翻身成主流 CMOS感光元件23年发展回顾

Hi，我是溢图科技。

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。

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