1. Sự khác biệt về cấu trúc như một tiền đề thiết kế
Trong cảm biến FSI, ánh sáng tới phải đi qua nhiều lớp dây kim loại trước khi đến photodiode. Kiến trúc này, mặc dù đúng về mặt lịch sử nhưng lại gây ra cản trở quang học, đặc biệt là khi kích thước pixel co lại.
Cảm biến BSI đảo ngược chất nền silicon, di chuyển các kết nối kim loại về phía sau của điốt quang. Kết quả là các photon được phép tiếp cận vùng-nhạy cảm với ánh sáng với ít tổn thất hơn.
Sự định hướng lại cấu trúc này thiết lập cơ sở vật lý cho sự khác biệt về hiệu suất được quan sát giữa hai kiến trúc.
2. Hiệu suất photon và hiệu suất ánh sáng-thấp
Do các pixel FSI bị che khuất một phần bởi mạch điện-phía trước nên hiệu suất lượng tử của chúng giảm đáng kể trong điều kiện-chiếu sáng thấp. Khi độ cao pixel giảm, hạn chế này ngày càng trở nên rõ ràng, đòi hỏi phải có khả năng khử nhiễu ở mức ISP{3}}mạnh hơn.
Ngược lại, kiến trúc BSI cải thiện hiệu suất thu thập photon theo thiết kế. Do đó, tỷ lệ tín hiệu-trên-nhiễu cao hơn có thể được duy trì ở mức chiếu sáng thấp hơn và độ suy giảm hình ảnh bị trì hoãn thay vì được bù đột ngột thông qua can thiệp thuật toán.
Vì vậy, lợi thế của BSI không chỉ giới hạn ở “hình ảnh sáng hơn” mà còn mở rộng đếnhành vi tín hiệu dễ dự đoán hơn trong điều kiện-ánh sáng không lý tưởng.
3. Tác động đến tỷ lệ pixel và thiết kế quang học
Khi các hệ thống hình ảnh có xu hướng hướng tới độ phân giải cao hơn và diện tích mô-đun nhỏ hơn, việc giảm kích thước pixel trở nên không thể tránh khỏi. Trong bối cảnh như vậy, kiến trúc FSI gặp phải nút thắt cổ chai về mặt cấu trúc: giảm diện tích cảm quang hiệu quả và tăng nhiễu xuyên âm quang học.
BSI giảm bớt hạn chế này. Bằng cách tách định tuyến kim loại khỏi đường dẫn ánh sáng, nó cho phép thu nhỏ pixel hơn nữa mà không làm giảm độ nhạy tương ứng.
Đặc điểm này trực tiếp mở rộng tính linh hoạt của thiết kế quang học, cho phép khẩu độ nhỏ hơn, trường nhìn rộng hơn hoặc xếp chồng mô-đun mỏng hơn mà không làm giảm nghiêm trọng chất lượng hình ảnh.
Từ góc độ mô-đun máy ảnh, điều này có nghĩa làtự do hơn trong việc đồng thiết kế cơ khí và quang học.
4. Cân nhắc về độ phức tạp trong sản xuất và chi phí
Cần lưu ý rằng cảm biến BSI đưa ra các bước sản xuất bổ sung, bao gồm làm mỏng tấm bán dẫn và xử lý mặt sau, làm tăng độ phức tạp và chi phí chế tạo.
Cảm biến FSI, được hưởng lợi từ các quy trình hoàn thiện và năng suất cao hơn, vẫn hấp dẫn về mặt kinh tế đối với các ứng dụng trong đó điều kiện ánh sáng được kiểm soát và không cần phải thu nhỏ quá mức.
Do đó, sự tồn tại dai dẳng của FSI trong các phân khúc thị trường nhất định không nên được hiểu là sự trì trệ về công nghệ mà làngữ cảnh-tối ưu hóa kỹ thuật phù hợp.
5. Ý nghĩa cấp độ hệ thống đối với mô-đun máy ảnh
Khi được đánh giá ở cấp độ mô-đun máy ảnh:
- Cảm biến FSIcó xu hướng thực hiện đầy đủ trong
môi trường ổn định-nhạy cảm về chi phí, chiếu sáng-ổn định, trong đó tính đơn giản của hệ thống và sự hoàn thiện của chuỗi cung ứng vượt xa nhu cầu về độ bền-ánh sáng yếu.
- Cảm biến BSIthể hiện rõ ưu điểm trong
mô-đun nhỏ gọn, quang học góc-rộng, tình huống ánh sáng yếu-và các ứng dụng yêu cầu chất lượng hình ảnh nhất quán trong các điều kiện khác nhau.
Do đó, sự khác biệt không phải là sự vượt trội tuyệt đối mà làsự liên kết kiến trúc với ý định hệ thống.
Phần kết luận
Quá trình chuyển đổi từ FSI sang BSI phản ánh sự phát triển rộng hơn trong triết lý hệ thống hình ảnh-từ việc bù đắp những hạn chế vật lý thông qua thuật toán đến giảm thiểu những hạn chế đó ở cấp độ cấu trúc.
Đối với các nhà thiết kế mô-đun máy ảnh và nhà tích hợp hệ thống, việc hiểu được sự khác biệt về kiến trúc này là điều cần thiết. Việc lựa chọn cảm biến không chỉ được hướng dẫn bởi độ phân giải hoặc thế hệ mà còn phải dựa trên cách kiến trúc chiếu sáng tương tác với quang học, cơ học, tài nguyên ISP và môi trường ứng dụng.
Theo nghĩa này, BSI và FSI không phải là các nhãn hiệu cạnh tranh, mà làhai phản ứng đối với các ràng buộc lịch sử và kỹ thuật khác nhau.
