25/08/05Bho fhònaichean sgairteil gu innealan saidheansail, tha mothachairean ìomhaigh aig cridhe teicneòlas lèirsinneach an latha an-diugh. Nam measg sin, tha mothachairean CMOS air a bhith mar an fheachd as làidire, a’ toirt cumhachd do gach nì bho dhealbhan làitheil gu maicreasgopaidh adhartach agus sgrùdadh leth-chonnsachaidh.
'S e ailtireachd dealanach agus seata de theicneòlasan pròiseasan saothrachaidh a th' ann an teicneòlas 'Complementary Metal Oxide Semiconductor' (CMOS) aig a bheil iomadh cleachdadh. Gu dearbh, dh'fhaodadh a ràdh gur e teicneòlas CMOS bunait na h-aoise didseatach ùr-nodha.
Dè a th' ann an mothachair CMOS?
Bidh mothachairean ìomhaigh CMOS (CIS) a’ cleachdadh piogsail gnìomhach, a’ ciallachadh trì no barrachd transistors a bhith air an cleachdadh anns gach piogsail den chamara. Chan eil transistors ann am piogsail CCD agus EMCCD.
Leigidh na transistors anns gach piogsail smachd a chumail air na piogsail ‘gnìomhach’ seo, comharran a mheudachadh tro transistors ‘buaidh achaidh’, agus faighinn chun dàta aca, uile ann an co-shìnte. An àite aon shlighe leughaidh airson sensor gu lèir no bloigh mhòr de sensor, aCamara CMOSa’ gabhail a-steach co-dhiù aon sreath slàn de ADCan leughaidh, aon (no barrachd) ADC airson gach colbh den sensor. Faodaidh gach aon dhiubh sin luach an colbh aca a leughadh aig an aon àm. A bharrachd air an sin, tha na mothachairean ‘piogsail gnìomhach’ seo co-chòrdail ri loidsig didseatach CMOS, ag àrdachadh comas-gnìomh an sensor.
Còmhla, tha na feartan seo a’ toirt astar do luchd-mothachaidh CMOS. Ach, le taing don àrdachadh seo ann an co-shìnteachd, tha e comasach dha ADCan fa leth nas fhaide a thoirt gus na comharran a chaidh a lorg a thomhas le barrachd cruinneas. Leigidh na h-amannan tionndaidh nas fhaide seo le obrachadh le glè bheag de fhuaim, eadhon airson àireamhan piogsail nas àirde. Le taing dha seo, agus innleachdan eile, tha fuaim leughaidh luchd-mothachaidh CMOS buailteach a bhith cho mòr ri 5x - 10x nas ìsle na fuaim CCDn.
Tha camarathan CMOS saidheansail ùr-nodha (sCMOS) nan fo-sheòrsa sònraichte de CMOS a chaidh a dhealbhadh airson ìomhaighean ìosal-fuaim agus àrd-astar ann an tagraidhean rannsachaidh.
Ciamar a tha mothachairean CMOS ag obair? (A’ gabhail a-steach Rolling vs Global Shutter)
Tha obrachadh mothachair CMOS àbhaisteach air a shealltainn san fhigear agus air a mhìneachadh gu h-ìosal. Thoir an aire, mar thoradh air na h-eadar-dhealachaidhean obrachaidh gu h-ìosal, gum bi ùine agus obrachadh an nochdaidh eadar-dhealaichte airson camarathan CMOS cruinneil an taca ri camarathan le còmhlachan rollaidh.
Figear: Pròiseas leughaidh airson mothachaire CMOS
NOTATha am pròiseas leughaidh airson camarathan CMOS eadar-dhealaichte eadar camarathan 'rolling shutter' agus camarathan 'global shutter', mar a chaidh a dheasbad san teacsa. Anns gach cùis, tha capacitor agus amplifier anns gach piogsail a bhios a’ gineadh bholtaids stèidhichte air cunntadh photoelectron a chaidh a lorg. Airson gach sreath, thèid na bholtaids airson gach colbh a thomhas aig an aon àm le tionndairean analog gu didseatach colbh.
Còmhdach rollaidh
1. Airson mothachair CMOS le còmhlachan rollaidh, a’ tòiseachadh aig an t-sreath as àirde (no sa mheadhan airson camarathan mothachaidh roinnte), glan an cosgais bhon t-sreath gus tòiseachadh air nochdadh na sreath sin.
2. Às dèidh don ‘ùine loidhne’ a dhol seachad (mar as trice 5-20 μs), gluais chun ath shreath agus ath-aithris bho cheum 1, gus am bi an sensor gu lèir fosgailte.
3. Airson gach sreath, cruinnichidh cosgaisean rè an nochdaidh, gus an tèid crìoch a chur air an ùine nochdaidh aig an t-sreath sin. Crìochnaichidh a’ chiad sreath a thòisicheas an toiseach.
4. Cho luath ‘s a bhios an nochdadh seachad airson sreath, gluais na cosgaisean chun an comas-leughaidh agus an amplifier.
5. Tha am bholtaids anns gach amplifier san t-sreath sin an uair sin ceangailte ris an ADC colbh, agus an comharra air a thomhas airson gach piogsail san t-sreath.
6. Bheir e an 'ùine loidhne' airson an obair leughaidh is ath-shuidheachaidh a chrìochnachadh, agus às dèidh sin bidh an ath shreath a thòisicheas air nochdadh air deireadh na h-ùine nochdaidh aice a ruighinn, agus thèid am pròiseas ath-aithris bho cheum 4.
7. Cho luath ‘s a bhios an leughadh deiseil airson an t-sreath as àirde, fhad ‘s a tha an sreath as ìsle air tòiseachadh air an fhrèam làithreach fhoillseachadh, faodaidh an t-sreath as àirde tòiseachadh air nochdadh an ath fhrèam (modh tar-chòmhdach). Ma tha an ùine nochdaidh nas giorra na an ùine frèam, feumaidh an t-sreath as àirde feitheamh gus an tòisich an t-sreath as ìsle air nochdadh. Mar as trice is e aon ùine loidhne an nochdadh as giorra a tha comasach.
Camara CMOS Fuaraichte FL 26BW aig Tucsen, anns a bheil an sensor Sony IMX533, a’ cleachdadh an teicneòlais còmhlachan rollaidh seo.
Còmhdach Cruinneil
1. Gus an togail a thòiseachadh, thèid an cosgais a ghlanadh aig an aon àm bhon sensor gu lèir (ath-shuidheachadh cruinneil tobar a’ phiotsailean).
2. Bidh cosgais a’ cruinneachadh rè nochdadh.
3. Aig deireadh an nochdaidh, thèid na cosgaisean a chaidh a chruinneachadh a ghluasad gu tobar masgaichte taobh a-staigh gach piogsail, far am faod iad feitheamh ri leughadh gun a bhith a’ cunntadh fotonan ùra a chaidh an lorg. Bidh cuid de chamarathan a’ gluasad cosgaisean a-steach don chomasair piogsail aig an ìre seo.
4. Leis na cosgaisean a chaidh a lorg air an stòradh ann an raon masgaichte gach piogsail, faodaidh raon gnìomhach a’ phiogsail tòiseachadh air nochdadh an ath fhrèam (modh for-chòmhdach).
5. Tha am pròiseas leughaidh bhon raon masgaichte a’ dol air adhart mar a tha e airson mothachairean còmhlachan rollaidh: Aon sreath aig aon àm, bho mhullach an mothachaidh, thèid cosgaisean a ghluasad bhon tobar masgaichte chun chomhfhurtair leughaidh agus an amplifier.
6. Tha am bholtaids anns gach amplifier san t-sreath sin ceangailte ris an ADC colbh, agus tha an comharra air a thomhas airson gach piogsail san t-sreath.
7. Bheir an obair leughaidh is ath-shuidheachaidh an ‘ùine loidhne’ gus a chrìochnachadh, agus às dèidh sin thèid am pròiseas ath-aithris airson an ath shreath bho cheum 5.
8. Cho luath ‘s a bhios na sreathan uile air an leughadh, bidh an camara deiseil airson an ath fhrèam a leughadh, agus faodar am pròiseas ath-aithris bho cheum 2, no ceum 3 ma tha an ùine nochdaidh seachad mu thràth.
Camara Libra 3412M Mono sCMOS aig Tucsena’ cleachdadh teicneòlas còmhlachan cruinneil, a’ comasachadh glacadh soilleir is luath de shamhlaichean gluasadach.
Buannachdan agus Eas-bhuannachdan Braitearan CMOS
Buannachdan
● Astaran nas àirdeMar as trice, bidh mothachairean CMOS 1 gu 2 òrdugh meudachd nas luaithe ann an toradh dàta na mothachairean CCD no EMCCD.
● Braitearan nas mothaLeigidh tro-chur dàta nas luaithe le àireamh nas àirde de piogsail agus raointean seallaidh nas motha, suas ri deichean no ceudan de megapixels.
● Fuaim ìosalFaodaidh fuaim leughaidh cho ìosal ri 0.25e- a bhith aig cuid de luchd-mothachaidh CMOS, a tha a’ farpais ri EMCCDn gun fheum air iomadachadh cosgais a chuireas stòran fuaim a bharrachd ris.
● Sùbailteachd meud piogsailBidh mothachairean camara luchd-cleachdaidh agus fònaichean sgairteil a’ lughdachadh meudan piogsail chun raon ~1 μm, agus tha camarathan saidheansail suas ri 11 μm ann am meud piogsail cumanta, agus suas ri 16 μm rim faighinn.
● Caitheamh cumhachd nas ìsleTha na riatanasan cumhachd ìosal aig camarathan CMOS gan comasachadh airson an cleachdadh ann an raon nas fharsainge de thagraidhean saidheansail is gnìomhachais.
● Prìs agus fad-beathaMar as trice, bidh camarathan CMOS aig ìre ìosal coltach ri camarathan CCD no nas saoire na camarathan, agus tha camarathan CMOS aig ìre àrd mòran nas saoire na camarathan EMCCD. Bu chòir gum biodh am beatha seirbheis ris a bheil dùil fada nas fhaide na fad-beatha camara EMCCD.
Eas-bhuannachdan
● Còmhla rollaidhTha còmhlachan rollaidh aig a’ mhòr-chuid de chamarathan CMOS saidheansail, agus faodaidh seo sruthan-obrach deuchainneach a dhèanamh nas iom-fhillte no cuid de thagraidhean a dhiùltadh.
● Sruth dorcha nas àirdet: Tha sruth dorcha mòran nas àirde aig a’ mhòr-chuid de chamarathan CMOS na tha aig mothachairean CCD agus EMCCD, agus uaireannan bidh iad a’ toirt a-steach fuaim mhòr air foillseachaidhean fada (> 1 diog).
Càite a bheil mothachairean CMOS air an cleachdadh an-diugh
Air sgàth cho ioma-chruthach ‘s a tha iad, gheibhear mothachairean CMOS ann an raon farsaing de thagraidhean:
● Leictreonaic Luchd-cleachdaidhFònaichean sgairteil, camarathan-lìn, camarathan DSLR, camarathan gnìomh.
● Saidheansan BeathaCumhachd mothachairean CMOScamarathan microsgopaidhair a chleachdadh ann an ìomhaighean fluorescence agus breithneachadh meidigeach.
● Reul-eòlasBidh teileasgopan agus innealan ìomhaighean fànais gu tric a’ cleachdadh CMOS saidheansail (sCMOS) airson rùn àrd agus fuaim ìosal.
● Sgrùdadh GnìomhachaisSgrùdadh optaigeach fèin-ghluasadach (AOI), robotachd, aguscamarathan airson sgrùdadh leth-chonnsachaidhearbsa mothachairean CMOS airson astar agus cruinneas.
● CarbadanSiostaman Taic Draibhearan Adhartach (ADAS), camarathan seallaidh cùil is pàircidh.
● Faireachas & TèarainteachdSiostaman lorgaidh gluasad is solais ìosal.
Tha an astar agus an èifeachdas cosgais a’ dèanamh CMOS mar an fhuasgladh as fheàrr airson cleachdadh malairteach àrd-tomhas-lìonaidh agus obair saidheansail sònraichte.
Carson a tha CMOS a-nis na Inbhe Nuadh-aimsireil
Cha do thachair an gluasad bho CCD gu CMOS thar oidhche, ach bha e do-sheachanta. Seo carson a tha CMOS a-nis na chlach-oisinn ann an gnìomhachas nan ìomhaighean:
● Buannachd SaothrachaidhAir a thogail air loidhnichean saothrachaidh leth-chonnsachaidh àbhaisteach, a’ lughdachadh cosgais agus a’ leasachadh comas sgèileachaidh.
● Buannachdan CoileanaidhRoghainnean còmhlachan rollaidh is cruinneil, cugallachd nas fheàrr ri solas ìosal, agus ìrean frèam nas àirde.
● Amalachadh & FiosrachadhTha mothachairean CMOS a-nis a’ toirt taic do phròiseasadh AI air-chip, coimpiutaireachd oir, agus mion-sgrùdadh fìor-ùine.
● Nuadh-chruthachadhTha seòrsachan mothachaidh a tha a’ tighinn am bàrr leithid CMOS cruachta, mothachaidhean ìomhaigh cuanta, agus mothachaidhean lùbte air an togail air àrd-ùrlaran CMOS.
Bho fhònaichean sgairteil gucamarathan saidheansailTha CMOS air dearbhadh gu bheil e sùbailte, cumhachdach, agus deiseil airson an ama ri teachd.
Co-dhùnadh
Tha mothachairean CMOS air fàs gu bhith nan inbhe ùr-nodha airson a’ mhòr-chuid de thagraidhean ìomhaighean, air sgàth an cothromachadh eadar coileanadh, èifeachdas agus cosgais. Co-dhiù a tha iad a’ glacadh chuimhneachain làitheil no a’ dèanamh mion-sgrùdadh saidheansail aig astar luath, tha teicneòlas CMOS a’ toirt seachad a’ bhunait airson saoghal lèirsinneach an latha an-diugh.
Mar a bhios ùr-ghnàthachaidhean mar CMOS còmhlachan cruinneil agus sCMOS a’ sìor leudachadh comasan na teicneòlais, thathar an dùil gun lean a ceannas airson bhliadhnaichean ri thighinn.
Ceistean Cumanta
Dè an diofar a tha eadar còmhlachan rollaidh agus còmhlachan cruinneil?
Bidh còmhlachan rollaidh a’ leughadh dàta ìomhaigh loidhne air loidhne, agus faodaidh seo adhbharan gluasaid adhbhrachadh (me, claonadh no crathadh) nuair a thathar a’ glacadh chuspairean a tha a’ gluasad gu luath.
Bidh còmhlaiche cruinneil a’ glacadh a’ fhrèam gu lèir aig an aon àm, a’ cur às do shaobhadh bho ghluasad. Tha e freagarrach airson tagraidhean ìomhaighean aig astar luath leithid lèirsinn innealan agus deuchainnean saidheansail.
Dè a th’ ann am Modh For-chòmhdach CMOS Rolling Shutter?
Airson camarathan CMOS le còmhlachan rollaidh, ann am modh for-tharraing, faodaidh nochdadh an ath fhrèam tòiseachadh mus bi am fear làithreach air a chrìochnachadh gu tur, a’ leigeil le ìrean frèam nas àirde. Tha seo comasach leis gu bheil nochdadh agus leughadh gach sreath air an cur ann an tìm.
Tha am modh seo feumail ann an tagraidhean far a bheil an ìre frèam as àirde agus an toradh as àirde deatamach, leithid ann an sgrùdadh aig astar luath no tracadh fìor-ùine. Ach, dh’ fhaodadh e beagan iom-fhillteachd an tìm agus an t-sioncronachaidh a mheudachadh.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Gach còir glèidhte. Nuair a bhios tu a’ toirt iomradh, feuch an cuir thu an stòr an cèill:www.tucsen.com
