૨૫/૦૮/૦૫સ્માર્ટફોનથી લઈને વૈજ્ઞાનિક સાધનો સુધી, ઇમેજ સેન્સર આજની દ્રશ્ય ટેકનોલોજીના હૃદયમાં છે. આમાં, CMOS સેન્સર પ્રબળ બળ બની ગયા છે, જે રોજિંદા ફોટાથી લઈને અદ્યતન માઇક્રોસ્કોપી અને સેમિકન્ડક્ટર નિરીક્ષણ સુધીની દરેક વસ્તુને શક્તિ આપે છે.
'કમ્પ્લિમેન્ટરી મેટલ ઓક્સાઇડ સેમિકન્ડક્ટર' (CMOS) ટેકનોલોજી એ એક ઇલેક્ટ્રોનિક આર્કિટેક્ચર અને ફેબ્રિકેશન પ્રોસેસ ટેકનોલોજીનો સમૂહ છે જેનો ઉપયોગ અતિ વ્યાપક છે. ખરેખર, CMOS ટેકનોલોજી આધુનિક ડિજિટલ યુગનો આધાર બની શકે છે એમ કહી શકાય.
CMOS સેન્સર શું છે?
CMOS ઇમેજ સેન્સર (CIS) સક્રિય પિક્સેલનો ઉપયોગ કરે છે, એટલે કે કેમેરાના દરેક પિક્સેલમાં ત્રણ કે તેથી વધુ ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો ઉપયોગ. CCD અને EMCCD પિક્સેલમાં ટ્રાન્ઝિસ્ટર હોતા નથી.
દરેક પિક્સેલમાં રહેલા ટ્રાન્ઝિસ્ટર આ 'સક્રિય' પિક્સેલ્સને નિયંત્રિત કરવા, 'ફીલ્ડ ઇફેક્ટ' ટ્રાન્ઝિસ્ટર દ્વારા સિગ્નલોને વિસ્તૃત કરવા અને તેમના ડેટાને સમાંતર રીતે ઍક્સેસ કરવા સક્ષમ બનાવે છે. સમગ્ર સેન્સર અથવા સેન્સરના નોંધપાત્ર ભાગ માટે એક જ રીડઆઉટ પાથની જગ્યાએ, aCMOS કેમેરાસેન્સરના દરેક કોલમ માટે ઓછામાં ઓછી એક આખી પંક્તિ રીડઆઉટ ADC, એક (અથવા વધુ) ADC શામેલ છે. આ દરેક તેમના કોલમનું મૂલ્ય એકસાથે વાંચી શકે છે. વધુમાં, આ 'સક્રિય પિક્સેલ' સેન્સર CMOS ડિજિટલ લોજિક સાથે સુસંગત છે, જે સંભવિત સેન્સર કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરે છે.
એકસાથે, આ ગુણો CMOS સેન્સર્સને તેમની ગતિ આપે છે. છતાં, સમાંતરતામાં આ વધારાને કારણે, વ્યક્તિગત ADCs તેમના શોધાયેલા સિગ્નલોને વધુ ચોકસાઈ સાથે માપવામાં વધુ સમય લઈ શકે છે. આ લાંબા રૂપાંતર સમય ખૂબ જ ઓછા અવાજની કામગીરી માટે પરવાનગી આપે છે, ઉચ્ચ પિક્સેલ ગણતરીઓ માટે પણ. આ અને અન્ય નવીનતાઓને કારણે, CMOS સેન્સરનો વાંચન અવાજ CCDs કરતા 5x - 10x ઓછો હોય છે.
આધુનિક વૈજ્ઞાનિક CMOS (sCMOS) કેમેરા એ CMOS નો એક વિશિષ્ટ પેટા પ્રકાર છે જે સંશોધન એપ્લિકેશનોમાં ઓછા અવાજ અને હાઇ-સ્પીડ ઇમેજિંગ માટે રચાયેલ છે.
CMOS સેન્સર કેવી રીતે કામ કરે છે? (રોલિંગ વિરુદ્ધ ગ્લોબલ શટર સહિત)
લાક્ષણિક CMOS સેન્સરનું સંચાલન આકૃતિમાં બતાવવામાં આવ્યું છે અને નીચે દર્શાવેલ છે. નોંધ કરો કે નીચે આપેલા કાર્યકારી તફાવતોના પરિણામે, ગ્લોબલ વિરુદ્ધ રોલિંગ શટર CMOS કેમેરા માટે એક્સપોઝરનો સમય અને કામગીરી અલગ હશે.
આકૃતિ: CMOS સેન્સર માટે રીડઆઉટ પ્રક્રિયા
નૉૅધ: ટેક્સ્ટમાં ચર્ચા કર્યા મુજબ, CMOS કેમેરા માટે રીડઆઉટ પ્રક્રિયા 'રોલિંગ શટર' અને 'ગ્લોબલ શટર' કેમેરા વચ્ચે અલગ પડે છે. બંને કિસ્સાઓમાં, દરેક પિક્સેલમાં એક કેપેસિટર અને એમ્પ્લીફાયર હોય છે જે શોધાયેલ ફોટોઇલેક્ટ્રોન ગણતરીના આધારે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે. દરેક પંક્તિ માટે, દરેક કૉલમ માટેના વોલ્ટેજ કૉલમ એનાલોગથી ડિજિટલ કન્વર્ટર દ્વારા એકસાથે માપવામાં આવે છે.
રોલિંગ શટર
1. રોલિંગ શટર CMOS સેન્સર માટે, ટોચની હરોળ (અથવા સ્પ્લિટસેન્સર કેમેરા માટે કેન્દ્ર) થી શરૂ કરીને, તે હરોળના એક્સપોઝર શરૂ કરવા માટે હરોળમાંથી ચાર્જ સાફ કરો.
2. 'લાઇન ટાઇમ' વીતી ગયા પછી (સામાન્ય રીતે 5-20 μs), આગલી હરોળમાં જાઓ અને સ્ટેપ 1 થી પુનરાવર્તન કરો, જ્યાં સુધી આખું સેન્સર ખુલ્લું ન થાય.
3. દરેક પંક્તિ માટે, એક્સપોઝર દરમિયાન ચાર્જ એકઠા થાય છે, જ્યાં સુધી તે પંક્તિ તેનો એક્સપોઝર સમય પૂર્ણ ન કરે. શરૂ થનારી પહેલી પંક્તિ પહેલા સમાપ્ત થશે.
4. એકવાર સતત એક્સપોઝર પૂર્ણ થઈ જાય, પછી રીડઆઉટ કેપેસિટર અને એમ્પ્લીફાયરમાં ચાર્જ ટ્રાન્સફર કરો.
5. તે હરોળમાં દરેક એમ્પ્લીફાયરમાં વોલ્ટેજ પછી કોલમ ADC સાથે જોડાયેલ છે, અને હરોળમાં દરેક પિક્સેલ માટે સિગ્નલ માપવામાં આવે છે.
6. રીડઆઉટ અને રીસેટ ઓપરેશન પૂર્ણ થવામાં 'લાઇન સમય' લાગશે, ત્યારબાદ એક્સપોઝર શરૂ કરવા માટેની આગલી પંક્તિ તેના એક્સપોઝર સમયના અંત સુધી પહોંચી જશે, અને પ્રક્રિયા પગલું 4 થી પુનરાવર્તિત થશે.
7. ટોચની હરોળ માટે રીડઆઉટ પૂર્ણ થાય કે તરત જ, જો નીચેની હરોળ વર્તમાન ફ્રેમને એક્સપોઝ કરવાનું શરૂ કરી દે, તો ટોચની હરોળ આગામી ફ્રેમ (ઓવરલેપ મોડ) ના એક્સપોઝર શરૂ કરી શકે છે. જો એક્સપોઝર સમય ફ્રેમ સમય કરતા ઓછો હોય, તો ટોચની હરોળ નીચેની હરોળના એક્સપોઝર શરૂ થાય ત્યાં સુધી રાહ જોવી જોઈએ. શક્ય તેટલો ટૂંકો એક્સપોઝર સામાન્ય રીતે એક લાઇન સમય હોય છે.
ટક્સેનનો FL 26BW કૂલ્ડ CMOS કેમેરાસોની IMX533 સેન્સર ધરાવતું, આ રોલિંગ શટર ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરે છે.
ગ્લોબલ શટર
1. સંપાદન શરૂ કરવા માટે, સમગ્ર સેન્સરમાંથી ચાર્જ એકસાથે સાફ કરવામાં આવે છે (પિક્સેલ વેલનું ગ્લોબલ રીસેટ).
2. એક્સપોઝર દરમિયાન ચાર્જ એકઠો થાય છે.
3. એક્સપોઝરના અંતે, એકત્રિત ચાર્જને દરેક પિક્સેલની અંદર એક માસ્ક્ડ કૂવામાં ખસેડવામાં આવે છે, જ્યાં તેઓ નવા શોધાયેલા ફોટોનની ગણતરી કર્યા વિના વાંચનની રાહ જોઈ શકે છે. કેટલાક કેમેરા આ તબક્કે ચાર્જને પિક્સેલ કેપેસિટરમાં ખસેડે છે.
4. દરેક પિક્સેલના માસ્ક કરેલા વિસ્તારમાં સંગ્રહિત શોધાયેલ ચાર્જ સાથે, પિક્સેલનો સક્રિય વિસ્તાર આગામી ફ્રેમ (ઓવરલેપ મોડ) ના એક્સપોઝરનું કામ શરૂ કરી શકે છે.
5. માસ્ક કરેલા વિસ્તારમાંથી રીડઆઉટની પ્રક્રિયા રોલિંગ શટર સેન્સરની જેમ આગળ વધે છે: સેન્સરની ટોચ પરથી, એક સમયે એક પંક્તિ, માસ્ક કરેલા કૂવામાંથી રીડઆઉટ કેપેસિટર અને એમ્પ્લીફાયરમાં ચાર્જ ટ્રાન્સફર થાય છે.
6. તે હરોળના દરેક એમ્પ્લીફાયરમાં વોલ્ટેજ ADC કોલમ સાથે જોડાયેલ છે, અને હરોળના દરેક પિક્સેલ માટે સિગ્નલ માપવામાં આવે છે.
7. રીડઆઉટ અને રીસેટ કામગીરી પૂર્ણ થવામાં 'લાઇન સમય' લાગશે, ત્યારબાદ પ્રક્રિયા સ્ટેપ 5 થી આગલી પંક્તિ માટે પુનરાવર્તિત થશે.
8. બધી પંક્તિઓ વાંચી લીધા પછી, કેમેરા આગામી ફ્રેમ વાંચવા માટે તૈયાર છે, અને જો એક્સપોઝર સમય પહેલાથી જ વીતી ગયો હોય તો પગલું 2 અથવા પગલું 3 થી પ્રક્રિયાને પુનરાવર્તિત કરી શકાય છે.
ટક્સેનનો લિબ્રા 3412M મોનો sCMOS કેમેરાવૈશ્વિક શટર ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરે છે, જે ગતિશીલ નમૂનાઓને સ્પષ્ટ અને ઝડપી કેપ્ચર કરવાની મંજૂરી આપે છે.
CMOS સેન્સરના ફાયદા અને ગેરફાયદા
ગુણ
● વધુ ઝડપ: CMOS સેન્સર સામાન્ય રીતે CCD અથવા EMCCD સેન્સર કરતાં ડેટા થ્રુપુટમાં 1 થી 2 ઓર્ડર ઝડપી હોય છે.
● મોટા સેન્સર: ઝડપી ડેટા થ્રુપુટ ઉચ્ચ પિક્સેલ ગણતરીઓ અને મોટા દૃશ્ય ક્ષેત્રોને સક્ષમ કરે છે, દસ કે સેંકડો મેગાપિક્સેલ સુધી.
● ઓછો અવાજ: કેટલાક CMOS સેન્સર 0.25e- જેટલો ઓછો અવાજ વાંચી શકે છે, જે EMCCD ને ટક્કર આપે છે, જેમાં વધારાના અવાજ સ્ત્રોતો ઉમેરતા ચાર્જ ગુણાકારની જરૂર નથી.
● પિક્સેલ કદની સુગમતા: ગ્રાહક અને સ્માર્ટફોન કેમેરા સેન્સર પિક્સેલ કદને ~1 μm રેન્જ સુધી નીચે લઈ જાય છે, અને 11 μm સુધીના પિક્સેલ કદના વૈજ્ઞાનિક કેમેરા સામાન્ય છે, અને 16 μm સુધી ઉપલબ્ધ છે.
● ઓછો વીજ વપરાશ: CMOS કેમેરાની ઓછી પાવર જરૂરિયાતો તેમને વૈજ્ઞાનિક અને ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનોની વિશાળ વિવિધતામાં ઉપયોગ માટે સક્ષમ બનાવે છે.
● કિંમત અને આજીવન: લો-એન્ડ CMOS કેમેરા સામાન્ય રીતે CCD કેમેરા જેવા જ અથવા ઓછા ખર્ચે હોય છે, અને હાઇ-એન્ડ CMOS કેમેરા EMCCD કેમેરા કરતા ઘણા ઓછા ખર્ચે હોય છે. તેમનો અપેક્ષિત સેવા જીવનકાળ EMCCD કેમેરા કરતા ઘણો આગળ હોવો જોઈએ.
વિપક્ષ
● રોલિંગ શટર: મોટાભાગના વૈજ્ઞાનિક CMOS કેમેરામાં રોલિંગ શટર હોય છે, જે પ્રાયોગિક કાર્યપ્રવાહમાં જટિલતા ઉમેરી શકે છે અથવા કેટલીક એપ્લિકેશનોને નકારી શકે છે.
● ઉચ્ચ ઘેરો રંગt: મોટાભાગના CMOS કેમેરામાં CCD અને EMCCD સેન્સર કરતાં ઘણો વધારે ડાર્ક કરંટ હોય છે, જે ક્યારેક લાંબા એક્સપોઝર (> 1 સેકન્ડ) પર નોંધપાત્ર અવાજ લાવે છે.
આજે CMOS સેન્સરનો ઉપયોગ ક્યાં થાય છે
તેમની વૈવિધ્યતાને કારણે, CMOS સેન્સર વિવિધ એપ્લિકેશનોમાં જોવા મળે છે:
● કન્ઝ્યુમર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ: સ્માર્ટફોન, વેબકેમ, ડીએસએલઆર, એક્શન કેમ્સ.
● જીવન વિજ્ઞાન: CMOS સેન્સર પાવરમાઇક્રોસ્કોપી કેમેરાફ્લોરોસેન્સ ઇમેજિંગ અને મેડિકલ ડાયગ્નોસ્ટિક્સમાં વપરાય છે.
● ખગોળશાસ્ત્ર: ટેલિસ્કોપ અને સ્પેસ ઇમેજિંગ ડિવાઇસ ઘણીવાર ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન અને ઓછા અવાજ માટે વૈજ્ઞાનિક CMOS (sCMOS) નો ઉપયોગ કરે છે.
● ઔદ્યોગિક નિરીક્ષણ: ઓટોમેટેડ ઓપ્ટિકલ ઇન્સ્પેક્શન (AOI), રોબોટિક્સ, અનેસેમિકન્ડક્ટર નિરીક્ષણ માટે કેમેરાઝડપ અને ચોકસાઈ માટે CMOS સેન્સર પર આધાર રાખો.
● ઓટોમોટિવ: એડવાન્સ્ડ ડ્રાઈવર આસિસ્ટન્સ સિસ્ટમ્સ (ADAS), રીઅર-વ્યૂ અને પાર્કિંગ કેમેરા.
● દેખરેખ અને સુરક્ષા: ઓછા પ્રકાશ અને ગતિ શોધ પ્રણાલીઓ.
તેમની ગતિ અને ખર્ચ-કાર્યક્ષમતા CMOS ને મોટા પ્રમાણમાં વ્યાપારી ઉપયોગ અને વિશિષ્ટ વૈજ્ઞાનિક કાર્ય બંને માટે એક શ્રેષ્ઠ ઉકેલ બનાવે છે.
શા માટે CMOS હવે આધુનિક ધોરણ છે
CCD થી CMOS માં પરિવર્તન રાતોરાત થયું ન હતું, પરંતુ તે અનિવાર્ય હતું. CMOS હવે ઇમેજિંગ ઉદ્યોગનો પાયાનો પથ્થર કેમ છે તે અહીં છે:
● ઉત્પાદન લાભ: પ્રમાણભૂત સેમિકન્ડક્ટર ફેબ્રિકેશન લાઇન પર બનેલ, ખર્ચ ઘટાડે છે અને સ્કેલેબિલિટીમાં સુધારો કરે છે.
● કામગીરીમાં વધારો: રોલિંગ અને ગ્લોબલ શટર વિકલ્પો, ઓછી પ્રકાશ સંવેદનશીલતામાં સુધારો અને ઉચ્ચ ફ્રેમ દર.
● એકીકરણ અને બુદ્ધિમત્તા: CMOS સેન્સર હવે ઓન-ચિપ AI પ્રોસેસિંગ, એજ કમ્પ્યુટિંગ અને રીઅલ-ટાઇમ વિશ્લેષણને સપોર્ટ કરે છે.
● નવીનતા: સ્ટેક્ડ CMOS, ક્વોન્ટા ઇમેજ સેન્સર અને કર્વ્ડ સેન્સર જેવા ઉભરતા સેન્સર પ્રકારો CMOS પ્લેટફોર્મ પર બનાવવામાં આવે છે.
સ્માર્ટફોનથી લઈનેવૈજ્ઞાનિક કેમેરા, CMOS અનુકૂલનશીલ, શક્તિશાળી અને ભવિષ્ય માટે તૈયાર સાબિત થયું છે.
નિષ્કર્ષ
CMOS સેન્સર મોટાભાગના ઇમેજિંગ એપ્લિકેશનો માટે આધુનિક ધોરણમાં વિકસિત થયા છે, જે તેમના પ્રદર્શન, કાર્યક્ષમતા અને ખર્ચના સંતુલનને આભારી છે. રોજિંદા યાદોને કેદ કરવાનું હોય કે હાઇ-સ્પીડ વૈજ્ઞાનિક વિશ્લેષણ કરવાનું હોય, CMOS ટેકનોલોજી આજના દ્રશ્ય વિશ્વનો પાયો પૂરો પાડે છે.
ગ્લોબલ શટર CMOS અને sCMOS જેવી નવીનતાઓ ટેકનોલોજીની ક્ષમતાઓને વિસ્તૃત કરવાનું ચાલુ રાખે છે, તેથી તેનું વર્ચસ્વ આવનારા વર્ષો સુધી ચાલુ રહેશે.
પ્રશ્નો
રોલિંગ શટર અને ગ્લોબલ શટર વચ્ચે શું તફાવત છે?
રોલિંગ શટર ઇમેજ ડેટા લાઇન બાય લાઇન વાંચે છે, જે ઝડપથી ગતિશીલ વિષયોને કેપ્ચર કરતી વખતે ગતિ કલાકૃતિઓ (દા.ત., ત્રાંસી અથવા ધ્રુજારી) નું કારણ બની શકે છે.
ગ્લોબલ શટર સમગ્ર ફ્રેમને એકસાથે કેપ્ચર કરે છે, ગતિમાંથી વિકૃતિ દૂર કરે છે. તે મશીન વિઝન અને વૈજ્ઞાનિક પ્રયોગો જેવા હાઇ-સ્પીડ ઇમેજિંગ એપ્લિકેશનો માટે આદર્શ છે.
રોલિંગ શટર CMOS ઓવરલેપ મોડ શું છે?
રોલિંગ શટર CMOS કેમેરા માટે, ઓવરલેપ મોડમાં, વર્તમાન ફ્રેમ પૂર્ણ થાય તે પહેલાં આગામી ફ્રેમનું એક્સપોઝર શરૂ થઈ શકે છે, જે ઉચ્ચ ફ્રેમ દર માટે પરવાનગી આપે છે. આ શક્ય છે કારણ કે દરેક પંક્તિનું એક્સપોઝર અને રીડઆઉટ સમયસર સ્થિર થાય છે.
આ મોડ એવા કાર્યક્રમોમાં ઉપયોગી છે જ્યાં મહત્તમ ફ્રેમ રેટ અને થ્રુપુટ મહત્વપૂર્ણ હોય છે, જેમ કે હાઇ-સ્પીડ નિરીક્ષણ અથવા રીઅલ-ટાઇમ ટ્રેકિંગમાં. જો કે, તે સમય અને સિંક્રનાઇઝેશનની જટિલતાને સહેજ વધારી શકે છે.
ટક્સેન ફોટોનિક્સ કંપની લિમિટેડ. સર્વાધિકાર સુરક્ષિત. ટાંકતી વખતે, કૃપા કરીને સ્રોત સ્વીકારો:www.tucsen.com
