|
CMOS
Использование технологии CCD в запоминающих
устройствах оказалось нерентабельным, в том числе и по вышеперечисленным
причинам. Её место было занято (и занято до сих пор) более дешёвой и простой в
производстве технологией CMOS — Сomplementary Мetal Оxide Semiconductor, или
по-русски КМОП — комплементарная структура «металл-оксид-полупроводник».
CMOS-схема представляет собой многослойную «вафлю», в которой слои металла и
полупроводника разделяются диэлектриком, в роли которого ранее выступал оксид
кремния, отсюда и название. На этой «вафле» методом последовательной
фотолитографии протравливается необходимая логическая схема, в которой
изолирующий слой отделяет металлические контакты от полупроводниковой схемы, создавая,
таким образом, массивы полевых транзисторов. Это исключительно дешёвый в
производстве метод создания интегральных микросхем применяется уже несколько
десятилетий, постоянно улучшаясь и совершенствуясь. Сотни фабрик в мире
«выпекают» CMOS-вафли и производят на их базе различные электронные компоненты.
Неудивительно, что однажды кому-то пришла в голову мысль использовать
технологию CMOS для производства сенсоров для цифровых фотоаппаратов
(любознательным сообщаю: это была фирма UMAX и произошло это в 1997 году).
Идея, лежащая в основе функционирования
CMOS-сенсоров, ещё проще, чем у CCD. Каждый элемент активного (были ещё
пассивные, но они давно не используются) CMOS-сенсора состоит из фотодиода и
расположенных рядом с ним трёх транзисторов, вытравленных как единое целое.
Первый транзистор представляет собой «персональный» усилитель сигнала данного
пикселя (из-за него сенсор и называется активным). Второй транзистор работает
как ключ, подключая пиксель к координатной сетке считывающих проводников. Третий
транзистор подключён к проводнику, передающему команду «сброс», очищающую
сенсор. Таким образом, обрабатывающий каскад может получить доступ к любому
пикселю (или группе пикселей) в матрице, а считывание сигнала происходит
практически мгновенно, что позволяет, во-первых «на лету» изменять разрешение
сенсора, просто объединяя соседние пиксели в единое целое, и, во-вторых, также
моментально переключаться с режима фотографии в режим записи видео, поскольку
цикл «очистки» CMOS-матрицы представляет собой подачу на короткий срок
импульса на проводник «сброс». Нельзя также не отметить сверхнизкое
энергопотребление CMOS-микросхем (а значит, меньше нагрев схемы, вызывающий
увеличение шума). Ещё один огромный плюс технологии CMOS — это возможность
разместить на том же кристалле все дополнительные схемы и элементы, а в идеале
— и процессор для обработки сигнала, и заодно интерфейсные блоки, что
превращает CMOS-сенсор в самодостаточный элемент электронной схемы. Именно
CMOS-сенсоры используются в основном в мобильных телефонах.
Однако, несмотря на дешевизну и удобство
производства сенсоров, также простоту построения продуктов на их базе, до
недавнего времени качество получаемого при их помощи изображения было
неудовлетворительным. В первую очередь, в силу конструктивных особенностей:
поскольку каждому светочувствительному фотодиоду на сенсоре соответствует три
дополнительных элемента плюс управляющие проводники, то их площадь (от 30% до
60% от суммарной) вычитается из общей площади пикселя, результатом чего
становится недостаточное покрытие площади сенсора, а следовательно —
неприемлемо низкая чувствительность и высокое значение цифрового шума
(вспомните снова наш пример с вёдрами: при одинаковой силе дождя вёдра меньшего
размера дадут более высокую погрешность измерения). Также большую проблему
представляли собой высокие значения «тёмных токов» (см. выше) и геометрический
шум CMOS-сенсоров, связанный с невозможностью в достаточной степени выдержать
идентичность размеров всех пикселей на матрице.
Однако, около пяти лет назад развитие
CMOS-технологии стало принимать лавинообразный характер. Были изобретены и
внедрены новые технологии, призванные бороться с перечисленными проблемами, а
именно: для борьбы со статическим и геометрическим шумом, а также с
«тёмными токами», стали применять технологию вычитания из картинки пустого
кадра, а проблему недостаточного покрытия поверхности и отчасти «тёмных токов»
решили, ещё уменьшив размер пикселей и поместив над ними слой микролинз,
фокусирующих свет в центр пикселей. Это, в свою очередь, позволило создавать
вместо трёхтранзисторных более сложные элементы, а в недалёкой
перспективе — начать размещение внутри пикселей индивидуальных аналого-цифровых
преобразователей. Результаты не заставили себя ждать: лучшие на сегодняшний день
по качеству картинки сенсоры в зеркалках Canon выполнены именно на технологии
CMOS, и у них определённо есть куда совершенствоваться дальше. Специалисты
считают, что будущее цифровой фотографии — именно за CMOS-технологией.
Дополнительная информацияПочитать еще про фотоаппараты...
Просмотреть еще популярные страницы нашего сайта...
Послушать онлайн радио...
Почитать про обучение мастеров по ремонту мобильных телефонов...
Отправить бесплатно смску любимым и родным...
|