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.

Почитать еще про  фотоаппараты...

Просмотреть еще  популярные страницы нашего сайта...

Послушать онлайн  радио...

Почитать про обучение мастеров по ремонту мобильных телефонов...