翻身成主流 CMOS 感光元件 23 年发展回顾

最常见的数字感光元件有两种：CCD（电荷耦合器件）和 CMOS（互补金属氧化物半导体）。1980 年代，CCD 进入消费级市场，并在之后近 30 年时间里牢牢占据中高端市场。而 CMOS 最初作为廉价、低画质的代名词，但在 2008 年之后逐渐成为市场主流。

今天，带着大家回顾 CMOS 在 2000 年之后的发展过程。

佳能是主流相机厂商中最先押宝 CMOS 的：发布于 2000 年 10 月的 EOS D30 数码单反采用了佳能自研 APS-C 画幅约 325 万像素 CMOS。自此之后（除了 2001 年发布的 EOS-1D），佳能可换镜头数码相机均采用自研 CMOS。

那么接下来站队 CMOS 的厂商是谁呢？估计很难猜到，它就是适马。准确来说：2002 年 2 月，美国 Foveon 公司宣布了三层感光的 Foveon X3 传感器。我查了原始新闻稿，确认 Foveon X3 采用的是"CMOS 半导体工艺"。适马是最先选择 Foveon X3 传感器的厂商，并且在 2008 年完全收购了 Foveon 公司。

（关于 Foveon X3，以后有时间单独开一篇文章来讲）

这段时间里，尼康也没闲着：2003 年 7 月，新发布的 D2H 旗舰单反采用了自主开发的 APS-C 画幅约 410 万像素 LBCAST 感光元件（更接近 CMOS，但检测晶体管是 JFET 而不是 MOSFET）。尼康宣称，LBCAST 具有比 CCD 更快的速度和比 CMOS 更少的暗部噪声，并且和 CMOS 同样省电。

那索尼呢？索尼在 1981 年推出了采用 CCD 的可换镜头静态摄像机 Mavica，并在之后逐步成为全球市场最大的 CCD 供应商。它也没有忽视 CMOS：2007 年 8 月，索尼推出了具备列并行 A / D 转换（Column-Parallel A / D Conversion Technique）与双重降噪技术的传感器 IMX021（APS-C 画幅约 1200 万像素），将 CMOS 感光元件带入到全新时代。

* 采用 IMX021 的数码单反有索尼 A700、尼康 D300

在推出 IMX021 之后，索尼为具有列并行 A / D 转换技术的 CMOS 注册了"Exmor"商标。之后，CMOS 技术的发展基本就是索尼 Exmor 的发展。

2008 年 6 月，索尼宣布开发背照式 CMOS，这便是之后的 Exmor R。发布于 2009 年的索尼 WX1 / TX1 是第一批采用背照式 CMOS 的数码相机；而苹果也从 iPhone 4S 开始大量采购索尼感光元件。

* 关于背照式、堆叠式的区别可以参考以往文章，这次先不做合并。

大概是在 2009 年 9 月发布的 EOS 7D 上，佳能开始应用无间隙微透镜技术，更充分利用感光元件的有效面积。

2011 年 9 月，尼康推出采用 Aptina CMOS 的 NIKON 1 系列微单相机，更强调对焦、连拍速度而不是有效像素 -- 理想很美好，但现实很骨感。

* 继续挖坑，NIKON 1 是可以写一篇相机志的。

2014 年 9 月，三星推出首款采用大尺寸（APS-C）背照式 CMOS 的微单相机 NX1，具有约 2800 万有效像素和相位对焦（还包含十字形对焦点）。三星半导体确实具有与索尼叫板的实力，只可惜三星相机并没有坚持下去。

2015 年，索尼先后推出了采用全画幅背照式 CMOS 的微单相机 7RM2，和采用 1.0 型堆叠式 CMOS（带 DRAM）的黑卡相机 RX100M4、RX10M2。稍晚一点（2016 年 2 月）发布的 A6300 微单也采用了具有铜连接的（前照式）CMOS。各个尺寸上都突飞猛进。

* 本文将堆栈式、积层式统称为堆叠式。

2016 年，佳能先后推出 1DX Mark II、80D、5D4，它们都采用了内置 ADC 的 CMOS，获得了动态范围的大幅提升。

2017 年 4 月，索尼推出采用全画幅堆叠式 CMOS（带 DRAM）的 Alpha 9，带来了更快的对焦速度、低畸变高速电子快门和 20FPS AF / AE 连拍 -- 微单相机在速度上也超越了传统数码单反。

2020 年 7 月，佳能推出 EOS R5，证明传统（前照式）CMOS 仍然具有相当可观的拍摄性能。次年 4 月，佳能又推出了 EOS R3，采用自研的全画幅约 2400 万像素堆叠式 CMOS，拉近了与索尼的差距。

2022 年 2 月，松下推出的 GH6，采用了类似电影机上的"双增益"感光元件，可以开启动态范围增强功能。

早在 2021 年末，索尼就宣布了采用双层晶体管像素技术的新一代 CMOS。到了 2023，搭载该技术的产品终于量产，并率先应用在索尼 Xperia 1V 手机的广角主摄上。索尼将具有双层晶体管像素结构的传感器命名为 Exmor T。

估计短时间内，我们还不会在可换镜头相机上看到 Exmor T 传感器。

本文来自微信公众号：相机笔记 （ID：xjbiji），作者：滕飞 et