CMOS anturi

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 28. joulukuuta 2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

CMOS-matriisi on valoherkkä matriisi , joka on valmistettu CMOS-tekniikan pohjalta .

CMOS-matriiseissa käytetään eristettyjä hila -kenttätransistoreja , joiden kanavat ovat eri johtavia.

CMOS-matriisikennon vastaava piiri: 1 - valoherkkä elementti (valodiodi); 2 - suljin; 3 - kondensaattori, joka tallentaa latauksen diodista; 4 - vahvistin; 5 - rivivalintaväylä; 6 - pystysuora väylä, joka lähettää signaalin prosessorille; 7 - nollaussignaali. [yksi]

Historia

1960-luvun lopulla Monet tutkijat ovat havainneet, että CMOS-rakenteet ovat herkkiä valolle. Varauskytketyt laitteet tarjosivat kuitenkin niin korkeamman valoherkkyyden ja kuvanlaadun, että CMOS-anturit eivät saaneet havaittavaa kehitystä.

1990-luvun alussa CMOS-anturien ominaisuuksia ja valmistustekniikkaa parannettiin huomattavasti. Submikronin fotolitografian kehitys on mahdollistanut ohuempien yhdisteiden käytön CMOS-antureissa. Tämä johti valoherkkyyden kasvuun johtuen suuremmasta prosenttiosuudesta matriisin säteilytetystä alueesta.

CMOS-anturiteknologian vallankumous tapahtui, kun NASAn Jet Propulsion Laboratory (JPL ) otti onnistuneesti käyttöön Active Pixel Sensors (APS) - aktiiviset pikselianturit [2] . Teoreettisia tutkimuksia tehtiin useita vuosikymmeniä sitten, mutta aktiivisen anturin käytännön käyttö siirtyi vuoteen 1993. APS lisää jokaiseen pikseliin transistorin lukuvahvistimen, joka mahdollistaa varauksen muuntamisen jännitteeksi suoraan pikselissä. Tämä tarjosi myös satunnaisen pääsyn valoilmaisimiin, samankaltaisesti kuin RAM-siruissa.

Tämän seurauksena vuoteen 2008 mennessä CMOS:sta tuli käytännössä vaihtoehto CCD:ille.

Vuonna 2011 Samsung esitteli Barcelonan MWC:ssä uudentyyppisiä CMOS-antureita, jotka on suunnattu älypuhelinsovelluksiin.

Kuinka se toimii

Nollaa signaali ennen kuvaamista
Valotuksen aikana valodiodi kerää varauksen
Lukemisen aikana näyte otetaan kondensaattorin jännitearvosta

Edut

CMOS -tekniikan tärkein etu on alhainen staattinen virrankulutus. Tämä mahdollistaa tällaisten matriisien käytön osana haihtumattomia laitteita, esimerkiksi liikeantureissa ja valvontajärjestelmissä, jotka ovat suurimman osan ajasta "lepotilassa" tai "odota tapahtumaa".
CMOS-matriisin tärkeä etu on tekniikan yhtenäisyys laitteiston muiden digitaalisten elementtien kanssa. Tämä johtaa mahdollisuuteen yhdistää analogiset, digitaaliset ja prosessointiosat yhdelle sirulle (CMOS-tekniikka, joka on ensisijaisesti prosessoritekniikka, ei tarkoita vain valon "sieppausta", vaan myös signaalien muuntamis-, käsittely- ja puhdistusprosessia. ja kolmannen osapuolen REA-komponentit), jotka toimivat perustana kameroiden miniatyrisoinnille monenlaisille laitteille ja alensivat niiden kustannuksia lisäprosessorisirujen hylkäämisen vuoksi.
Voit lukea valittuja pikseliryhmiä käyttämällä hajasaantimekanismia. Tätä toimintoa kutsutaan kehystetyksi lukemiseksi ( eng. windowing readout ). Rajauksen avulla voit pienentää otetun kuvan kokoa ja mahdollisesti lisätä lukunopeutta verrattuna CCD-antureihin, koska jälkimmäisessä kaikki tiedot on ladattava jatkokäsittelyä varten. On mahdollista käyttää samaa matriisia olennaisesti erilaisissa tiloissa. Erityisesti lukemalla nopeasti vain pieni osa pikseleistä on mahdollista saada laadukas live-kuvan katselutila laitteeseen sisäänrakennetulla näytöllä suhteellisen pienellä pikselimäärällä. Voit skannata vain osan kehyksestä ja näyttää sen koko näytöllä. Näin saadaan mahdollisuus korkealaatuiseen manuaaliseen tarkennukseen. On mahdollista tehdä nopeaa reportaasikuvausta pienemmällä kehyskoolla ja resoluutiolla.
Pikselin sisällä olevan vahvistimen lisäksi vahvistuspiirejä voidaan sijoittaa mihin tahansa signaalitien varrelle. Näin voit luoda vahvistavia kaskadeja ja lisätä herkkyyttä huonoissa valaistusolosuhteissa. Mahdollisuus muuttaa kunkin värin vahvistusta parantaa erityisesti valkotasapainoa .
Tuotannon edullisuus verrattuna CCD-matriiseihin, erityisesti suuriin matriiseihin.

Haitat

Kennon valodiodi vie huomattavasti pienemmän alueen anturielementistä verrattuna täyden kehyksen siirtoon CCD:hen . Siksi varhaisten CMOS-antureiden valoherkkyys oli huomattavasti pienempi kuin CCD:n. Mutta vuonna 2007 Sony lanseerasi uuden sukupolven CMOS-video- ja -kamerakameroiden Exmor -tekniikalla , jota oli aiemmin käytetty vain CMOS-antureissa tietyissä optisissa laitteissa, kuten elektroniteleskoopeissa . Näissä matriiseissa pikselin elektroninen "sidos", joka estää fotoneja pääsemästä valoherkälle elementille, siirrettiin matriisin ylemmästä kerroksesta alempaan kerrokseen, mikä mahdollisti sekä pikselin fyysisen koon kasvattamisen. matriisin samat geometriset mitat ja elementtien saavutettavuus valolle, mikä vastaavasti lisäsi kunkin pikselin ja koko matriisin herkkyyttä. CMOS-matriisit ensimmäistä kertaa verrattuna CCD-matriiseihin valoherkkyydessä, mutta osoittautuivat energiaa säästävimmiksi ja vailla CCD-tekniikan päähaitta - pistevalon "pelkoa". Vuonna 2009 Sony paransi EXMOR CMOS -antureita "Backlight illumination" -tekniikalla. Tekniikan idea on yksinkertainen ja vastaa täysin nimeä.
Matriisikennon valodiodi on suhteellisen pienikokoinen, kun taas tuloksena olevan lähtöjännitteen arvo ei riipu pelkästään itse fotodiodin parametreista, vaan myös kunkin pikselielementin ominaisuuksista. Siten jokaisella matriisin pikselillä on oma ominaiskäyränsä ja matriisin pikselien valoherkkyyden ja kontrastisuhteen hajaantumisongelma on olemassa . Tämän seurauksena ensimmäisillä tuotetuilla CMOS-matriiseilla oli suhteellisen alhainen resoluutio ja korkea ns. "kuviokohina" ( englanniksi kuviokohina ).
Suuri määrä elektronisia elementtejä matriisissa verrattuna valodiodiin aiheuttaa laitteen lisälämmityksen lukuprosessin aikana ja johtaa lämpökohinan lisääntymiseen.

Katso myös

Muistiinpanot

↑ CCD vs CMOS: faktoja ja fiktiota. Arkistoitu 27. helmikuuta 2008 Wayback Machinessa - Uudelleenpainettu Laurin Publishing Co.:n PHOTONICS SPECTRA© tammikuun 2001 numerosta. Inc. (Englanti)
↑ Aktiivipikselianturien toimintaperiaate ja suunnittelu (Principles of Operation and Design of the Active-Pixel Sensors Preprint, Inst. Appl. Math., Venäjän tiedeakatemia). Arkistoitu kopio 8. lokakuuta 2016 Wayback Machinessa Ovchinnikov A.M., Ilyin A.A., Ovchinnikov M.Yu.

Kirjallisuus

Viktor Belov. Valo muistia varten // "Valokuva ja video" : lehti. - 2005. - Nro 3 . - S. 72-75 . (Venäjän kieli)