erreicht, wo es durch die Verdrahtung und die Transistorschaltungen blockiert wird, was zu einer geringeren Empfindlichkeit führt.
Bei CMOS-Sensoren mit Hintergrundbeleuchtung hingegen sind die Fotodiode und die Verdrahtungsschicht auf einem Siliziumsubstrat installiert, das Substrat wird invertiert, das Substrat wird rasiert und der Farbfilter und die On-Chip-Linse werden auf der Rückseite angebracht.
Bei einem CMOS-Sensor mit Hintergrundbeleuchtung mit dieser Struktur befindet sich die lichtausstrahlende Fläche auf der Rückseite des Siliziumsubstrats und das gesammelte Licht wird nicht durch die Verdrahtung oder die Transistoren beeinträchtigt, so dass die Lichtmenge, die von einem einzelnen Pixel empfangen wird, im Vergleich zu einem vorderseitig beleuchteten Sensor größer ist. Sie sind auch empfindlicher gegenüber schräg einfallendem Licht.