२५/०८/०५स्मार्टफोनदेखि वैज्ञानिक उपकरणहरूसम्म, छवि सेन्सरहरू आजको दृश्य प्रविधिको मुटुमा छन्। यी मध्ये, CMOS सेन्सरहरू प्रमुख शक्ति बनेका छन्, जसले दैनिक तस्बिरहरूदेखि उन्नत माइक्रोस्कोपी र अर्धचालक निरीक्षणसम्म सबै कुरालाई शक्ति प्रदान गर्दछ।
'पूरक धातु अक्साइड अर्धचालक' (CMOS) प्रविधि एक इलेक्ट्रोनिक वास्तुकला र निर्माण प्रक्रिया प्रविधिहरूको सेट हो जसको अनुप्रयोगहरू अविश्वसनीय रूपमा व्यापक छन्। वास्तवमा, CMOS प्रविधिलाई आधुनिक डिजिटल युगको आधार बनाउन सकिन्छ भन्न सकिन्छ।
CMOS सेन्सर भनेको के हो?
CMOS छवि सेन्सरहरू (CIS) ले सक्रिय पिक्सेलहरू प्रयोग गर्छन्, जसको अर्थ क्यामेराको प्रत्येक पिक्सेलमा तीन वा बढी ट्रान्जिस्टरहरूको प्रयोग हो। CCD र EMCCD पिक्सेलहरूमा ट्रान्जिस्टरहरू हुँदैनन्।
प्रत्येक पिक्सेलमा रहेका ट्रान्जिस्टरहरूले यी 'सक्रिय' पिक्सेलहरूलाई नियन्त्रण गर्न, 'फिल्ड इफेक्ट' ट्रान्जिस्टरहरू मार्फत सिग्नलहरू प्रवर्द्धन गर्न र तिनीहरूको डेटा पहुँच गर्न सक्षम बनाउँछन्, सबै समानान्तर रूपमा। सम्पूर्ण सेन्सर वा सेन्सरको महत्त्वपूर्ण अंशको लागि एकल रिडआउट मार्गको सट्टा, aCMOS क्यामेरासेन्सरको प्रत्येक स्तम्भको लागि कम्तिमा एउटा सम्पूर्ण पङ्क्तिको रीडआउट ADC, एक (वा बढी) ADC समावेश गर्दछ। यी प्रत्येकले आफ्नो स्तम्भको मान एकैसाथ पढ्न सक्छन्। यसबाहेक, यी 'सक्रिय पिक्सेल' सेन्सरहरू CMOS डिजिटल तर्कसँग उपयुक्त छन्, जसले सम्भावित सेन्सर कार्यक्षमता बढाउँछ।
यी गुणहरूले CMOS सेन्सरहरूलाई तिनीहरूको गति दिन्छन्। तैपनि, समानान्तरतामा भएको यो वृद्धिको लागि धन्यवाद, व्यक्तिगत ADC हरूले आफ्नो पत्ता लगाइएका संकेतहरू अझ शुद्धताका साथ मापन गर्न लामो समय लिन सक्षम छन्। यी लामो रूपान्तरण समयहरूले धेरै कम आवाज सञ्चालनको लागि अनुमति दिन्छ, उच्च पिक्सेल गणनाहरूको लागि पनि। यो र अन्य आविष्कारहरूको लागि धन्यवाद, CMOS सेन्सरहरूको पढ्ने आवाज CCD हरूको तुलनामा 5x - 10x कम हुन्छ।
आधुनिक वैज्ञानिक CMOS (sCMOS) क्यामेराहरू अनुसन्धान अनुप्रयोगहरूमा कम आवाज र उच्च-गतिको इमेजिङको लागि डिजाइन गरिएको CMOS को एक विशेष उपप्रकार हो।
CMOS सेन्सरहरूले कसरी काम गर्छन्? (रोलिङ बनाम ग्लोबल शटर सहित)
सामान्य CMOS सेन्सरको सञ्चालन चित्रमा देखाइएको छ र तल उल्लिखित छ। ध्यान दिनुहोस् कि तलका सञ्चालन भिन्नताहरूको परिणामस्वरूप, ग्लोबल बनाम रोलिङ शटर CMOS क्यामेराहरूको लागि एक्सपोजरको समय र सञ्चालन फरक हुनेछ।
चित्र: CMOS सेन्सरको लागि पढ्ने प्रक्रिया
नोट गर्नुहोस्: CMOS क्यामेराहरूको लागि रिडआउट प्रक्रिया 'रोलिङ शटर' र 'ग्लोबल शटर' क्यामेराहरू बीच फरक हुन्छ, जसरी पाठमा छलफल गरिएको छ। दुवै अवस्थामा, प्रत्येक पिक्सेलमा क्यापेसिटर र एम्पलीफायर हुन्छ जसले पत्ता लगाइएको फोटोइलेक्ट्रोन गणनामा आधारित भोल्टेज उत्पादन गर्दछ। प्रत्येक पङ्क्तिको लागि, प्रत्येक स्तम्भको लागि भोल्टेजहरू डिजिटल कन्भर्टरहरूमा स्तम्भ एनालगद्वारा एकैसाथ मापन गरिन्छ।
रोलिङ शटर
१. रोलिङ शटर CMOS सेन्सरको लागि, माथिल्लो पङ्क्ति (वा स्प्लिटसेन्सर क्यामेराहरूको लागि केन्द्र) बाट सुरु गर्दै, त्यो पङ्क्तिको एक्सपोजर सुरु गर्न पङ्क्तिबाट चार्ज खाली गर्नुहोस्।
२. 'लाइन समय' बितिसकेपछि (सामान्यतया ५-२० μs), अर्को पङ्क्तिमा जानुहोस् र चरण १ बाट दोहोर्याउनुहोस्, जबसम्म सम्पूर्ण सेन्सर खुला हुँदैन।
३. प्रत्येक पङ्क्तिको लागि, एक्सपोजरको समयमा शुल्कहरू जम्मा हुन्छन्, जबसम्म त्यो पङ्क्तिले यसको एक्सपोजर समय समाप्त गर्दैन। सुरु हुने पहिलो पङ्क्ति पहिले समाप्त हुनेछ।
४. एक पटक पङ्क्तिको लागि एक्सपोजर समाप्त भएपछि, रिडआउट क्यापेसिटर र एम्पलीफायरमा चार्जहरू स्थानान्तरण गर्नुहोस्।
५. त्यसपछि त्यो पङ्क्तिको प्रत्येक एम्पलीफायरको भोल्टेजलाई ADC स्तम्भमा जडान गरिन्छ, र पङ्क्तिको प्रत्येक पिक्सेलको लागि सिग्नल मापन गरिन्छ।
६. रिडआउट र रिसेट अपरेशन पूरा हुन 'लाइन समय' लाग्नेछ, त्यसपछि एक्सपोजर सुरु गर्ने अर्को पङ्क्ति यसको एक्सपोजर समयको अन्त्यमा पुग्नेछ, र प्रक्रिया चरण ४ बाट दोहोरिन्छ।
७. माथिल्लो पङ्क्तिको लागि रिडआउट पूरा हुने बित्तिकै, तल्लो पङ्क्तिले हालको फ्रेमलाई एक्सपोज गर्न थालेको छ भने, माथिल्लो पङ्क्तिले अर्को फ्रेम (ओभरल्याप मोड) को एक्सपोजर सुरु गर्न सक्छ। यदि एक्सपोजर समय फ्रेम समय भन्दा छोटो छ भने, माथिल्लो पङ्क्तिले तल्लो पङ्क्तिको एक्सपोजर सुरु हुनको लागि पर्खनु पर्छ। सम्भव भएसम्म छोटो एक्सपोजर सामान्यतया एक लाइन समय हुन्छ।
टक्सनको FL 26BW कूल्ड CMOS क्यामेरासोनी IMX533 सेन्सर भएको, यो रोलिङ शटर प्रविधि प्रयोग गर्दछ।
ग्लोबल शटर
१. अधिग्रहण सुरु गर्न, सम्पूर्ण सेन्सरबाट चार्ज एकैसाथ हटाइन्छ (पिक्सेल वेलको विश्वव्यापी रिसेट)।
२. एक्सपोजरको समयमा चार्ज जम्मा हुन्छ।
३. एक्सपोजरको अन्त्यमा, सङ्कलन गरिएका चार्जहरूलाई प्रत्येक पिक्सेल भित्रको मास्क गरिएको इनारमा सारिन्छ, जहाँ तिनीहरू नयाँ पत्ता लागेको फोटोनहरू गणना नगरीकन रिडआउटको लागि पर्खन सक्छन्। केही क्यामेराहरूले यस चरणमा चार्जहरूलाई पिक्सेल क्यापेसिटरमा सार्छन्।
४. प्रत्येक पिक्सेलको मास्क गरिएको क्षेत्रमा भण्डारण गरिएको पत्ता लागेको चार्जहरूसँग, पिक्सेलको सक्रिय क्षेत्रले अर्को फ्रेम (ओभरल्याप मोड) को एक्सपोजर सुरु गर्न सक्छ।
५. मास्क गरिएको क्षेत्रबाट रिडआउटको प्रक्रिया रोलिङ शटर सेन्सरहरू जस्तै अगाडि बढ्छ: सेन्सरको माथिबाट, एक पटकमा एक पङ्क्तिमा, मास्क गरिएको कुवाबाट रिडआउट क्यापेसिटर र एम्पलीफायरमा चार्जहरू स्थानान्तरण गरिन्छ।
६. त्यो पङ्क्तिको प्रत्येक एम्पलीफायरको भोल्टेज ADC स्तम्भमा जोडिएको छ, र पङ्क्तिको प्रत्येक पिक्सेलको लागि सिग्नल मापन गरिएको छ।
७. रिडआउट र रिसेट अपरेशन पूरा हुन 'लाइन समय' लाग्नेछ, त्यसपछि चरण ५ बाट अर्को पङ्क्तिको लागि प्रक्रिया दोहोरिनेछ।
८. सबै पङ्क्तिहरू पढिसकेपछि, क्यामेरा अर्को फ्रेम पढ्न तयार हुन्छ, र यदि एक्सपोजर समय पहिले नै बितिसकेको छ भने चरण २, वा चरण ३ बाट प्रक्रिया दोहोर्याउन सकिन्छ।
टक्सनको लिब्रा ३४१२एम मोनो sCMOS क्यामेराविश्वव्यापी शटर प्रविधिको प्रयोग गर्दछ, जसले गर्दा गतिशील नमूनाहरूको स्पष्ट र द्रुत क्याप्चर सक्षम हुन्छ।
CMOS सेन्सरका फाइदा र बेफाइदाहरू
विशेषज्ञहरूले
● उच्च गति: CMOS सेन्सरहरू सामान्यतया CCD वा EMCCD सेन्सरहरू भन्दा डेटा थ्रुपुटमा १ देखि २ अर्डर तीव्र हुन्छन्।
● ठूला सेन्सरहरू: छिटो डेटा थ्रुपुटले उच्च पिक्सेल गणना र दशौं वा सयौं मेगापिक्सेलसम्म ठूला दृश्य क्षेत्रहरूलाई सक्षम बनाउँछ।
● कम आवाज: केही CMOS सेन्सरहरूले ०.२५e- सम्मको कम आवाज पढ्न सक्छन्, जसले EMCCD हरूलाई प्रतिद्वन्द्वी बनाउँछ, जसको लागि चार्ज गुणन आवश्यक पर्दैन जसले थप आवाज स्रोतहरू थप्छ।
● पिक्सेल आकार लचिलोपन: उपभोक्ता र स्मार्टफोन क्यामेरा सेन्सरहरूले पिक्सेल आकारलाई ~१ μm दायरासम्म तल झार्न सक्छन्, र ११ μm सम्मको पिक्सेल आकारका वैज्ञानिक क्यामेराहरू सामान्य छन्, र १६ μm सम्म उपलब्ध छन्।
● कम बिजुली खपत: CMOS क्यामेराहरूको कम पावर आवश्यकताहरूले तिनीहरूलाई वैज्ञानिक र औद्योगिक अनुप्रयोगहरूको विस्तृत विविधतामा प्रयोग गर्न सक्षम बनाउँछ।
● मूल्य र जीवनकाल: कम-अन्त CMOS क्यामेराहरू सामान्यतया CCD क्यामेराहरूसँग मिल्दोजुल्दो वा कम लागतमा हुन्छन्, र उच्च-अन्त CMOS क्यामेराहरू EMCCD क्यामेराहरू भन्दा धेरै कम लागतमा हुन्छन्। तिनीहरूको अपेक्षित सेवा जीवनकाल EMCCD क्यामेराको भन्दा धेरै बढी हुनुपर्छ।
विपक्ष
● रोलिङ सटर: धेरैजसो वैज्ञानिक CMOS क्यामेराहरूमा रोलिङ शटर हुन्छ, जसले प्रयोगात्मक कार्यप्रवाहमा जटिलता थप्न सक्छ वा केही अनुप्रयोगहरूलाई अस्वीकार गर्न सक्छ।
● माथिल्लो गाढा करेनt: धेरैजसो CMOS क्यामेराहरूमा CCD र EMCCD सेन्सरहरू भन्दा धेरै उच्च डार्क करेन्ट हुन्छ, जसले गर्दा कहिलेकाहीँ लामो एक्सपोजर (> १ सेकेन्ड) मा उल्लेखनीय आवाज निम्त्याउँछ।
आज CMOS सेन्सरहरू कहाँ प्रयोग गरिन्छ
तिनीहरूको बहुमुखी प्रतिभाको कारण, CMOS सेन्सरहरू अनुप्रयोगहरूको विशाल श्रृंखलामा पाइन्छ:
● उपभोक्ता इलेक्ट्रोनिक्स: स्मार्टफोन, वेबक्याम, DSLR, एक्सन क्याम।
● जीवन विज्ञान: CMOS सेन्सर पावरमाइक्रोस्कोपी क्यामेराहरूफ्लोरोसेन्स इमेजिङ र मेडिकल डायग्नोस्टिक्समा प्रयोग गरिन्छ।
● खगोल विज्ञान: टेलिस्कोप र अन्तरिक्ष इमेजिङ उपकरणहरूले प्रायः उच्च रिजोल्युसन र कम आवाजको लागि वैज्ञानिक CMOS (sCMOS) प्रयोग गर्छन्।
● औद्योगिक निरीक्षण: स्वचालित अप्टिकल निरीक्षण (AOI), रोबोटिक्स, रअर्धचालक निरीक्षणको लागि क्यामेराहरूगति र शुद्धताको लागि CMOS सेन्सरहरूमा भर पर्नुहोस्।
● अटोमोटिभ: उन्नत चालक सहायता प्रणाली (ADAS), पछाडिको दृश्य र पार्किङ क्यामेराहरू।
● निगरानी र सुरक्षा: कम प्रकाश र गति पत्ता लगाउने प्रणालीहरू।
तिनीहरूको गति र लागत-दक्षताले CMOS लाई उच्च-मात्रा व्यावसायिक प्रयोग र विशेष वैज्ञानिक कार्य दुवैको लागि जाने समाधान बनाउँछ।
किन CMOS अब आधुनिक मानक हो?
CCD बाट CMOS मा परिवर्तन रातारात भएको थिएन, तर यो अपरिहार्य थियो। CMOS अब इमेजिङ उद्योगको आधारशिला हुनुको कारण यहाँ छ:
● उत्पादनको फाइदा: मानक अर्धचालक निर्माण लाइनहरूमा निर्मित, लागत घटाउने र स्केलेबिलिटी सुधार गर्ने।
● कार्यसम्पादन लाभ: रोलिङ र ग्लोबल शटर विकल्पहरू, सुधारिएको कम-प्रकाश संवेदनशीलता, र उच्च फ्रेम दरहरू।
● एकीकरण र बुद्धिमत्ता: CMOS सेन्सरहरूले अब अन-चिप एआई प्रशोधन, एज कम्प्युटिङ, र वास्तविक-समय विश्लेषणलाई समर्थन गर्दछ।
● नवीनता: स्ट्याक्ड CMOS, क्वान्टा इमेज सेन्सर, र कर्भ सेन्सर जस्ता उदीयमान सेन्सर प्रकारहरू CMOS प्लेटफर्महरूमा निर्मित हुन्छन्।
स्मार्टफोन देखिवैज्ञानिक क्यामेराहरू, CMOS अनुकूलनीय, शक्तिशाली, र भविष्यको लागि तयार साबित भएको छ।
निष्कर्ष
CMOS सेन्सरहरू धेरैजसो इमेजिङ अनुप्रयोगहरूको लागि आधुनिक मानकमा विकसित भएका छन्, तिनीहरूको प्रदर्शन, दक्षता र लागतको सन्तुलनको कारण। दैनिक सम्झनाहरू कैद गर्ने होस् वा उच्च-गतिको वैज्ञानिक विश्लेषण गर्ने होस्, CMOS प्रविधिले आजको दृश्य संसारको लागि जग प्रदान गर्दछ।
विश्वव्यापी शटर CMOS र sCMOS जस्ता आविष्कारहरूले प्रविधिको क्षमताहरू विस्तार गर्न जारी राख्दा, यसको प्रभुत्व आगामी वर्षहरूमा पनि जारी रहनेछ।
सोधिने प्रश्नहरू
रोलिङ सटर र ग्लोबल सटरमा के फरक छ?
रोलिङ शटरले छवि डेटा लाइन-लाइन पढ्छ, जसले गर्दा द्रुत गतिमा चल्ने विषयवस्तुहरू खिच्दा गति कलाकृतिहरू (जस्तै, स्क्यु वा डगमगाउने) हुन सक्छ।
एउटा ग्लोबल शटरले सम्पूर्ण फ्रेमलाई एकैसाथ कैद गर्छ, गतिबाट विकृति हटाउँछ। यो मेसिन भिजन र वैज्ञानिक प्रयोगहरू जस्ता उच्च-गतिको इमेजिङ अनुप्रयोगहरूको लागि आदर्श हो।
रोलिङ शटर CMOS ओभरल्याप मोड भनेको के हो?
रोलिङ शटर CMOS क्यामेराहरूको लागि, ओभरल्याप मोडमा, अर्को फ्रेमको एक्सपोजर हालको फ्रेम पूर्ण रूपमा पूरा हुनुभन्दा पहिले नै सुरु हुन सक्छ, जसले गर्दा उच्च फ्रेम दरहरू प्राप्त गर्न सकिन्छ। यो सम्भव छ किनभने प्रत्येक पङ्क्तिको एक्सपोजर र रिडआउट समयमा स्थिर हुन्छन्।
यो मोड ती अनुप्रयोगहरूमा उपयोगी छ जहाँ अधिकतम फ्रेम दर र थ्रुपुट महत्वपूर्ण हुन्छ, जस्तै उच्च-गति निरीक्षण वा वास्तविक-समय ट्र्याकिङमा। यद्यपि, यसले समय र सिंक्रोनाइजेसनको जटिलतालाई थोरै बढाउन सक्छ।
टक्सेन फोटोनिक्स कं, लिमिटेड। सबै अधिकार सुरक्षित। उद्धृत गर्दा, कृपया स्रोत स्वीकार गर्नुहोस्:www.tucsen.com
