CMOS圖像傳感器科普_風聞

來源：內容由公眾號「半導體行業觀察」轉載自公眾號「馭勢資本」，謝謝

1873年，科學家約瑟·美(Joseph May)及偉洛比·史密夫(WilloughbySmith)就發現了硒元素結晶體感光後能產生電流，由此，電子影像發展開始，隨着技術演進，圖像傳感器性能逐步提升。

1.20世紀50年代——光學倍增管(Photo Multiplier Tube，簡稱PMT)出現。

2.1965年-1970年，IBM、Fairchild等企業開發光電以及雙極二極管陣列。

3.1970年，CCD圖像傳感器在Bell實驗室發明，依靠其高量子效率、高靈敏度、低暗電流、高一致性、低噪音等性能，成為圖像傳感器市場的主導。

4.90年代末，步入CMOS時代。

圖像傳感器的歷史沿革——PMT

1.光電倍增管（簡稱光電倍增管或PMT），真空光電管的一種。工作原理是：由光電效應引起，在PMT入射窗處撞擊光電陰極的光子產生電子，然後由高壓場加速，並在二次加工過程中在倍增電極鏈中倍增發射。

2.光電倍增管是一種極其靈敏的光檢測器，可探測電磁波譜紫外，可見和近紅外範圍內光源，提供與光強度成比例的電流輸出，廣泛應用於驗血，醫學成像，電影膠片掃描（電視電影），雷達干擾和高端圖像掃描儀鼓掃描儀中。

圖像傳感器的歷史沿革——CCD

1.數字成像始於1969年，由Willard Boyle和George E. Smith於AT＆T貝爾實驗室發明。

2.最初致力於內存→“充電’氣泡’設備”，可以被用作移位寄存器和區域成像設備。

3.CCD是電子設備，CCD在硅芯片（IC）中進行光信號與電信號之間的轉換，從而實現數字化，並存儲 為計算機上的圖像文件。

4.2009年， Willard Boyle和George E. Smith獲得諾貝爾物理學獎。

國際空間站使用CCD相機

1.1997年，卡西尼國際空間站使用CCD相機（廣角和窄角）

2.美國宇航局局長丹尼爾戈爾丁稱讚CCD相機“更快，更好，更便宜”；聲稱在未來的航天器上減少質量，功率，成本，都需要小型化相機。而電子集成便是小型化的良好途徑，而基於MOS的圖像傳感器便擁有無源像素和有源像素（3T）的配置。

圖像傳感器的歷史沿革——CMOS圖像傳感器

1.CMOS圖像傳感器使得“芯片相機”成為可能，相機小型化趨勢明顯。

2.2007年，Siimpel AF相機模型的出現標誌着相機小型化重大突破。

3.芯片相機的崛起為多個領域（車載，軍工航天、醫療、工業製造、移動攝影、安防）等領域的技術創新提供了新機遇。

CMOS圖像傳感器走向商業化

1.1995年2月，Photobit公司成立，將CMOS圖像傳感器技術實現商業化。

2.1995-2001年間，Photobit增長到約135人，主要包括：私營企業自籌資金的定製設計合同、SBIR計劃的重要支持（NASA/DoD）、戰略業務合作伙伴的投資，這期間共提交了100多項新專利申請。

3.CMOS圖像傳感器經商業化後，發展迅猛，應用前景廣闊，逐步取代CCD成為新潮流。

CMOS圖像傳感器的廣泛應用

2001年11月，Photobit被美光科技公司收購併獲得許可迴歸加州理工學院。與此同時，到2001年，已有數十家競爭對手嶄露頭角，例如Toshiba，STMicro，Omnivision，CMOS圖像傳感器業務部分歸功於早期的努力促進技術成果轉化。後來，索尼和三星分別成為了現在全球市場排名第一，第二。後來，Micron剝離了Aptina，Aptina被ON Semi收購，目前排名第4。CMOS傳感器逐漸成為攝影領域主流，並廣泛應用於多種場合。

CMOS圖像傳感器發展歷程

70年代：Fairchild

80年代：Hitachi

80年代初期：Sony

1971年：發明FDA&CDS技術

80年中葉：在消費市場上實現重大突破；

1990年：NHK/Olympus,放大MOS成像儀(AMI)，即CIS

1993年：JPL,CMOS有源像素傳感器，

1998年：單芯片相機，2005年後：CMOS圖像傳感器成為主流。

CMOS圖像傳感器技術簡介

CMOS圖像傳感器

CMOS圖像傳感器（CIS）是模擬電路和數字電路的集成。主要由四個組件構成：微透鏡、彩色濾光片 （CF）、光電二極管（PD）、像素設計。

1.微透鏡：具有球形表面和網狀透鏡；光通過微透鏡時，CIS的非活性部分負責將光收集起來並將其聚焦到彩色濾光片。

2.彩色濾光片（CF）：拆分反射光中的紅、綠、藍 （RGB）成分，並通過感光元件形成拜爾陣列濾鏡。

3.光電二極管（PD）：作為光電轉換器件，捕捉光並轉換成電流；一般採用PIN二極管或PN結器件製成。

4.像素設計：通過CIS上裝配的有源像素傳感器(APS)實現。APS常由3至6個晶體管構成，可從大型電容陣列中獲得或緩衝像素，並在像素內部將光電流轉換成電壓，具有較完美的靈敏度水平和的噪聲指標。

Bayer陣列濾鏡與像素

1.感光元件上的每個方塊代表一個像素塊，上方附着着一層彩色濾光片（CF），CF拆分完反射光中的RGB成分後，通過感光元件形成拜爾陣列濾鏡。經典的Bayer陣列是以2x2共四格分散RGB的方式成像，Quad Bayer陣列擴大到了4x4，並且以2x2的方式將RGB相鄰排列。

2.像素，即亮光或暗光條件下的像素點數量，是數碼顯示的基本單位，其實質是一個抽象的取樣，我們用彩色方塊來表示。

3.圖示像素用R（紅）G（綠）B（藍）三原色填充，每個小像素塊的長度指的是像素尺寸，圖示尺寸為0.8μm。

Bayer陣列濾鏡與像素

濾鏡上每個小方塊與感光元件的像素塊對應，也就是在每個像素前覆蓋了一個特定的顏色濾鏡。比如紅色濾鏡塊，只允許紅色光線投到感光元件上，那麼對應的這個像素塊就只反映紅色光線的信息。隨後還需要後期色彩還原去猜色，最後形成一張完整的彩色照片。感光元件→Bayer濾鏡→色彩還原，這一整套流程，就叫做Bayer陣列。

前照式（FSI）與背照式（BSI）

早期的CIS採用的是前面照度技術FSI（FRONT-SIDE ILLUMINATED），拜爾陣列濾鏡與光電二極管（PD）間夾雜着金屬（鋁，銅）區，大量金屬連線的存在對進入傳感器表面的光線存在較大的干擾，阻礙了相當一部分光線進入到下一層的光電二極管（PD），信噪比較低。技術改進後，在背面照度技術BSI（FRONT-SIDE ILLUMINATED）的結構下，金屬（鋁，銅）區轉移到光電二極管（PD）的背面，意味着經拜爾陣列濾鏡收集的光線不再眾多金屬連線阻擋，光線得以直接進入光電二極管；BSI不僅可大幅度提高信噪比，且可配合更復雜、更大規模電路來提升傳感器讀取速度。

CIS參數——幀率

幀率（Frame rate）：以幀為單位的位圖圖像連續出現在顯示器上的頻率，即每秒能顯示多少張圖片。而想要實現高像素CIS的設計，很重要的一點就是Analog電路設計，像素上去了，沒有匹配的高速讀出和處理電路，便無辦法以高幀率輸出出來。

索尼早於2007年chuan’gan發佈了首款Exmor傳感器。Exmor傳感器在每列像素下方布有獨立的ADC模數轉換器，這意味着在CIS芯片上即可完成模數轉換，有效減少了噪聲，大大提高了讀取速度，也簡化了PCB設計。

CMOS圖像傳感器的應用

CMOS圖像傳感器全球市場規模

2017年為CMOS圖像傳感器高增長點，同比增長達到20%。2018年，全球CIS市場規模155億美元，預計2019年同比增長10%，達到170億美元。

目前，CIS市場正處於穩定增長期，預計2024年市場逐漸飽和，市場規模達到240億美元。

CIS應用——車載領域

1.車載領域的CIS應用包括：後視攝像(RVC)，全方位視圖系統(SVS)，攝像機監控系統（CMS），FV/MV，DMS/IMS系統。

2.汽車圖像傳感器全球銷量呈逐年增長趨勢。

3.後視攝像(RVC)是銷量主力軍，呈穩定增長趨勢，2016年全球銷量為5100萬台，2018年為6000萬台，2019年預計達到6500萬台。

4.FV/MV全球銷量增長迅速，2016年為1000萬台，2018年為3000萬台，此後，預計FV/MV將依舊保持迅速增長趨勢，預計2019年銷量可達4000萬台，2021可達7500萬台，直逼RVC全球銷量。

車載領域——HDR技術方法

1.HDR解決方案，即高動態範圍成像，是用來實現比普通數位圖像技術更大曝光動態範圍。

2.時間複用。相同的像素陣列通過使用多個捲簾（交錯HDR）來描繪多個邊框。好處：HDR方案是與傳統傳感 器兼容的最簡單的像素技術。缺點：不同時間發生的捕獲導致產生運動偽影。

3.空間複用。單個像素陣列幀被分解為多個，通過不同的方法捕獲：1.像素或行級別的獨立曝光控制。優點：單幀中的運動偽影比交錯的運動偽影少。缺點：分辨率損失，且運動偽影仍然存在邊緣。2.每個像素共用同一微透鏡的多個光電二極管。優點：在單個多捕獲幀中沒有運動偽影；缺點：從等效像素區域降低靈敏度。

4.非常大的全井產能。

車載領域——閃變抑制技術

1.多個集成周期（時間多路傳輸）。在每個整合期內對光電二極管充電進行多次進行採樣，樣品光電二極管比LED源頻率更高。

2.多個光電二極管（空間多路複用）。使用較大的光電二極管捕捉較低的輕鬆的場景；使用較小的不靈敏光電二極管在整個幀時間內集成（減輕LED閃爍）。

3.每個像素由兩個光電二極管構成。其中包含一個大的靈敏光電二極管和一個小的不靈敏光電二極管，小型不靈敏光電二極管可在整幀中合併，從而減輕LED閃爍。優勢在於有出色的閃變抑制、計算複雜度低；劣勢在於更大更復雜的像素架構、更復雜的讀數和電路定時、大型光電二極管和小型光電二極管和之間的光譜靈敏度不匹配。

車載領域——陣列攝像機

1.陣列攝像機是一種新興的攝像機技術，是指紅外燈的內核為LED IR Array的高效長壽的紅外夜視設備，可能是可行的LED檢測解決方案。

2.用於LED檢測的低靈敏度攝像頭可以實現圖像融合的組合輸出，並能夠實現單獨輸出，或同時輸出。主要優勢在於亮度高、體積小、壽命長，效率高，光線勻。

3.目前，陣列攝像機還面臨着諸多挑戰。首先，汽車光學對準誤差難以保持温度範圍；其次，圖像融合面向應用和複雜的計算；最後，高靈敏度和低靈敏度圖像之間難以融合.

車載領域——機器視覺傳感器技術趨勢

全局快門。CMOS傳感器有兩種快門方式，捲簾快門和全局快門。捲簾快門通過對每列像素使用A/D來提高讀取速度，每列像素數量可達數千。任何一個轉換器數字化的像素總數顯著減少，從而縮短了讀取時間，提高了幀速率。但整個傳感器陣列仍必須轉換為一個一次排，這導致每行讀出之間的時間延遲很小。和機械式焦平面快門一樣，捲簾快門對高速運動的物體會產生明顯的變形。而且因為其掃描速度比機械式焦平面快門慢，變形會更加明顯；全局快門則大大改善了應用於高度運動對象時的變形問題。

改進的近紅外（NIR）響應、高靈敏度濾色片陣列（RCCB）、數據加密處理、更高的幀速率、集成傳感和 處理、3D成像。

CIS應用——手機領域

儘管2019智能手機銷量低迷，手機圖像傳感器的銷售也可實現約20％的增長。

隨着多鏡頭相機變得越來越普及，以及傳感器尺寸的增加。未來所有智能手機製造商都會發布具有比以往更具價值的傳感器型號。

手機領域——手機攝像頭發展史

主攝像頭：第一部拍照手機——智能手機——雙攝/多攝：2000年，夏普首次推出可拍照的手機；隨後智能手機時代到來，主攝像頭素質不斷提升；目前，雙攝/多攝已成為主流。

前置攝像頭：自拍——3D-sensing：前置攝像頭素質同步提升，目前越來越多廠商加入人臉識別功能。

手機領域——手機攝像模組

攝像模組構成:

CMOS——決定照片質量的關鍵因素

手機領域——主攝像素升級

手機領域——CMOS迭代升級

1.隨着技術的發展，越來越多的手機開始注重拍照的硬件升級。攝像頭和CMOS成為了產品突出差異性的賣點之一。拋開鏡頭差異，成像質量與CMOS大小成正比，主攝像素提升推動CMOS迭代升級。

2.隨着技術的發展，手機的CMOS也在日益增大，1/1.7英寸級的CMOS如今成為手機攝像頭傳感器的新選擇。而更多手機也用上了1/2.3英寸級的傳感器。

3.作為手機CMOS最大的上游供應商，也研發出了堆棧結構的CMOS。它在傳統的感光層與底部電路之間增加了一層DRAM動態存儲器，從而讓感光元件具備短時間拍攝大數據量影像的能力。

手機領域——光學變焦趨勢

手機攝像頭過去以像素升級為主；受CMOS尺寸限制，手機攝像開始注重變焦能力。

變焦有光學變焦與數碼變焦兩種。光學變焦通過光學原理調整焦距，成像畫質無損。數碼變焦就是通過軟件算法來放大/縮小，通過插值計算，成像有損，有較多噪點。

為了進一步提升手機成像素質，注重變焦能力；而傳統專業相機的光學系統無法移植到手機上。手機變焦往往會採用“雙攝變焦”，採用兩個定焦鏡頭，利用其物理焦距的不同，實現變焦效果；顯然，單攝已經無法滿足對光學變焦的需求了。

手機領域——第四個攝像頭：3D-sensing

目前主流的3D深度攝像主流有兩種種方案：結構光、TOF。iPhone採用前者，華為採用後置。

結構光（Structured Light）：結構光投射特定的光信息到物體表面後，由攝像頭採集。根據物體造成的光信號的變化來計算物體的位置和深度等信息，進而復原整個三維空間。

TOF（Time Of Flight）：TOF系統是一種光雷達系統，可從發射極向對象發射光脈衝，接收器則可通過計算光脈衝從發射器到對象，再以像素格式返回到接收器的運行時間來確定被測量對象的距離。

手機領域——手機攝像模組數量

單隻手機攝像模組需求量增加

從傳統的單攝，到雙攝市場滲透率逐漸成為市場主流，再到三攝、全隱藏式攝像頭、3D攝像頭的創新式開拓，單隻手機攝像模組的需求看漲。

iPhone X、小米8、OPPO FIND X、三星Galaxy S9+單 只攝像模組需求量均為4,；此外，華為P20 Pro和Mate20 Pro均配備5組攝像模組。

手機領域——多攝帶動CMOS用量提升

根據Yole的統計顯示，平均每部智能手機CMOS圖像傳感器數量在2024年將達到3.4個，年複合增長率達到6.2%。

手機攝像頭數量增加，CIS出貨量成倍增長。為了提高照相畫質，手機引入了雙攝、甚至三攝、四攝。

安防領域——視頻監視技術發展歷程

閉路電視監控系統發展歷程：錄像帶錄像機（VCR）→數字視頻錄像機（DVR）→網絡視頻錄像機（NVR）。視頻監控系統越來越複雜，性能也不斷升級。

安防領域——當前監控攝像機類型

高清攝像頭中使用的圖像傳感器對分辨率的要求較高，在60幀/秒等高幀率下能夠實現720P或1080P的清晰度。

寬動態範圍攝像機的芯片上集成寬動態範圍攝像技術以及圖像處理技術，能在極暗和極亮環境下拍攝。

3D立體攝像級具有在動態光環境中保持追蹤精度的能力，可與視頻分析技術配合使用。

3D立體攝像級具有在動態光環境中保持追蹤精度的能力，可與視頻分析技術配合使用。

安防領域——紅外線攝像技術

紅外線攝像技術分為被動和主動兩種類型。

被動型：拍攝對象自身發射紅外光被攝像機接受以成像。這類設備昂貴並且對周圍環境不能良好反映，所以在夜視系統中基本不採用。

主動型：配置有紅外燈主動向外發射紅外輻射，使紅外攝像機接收反射回來的紅外光，增強夜視能力。目前紅外攝像機基本都配置LED紅外發光二級管。

主動型紅外攝像機包含攝像機、防護罩、紅外燈、供電散熱單元。它貼切的名稱為紅外線增強攝像機。感光元件的頻譜足夠寬時能對紅外線到可見光的連續譜產生感應，形成包括紅外線在內的光敏感。在普通可見光強下，寬範圍感光元件增加了紅外頻段，在弱光條件下，也能獲得清楚的圖像。

安防領域——紅外光成像

紅外線攝影術以成像為目標。伴隨着電子與化學科技的進 展，紅外線攝像技術逐漸演化出三個方向。

1.近紅外線底片：感應範圍為波長700nm～900nm。在成像乳劑中加入特殊染料，利用光化學反應，使這一波域的光變化轉為化學變化從而形成影像。

2.近紅外線電子感光材料：感應範圍為波長700nm～2,000nm。利用含硅化合物晶體的光電反應形成電子信號， 進過進一步處產生影像。

3.中、遠紅外線線感應材料：感應範圍為波長3,000nm～14,000nm。需要 使用冷卻技術和特殊的光學感應器， 加工處理形成電子影像。

安防領域——全球市場規模

全球紅外攝像機設備市場規模在2017年近30億美元，其中商用攝像機市場規模20億美元，軍用攝像機市場規模10億美元。預計2016-2022年商用領域紅外攝像機市場規模年均複合增長率為5.6%，軍用領域的年均複合增長率為 8.8%。2022年市場總規模將近43億美元。

全球安防攝像機市場銷量在2015年約28萬件，其中監視攝像機約8萬件，安保系統攝像機約20萬個。預計到2021年安防攝像機市場銷量約64萬件，其中監視攝像機約22萬件，年均複合增長率為18%，安保系統攝像機約42萬個，年均複合增長率約13%。

圖像傳感器應用——醫療影像

與其他具有更高產量和更高成本敏感性的市場相比，圖像傳感器在醫療影像市場應用有其鮮明的特點：其封裝步驟通常由設備製造商控制。

圖像傳感器技術正逐漸在行業中創造顛覆性力量，從2014年開始，市場發展迅速，行業競爭加劇：韓國和中國出現更多新參與者，成為現有大型企業的潛在障礙，行業完全整合的可能性降低。

圖像傳感器在醫療影像市場具有多元應用場景：X-ray、內窺鏡、分子成像、光學相干斷層掃描以及超聲成像。

醫療影像——市場規模

醫療成像設備行業是一個巨大的350億美元的市場，2016-2022年預計複合年增長率達5.5％。

2016年，醫療傳感器市場規模3.5億美元，預計2016-2022年複合增長率8.3％，到2022年將達6億美元。

根據應用技術不同，醫療圖像傳感器可分為CCD， CIS，a-Si FPD（非晶硅薄膜晶體管平面探測器），a-Se FPD（非晶硒薄膜晶體管平板探測器），SiPM（硅光電倍增管）、cMUT（電容微機械超聲換能器）和pMUT（壓電微機械超聲換能器）。

醫療影像——市場規模

CMOS傳感器憑藉其在通過更小的像素尺寸獲得更高分辨率、降低噪聲水平和暗電流以及低成本方面的優越性在醫療影像領域得到越來越廣泛的應用，未來市場看漲。

CCD市場保持穩定。醫用a-Si FPD因其簡單性和大面板內置能力仍應用廣泛；SiPM專用於分子成像；cMUT用於超聲成像，可提供更高分辨率，更高速度和實時3D成像。

醫療影像——產業鏈

目前，CMOS圖像傳感器主要應用於X-Ray以及內窺鏡領域。

CIS醫療影像應用——X-Ray

X射線成像的第一次應用是在醫療領域，由Wilhelm於1895年完成。如今，X射線成像技術應用已拓展到工業無損檢測（NDT）以及安全領域。但醫療市場仍是X-Ray射線成像的主力應用場景。

X-Ray探測設備市場規模

2018年X射線探測設備市場價值20億美元，預計2018-2024年複合年增長率5.9％，2024年達到28億美元。

2018年，醫療領域市值達14.8億美元，佔比約74%，預計2017-2024年複合增長率4.5%，2024年市值達19億美元。

目前，X射線成像幾乎完全基於半導體技術。使用非晶硅（aSi）和CMOS的平板探測器佔據了市場的最大份額，其次是硅光電二極管陣列探測器。預計銦鎵鋅氧化物（IGZO）平板將於2021年進入市場，直接與aSi和CMOS競爭，但CMOS仍然是主流應用。

2018年，以CMOS X-Ray成像設備市場收入2.45億美元，預計2024年將增長到5.1億美元，年複合增長率13%。

CIS醫療市場應用——內窺鏡

內窺鏡檢查不但能以最少的傷害，達成觀察人體內部器官的目的，也能切取組織樣本以供切片檢查，或取出體內的異物。二十世紀末微創手術的發展進一步促進了內窺鏡的應用。

普通電子內窺鏡：將微型圖像傳感器在內窺鏡頂部代替光學鏡頭，通過電纜或光纖傳輸圖像信息。電子內窺鏡與光纖內窺鏡類似，有角度調節旋鈕、充氣及沖水孔、鉗道孔、吸引孔和活檢孔等。

CMOS電子內窺鏡：照明光源通過濾色片，變成單色光，單色光通過導光纖維直達電子內窺鏡前部，再通過照明鏡頭照在受檢體的器官粘膜。器官粘膜反射光信號至非球面鏡頭，形成受檢部位的光圖像，CMOS圖像傳感器接收光圖像，將其轉換成電信號，再由信號線傳至視頻處理系統，經過去噪、儲存和再生，顯示在監控屏幕上。CMOS電子內窺鏡可得到高清晰度圖像，無視野黑點弊端，易於獲得病變觀察區信息。

CIS模塊的小型化是其應用於醫療設備的關鍵，特別是對於較小的柔性視頻內窺鏡。如喉鏡，支氣管鏡，關節鏡，膀胱鏡，尿道鏡和宮腔鏡。

小直徑視頻內窺鏡發展歷程

背面照明（BSI）技術成功地提高了CIS模塊的靈敏度，使得更小像素成為可能。

新開發的圖像傳感器封裝（如硅通孔（TSV）技術）可最大限度地減少CIS模塊所需的佔位面積。

微電子器件微裝配的進步也促進了CIS的小型化。

索尼圖像傳感器發展歷程

發展CIS以來，索尼相繼開發出背照式CIS，推出2層/3層堆疊技術，從數碼相機市場切入手機傳感器市場，搶佔市場份額。

索尼圖像傳感器

索尼將CCD推向世界後，一直在不斷創新圖像傳感器。索尼公司正在推動小型高性能圖像傳感器的進一步發展：高靈敏度背光CMOS圖像傳感器和堆疊式CMOS圖像傳感器。索尼的圖像傳感器有助於提高全球數碼相機的吸引力。索尼圖像傳感器應用在相機，移動終端，自動駕駛，安防，工業領域等多個領域。

索尼Exmor——柱並聯A/D轉換電路

Exmor是索尼2007年推出的一項新技術，用於片上模擬到數字信號轉換，即由傳統的外置ADC升級為內置ADC。

外置ADC傳感器傳輸數據時，每列像素產生的信號先通過降噪電路，匯聚後再通過外部總線傳輸到單個或數個ADC之中。而Exmor每列像素都內置一個ADC，數量多，且可在低頻下運行，可有效減少噪聲，並實現高速提取。此外，內置ADC使得Exmor輸出的數字信號，抗干擾性強，更易於長距離佈線。IMX035是此係列推出的首款產品。

索尼Exmor R——背照式CIS

2008年，索尼推出Exmor R系列，採用BIS（背照式）設計，是第一款推出該技術的傳感器。FIS（FRONT-SIDE ILLUMINATED，前照式）結構下，Bayer陣列濾鏡與光電二極管（Photo-diode）之間存在大量金屬連線，阻隔了大量光線進入感光層。而在BIS結構下，金屬連線被轉移到光電二極管（Photodiode）的背面，光線不再被阻擋，信噪比大幅度提高，而且可以採用更復雜、更大規模電路來提升傳感器讀取速度。

索尼Exmor RS——CIS堆棧技術

二堆疊：2012年，索尼推出Exmor RS系列，該系列採用堆疊式結構（Stacked Structure）。BIS結構下，Bayer陣列周圍依然存在大量電路，而此堆疊式結構通過TSV（Through Silicon Via,硅通孔）技術連接到另一張芯片，實現將信號處理電路疊放於像素區下方。

三堆疊：2017年2月，索尼宣佈推出業內首個配備DRAM的三層堆疊式CIS，可在失真度最小化的情況下高速讀取靜態圖片，支持在全高清模式下拍攝幀率最大為1000fps的慢動作視頻。新款CIS在傳統兩層堆疊結構中間新加入DRAM層，用於緩存、讀取、處理圖像信息；此外，為了實現高速讀取，用於將模擬視頻信號從像素轉換為數字信號的電路已經從2層結構倍增到4層結構。

索尼——相機端CIS

SLVS-EC是索尼與2018年開發的串行總線，單個通道帶寬較高。但IMX410未採用堆棧技術，像素也不高。索尼半導體再沒有提供高像素的全幅CIS，甚至取消了36MP的IMX-094，鑑於Z7、S1R存在，索尼半導體高像素全幅CIS可能改為定製提供。

索尼——相機端CIS應用

介質格式傳統上指靜物攝影中的膠片格式以及使用膠片的相關照相機和設備。包括6x4.5釐米（有時介質格式稱為“64格式”），6x6、6x7、6x8、6x12、6x17cm…在數字攝影中，介質格式是指根據介質格式膠片攝影使用而改編的照相機，或者是指使用大於35mm膠片框的傳感器的照相機。此外，我們還發布了3.4（44x33毫米）和4.2（53x40毫米）型圖像傳感器，像素為100M或150M。

360度高質量成像主要產品為IMX533，9M像素，像素尺寸為3.76μm。

索尼——移動端CIS

HDR解決方案有時間多路傳輸交錯HDR方案及空間多路複用交錯HDR方案。當不同的捕獲時刻對象處於不同的位置時，時間複用交錯HDR方案首次瞭解由於場景中的運動而產生的運動偽影（重影）。圖像偽影的存在是因為每個捕獲對象的分辨率的降低。而具有拆分像素（多個像素，每個像素即光電二極管分享同樣的東西）可以減輕偽影的影響。

索尼——移動端CIS應用

穩定相機震動。高靈敏度傳感器和短曝光時間是防止相機抖動和穩定圖像的有效方法。背面照明傳感器比正面照明傳感器具有更高靈敏度。同樣，在相同像素結構下具有更大的光學尺寸。

索尼CMOS圖像傳感器配備了標準的2x2平均模式，相當於比像素大四倍的像素大小，有助於在分辨率（圖像大小）降低到1/4時防止相機抖動。

高速視頻。隨着CIS像素數和速度的增加，高速視頻拍攝成為現實。在拍攝快速移動物體時，需要降低幀速率和曝光時間以避免運動模糊。索尼通過4個像素的計算處理將其高靈敏度的BI技術將信噪比提高了兩倍，使其能夠以四倍的速度拍攝。

索尼的800萬像素產品能夠以180 fps（720p高清圖像）或240 fps（960x540（Quaterhd）圖像）輕鬆拍攝高速電影。適用產品：IMX219PQ