随着图像传感器进入到CMOS时代，尤其是手机摄像头出货量大增后，Sony的图像传感器便在消费领域一骑绝尘。这其中，Sony的先进的图像传感器技术起到了关键作用。本文将介绍Sony CMOS图像传感器的几个关键技术中。
1. Column A/D Converter
Column A/D Converter实际是在传感器的顶端或底端放置一行模数转换器，能同时读出传感器中一行像素的所有信号，并进行模数转换，可以大幅提高信号读出速度。图1是Sony 2007年商用的列ADC的原理图，这样的设计有2个好处。1. 每一行的信号能并行读出，大大提高传感器信号读出速度，这是CMOS传感器进入高分辨率高帧率的基础，现在的传感器一般在顶端和底部各有一行ADC以加速读出（某些传感器甚至有多行ADC）。2.在图像传感器的底部放置一行ADC，减少了信号从像素读出电路到ADC的距离，从而减少噪声引入的机会。而根据Sony官网的原理图，在模拟域和数字域各加入了一个去噪模块。这些，都能提高图像信噪比。
图 1 Conventional sensors v.s. Column Parrallel A/D Converter sensors（来自Sony半导体官网）
2. Back-illuminated CMOS Image Sensor
背照式CMOS传感器是摄像头能小型化的关键技术之一，他能大幅提高传感器的感光能力，使得在减少像素面积的同时，还能保持不错的感光能力。 Sony CMOS传感器的商用化是在2009年，其在官网上贴出了如下图2的示意图。
既然有背照式结构的新像素结构，那么对应就有前照式的传统像素结构。图2示意图给出了这两种像素结构的区别，相对前照式，背照式结构将作为读出电路的金属层从硅基上面换到了硅基下面。这种结构的修改，可以避免金属层对入射光线 的干扰，同时硅基深度减少后，更大入射角的光线也可以到达感光区域，从而提高像素的感光度。据Sony官网宣传，背照式传感器的感光度可以达到传统前照式的2倍。
然而，背照式传感器也有不好的地方，比如硅基放到金属层上后，厚度减少，能吸收的最大光子数减少 。而且由于硅基在金属层的上层，增加了CMOS工艺的难度，在蚀刻好金属层后，还需要在铺一层硅基。这在增加技术难度的同时，增加了成本。其实，这些年前照式传感器的工艺也一直在改进，其感光度也得到了很大提升。在对器件大小限制不是很大的应用（比如单反），前照式传感器因其更简单的工艺及底层本，还有不少应用空间。
图2 前照式像素结构 vs 背照式像素结构（来自Sony半导体官网）
3. Stacked CMOS Image Sensor
堆栈式CMOS传感器。在背照式传感器的基础上，把处理电路剥离出来，放到像素层的下面。这样可以减少传感器占的面积，提高空间利用率，在寸土寸金的手机内，这种空间利用率的提升是非常重要的。同时，使用堆栈的方式，可以引入DRAM做缓存，以此实现告诉读出，以支持超高帧率。此外，将处理电路分离出来，还能在电路区域使用和像素区域不同的工艺，提高sensor处理能力，减少功耗等。
图3 堆栈式图像传感器结构（来自Sony半导体官网）
凭借这三个技术的商用，Sony在实现CMOS传感器小型化的同时，还能保证较高信噪比和帧率，是Sony在手机图像传感器市场中占有巨大市场份额的关键。
