Cad is braiteoir íomhá CMOS ann?

Tabhairt isteach

Ó fhóin chliste go carranna féin-tiomána go trealamh cigireachta tionsclaíoch, bíonn beagnach gach feiste a ghlacann íomhánna digiteacha ag brath ar chroí-theicneolaíocht: braiteoir íomhá CMOS (CIS). Tá sé freagrach as solas a athrú go comharthaí digiteacha ar féidir feistí leictreonacha a aithint agus a phróiseáil.

Mar sin, cad is braiteoir íomhá CMOS ann? Cad é a struchtúr inmheánach? Conas a dhéantar solas a thiontú ina íomhá dhigiteach? Cén fáth ar tháinig sé in ionad CCD agus go bhfuil sé príomhshrutha? Cuirfidh an t-alt seo tuiscint dhomhain ar fáil duit ar bhraiteoirí íomhá CMOS, ag déanamh anailíse ar a bprionsabail oibre, a bpríomh-chomhpháirteanna, a mbuntáistí, agus a n-éabhlóid theicneolaíoch reatha.

Cad is braiteoir íomhá CMOS (CIS) ann?

Is gléas leathsheoltóra é braiteoir íomhá CMOS a úsáideann teicneolaíocht chomhlántach-ocsaídiúcháin miotail-ocsaídí (CMOS) chun solas teagmhais (fótóin) a thiontú ina chomharthaí leictreacha, ag cruthú íomhá dhigiteach sa deireadh.

Go simplí, is sliseanna ciorcaid comhtháite é braiteoir íomhá CMOS le na mílte aonad beag bídeach, ar a dtugtar picteilíni, pacáilte go dlúth ar a dhromchla. Is féidir le gach picteilín solas a bhrath agus é a thiontú ina mhuirear leictreach, a dhéantar a thiontú ina shonraí digiteacha ansin trí chiorcaid atá comhtháite ar an tslis, agus an íomhá dhigiteach a fheicimid sa deireadh thiar.

An Prionsabal Oibre: Ó Solas go Picteilíni

Is é an rud is tábhachtaí chun tuiscint a fháil ar an dóigh a n -oibríonn braiteoirí íomhá CMOS ná tuiscint a fháil ar an dóigh a bhfeidhmíonn siad ag an leibhéal picteilín agus conas a léitear an comhartha.

Comhshó Photoelectric (Photodiode):
Ag croílár gach picteilín tá fóta -óid. Nuair a bhuaileann solas (fótóin) fóta -óid, gintear péirí leictreon-poll, áit a mbailítear leictreoin agus a ghintear muirear. Dá mhéad an solas teagmhais, is mó an muirear a charnadh in am nochta ar leith.

Carnadh muirir agus tiontú:
Tá an méid muirir a bhailíonn fóta -óid i gcomhréir leis an déine solais. Stóráiltear na muirir seo go sealadach i dtoilleas acomhal an fhóta -óid. Nuair a bhíonn siad ag léamh, déantar na muirir charntha seo a thiontú ina gcomhartha voltais.

Braiteoir Picteilín Gníomhach (APS):
Is é seo an difríocht bhunúsach idir braiteoirí CMOS agus braiteoirí traidisiúnta CCD. I mbraiteoir CMOS, tá a chiorcad gníomhach féin i ngach picteilín, atá comhdhéanta de ghnáth de thrasraitheoirí (ailtireacht 3T nó 4T go hiondúil) de ghnáth. Comhlíonann na trasraitheoirí seo príomhfheidhmeanna taobh istigh den phicteilín:

• Trasraitheoir a athshocrú:Úsáidtear é chun an muirear a ghlanadh ón nochtadh deireanach sa photodiode mar ullmhúchán do thimthriall nochta nua.
• Trasraitheoir Foinse Foinse\/Aimplitheoirí:Athraíonn an muirear atá carntha sa fhóta -óid ina chomhartha voltais agus déanann sé maolú nó réamh -aimpliú chun torann a laghdú agus neart comhartha a mhéadú.
• Row Roghnaigh Trasraitheoir:Feidhmíonn sé mar lasc chun ligean do chiorcaid léite sheachtracha rochtain a fháil ar chomhartha an tsraith ina bhfuil an picteilín suite.
• (In ailtireacht 4T) Trasraitheoir Geata Aistrithe:I bpicteilín 4T, aistríonn an photodiode an muirear ar idirleathadh ar snámh, atá ceangailte ansin leis an leantóir foinse. Cuidíonn an geata aistrithe seo le héifeachtúlacht tiontaithe fótaileictreach a fheabhsú agus le torann a laghdú.

Comhshó comhthreomhar agus comhshó aschur-go-digiteach (ADC):
Ós rud é go bhfuil ciorcaid ghníomhacha i ngach picteilín, is féidir braiteoirí CMOS a léamh go comhthreomhar. Ciallaíonn sé seo gur féidir le sraitheanna iolracha nó colúin de phicteilíní comharthaí a léamh ag an am céanna, agus go ndéantar gach comhartha a tharchur chuig tiontaire aschur-go-digiteach (ADC) tar éis dó dul trí aimplitheoir (sa phicteilín féin de ghnáth nó ag deireadh an cholúin).

• Murab ionann agus CCD, is iondúil go gcomhtháthaíonn braiteoirí CMOS ADC go díreach ar an sliseanna braiteora, agus is féidir leo fiú ADCanna neamhspleácha a chumrú do gach colún nó gach grúpa picteilín, rud a fhágann go bhfuil luasanna athfhorbartha an -ard á mbaint amach. Athraíonn an ADC an comhartha voltais aschuir ina luachanna digiteacha, arb iad na sonraí picteilín den íomhá deiridh iad.

Eochair -chomhpháirteanna de bhraiteoir íomhá CMOS

Tá il -mhodúil fheidhmiúla i sliseanna braiteora íomhá iomlán CMOS:

• Eagar picteilín:Tá greille déthoiseach lán-phacáilte le fóta-oidí agus le trasraitheoirí gníomhacha, arb é an croí-limistéar a bhaineann le gabháil íomhá é.
• Eagar Scagaire Dath (CFA):Suite os cionn an eagar picteilín, is iondúil go nglacann sé leis an bpatrún Bayer, agus ní cheadaíonn gach picteilín ach ceann de na trí dhath dearg, glas, agus gorm chun dul tríd. Ar an mbealach seo, ní thaifeadann gach picteilín ach déine solais datha ar leith, agus ansin déantar demosaicing trídan ISPChun an íomhá datha a athchruthú.
• Microlenses:Suite os cionn an scagaire datha, comhfhreagraíonn gach picteilín le micrea -mhíreanna, a úsáidtear chun solas a dhíriú níos éifeachtaí ar fhóta -óid gach picteilín chun úsáid solais a fheabhsú.
• Díchódóirí as a chéile\/colún:Úsáidtear é chun aghaidh a thabhairt go cruinn ar an tsraith picteilín nó an colún atá le léamh go cruinn agus a roghnú.
• Ciorcad Readout:San áireamh tá aimplitheoirí ar leibhéal picteilín (leanúna foinse), aimplitheoirí colún, agus ADCanna comhtháite ar an tslis chun comharthaí aschur a thiontú ina gcomharthaí digiteacha.
• Loighic Tráthúlachta & Rialaithe:Bainistíonn uainiú na hoibríochta braiteora iomláin, lena n -áirítear nochtadh, athshocrú, léamh, etc.
• Comhéadan Aschuir Dhigiteach:Tarchuireann sé na sonraí íomhá digiteacha próiseáilte chuig próiseálaí comhartha íomhá seachtrach (ISP) nó rialtóir óstach.

CMOS vs CCD: Cén fáth a bhfuil CMOS chun tosaigh

Roimh ardú braiteoirí CMOS, ba iad braiteoirí CCD (feiste cúpláilte muirir) príomhshruth na híomhá digiteach. Oibríonn braiteoirí CCD cosúil le "sealaíocht bhuicéad": cuirtear an muirear a bhailíonn gach picteilín chuig na picteilíní in aice láimhe ceann ar cheann go dtí go sroicheann sé nód athléite ar imeall na sliseanna le haghaidh tiontaithe. Tugann an modh sraithuimhir seo teorainneacha bunúsacha.

Tá na buntáistí suntasacha seo a leanas ag braiteoirí CMOS thar bhraiteoirí CCD mar gheall ar a n -ailtireacht uathúil, agus iad a dhéanamhAn chéad rogha don chuid is mó de na modúil cheamarainniu:

• Luas níos airde:Ceadaíonn Réamh -chomhthreomhar CMOS próiseáil a dhéanamh ar ilshraitheanna nó colúin sonraí ag an am céanna, rud atá i bhfad níos tapúla ná mar a bhí i gceist le sraithuimhir CCD, mar sin aRáta fráma níos airdeis féidir é a bhaint amach.
• Tomhaltas cumhachta níos ísle:Déanann braiteoirí CMOS comhshó muirir-go-voltas taobh istigh den phicteilín, agus ní éilíonn an próiseas athléite go mór go minic le CCD, mar sin laghdaítear tomhaltas cumhachta go mór, rud a chiallaíonn go bhfuil sé an-oiriúnach do ghléasanna faoi thiomáint ceallraí (mar shampla fóin chliste).
• Costas níos ísle:Is féidir braiteoirí CMOS a tháirgeadh ag baint úsáide as próisis mhonaraithe leathsheoltóra caighdeánacha, atá níos cost-éifeachtaí agus níos éasca le mais-tháirgeadh.
• Comhtháthú níos airde:Bunaithe ar theicneolaíocht CMOS, is féidir braiteoirí íomhá a chomhtháthú go héasca le loighic rialaithe, ADC, agus fiú roinnt feidhmeanna ISP ar an tslis chéanna chun "ceamara-ar-a-sliseanna" a chruthú, rud a laghdaíonn comhpháirteanna seachtracha agus a laghdaíonn castacht agus costas an chórais.
• Níos lú smearadh\/bláthú:Ós rud é go léitear gach picteilín go neamhspleách, tá braiteoirí CMOS níos lú seans maith go mbeidh smearadh CCD (streaks bán ingearacha) agus bloom (spotaí bána ag leathadh amach ó cheantair gheal) i solas geal.
• Readout solúbtha:Is féidir le braiteoirí CMOS limistéir shonracha (Roi) a léamh gan an braiteoir iomlán a léamh.

Míbhuntáistí Stairiúla CMOanna (a shárú go bunúsach)

Éifeacht cróluas rollta:Baineann an chuid is mó de na braiteoirí CMOS úsáid as léamh cróluas rollta, a d'fhéadfadh a bheith ina chúis le saobhadh íomhánna agus rudaí ag gluaiseacht go tapaidh a lámhach. Mar sin féin, le forbairt na teicneolaíochta,cró comhla domhandaTá braiteoirí CMOS tagtha chun cinn, ag réiteach na faidhbe seo agus úsáidtear go forleathan iad i réimsí tionsclaíocha agus gairmiúla.Airteagal faoi Sholter Domhanda vs. Rolling Shutter.

Torann níos airde go stairiúil:Thug braiteoirí luatha CMOS torann breise isteach mar gheall ar chomhtháthú trasraitheoirí i ngach picteilín. Mar sin féin, le dul chun cinn na bpróiseas monaraíochta agus teicneolaíochtaí laghdaithe torainn (amhail dlúthdhioscaí samplála dúbailte a chomhtháthú i bpicteilíní), tá braiteoirí nua -aimseartha CMOS tar éis dul chun cinn mór a dhéanamh i rialú torainn, fiú ag dul thar CCD i roinnt gnéithe.

Teicneolaíochtaí CMOS ardleibhéil

Tá teicneolaíocht braiteora íomhá CMOS ag teacht chun cinn fós, agus anseo tá roinnt nuálaíochtaí tábhachtacha:

• Soilsiú Backside (BSI):Cuireann braiteoirí traidisiúnta CMOS (tosaigh-soilsithe) sreangú miotail agus trasraitheoirí os cionn an fhóta -óid, ag cur bac ar roinnt solais. Gluaiseann teicneolaíocht BSI an ciseal sreangaithe thíos nó ar chúl an fhóta -óid, rud a ligeann don solas teacht ar an limistéar photosensitive níos dlúithe agus níos éifeachtúla, ag feabhsú go suntasach photosensitivity agus éifeachtúlacht chandamach, go háiritheI dtimpeallachtaí éadroma íseal, agus is gné chaighdeánach é de mhodúil nua -aimseartha ceamara fóin chliste.
• CMOanna cruachta:Forbairt bhreise ar theicneolaíocht BSI. Déanann sé an sliseanna eagar picteilín agus an tslis próiseála loighic (lena n -áirítear ISP agus stóráil, etc.) ar leithligh, ansin iad a stopadh le chéile agus nascann siad iad le cónaisc bheaga. Ní hamháin go ndéanann an struchtúr cruachta tríthoiseach seo an braiteoir níos lú, ach cuireann sé ar chumas luasanna próiseála níos tapúla agus níos mó feidhmeanna ar sliseanna.
• CMOanna cróise domhanda:Tá sé deartha go sonrach le haghaidh feidhmchlár a éilíonn íomhánna gluaisne ardluais saor ó shaobhadh a ghabháil, cuireann sé cuimhne le muirear a stóráil laistigh de gach picteilín chun go mbeidh gach picteilín nochta ag an am céanna, ag réiteach an éifeacht cróláilte rollta.

Deireadh

Baineann Braiteoir Íomhá CMOS (CIS), mar an chroí -theicneolaíocht chun solas a athrú ina n -íomhánna digiteacha, na buntáistí a bhaineann le tomhaltas ardluais, ísealchumhachta, ar chostas íseal agus comhtháthú ard trína ailtireacht picteilín ghníomhach uathúil agus cumas athfhorbartha comhthreomhar. Cé go raibh dúshláin cosúil le cróluas rollta, le nuálaíocht leanúnach ardteicneolaíochtaí amhail cúl-shoilsithe, cróláilte agus cróluas domhanda, tá braiteoirí CMOS tar éis a gcuid míbhuntáistí stairiúla a shárú, bhain siad amach léim i bhfeidhmíocht, agus bhí seasamh ceannasach iomlán acu in iarratais éagsúla íomháithe digití.

Is céim ríthábhachtach é tuiscint dhomhain ar phrionsabail agus ar thréithe braiteoirí íomhá CMOS d'aon fhorbróir táirge nó córais a bhfuil baint aige leismodúil cheamara. Is iad na "súile leictreonacha" bídeacha seo a thugann an cumas do ghléasanna nua -aimseartha an domhan a bhreathnú agus a thuiscint.

Ceisteanna Coitianta Gaolmhara

1. Cé chomh fada is a mhaireann braiteoir íomhá CMOS? An gcaithfidh sé amach?
A.Is feistí leathsheoltóra solad-stáit iad braiteoirí íomhá CMOS gan aon chodanna meicniúla a chaitheamh. Faoi ghnáthchoinníollacha oibriúcháin (laistigh de theorainneacha dearaidh amhail teocht agus voltas), tá a saol an -fhada, de ghnáth i bhfad níos mó ná saol an táirge ina bhfuil siad comhtháite. Tagann a dhíghrádú feidhmíochta den chuid is mó ón méadú ar an sruth dorcha atá carntha thar thréimhse fhada ama (mar a léirítear mar thorann méadaithe), ach is próiseas an -mhall é seo de ghnáth agus níl sé faoi deara i saol táirgí tomhaltóra. Is féidir le teas nó radaíocht mhór dlús a chur le haosú.

2.An braiteoirí CMOS atá so-ghabhálach do dhamáiste nó do "dhó isteach" cosúil le scannán traidisiúnta?
A.De ghnáth bíonn braiteoirí CMOS níos durable ná braiteoirí traidisiúnta scannáin nó luath -CCD, ach níl siad “dodhéanta go hiomlán”. I bhfianaise dhíreach an-láidir (mar shampla ag díriú go díreach ar an ngrian, bíomaí léasair), d'fhéadfadh nochtadh ró-fhairsingithe fadtéarmach damáiste buan a dhéanamh do phicteilíní (picteilíni marbh nó spotaí te) nó éifeacht “sruthán” a chur faoi deara. Dá bhrí sin, ba cheart modúil cheamara a sheachaint ó bheith nochta do sholas an -mhór ar feadh i bhfad.

3. Cad é an teorainn le miondealú braiteoirí íomhá CMOS?
A.Tá miondealú braiteoirí íomhá CMOS teoranta ag dlíthe na bpróiseas fisice agus déantúsaíochta. Nuair a laghdaítear an méid picteilín go pointe áirithe, laghdóidh éifeachtúlacht bhailiúcháin fótóin, méadóidh an torann réasúnta, agus beidh an éifeacht chandamach níos soiléire, agus mar thoradh air sin laghdófar cáilíocht na híomhá. Ag an am céanna, bíonn sé thar a bheith deacair ciorcaid go leor (amhail trasraitheoirí) a chomhtháthú agus diomailt teasa éifeachtach a bhaint amach i méideanna an -bheaga. In ainneoin seo, tá monaróirí fós ag fiosrú ábhar agus struchtúir nua (mar shampla cruachta, BSI níos airde) chun na teorainneacha seo a bhriseadh chun freastal ar riachtanais cheamaraí endoscopic níos lú nó feistí inchothaithe.