в Sony разработали матрицу BSI-CMOS с глобальным затвором / Разработки / Новости фототехники
Дата публикации: 19.02.2018
Компания Sony сделала важный шаг вперёд в области производства датчиков изображения, объявив о разработке новой многослойной матрицы с обратной засветкой, у которой считывание со всех отдельных датчиков происходит одновременно. Правда, на сей момент реализована лишь матрица разрешения 1,46 миллиона точек, однако полученные результаты выглядят многообещающе.
Новая матрица позволяет считывать информацию со всех «пикселей» одновременно за счёт того, что каждый единичный датчик имеет собственный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), расположенный на «нижнем чипе», плоскость которого находится ниже, чем «верхнего чипа», содержащего активные светочувствительные элементы. Огромное количество ЦАПов и делает возможным одновременно считывание – вместо массово использующегося сейчас в последовательного считывания сигнала, ряд за рядом, поскольку в традиционных КМОП-матрицах содержится гораздо меньшее количество ЦАПов, соединённых параллельными столбцами.
Мгновенное считывание сигнала по всей матрицы позволяет избежать эффекта «роллинг-шаттера» (буквально – катящегося затвора), при котором на изображении подвижных объектов возникают различные искажения – вследствие задержки между считыванием рядов пикселей друг за другом. В ныне существующих матрицах быстро движущиеся объекты искривляются по мере продвижения по кадру, поскольку верхний ряд пикселей считывается раньше, чем нижний. Искривления могут доходить даже до полного разрыва изображения и образования странных стробоскопических эффектов.
В относительно безобидных ситуациях при искусственном освещении могут возникать полосы на изображении.
Глобальный затвор, при котором весь кадр считывается за один раз, решает все подобные проблемы.
Снято при времени экспонирования 0,56 мс
Разработчики Sony заявляют, что их новая матрица – первая в мире высокочувствительная К-МОП матрица с обратной засветкой, имеющая параллельные ЦАПы на пиксельном уровне, а общее количество пикселей превышает 1 миллион.
Хотя миллион пикселей – маловато для сегодняшних фотографов, это всё равно большой шаг на пути к созданию матрицы, безупречной с точки зрения проблемы роллинг-шаттера. Матрицам с глобальным затвором станет не нужен механический затвор – электронного затвора будет достаточно, чтобы делать снимки движущихся объектов без искажения. Резко возрастут и возможности использования электронного затвора при съемке со вспышкой, уж не говоря о работе с флюоресцентным и светодиодным освещением без боязни появления полос на изображении. В не меньшей степени будет глобальный затвор полезен и для видеосъемки.
Новая технология является большим шагом вперёд и в сравнении с нынешними К-МОП матрицами с глобальным затвором, в которых имеется сначала светочувствительный пиксель, а далее идёт буферный пиксель, или «пиксель хранения» (storage pixel), в который передаётся заряд, полученный во время экспонирования. Этот «пиксель хранения» держит заряд до момента считывания столбцовыми ЦАПами, ряд за рядом. Проблема такого подхода в том, что на активном светочувствительном слое приходится выделять области для «пикселей хранения», и площадь реального экспонирования снижается. При новой технологии, считают в Sony, необходимость в «пикселях хранения» полностью отпадает, поскольку считать информацию со всех светочувствительных элементов можно один раз, в конце экспозиции.
Специалисты Sony сообщают, что им прошлось использовать в 1000 раз больше ЦАПов, чем потребовалось бы обычно для 1-мегапиксельной матрицы. Дополнительным ЦАПам требуется намного больше тока питания, так что для этого чипа были разработаны специальные ЦАПы с низким энергопотреблением. Кроме того, новая высокоскоростная конструкция передачи данных обеспечивает более высокие скорости считывания и записи, необходимые для параллельной работы всех ЦАПов и передачи цифровых данных.
Вероятно, пройдет какое-то время, прежде чем новая технология будет реализована в матрицах высокого разрешения – с большим количеством пикселей меньшего размера – и начнёт использоваться в камерах, доступных на массовом рынке, однако есть все шансы, что в обозримом будущем это-таки произойдёт.
Меньше шумов с новыми CMOS-сенсорами / Блог компании Samsung / Хабр
На Mobile World Congress 2011, который стартует в Барселоне в понедельник и продлится до 17 февраля, Samsung продемонстрирует два новых
CMOS-сенсора(S5K3L1 и S5K3h3), которые ориентированы на применение в смартфонах.
Не смотря на распространенное (и вполне справедливое) убеждение «камера в телефоне баловство, фотоаппарат она не заменит», часто случаются ситуации, когда под рукой ничего лучшего, чем камера в телефоне не оказывается. И тут в качестве софтверного фильтра, улучшающего качество фотографии, часто применяется фраза «Сорри за качество, снимал телефоном». Samsung очень любит своих покупателей и совсем не хочет, чтобы они лишний раз извинялись за собственную технику. Поэтому наши инженеры не устают предлагать новые решения, которые позволят гордиться снимками, а не извиняться за них.
У модели S5K3L1 — 1/3,2-дюймовый 12-мегапиксельный сенсор. Она изготовлена с применением технологии задней подсветки BSI (Back Side Illuminated), что позволяет снимать с минимальными шумами при невысокой освещенности.
Разница между обычным сенсором (с передней подсветкой) и новым сенсором с технологией задней подсветки BSI состоит в том, что устройство BSI упрощает попадание света на фотодиоды сенсор. В обычном CMOS-сенсоре свет вынужден проходить по металлической проводке и элементам схемы, прежде чем он попадет на фотодиоды (т. н. «светополучающая поверхность» — light-receiving surface на схеме). В сенсоре же с задней подсветкой проводка спрятана за светополучающую поверхность, за счет чего сенсор становится более светочувствительным.
Также новинка оснащена опциональным фильтр RGB-white, который позволяет получить более яркие снимки (на 30% по сравнению с традиционными RGB-фильтрами). Некоторые дополнительные функции призванны устранить искажения на снимках.
Кроме фото сенсор способен снимать видео: в разрешении Full HD 1080p с частотой 60 кадров в секунду, в разрешении HD 720p — со скоростью 90 кадров в секунду, в разрешении VGA — 120 кадров в секунду.
CMOS-сенсор S5K3h3 также выполнен в форм-факторе 1/3,2 дюйма на базе технологии обратной подсветки, но его разрешение составляет 8 мегапикселей. Кстати, технология BSI отличается низким уровнем энергопотребления, так, сенсор S5K3h3 способен работать при напряжении всего 1,2 В — это позволяет продлить срок работы мобильного устройства.
Этот сенсор также способен осуществлять запись видео: в разрешении Full HD 1080p с частотой 30 кадров в секунду, в разрешении HD 720p — со скоростью 60 кадров в секунду, в разрешении VGA — 120 кадров в секунду. Поддерживается и возможность осуществления серийной съемки фотографий со скоростью до 15 кадров в секунду.
Обе модели сенсоров доступны для применения с модулями камер размера 8,5×8,5х6,0 мм с автофокусом. Таким образом, инженеры могут использовать ее в тонких мобильных устройствах.
Они уже доступны в виде отдельных образцов, а начало их массового производства состоится в третьем квартале этого года.
BSI CMOS сенсор с глобальным затвором от Sony
Sony разработала CMOS сенсор с обратной подсветкой, который может считывать каждый пиксель одновременно, делая возможным реализацию глобального затвора. Несмотря на то, что датчик имеет разрешение 1,46 миллиона пикселей, развивающаяся технология обладает значительным потенциалом.
Метод производства, разработанный Sony, предполагает создание многослойного сенсора, в котором слой из аналагово-цифровых преобразователей (АЦП) располагается под светочувствительным слоем, отвечающим за формирование изображения. Благодаря такому решению, каждый пиксель имеет свой отдельный АЦП, что позволяет считывать все активированные пиксели одновременно, а не последовательно, как это делается в традиционных CMOS датчиках, содержащих гораздо меньше «параллельных колонок» АЦП.
Мгновенное считывание позволяет избежать так называемого эффекта «Роллинг-шаттер», когда при съёмке быстро движущихся объектов происходит их искажение по мере продвижения по кадру, поскольку пиксели в верхней части обычного датчика считываются раньше, чем в нижней. Такое считывание также приводит к появлению горизонтальных полос, если в кадр попадают импульсные источники света, например лампы искусственного освещения.
Sony утверждает, что её датчик является первым высокочувствительным CMOS-датчиком с обратной подсветкой и пиксельно-параллельными АЦП, имеющим разрешение более 1 миллиона пикселей. Хотя разрешение и является скромным — это большой шаг в направлении создания датчика более высокого уровня.
По словам компании, новый датчик, содержит в 1000 раз больше АЦП, чем обычно вмещает датчик 1 Мп. Для повышения энергоэффективности Sony специально разработала слаботочные, компактные АЦП для этого чипа. Кроме того, новая высокоскоростная конструкция передачи данных обеспечивает высокую скорость чтения и записи, необходимую для одновременного управления всеми АЦП и передачи цифровых данных.
Новый датчик Sony вносит неоспоримый вклад в развитие технологии глобального затвора, которая традиционно страдает от более высоких уровней шума и более низкого динамического диапазона. Однако потребуется значительное время для массового применения подобных датчиков в стандартных камерах.
Источник: https://www.dpreview.com/news/1945724359/sensor-breakthrough-sony-has-developed-a-backlit-cmos-sensor-with-global-shutter
Какие матрицы селфи-камер лучше: BSI CMOS и CMOS
Технология, по которой произведена матрица селфи-камер, очень важна. Одно из самых важных требований к селфи – возможность делать качественные фото в сумерках и недостаточной освещенности. На данный момент камеры на лицевой панели смартфонов производят на базе двух технологий: CMOS и BSI CMOS.
Как вы уже поняли, BSI CMOS – это развитие популярных матриц CMOS. BSI (задняя подсветка) позволяет сенсору камеры получать больше света на уровне пикселя, чем в простых матрицах CMOS. В результате, получаются более качественные снимки.
Когда Apple объявила, что использует CMOS-сенсор с задней подсветкой (BSI) в iPhone 4, это был, вероятно, первый раз, когда большинство людей услышали об этой технологии. Честно говоря, я сомневаюсь, что большинство пользователей iPhone беспокоятся о технологии матрицы. Их заботит то, что фотоаппарат делает отличные фотографии (для смартфона) при освещении ниже идеального.
Компании Apple и HTC первыми применили этот тип сенсоров в мобильных устройствах. А вот в фотоаппаратах BSI CMOS появились с момента выпуска компанией Sony видеокамер HDR-XR500V и HDR-XR520V с матрицей Exmor R собственной разработки в феврале 2009 года.
Что делает BSI лучше обычного CMOS для селфи-камер?
Простой ответ заключается в том, что конструкция облегчает доступ света к фотодиодам на матрице. В обычном CMOS-датчике с фронтальной подсветкой (FI) свет должен проходить через металлическую проводку и элементы цепи, прежде чем попасть на фотодиоды. В датчике BSI CMOS проводка перемещена за светоприемную поверхность. Это делает датчик более чувствительным к свету. Чем более чувствительной она является, тем меньше света требуется для получения правильно экспонированной фотографии и тем меньше создается шума.
Именно поэтому смартфоны с селфи-камерой на базе BSI CMOS матрицы делают более качественные фото в кафе, барах и в сумерках на улице. Поэтому, если есть возможность и вам важна селфи-камера, выбирайте правильный смартфон. Для этого ниже есть ссылки. Перейдя по ним, вы сможете посмотреть все смартфоны с правильной матрицей селфи-камер. Эта характеристика смартфона куда важнее количества мегапикселей.
Все виды матриц для селфи-камер:
Sony разработала революционную BSI-матрицу с центральным затвором
Sony анонсировала новую революционную разработку: компания создала 1,46-мегапиксельную CMOS-матрицу с обратной засветкой (BSI) и центральным затвором. Это первая в мире CMOS-матрица с разрешением свыше 1 мегапикселя с такими характеристиками.
BSI — технология, при которой засветка матрицы происходит с обратной стороны, что позволяет увеличить количество полученного света. Это, в свою очередь, позволяет улучшить качество работы в условиях слабого освещения. Раньше подобные матрицы использовались главным образом в астрофотографии или в камерах наблюдения, но сейчас эта технология все больше применяется и в потребительских фотокамерах.
В 2015 году Sony a7R II стала первой полнокадровой камерой с BSI-матрицей; в 2017-м Nikon D850 — первой камерой с BSI-матрицей разрешением более 45 мегапикселей.
Но все эти BSI-матрицы — с построчным считыванием, то есть пиксели кадра считываются не одновременно, а ряд за рядом, пусть даже и очень быстро. В большинстве случаев разницы между двумя вариантами считывания нет, однако если камера или объекты в кадре движутся во время съемки, при построчном считывании возникают искажения.
Искажения, возникающие при построчном считывании, на примере быстро движущихся лопастей пропеллераНовая разработка Sony представляет собой матрицу с обратной засветкой (BSI) и с функцией центрального затвора, что позволяет считывать все пиксели кадра одновременно. Это — выдержка из технического описания матрицы на сайте Sony:
“Новый датчик Sony получил новейшие компактные слаботочные конвертеры, расположенные под каждым пикселем. Они мгновенно конвертируют аналоговый сигнал со всех пикселей в цифровой, чтобы временно сохранить его в цифровой памяти. Такая архитектура позволяет избежать искажения, вызванного задержкой считывания, что позволяет реализовать функцию центрального затвора.
Чтобы добиться параллельной конвертации всех пикселей, Sony разработала технологию, благодаря которой стало возможно использовать примерно 3 миллиона соединений Cu-Cu (“медь-медь”) в одной матрице. Такое соединение обеспечивает электрическую непрерывность между пикселем и слоем управляющей логики, одновременно обеспечивая пространство для 1,46 миллиона конвертеров (по количеству эффективных пикселей)”.
Это — пример фото, снятого с помощью новой матрицы (обратите внимание на отсутствие искажений у вращающихся лопастей вентилятора):
Пока нет никакой информации, когда эта революционная разработка появится в потребительских камерах, но уже очевидно, что Sony намерена удержать свое господство в области производства датчиков изображений и обеспечить своим цифровым камерам первенство в плане качества матриц.
Сенсоры Sony Pregius S | Basler
Sony представляет Pregius S – четвертое поколение своих популярных КМОП-сенсоров, – в очередной раз поднимая планку технологического совершенства светочувствительных матриц. Вслед за первым популярным поколением сенсоров Sony IMX174, каждое следующее поколение объединяло в себе новейшие технологические достижения и усовершенствования, которые способствовали повышению качеству изображения и открывали возможности применения сенсоров для решения самых разнообразных задач в сфере машинного зрения различными способами.
Последнее поколение сенсоров от японского эксперта не является исключением: в серии Pregius S предлагаются высокоскоростные модели IIMX530, IMX531, IMX532, IMX535, IMX536 и IMX537, а также стандартные модели IIMX540, IMX54, IMX542, IMX545, IMX546 и IMX547. Все они отличаются от предшественников фундаментальными изменениями в конструкции пикселей, которые полностью отвечают текущей тенденцией к миниатюризации и повышению разрешения.
Что нового предлагают Pregius S?
В двух словах:
Небольшие пиксели + сенсор с BSI (задняей засветкой) + глобальный затвор => широкой спертр разрешения, компактный формат, предотвращение размытия изображения вследствие движения
Каковы преимущества Pregius S?
По сравнению со своими предшественниками, новые сенсоры Pregius S значительно усовершенствованы во многих аспектах, включая разрешающую способность, функциональную применимость, качество обработки изображения и преимущества для пользователей:
Ниже представлен обзор наиболее важных инноваций:
Непревзойденная на настоящий момент низкая цена за разрешение в мегапикселях: ввиду небольшого размера пикселя (всего 2,74 мкм) на доступной поверхности сенсора можно разместить большее количество пикселей.
Меньше камер на систему машинного зрения: благодаря высочайшему качеству и отличному соотношению цены и качества, например, одна камера 24 Мп может заменить две камеры 12 Мп.
Широкий спектр разрешения: от 5 МП до 24 МП — подходящее разрешение для любой сферы применения.
Глобальный затвор: новая технология в сочетании с сенсорыами с задней засветкой (BSI). Обеспечивает отсутствие эффекта размытия на изображении при движении объекта съемки, в том числе с высокой скоростью. До настоящего времени сенсоры с BSI предлагались только со скользящим затвором (Sony STARVIS).
- Варианты соотношения сторон для универсального применения, например:
16:9 для решения большинства задач в дорожно-транспортной сфере,
1:1 для медико-биологических наук, например микроскопии
- 4:3 для максимального разрешения при ограничении C-Mount
Полезные функции, включая выбор нескольких активных зон с (до 8×8 активных зон): уменьшает объем данных, обеспечивая, таким образом, возможность повышения частоты кадров.
Три важнейших преимущества Pregius S: производительность, цена, точность
Производительность:
- Компактность, малый вес, совместимость с C-Mount
Высокая точность и более высокая скорость передачи данных
Соотношение сторон для решения различных задач в различных отраслях
Небольшие пиксели и оптический формат сенсора — идеально для камер высокого разрешения в компактных встраиваемых системах машинного зрения
Снижение объемов передачи данных и более высокая кадровая частота благодаря функции выбора нескольких активных зон
Цена:
Чрезвычайно выгодная цена за мегапиксель
Экономия затрат за счет снижения сложности аппаратной архитектуры
Точность:
Высокое качество изображения
Предотвращение размытия объекта съемки в движении с технологией глобального затвора
Более точное обнаружение дефектов даже самых мелких компонентах благодаря разрешению до 24 Мп
С точки зрения преимуществ для пользователя, уменьшением размера пикселя Sony решает две проблемы сразу:
1. Более точное обнаружение дефектов:
Благодаря измененной пиксельной архитектуре новой конструкции сенсора с BSI, поглощение света каждым пикселем увеличивается, а значит, сенсор меньшей площади способен поглотить и обработать достаточное количество света, что гарантирует его непревзойденную чувствительность, несмотря на небольшие размеры пикселей. В то же время поверхность сенсора используется более эффективно, поскольку на ней размещается большее количество пикселей, что, в свою очередь, значительно увеличивает разрешение.
Даже мельчайшие ошибки становятся видимыми. Если для сенсора IMX253 2-го поколения с разрешением 12 Мп по-прежнему требуется 25 кадров, то для сенсора IMX531 4-го поколения с разрешением 20 Мп – всего 12 кадров.2. Более высокая производительность:
Высокоскоростной интерфейс стандарта SLVS-EC (масштабируемая низковольтная передача сигналов со встроенной синхронизацией), разработанный Sony, отвечает за увеличение частоты считывания кадров, при условии, что интерфейс передачи данных камеры обеспечивает соответствующую пропускную способность (например, CoaXPress). По сравнению с камерами более низкого разрешения для контроля качества одной и той же площади потребуется меньше кадров.
Сенсоры Pregius S: выскоскоростные и стандартные модели
Sony представляет два модельных ряда сенсоров Sony Pregius S, различающиеся кадровой частотой, по шесть вариантаов разрешения в каждом модельном ряду.
Высокоскоростная серия предлагает 106–259 кадров в секунду и поэтому больше подходит для камер с интерфейсом CoaXPress 2.0 или 10GigE:
IMX530 разрешением 24 Мп (5328 x 4608 пикселей)
IMX531 разрешением 20 Мп (4512 x 4512 пикселей)
IMX532 разрешением 16 Мп (5328 x 3040 пикселей)
IMX535 разрешением 12 Мп (4096 x 3000 пикселей)
IMX536 разрешением 8 Мп (2840 x 2840 пикселей)
IMX537 разрешением 5 Мп (2448 x 2048 пикселей)
Стандартная серия предлагает 35–122 кадров в секунду. Это более доступные по цене сенсоры, которые идеально подойдут для камер с интерфейсом GigE или USB 3.0:
IMX540 разрешением 24 Мп (5328 x 4608 пикселей)
IMX541 разрешением 20 Мп (4512 x 4512 пикселей)
IMX542 разрешением 16 Мп (5328 x 3040 пикселей)
IMX545 разрешением 12 Мп (4096 x 3000 пикселей)
IMX546 разрешением 8 Мп (2840 x 2840 пикселей)
IMX547 разрешением 5 Мп (2448 x 2048 пикселей)
Высокое разрешение отвечает за обнаружение даже мельчайших дефектов в материалах или на поверхностях. Сочетание высокой кадровой частоты и скорости считывания и отсутствие эффекта размытия изображения вследствие движения объекта съемки благодаря технологии глобального затвора позволяет новым сенсорам задней засветкой Pregius S сыграть свои козыри: максимальное разрешение в компактном формате C-Mount. Эти характеристики идут в ногу с тенденцией к повышению уровня автоматизации в эпоху «Индустрия 4.0», а также к миниатюризации компонентов и систем.
Pregius S: уменьшение размера пикселя как фактор увеличения разрешения и снижения цены
Откройте для себя возможности новых сенсоров Sony Pregius S!
Как и все их предшественники, новые сенсоры Sony четвертого поколения являются воплощением инноваций и технических преимуществ с учетом главных потребностей пользователей. Учитывая инновационную пиксельную архитектуру BSI в сочетании с высоким разрешением, высокой кадровой частотой и глобальным затвором, серия Pregius S без сомнения окажется весьма интересным вариантом для решения многих задач — и не в последнюю очередь с точки зрения стоимости.
Преимущества новых сенсоров для вас определяются конкретными требованиями, предъявляемыми к системе машинного зрения. Мы будем рады предоставить вам дополнительную информацию!
Модели камер с сенсорами Sony Pregius S IMX
Basler ace 2
Два модельных ряда — ace 2 Basic и ace 2 Pro для систем машинного зрения с различными требованиями. Разработано для вас.
GigE, USB 3.0
61 МП на полном кадре
18.07.2019
Компания Sony представила следующее поколение камеры линейки беззеркальных полнокадровых «семерок» – a7R IV. Новинка получила новый 61 MП BSI сенсор с 5 осевой стабилизацией изображения эффективностью 5,5 стопов экспозиции и процессор изображения BIONZ X последнего поколения. В Sony утверждают, что новая матрица имеет 15 стопов динамического диапазона. Светочувствительность матрицы ISO – от 100 до 32000 (в расширенном режиме — от 50 до 102400 ISO). a7R IV оснащена UXGA (Ultra-XGA) OLED Tru-Finder электронным видоискатель с разрешением 5,76 миллионов точек с высокой детализацией, яркостью и контрастностью. И хотя камера не спортивная, этот видоискатель, помимо обычного режима работы с частотой 60 Гц, имеет высокоскоростной режим с кадровой частотой 120 Гц. Также в оснащении — 3″ ЖК-монитор разрешением 1.440.000 точек.
Камера имеет 567-точечную систему АФ с определением фазы в фокальной плоскости с автофокусировкой по глазам человека и животных (с охватом 74% площади кадра) и 425 точек автофокусировки с контрастом и может снимать со скоростью 10 кадров в секунду с непрерывной автофокусировкой до 68 фотографий. Если вы перейдете в режим кадрирования APS-C, вы получите 26 мегапиксельные изображения и 325 точек PDAF.
В новинке реализована функция “Pixel Shift Multi Shooting”, которая склеивает несколько снимков в один для улучшения качества разрешением 240,8 МП — это 19008 x 12672 точек. Камера делает 4 кадра со сдвигом на один пиксель. В итоге информации о каждом отдельном пикселе (красном, зеленом, синем) получается в 4 раза больше. Это позволяет избежать недостатки байеровской технологии построения матрицы, уменьшить шум, улучшить резкость и избавиться от эффекта муара на фотографии.
Камера имеет очень продвинутые видеовозможности. Как и все последние камеры Sony, a7R IV умеет записывать 4К видео со считыванием со всех пикселей матрицы без пропуска с избыточной дискретизацией с S-Log2 / 3 для записи видео с максимальным динамическим диапазоном, а также HDR и, впервые, с функцией Eye AF в видео. Максимальная скорость потока составляет 100 Мбит/с при использовании кодека XAVC S. И не стоит забывать, что у Sony есть технология стабилизации изображения Steady Shot, она позволит компенсировать до 5,5 стопов экспозиции.
В камере два слота для SD-карт UHS-II и USB-C. Также было установлено два входа USB: один формата microUSB, а второй – USB Type-C SuperSpeed type C (USB 3.2 Gen 1). Камера может заряжаться через оба порта и при этом работать и вести съемку. Или, например, заряжаться через Micro USB, а через USB Type-C проводить удаленную съемку на ПК. Никуда не делись разъем HDMI, вход для микрофона и выход для наушников.
Камера оснащена модулем высокоскоростного Wi-Fi 2,4 ГГц и 5 ГГц для более быстрой и стабильной передачи данных. Беспроводное дистанционное подключение к ПК также доступно на новой Alpha 7R IV, первой среди камер Sony. По требованию многих профессионалов это даст гораздо больше свободы при съемке в студии и на съемочной площадке, где фотограф может свободно передвигаться без ограничений.
На одном заряде можно снять прибл. 530 снимков (с видоискателем) или прибл. 670 снимков с ЖК-монитором по стандарту CIPA. Вес камеры с аккумулятором и картой памяти — прибл. 665 г при габаритах 128,9 х 96,4 х 77,5 мм. Сам корпус Sony a7R IV претерпел некоторые изменения. Дизайн ручки был немного изменен, усовершенствована защита от пыли и воды.
Sony a7R IV поступит в продажу в сентябре по рекомендованной цене $3498.
Спецификации Sony A7R IV:
- Сенсор: 61 МП, 35.7×23.8 мм
- Автофокус: гибридный, фазовый+контрастный, 567 точек
- Чувствительность: ISO 100-32000 (расширяется до 50-102400)
- Серийная съемка: 10 к/с
- Выдержка: 30-1/8000 сек.
- Синхронизация: 1/250 сек.
- Внутрикамерная стабилизация: до 5.5 ступеней
- Видео: 4K 30p, FullHD 120p, 100 Мбит/с, S-Log2, S-Log3, HLG
- HDMI: 4K 30p, 4:2:2 8-бит
- ЭВИ: 0,5″, 0.78x, 5.76 млн. точек, до 120 к/с
- Экран: 3,0″ сенсорный наклонный, 1.44 млн. точек
- Карты памяти: SD/SDHC/SDXC UHS-II, два слота
- Защиты от воды и влаги: да
- Передача данных: USB Type-C, Wi-Fi
- Беспроводная связь: Wi-Fi IEEE 802.11a/b/g/n/ac, Bluetooth 4.1
- Разъемы: USB Type-C, MicroUSB, MicroHDMI Type-D, 3.5-джек микрофон, 3.5-джек наушники, PC Remote
- Батарея: NP-FZ100, до 670 кадров
- Габариты: 128,9 x 96,4 x 77,5 мм
- Вес: 665 г
Что такое датчик BSI? Объяснение датчиков с подсветкой на задней стороне
BSI, или датчики с задней подсветкой, также известны как датчики с задней подсветкой. Они представляют собой пересмотр традиционных конструкций датчиков, которые увеличивают эффективность сбора света датчиком, обеспечивая более высокую чувствительность, меньший шум и лучшее качество изображения.
Все датчики имеют светочувствительные фотоснимки. В более старых конструкциях датчиков они частично скрыты схемами, необходимыми для сбора и передачи значений освещенности процессору камеры.Это означает, что на самом деле светочувствителен только процент поверхности сенсора — часть его расходуется на переднюю схему.
В идеале между фотосайтами не должно быть промежутков, чтобы они были как можно больше и эффективнее. Инженеры поняли, что они могут сделать это, перевернув датчик так, чтобы он освещался сзади, где нет схем, а фотосайты могут быть сделаны без зазоров. Фактически, схема теперь находится на задней стороне датчика, где она не закрывает свет.
Практически все современные камеры теперь используют датчики с задней подсветкой. Название не очень полезно, но оно просто взято из решения, которое внедрили инженеры. Сенсор вообще не подсвечивается сзади — было бы разумнее сказать, что то, что раньше было спереди сенсора, теперь сзади.
Не все приняли датчики BSI. В Panasonic Lumix S1R используется обычный датчик с передней подсветкой, который собирает и «направляет» свет через слой схемы к фотосайтам.(Изображение предоставлено Panasonic)Имеют ли значение датчики BSI?
Да, но, несмотря на ажиотаж, который часто сопровождает их, обычно процентное увеличение размера и эффективности фотосайта определенно улучшает чувствительность и качество изображения, но не обязательно меняет правила игры.
Дело в том, что замена обычных датчиков на датчики BSI произошла в то время, когда производители камер также добились огромных успехов в обработке сигналов и контроле шума, так что, хотя современные камеры значительно превосходят старые модели по шуму и чувствительности, Использование датчиков BSI было важным, но не единственным фактором.
В общем, если бы у вас был выбор между камерой с датчиком BSI и камерой без датчика, вы определенно выбрали бы датчик BSI, но в целом это не имеет такого большого значения, как мегапиксели и размер датчика для общего качества изображения.
Подробнее:
• Что такое ISO?
• Какая диафрагма у фотоаппарата?
• Что такое экспозиция?
— DT Photo
Независимо от того, знакомы ли вы с датчиками цифровых камер BSI (Backside Illuminated) или нет, вы наверняка услышите о них больше в будущем.Обладая значительными преимуществами в светочувствительности, динамическом диапазоне, гибкости технических камер и соотношении сигнал / шум, только более высокие производственные затраты и сложность производства не позволили им стать обычным явлением в потребительских и профессиональных цифровых камерах. Но с развитием производственных технологий и технологий изменения происходят быстро, и скоро BSI станет стандартом для любого производителя камер, который хочет, чтобы к нему относились серьезно.
Вниз по колодцуЧтобы понять, что такое датчик BSI, мы сначала должны понять, как делается традиционный датчик CMOS.Проще говоря, типичный датчик состоит из трех слоев — слоя фотодиода для преобразования света в электрические заряды, слоя проводки для подключения отдельных фотодиодов и слоя микролинз, направляющих свет на фотодиод.
Но поскольку слой разводки находится перед светочувствительным слоем, часть света не достигает фотодиода. Если вы представите, что смотрите через сетчатую дверь, вы можете видеть снаружи достаточно хорошо, но общее изображение немного затемняется наличием проволочной сетки между вами и сценой.По мере увеличения разрешения камер увеличивалась и плотность слоя разводки. Представьте себе ту же самую сетчатую дверь, но с сеткой, которая становится все туже и туже, и вы поймете, какое влияние это может оказать на изображение. Из-за этого фотодиод может блокировать от 20% до 70% падающего света.
Каким видит мир обычный датчик без BSI
Эта сложность также создает «эффект колодца», когда свет достигает фотодатчика только через сложенную металлическую матрицу, если угол света прямой.Любой, кто совершил утреннюю прогулку по тротуару крупного города как в утренней тени окружающих небоскребов, так и в зверской жаре полуденного прямого солнца, почувствовал этот эффект в действии.
ИсторияХотя преимущества отсутствия слоя проводки, блокирующего фоторецепторы, очевидны, найти рентабельный производственный процесс не удалось. Лучшим решением оказалось изготовление датчика как обычного чипа, но затем его перевернуть и стереть кремний на дне пластины настолько тонким (от 5 до 10 микрон), что фотодиод мог освещаться с «обратной стороны». — отсюда датчик «с подсветкой задней стороны».Благодаря этому, казалось бы, простому изменению конструкции, улавливается почти 100% света, а характеристики датчика при слабом освещении могут быть увеличены более чем на одну ступень.
Эта компоновка также устраняет «эффект колодца», который может оказывать заметное влияние в ситуациях, когда объектив не находится в осевом направлении, например, при сдвиге наклона или в технических камерах, где свет проецируется под сильным углом к датчику.
Текущие событияКрупные продажи — лучший способ снизить производственные затраты, а улучшение отношения сигнал / шум на +10 дБ, вероятно, оказывает наибольшее влияние на датчики более низкого уровня (капля желтой горчицы делает более заметное улучшение отношения сигнал / шум). кусок болоньи, а не филе миньон), поэтому первым рынком, получившим выгоду от задней подсветки, стали смартфоны — Apple, Sony и HTC представили их на крошечных сенсорах моделей телефонов с камерой в 2011 году.
За последние 8 лет эта технология продолжала развиваться, и первые общедоступные потребительские цифровые SLR, использующие датчики BSI от Sony и Nikon, поступили в продажу в 2015 и 2017 годах соответственно.
2018 является следующим гигантским шагом в развитии технологии BSI с выпуском полнокадровых цифровых задников Phase One IQ4 150mp 645 и Phase One IQ4 150mp с ахроматическими цифровыми задниками. Это сенсоры BSI для цифровых камер с самым высоким разрешением, доступные на рынке, с разрешением 150 мегапикселей.
Что это значит для вас?Повышенное количество света, достигающего датчика BSI, проявляется множеством взаимосвязанных способов.Наиболее очевидным является повышенная чувствительность при слабом освещении. Вы можете снимать при более слабом окружающем освещении и видеть больше деталей, более качественные цвета и более естественные тональные переходы в тенях ваших изображений. Это также означает меньше шума при более высоком ISO, создавая более удобный диапазон ситуаций для вашей фотографии.
Понятно, что за датчиками BSI будущее всех цифровых фотоаппаратов, но они являются настоящим моментом для Phase One. Вы можете увидеть, что эта новая сенсорная технология означает для вас, посетив одно из наших роуд-шоу или устроив частную демонстрационную оценку.
Canon, похоже, наконец-то разработала двухпиксельный датчик BSI
Canon запатентовала новую конструкцию сенсора, которая имитирует конструкцию сенсоров с задней подсветкой (BSI), произведенных Sony. Сочетание Dual Pixel с BSI, вероятно, приведет к огромному скачку в производительности при слабом освещении, динамическом диапазоне и скорости считывания.
В конструкции, проиллюстрированной в заявке на патент Canon, конкретно не указано, что это будет задняя сторона с подсветкой, но по сравнению с фигурой датчика BSI, сходство невозможно игнорировать.
На приведенной ниже иллюстрации от Sony компания показывает, как устроен BSI:
Sony разработала этот тип CMOS-сенсора еще в 2008 году. Сообщения о том, что Canon пыталась создать подобный дизайн, появились еще в январе 2019, но Dual Pixel BSI были только упомянуты, а не описаны подробно, как это видно в этом патенте.
По сути, вместо того, чтобы создавать датчик, аналогичный тому, как работает человеческий глаз — при котором линза размещается перед проводкой, а фотодетекторы сзади, — BSI использует те же элементы, но переставляет их так, чтобы фотодиод мог находиться спереди. проводки.При использовании типичного метода фронтального освещения матрица и проводка отражают некоторый свет, который уменьшает сигнал, который может быть захвачен. Датчики BSI смягчают это за счет худшей однородности отклика, но обеспечивают гораздо лучшие характеристики при слабом освещении.
ДатчикиBSI стали нормой для улучшения характеристик при слабом освещении (и улучшения динамического диапазона), но они имеют дополнительное преимущество в виде увеличения скорости считывания. Причина, по которой Sony a9 способна снимать так много кадров в секунду в полностью электронном, бесшумном режиме без затемнения, отчасти объясняется преимуществами многослойной BSI-CMOS, которой она оснащена.У Sony есть дополнительная технология, которая снимает информацию с сенсора в два раза быстрее, чем у конкурентов, но здесь нельзя полностью игнорировать преимущества сенсора BSI.
При более внимательном рассмотрении патента Canon, изображенная структура поразительно похожа на диаграмму BSI.
В патенте указано:
В соответствии с настоящим изобретением предоставляется твердотельное устройство формирования изображения, имеющее выгодную конструкцию для производства в соответствии с предпочтительным способом изготовления и способом изготовления с учетом плотности области накопления заряда или пиксель.
Это много слов, чтобы в основном сказать, что это метод, который не только проще в производстве, но и позволяет сенсору более эффективно воспринимать больше света на попиксельной основе, а также, в частности, на полном массиве. . Полученный датчик имеет примерно такую же видимую структуру, что и датчик BSI.
Canon — одна из немногих компаний, не использующих сенсорные технологии Sony в своих камерах, поэтому BSI в камерах Canon еще не реализован.
Даже без датчиков BSI, Canon уже значительно улучшила динамический диапазон и характеристики своих камер при слабом освещении, как это было в R5 и R6.То, что компания может сделать с помощью этой новейшей патентной технологии, широко открывает двери для настоящей конкуренции с лидером отрасли. Сочетание технологии автофокусировки Dual Pixel от Canon с дизайном с задней подсветкой приведет к созданию сенсора, который, наконец, сможет соответствовать лучшим характеристикам Sony. Такая конструкция сенсора была бы критически важна для создания лидера при слабом освещении, такого как a7S III, или беззеркальной спортивной камеры, такой как a9.
(через Canon News)
OmniVision | Производитель датчика изображения CMOS
Что такое датчик BSI?
Датчик с задней подсветкой (BI или BSI) относится к современному типу датчика изображения, используемому в цифровых камерах.Датчики изображения служат жизненно важным компонентом камер и отвечают за преобразование энергии фотонов в электрическую для получения изображений.
Рождение датчиков BSI
Предыдущие модели фотоаппаратов были оснащены традиционным сенсором с матрицей транзисторов перед объективами и соединялись с другими компонентами, такими как небольшие петли проводов. Поскольку свет попадает в камеру через петли проводов и электронику, прежде чем достигнет линз, получаются изображения низкого качества.Из-за компонентов некоторая часть света либо блокируется, либо отражается препятствиями, мешающими его пути.
Низкое качество изображения открыло путь для разработки нового типа сенсора, который мы теперь знаем как сенсор с задней подсветкой. В отличие от своего предшественника, в дизайне лаконично расположены определенные компоненты, которые позволяют пропускать более значительное количество света, поскольку большинство проводов и транзисторов находятся сзади, а не спереди линз.Конфигурация позволяет получать изображения более высокого качества благодаря многообещающей оптимизации функции работы при слабом освещении, а также минимизации цифрового шума.
Приложения BSI
Во время интеграции этого нового датчика многие думали, что его конструкция была слишком сложной в то время, поэтому производство его на рынке ограничивалось только микроскопами, камерами наблюдения, астрономическими датчиками и другими, которые, среди прочего, требовали специального использования для захвата изображений во время съемки. Приглушенный свет.
Однако компании в конце концов обратили внимание на его потенциал и решили разработать план, который может заставить их производить датчики в более крупных масштабах. Их усилия принесли плоды, когда 5-мегапиксельная матрица BI CMOS была наконец представлена публике в 2009 году, и с тех пор датчики BSI стали обычным явлением в портативных устройствах, таких как компактные камеры и смартфоны.
Перспективные возможности
Известно, что датчикис задней подсветкой обеспечивают улучшение на 8 дБ, что можно рассматривать как значительный прорыв в области разработки датчиков изображения.Большинство камер с датчиками BSI прошли несколько тестов, проведенных лабораториями DxOMark, которые предполагают существенное улучшение в снижении уровня цифрового шума. Эффект наблюдается среди камер более высокого класса, которые могут похвастаться расширенными функциями, такими как шумоподавление JPEG. Создание изображений с потрясающим качеством в диапазоне ISO 400 или выше больше не является невозможным.
Заключение:
Теперь, когда BSI стали более доступными благодаря производству КМОП-сенсоров, сейчас для каждого энтузиаста фотографии наступила золотая эра, чтобы воспользоваться устройством захвата изображений, оснащенным такими сенсорами, которые могут помочь сделать снимок с действительно заслуженным качеством!
Почему iPhone 4 делает хорошие фотографии при слабом освещении: объяснение CMOS-сенсоров BSI!
SonyКогда Apple объявила об использовании CMOS-сенсора с задней подсветкой (BSI) в iPhone 4, это, вероятно, было первым случаем, когда большинство людей услышало об этой технологии.Честно говоря, я сомневаюсь, что большинство пользователей iPhone заботятся о датчике или о том, почему о нем стоит упомянуть. Что их действительно волнует, так это то, что он, по-видимому, делает отличные фотографии (для смартфона) при менее чем идеальном освещении.
Apple и HTC первыми внедрили этот тип сенсора в мобильные устройства, но они стали появляться в цифровых фотоаппаратах и видеокамерах с тех пор, как Sony выпустила свои видеокамеры HDR-XR500V и HDR-XR520V с собственным сенсором Exmor R компании. Февраль 2009г.
Практически все основные производители камер сейчас имеют модели, которые используют сенсоры BSI CMOS, что вызвало немало писем от читателей с просьбой о дополнительной информации о них.Ниже я попытаюсь ответить на эти вопросы. Если у вас есть другие, не стесняйтесь оставлять их в комментариях.
Что делает датчик BSI CMOS лучше, чем обычный датчик CMOS?
Простой ответ заключается в том, что конструкция облегчает попадание света на фотодиоды на датчике. В обычном CMOS-датчике с передней подсветкой (FI) свет должен пройти через металлическую проводку и элементы схемы, прежде чем попадет на фотодиоды, что на рисунке выше обозначено как «светопринимающая поверхность».В датчике BSI CMOS проводка проходит за светопринимающей поверхностью. Это делает датчик более светочувствительным. Чем он более чувствителен, тем меньше света требуется для получения правильно экспонированной фотографии и тем меньше создается шума.
В моей компактной камере есть ПЗС-матрица.Датчик BSI CMOS лучше?
Датчики CCD (устройства с зарядовой связью) обычно используются в компактных камерах, потому что ничто не препятствует свету и не попадает на фотодиоды. Это означает, что даже при меньших размерах ПЗС-матрицы более чувствительны, чем датчики FI CMOS. Однако сенсоры BSI CMOS решают эту проблему, перемещая препятствия. Добавьте к этому тот факт, что датчики CMOS — независимо от типа — обеспечивают более высокую производительность, чем CCD, а также более длительное время автономной работы и рассеивание тепла, и вы поймете, почему датчики BSI CMOS являются популярным выбором.
Если сенсоры BSI CMOS настолько хороши, то почему их нет во всех камерах?
Если вы говорите о смартфонах и стрелялках, это потому, что датчики по-прежнему довольно дороги в производстве. Однако производство определенно увеличилось, так что ситуация меняется. Хотя вы пока не увидите их в камерах стоимостью менее 150 долларов, вы найдете их в компактных камерах по цене около 200 долларов.
Что касается фотоаппаратов со сменным объективом (ILC) и цифровых SLR, то в этом нет необходимости. Реальная выгода заключается в том, что в большинстве компактных фотоаппаратов и в смартфонах используются датчики меньшего размера.Более крупные датчики в ILC и dSLR не страдают такой же степенью потери чувствительности из-за блокирующих схем. Производство больших КМОП-сенсоров BSI в настоящее время тоже очень дорогое, поэтому стоимость определенно перевешивает выгоды. Sony, например, использует свои большие CMOS-сенсоры Exmor размера APS-C в своих картах NEX ILC и Alpha dSLR, а меньшие CMOS-сенсоры Exmor R BSI в своих Cyber-shot point-and-shoots.
Хорошо, они добавляют к стоимости. Есть другие вопросы?
Это зависит от того, в каких условиях освещения вы регулярно снимаете.В нашем тестировании мы заметили, что съемка при ярком солнечном свете может сделать фотографии размытыми или слегка переэкспонированными. Некоторые из протестированных нами, кажется, исправляют это, регулируя экспозицию, но это, в свою очередь, делает цвета темнее. Если вы снимаете на полном солнце, вы можете предпочесть камеру, в которой используется датчик CCD. Опять же, преимущества наличия датчика BSI CMOS заключаются в повышенной чувствительности и более низком уровне шума изображения. Это означает, что они обычно лучше всего работают на улице при частичном солнечном свете или в пасмурную погоду, а также в помещении / в условиях низкой освещенности.
Все ли CMOS-сенсоры BSI одинаковы?
Да и нет. Все они имеют одинаковую общую конструкцию (перемещение проводки спереди назад), поэтому вытекающие из этого преимущества — лучшие фотографии при слабом освещении с меньшим шумом — сохранятся независимо от используемого датчика BSI CMOS. Однако то, что две вещи используют одну и ту же концепцию дизайна, не делает их равными. Например, сенсоры в телефонах и смартфонах с камерами в несколько раз меньше, чем в цифровых камерах, а с более крупными сенсорами достигается лучшая чувствительность и, надеюсь, лучшее качество фотографий.
Также важно иметь в виду, что сенсор — это лишь часть того, что нужно для получения качественных фотографий. Хотя в iPhone или другом смартфоне может использоваться датчик BSI CMOS, это не гарантирует автоматически хорошее изображение. Не менее важны объектив и процессор изображения. И, конечно же, фотограф.
Как работают сенсоры с задней подсветкой и почему они — будущее цифровой фотографии
Этот сайт может получать партнерские комиссии за ссылки на этой странице.Условия эксплуатации.Если вас попросят разработать сенсор камеры, вы, естественно, разместите фоторецепторы сверху, как можно ближе к источнику света. Как ни странно, из-за способа изготовления микросхем до недавнего времени большинство датчиков камеры улавливали свет внизу, под слоями межсоединений. Недавнее внедрение сенсорной технологии с задней подсветкой (BI) (также называемой задней подсветкой или BSI) изменило все это. Теперь возможно построить датчики «в правильном направлении» с фотоприемным слоем, обращенным к свету.Задняя подсветка сделала некоторые заголовки для улучшения характеристик при слабом освещении, но стоит погрузиться в технологию, поскольку она будет намного важнее, чем это.
Почему сенсоры камеры перевернуты и почему это важно
Кремний — это и подложка, на которой построены микросхемы, и материал, который выполняет магию преобразования энергии фотонов в электрическую энергию, которую можно использовать для создания изображений. Поэтому самым простым решением является создание светочувствительных областей в кремниевой подложке и размещение электроники сверху, оставляя отверстия в проводке над каждым фотосайтом (пикселем) для прохождения света.По мере увеличения разрешения камеры размеры пикселей уменьшались, особенно в смартфонах с их крошечными сенсорами. В результате все больше и больше поверхности датчика покрывается проводкой, в результате чего все меньше и меньше света попадает на фотосайты. Таким образом, существует естественная потребность найти способ переместить светочувствительную область к верхней части чипа, чтобы он мог собирать больше света.
Любопытно, что человеческий глаз и глаза большинства животных также построены из светочувствительных пигментов на стороне, наиболее удаленной от света, проходящего через глазное яблоко.Точно неизвестно, почему глаза устроены таким образом, но такая их конструкция определенно упрощает обеспечение циркуляции энергоемких стержней и колбочек, а также позволяет уносить клеточный мусор, не перемещаясь внутри глазного яблока. . У таких существ, как головоногие моллюски, которые полагаются на свои глаза в темных водах глубокого океана, действительно есть фоторецепторы, расположенные близко к линзам их глаз, чтобы максимизировать количество захваченного света.
Проблемы с традиционной конструкцией с передней подсветкой
Если бы датчик представлял собой всего лишь слой светочувствительного кремния, не имело бы большого значения, какая сторона находится вверху.Однако пиксель — это намного больше, чем просто фотодиод. Обычно он включает в себя транзисторы и проводку для усиления заряда, передачи его в часть обработки сигнала микросхемы и самосброса между кадрами. Эта электроника размещается поверх кремниевого слоя, частично закрывая его от света и в результате чего типичный пиксель выглядит очень похожим на внешний вид.
Как и следовало ожидать, размещение фотодиода на дне колодца уменьшает количество света, попадающего на него, при этом часть света отражается от проводки выше, а некоторые просто не имеют прямого угла, чтобы попасть в нижнюю часть колодца. колодец.Для уменьшения этой проблемы используются микролинзы (человеческий глаз использует волноводы, известные как клетки Мюллера), но значительное количество света все равно теряется, прежде чем он попадает на фотодиод для захвата. Типичные коэффициенты заполнения сенсора — доля успешно захваченного света — варьируются от 30% до 80%. Напротив, датчик с задней подсветкой может иметь коэффициент заполнения почти 100%.
Свет, отражающийся внутри электроники, также может вызывать другие проблемы, такие как виньетирование и перекрестные помехи. Таким образом, очевидно, что желательна конструкция, в которой фотодиоды располагаются сверху.Наличие светочувствительной области на стороне чипа, обращенной к свету, также значительно улучшает угловой отклик датчика. Свет больше не нужно направлять «в глубь пикселя», он может падать на него практически под любым углом.
Следующая страница: Чертовски сложный процесс размещения фоторецепторов наверху
Сравнение датчиков с задней и передней подсветкой
Доктор Герхард Холст отвечает на общий вопрос в дискуссии о датчиках с задней и передней подсветкой.
Немецкий производитель камер PCO разрабатывает научные CMOS-камеры (sCMOS) с сенсорами с задней и передней подсветкой.При сравнении датчиков с задней подсветкой и передней подсветкой часто возникает один вопрос: почему датчик с задней подсветкой более чувствителен, чем датчик с передней подсветкой?
Все датчики изображения имеют светочувствительные пиксели, но что это значит? Пиксели обеспечивают пространственную локализацию падающего света и состоят из различной электроники, соединенной металлическими проводами для оцифровки. Основными элементами преобразования света в носители заряда являются фотодиоды. Как боковая площадь, так и объем пикселя разделяются фотодиодами, металлической проводкой, транзисторами и конденсаторами.Таким образом, чувствительность датчика изображения сильно зависит от того, какая часть общей площади пикселей используется для преобразования света в носители заряда, или, другими словами, от его чувствительности.
Коэффициент заполнения
Коэффициент заполнения — это технический термин для датчика изображения, который описывает отношение светочувствительной области к общей площади пикселя:
коэффициент заполнения = (светочувствительная область пикселя)
общая площадь пикселя)
Например, в датчиках изображения CCD с построчным переносом, где площадь пикселя совместно использовалась фотодиодом и экранированным регистром, коэффициент заполнения находился в диапазоне 30%.Это означает, что как минимум 70% падающего света было бы потеряно. Тот же принцип справедлив и для датчиков изображения CMOS, где все транзисторы, конденсаторы и провода занимают ценное пространство для преобразования света. При разработке ПЗС-сенсора были разработаны меры по компенсации потери коэффициента заполнения. Наиболее эффективная мера была достигнута простым добавлением микролинз поверх датчика изображения.
На рис. 1 показаны различия в собирании света, показанные для перпендикулярно падающего света.Хотя часть света рассеивается, отражается или поглощается в пространствах датчиков изображения, микролинзы фокусируют свет на фотодиоды с преобразованием заряда гораздо эффективнее, чем без них (рис. 1a и 1b).
Таким образом, КМОП-датчик изображения, показанный на рис. 1, имеет общую квантовую эффективность около 50% — неплохо, учитывая, что в датчиках изображения есть дополнительные механизмы потерь. Наилучшая квантовая эффективность, достигнутая в ПЗС-матрицах с межстрочным переносом (с коэффициентом заполнения 30%), составляет от 50 до 70%.В более поздних датчиках изображения sCMOS с аналогичными коэффициентами заполнения квантовая эффективность выше 80% была достигнута за счет оптимизации микролинз и производственного процесса. Но микролинзы, в большинстве случаев, изготовлены из пластика, который может значительно уменьшать пропускание ультрафиолетового излучения.
Кроме того, микролинзы оказывают новое влияние, поскольку характеристики этих оптических устройств зависят от угла падения. Это означает, что микролинзы добавляют более выраженную угловую зависимость квантовой эффективности, как это видно на рис.2.
Синяя кривая показывает горизонтальную угловую зависимость относительной квантовой эффективности ПЗС-датчика изображения с построчным переносом. При угле падения 5 ° и выше относительная квантовая эффективность значительно падает, а вертикальная зависимость менее выражена, что можно объяснить тем фактом, что в вертикальном направлении светочувствительная область почти покрывает весь пиксель, а по горизонтали — половину или больше. площади используется экранированным регистром.
От фронтального освещения к тыловому
Однако микролинзы не могут собирать и фокусировать все углы луча падающего света.Кроме того, в процессе производства полупроводников над фотодиодами добавляются дополнительные слои (рис. 3, изображающий проводку, транзисторы и конденсаторы). Электроника в этих слоях может вызывать рассеяние и поглощение света, что приводит к потере света на преобразование заряда.
Потеря света из-за физического блокирования и рассеяния электроникой более выражена в датчиках изображения CMOS с малым шагом пикселей и большим количеством пикселей (> 4 МП), чем у многих датчиков CCD.В связи с массовым внедрением КМОП-сенсоров (например, камер смартфонов) производители полупроводников разработали методы обработки пластины с эффективно перевернутыми сенсорами изображения и физическим и химическим травлением значительной части подложек. Этот процесс приводит к тому, что датчики изображения эффективно освещаются сзади, а свет достигает фотодиодов более напрямую (рис. 3b).
Задняя подсветка современных КМОП-датчиков изображения имеет квантовую эффективность выше 90%.За счет введения дополнительной поверхности (поверхности тыльной стороны) также добавляются дополнительные источники темнового тока и шума, при этом предостережение заключается в том, что многие датчики изображения с задней подсветкой имеют более высокий темновой ток по сравнению с аналогами с передней подсветкой.
Датчики изображения с задней подсветкой и микролинзами
Преимущество меньшего количества слоев над фотодиодами (более высокая чувствительность) также представляет собой недостаток в снижении резкости — технически описываемой как функция передачи модуляции (MTF).Из-за того, что над фотодиодами остается подложка, датчики изображения с задней подсветкой обычно показывают уменьшенную MTF, и, если свет попадает под определенными углами, он может рассеиваться или неправильно направляться к следующему пикселю. К счастью, тот же метод микролинз, первоначально разработанный для увеличения коэффициента заполнения, теперь улучшает MTF.
На рис. 4 показаны световые лучи, падающие на датчик изображения с задней подсветкой под углом (рис. 4а), и показано, что микролинзы (рис. 4b) помогают собирать свет на фотодиодах, принадлежащих тому пикселю, в который он попадал. столкновение.
И наоборот, как упоминалось выше на рис. 2, введение микролинз снова оказывает влияние на угловую зависимость квантовой эффективности, что означает, что датчики изображения с задней подсветкой без микролинз имеют большую независимость от угла падения, даже лучше чем красная кривая на рис. 2.
Ответ
Возвращаясь к ответу на наш первоначальный вопрос, датчики изображения с задней подсветкой имеют меньше препятствий на пути входящего света, когда он достигает объема пикселя, где происходит преобразование в носители заряда.Таким образом, КМОП-датчики изображения с задней подсветкой способны преобразовывать больше света в носители заряда, что приводит к более крупным сигналам и более качественным изображениям.
Станьте первым комментатором