ПЗС или КМОП?
В КМОП-матрицах преобразование фотонов в заряд происходит таким же,
как и в ПЗС-матрицах, образом. Отличие заключается в том, что преобразование
заряда в напряжение осуществляется прямо внутри элемента матрицы.
ПРИМЕЧАНИЕ
КМОП — аббревиатура, обозначающая технологию производства микросхем —
«комплиментарных структур метал-оксид-полупро-водник» (CMOS — complementary
metal oxide semiconductor). Подавляющее большинство микроэлектронных компонентов
производятся поданной технологии.
Для синхронизации работы, а также для передачи полученных сигналов используются
адресные шины столбцов и строк матрицы. При этом возможно считывание всей
матрицы, столбца либо строки и даже отдельного элемента. Более того, отпадает
необходимость в регистрах сдвига и управляющих микросхемах. Значительно
сокращается также и энергопотребление.
В то время как процесс изготовления ЭОП на основе ПЗС достаточно сложен
и требует специализированного оборудования, технология производства КМОП-матриц
широко распространена. Практически любой завод радиоэлектронных изделий
может в кратчайшие сроки наладить выпуск ЭОП такого типа. Этим определяется
невысокая стоимость КМОП-сенсоров.
С момента появления КМОП-матрицы декларируются «наиболее перспективными
ЭОП», однако ряд недостатков не позволяют этим устройствам полностью вытеснить
ПЗС-сенсоры.
Во-первых, в каждом из элементов матрицы присутствуют преобразователь
заряд-напряжение и компоненты, предназначенные для считывания напряжения.
Как любые электронные устройства, эта «обвязка» при обработке сигнала
добавляет к нему помехи, именуемые электронным шумом.
Причем для каждого пиксела матрицы уровень электронного шума разный.
Второй минус КМОП-сенсоров вызван тем, что «обвязка» размещается вокруг
пиксела, что приводит к маттой площади светочувствительного элемента,
даже по сравнению с ПЗС-матрица-ми с буферизацией строк. Следствием этого
является низкая чувствительность ЭОП данного типа.
Для борьбы с электронным шумом применяется технология
«активных пикселов». В матрицах, использующих эту технологию, напряжение,
полученное после преобразования заряда, подается на вход усилителя, встроенного
в каждый пиксел. Так снижается влияние электронного шума, подмешиваемого
той частью «обвязки», которая отвечает за считывание сигнала.
Но при этом общее усложнение сенсора приводит к росту себестоимости
и увеличению доли брака в производстве. Кроме того, сокращается и без
того малая площадь светочувствительного элемента.
Для увеличения чувствительности, как и в ПЗС-сенсорах с буферизацией
строк, применяются микролинзы. Кроме того, непрерывно ведутся разработки
по уменьшению размеров дополнительных компонентов.
Совокупность показателей КМОП-сенсоров является причиной того, что в
любительских камерах они чаще встречаются в технике начального уровня
— с невысоким разрешением, простой оптикой и, разумеется, привлекательной
для покупателя ценой.
Основного успеха сенсоры данного типа достигли в профессиональных фотоаппаратах
и студийных камерах. В этой технике используются матрицы с большими габаритами,
поэтому площадь светочувствительных элементов значительно больше размеров
«обвязки» каждого пиксела. Благодаря этому достигается высокая чувствительность
сенсора. А чтобы расширить динамический диапазон, применяется ряд мер
по уменьшению уровня электронного шума.
В целом, несмотря на стремительное завоевание КМОП-матри-цами популярности
среди профессиональной и студийной техники, вряд ли стоит надеяться на
скорое исчезновение ПЗС-сенсоров из любительских фотокамер.
|