Цифровая фотография
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.
