Οι αισθητήρες CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) είναι οι κυρίαρχοιαισθητήρας εικόναςτεχνολογία που χρησιμοποιείται στις περισσότερες ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές σήμερα, από τηλέφωνα έως DSLR.

ΚΟΑΣυνθετικός

Συστοιχία φωτοδιόδων
Μια συστοιχία φωτοδιόδων είναι το κύριο στοιχείο κατά μήκος των γραμμών με έναν αισθητήρα CMOS. Κάθε τέτοιο εικονοστοιχείο περιέχει έναν φωτοανιχνευτή, ο οποίος είναι μια συσκευή ημιαγωγών που παράγει ηλεκτρικό ρεύμα όταν η προσπίπτουσα ακτινοβολία μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Το φως μετατρέπεται σε ηλεκτρικό φορτίο από μια φωτοδίοδο με τέτοιο τρόπο ώστε το μέγεθος του ηλεκτρικού φορτίου να εφαρμόζεται στην ένταση του φωτός.

Ο ρόλος των τρανζίστορ
Το περιβάλλον κάθε εικονοστοιχείου σε έναν αισθητήρα CMOS αποτελείται από μεταβατικούς παράγοντες εκτός από τη φωτοδίοδο. Τα τρανζίστορ είναι οι ηλεκτρονικές συσκευές που λαμβάνουν αδύναμο ηλεκτρικό σήμα και ενισχύουν το σήμα και μεταφέρουν το σήμα από τη μια περιοχή στην άλλη. Αυτά τα κυκλώματα,κωδικοποιούν το αναλογικό ρεύμα,που είναι αποτέλεσμα της λήψης της διόδου φωτογραφιών, στην οποία εκτελούν.

Διαδικασία ανάγνωσης
Είναι τότε που οι φωτοδίοδοι (αισθητήρες) παρακολουθούν το φως και το μετατρέπουν σε ηλεκτρομαγνητικά φορτία. Η επόμενη φάση είναι η ανάγνωση. Τα κυκλώματα με τρανζίστορ για κάθε εικονοστοιχείο λαμβάνουν τα ηλεκτρικά φορτία που ενισχύουν και τα προωθούν σε ένα κύκλωμα το οποίο τελικά τα μετατρέπει σε ψηφιακό σήμα που βγαίνει από τον επεξεργαστή. Το επόμενο ψηφιακό σήμα συνήθως επεξεργάζεται από τον επεξεργαστή εικόνας της φωτογραφικής μηχανής, ο οποίος εναρμονίζει την εικόνα.

Ακολουθεί μια βασική επισκόπηση του τρόπου λειτουργίας τους:

• Ένας αισθητήρας CMOS περιέχει μια σειρά φωτοτόπων, με κάθε φωτοσίτη να αποτελείται από φωτοευαίσθητη φωτοδίοδο και τρανζίστορ πρόσβασης.
• Όταν το φως χτυπά τη φωτοδίοδο, παράγει φορτίο ανάλογο με την ένταση του φωτός. Αυτό δημιουργεί τάση που αντιπροσωπεύει την τιμή φωτεινότητας.
• Τα τρανζίστορ χρησιμοποιούνται για να «διαβάσουν» τις τιμές τάσης pixel προς pixel και να τις μετατρέψουν σε ψηφιακά δεδομένα.
• Οι μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) αλλάζουν τις τάσεις pixel σε αριθμούς που μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία ως ψηφιακή εικόνα.
• Οι αισθητήρες εικόνας CMOS έχουν την ανίχνευση, την ψηφιοποίηση και άλλες λειτουργίες που γίνονται απευθείας στον ίδιο τον αισθητήρα, σε αντίθεση με τα τσιπ CCD.
• Αυτό επιτρέπει στους αισθητήρες CMOS να έχουν πρόσβαση σε συγκεκριμένα pixel για εργασίες όπως η εγγραφή βίντεο, διατηρώντας παράλληλα άλλους ανενεργούς για εξοικονόμηση power.

Στην ουσία, οι αισθητήρες CMOS μετατρέπουν φωτόνια φωτός σε τιμές ηλεκτρικής τάσης που μπορούν να ψηφιοποιηθούν και να επεξεργαστούν ως ψηφιακή φωτογραφία. Αυτή η τεχνολογία είναι ευρέως διαδεδομένη λόγω της υψηλής απόδοσης, της χαμηλής χρήσης ενέργειας και της συμβατότητας κατασκευής ημιαγωγών.

Συχνές ερωτήσεις:

Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός αισθητήρα CMOS και CCD;

A: Οι αισθητήρες CCD απαιτούν επεξεργασία εκτός τσιπ, ενώ το CMOS το ενσωματώνει στο τσιπ, επιτρέποντας καλύτερες επιδόσεις, όπως χαμηλότερη χρήση ενέργειας και περισσότερες λειτουργίες στον αισθητήρα στους αισθητήρες CMOS.

Συμπέρασμα

Η κατανόηση της βασικής διαδικασίας φωτοηλεκτρικής και ψηφιακής μετατροπής μέσα σε έναν αισθητήρα CMOS παρέχει πληροφορίες σχετικά με το γιατί είναι η πιο πανταχού παρούσα τεχνολογία αισθητήρων εικόνας που τροφοδοτεί τις ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές σήμερα. Ο σχεδιασμός τους στο τσιπ επιτρέπει βασικά πλεονεκτήματα έναντι των CCD που τα έκαναν μια δημοφιλή επιλογή.