25/08/05اسمارٹ فونز سے لے کر سائنسی آلات تک، تصویری سینسر آج کی بصری ٹیکنالوجی کے مرکز میں ہیں۔ ان میں سے، CMOS سینسر غالب قوت بن گئے ہیں، جو روزمرہ کی تصاویر سے لے کر جدید مائکروسکوپی اور سیمی کنڈکٹر معائنہ تک ہر چیز کو طاقت دیتے ہیں۔
'کمپلیمنٹری میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر' (CMOS) ٹیکنالوجی ایک الیکٹرانک فن تعمیر ہے اور فیبریکیشن پروسیس ٹیکنالوجیز کا مجموعہ ہے جس کے اطلاقات ناقابل یقین حد تک وسیع ہیں۔ درحقیقت، کہا جا سکتا ہے کہ CMOS ٹیکنالوجی جدید ڈیجیٹل دور کی بنیاد رکھتی ہے۔
CMOS سینسر کیا ہے؟
CMOS امیج سینسر (CIS) ایکٹو پکسلز کا استعمال کرتے ہیں، یعنی کیمرے کے ہر پکسل میں تین یا اس سے زیادہ ٹرانزسٹرز کا استعمال۔ CCD اور EMCCD پکسلز میں ٹرانزسٹر نہیں ہوتے ہیں۔
ہر پکسل میں ٹرانجسٹر ان 'ایکٹو' پکسلز کو کنٹرول کرنے، 'فیلڈ ایفیکٹ' ٹرانزسٹر کے ذریعے سگنلز کو بڑھاوا دینے اور ان کے ڈیٹا تک رسائی حاصل کرنے کے قابل بناتے ہیں، یہ سب کچھ متوازی طور پر ہوتا ہے۔ پورے سینسر یا سینسر کے ایک اہم حصے کے لیے ایک ہی ریڈ آؤٹ پاتھ کی جگہ، ایکCMOS کیمرہریڈ آؤٹ ADCs کی کم از کم ایک پوری قطار، سینسر کے ہر کالم کے لیے ایک (یا زیادہ) ADC شامل ہے۔ ان میں سے ہر ایک بیک وقت اپنے کالم کی قدر پڑھ سکتا ہے۔ مزید یہ کہ یہ 'ایکٹو پکسل' سینسرز CMOS ڈیجیٹل لاجک کے ساتھ مطابقت رکھتے ہیں، ممکنہ سینسر کی فعالیت کو بڑھاتے ہیں۔
ایک ساتھ، یہ خصوصیات CMOS سینسر کو ان کی رفتار فراہم کرتی ہیں۔ پھر بھی، ہم آہنگی میں اس اضافے کی بدولت، انفرادی ADCs زیادہ درستگی کے ساتھ اپنے پتہ لگائے گئے سگنلز کی پیمائش کرنے میں زیادہ وقت لے سکتے ہیں۔ تبادلوں کے یہ طویل اوقات بہت کم شور کے آپریشن کی اجازت دیتے ہیں، یہاں تک کہ زیادہ پکسل کی گنتی کے لیے بھی۔ اس کی بدولت، اور دیگر اختراعات، CMOS سینسرز کا پڑھنے کا شور CCDs کے مقابلے میں 5x - 10x تک کم ہوتا ہے۔
جدید سائنسی CMOS (sCMOS) کیمرے CMOS کا ایک خصوصی ذیلی قسم ہے جو تحقیقی ایپلی کیشنز میں کم شور اور تیز رفتار امیجنگ کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔
CMOS سینسر کیسے کام کرتے ہیں؟ (بشمول رولنگ بمقابلہ گلوبل شٹر)
ایک عام سی ایم او ایس سینسر کا آپریشن تصویر میں دکھایا گیا ہے اور نیچے بیان کیا گیا ہے۔ نوٹ کریں کہ ذیل میں آپریشنل اختلافات کے نتیجے میں، عالمی بمقابلہ رولنگ شٹر CMOS کیمروں کے لیے نمائش کا وقت اور عمل مختلف ہوگا۔
تصویر: CMOS سینسر کے لیے ریڈ آؤٹ کا عمل
نوٹ: CMOS کیمروں کے لیے پڑھنے کا عمل 'رولنگ شٹر' اور 'گلوبل شٹر' کیمروں کے درمیان مختلف ہے، جیسا کہ متن میں زیر بحث آیا ہے۔ دونوں صورتوں میں، ہر پکسل میں ایک کپیسیٹر اور یمپلیفائر ہوتا ہے جو کہ فوٹو الیکٹران کی گنتی کی بنیاد پر وولٹیج پیدا کرتا ہے۔ ہر قطار کے لیے، ہر کالم کے وولٹیج کو کالم اینالاگ سے ڈیجیٹل کنورٹرز کے ساتھ ساتھ ناپا جاتا ہے۔
رولنگ شٹر
1. رولنگ شٹر CMOS سینسر کے لیے، اوپر والی قطار سے شروع ہو کر (یا اسپلٹ سینسر کیمروں کے لیے مرکز)، اس قطار کی نمائش شروع کرنے کے لیے قطار سے چارج صاف کریں۔
2. 'لائن ٹائم' گزر جانے کے بعد (عام طور پر 5-20 μs)، اگلی قطار پر جائیں اور مرحلہ 1 سے دہرائیں، جب تک کہ پورا سینسر سامنے نہ آ جائے۔
3. ہر قطار کے لیے، ایکسپوژر کے دوران چارجز جمع ہوتے رہتے ہیں، جب تک کہ وہ قطار اپنا ایکسپوزر ٹائم ختم نہ کر لے۔ شروع کرنے والی پہلی قطار پہلے ختم ہوگی۔
4. ایک بار ایک قطار کے لیے نمائش ختم ہو جانے کے بعد، چارجز کو ریڈ آؤٹ کیپسیٹر اور ایمپلیفائر پر منتقل کریں۔
5. اس قطار میں ہر یمپلیفائر میں وولٹیج پھر کالم ADC سے منسلک ہوتا ہے، اور قطار میں ہر پکسل کے لیے سگنل کی پیمائش کی جاتی ہے۔
6. ریڈ آؤٹ اور ری سیٹ آپریشن کو مکمل ہونے میں 'لائن ٹائم' لگے گا، جس کے بعد ایکسپوزر شروع کرنے کے لیے اگلی قطار اپنے ایکسپوزر ٹائم کے اختتام پر پہنچ جائے گی، اور اس عمل کو مرحلہ 4 سے دہرایا جائے گا۔
7. جیسے ہی اوپر کی قطار کے لیے ریڈ آؤٹ مکمل ہوتا ہے، نیچے کی قطار فراہم کرنے سے موجودہ فریم کو بے نقاب کرنا شروع ہو جاتا ہے، اوپر والی قطار اگلے فریم (اوورلیپ موڈ) کی نمائش شروع کر سکتی ہے۔ اگر نمائش کا وقت فریم کے وقت سے کم ہے، تو اوپر کی قطار کو نچلی قطار کا انتظار شروع کرنے کا انتظار کرنا چاہیے۔ کم سے کم ممکنہ نمائش عام طور پر ایک لائن کا وقت ہے۔
Tucsen کا FL 26BW کولڈ CMOS کیمرہسونی IMX533 سینسر کی خاصیت، اس رولنگ شٹر ٹیکنالوجی کا استعمال کرتا ہے۔
عالمی شٹر
1. حصول شروع کرنے کے لیے، چارج کو بیک وقت پورے سینسر سے صاف کیا جاتا ہے (پکسل کنویں کا عالمی ری سیٹ)۔
2. نمائش کے دوران چارج جمع ہوتا ہے۔
3. نمائش کے اختتام پر، جمع شدہ چارجز کو ہر پکسل کے اندر ایک ماسکڈ کنویں میں منتقل کر دیا جاتا ہے، جہاں وہ نئے پائے جانے والے فوٹونز کو شمار کیے بغیر پڑھنے کا انتظار کر سکتے ہیں۔ کچھ کیمرے اس مرحلے پر چارجز کو پکسل کیپسیٹر میں منتقل کرتے ہیں۔
4. ہر پکسل کے نقاب پوش علاقے میں ذخیرہ شدہ چارجز کے ساتھ، پکسل کا فعال علاقہ اگلے فریم (اوورلیپ موڈ) کی نمائش شروع کر سکتا ہے۔
5. ماسکڈ ایریا سے ریڈ آؤٹ کا عمل رولنگ شٹر سینسرز کی طرح آگے بڑھتا ہے: ایک وقت میں ایک قطار، سینسر کے اوپر سے، چارجز کو ماسکڈ ویل سے ریڈ آؤٹ کیپسیٹر اور ایمپلیفائر میں منتقل کیا جاتا ہے۔
6. اس قطار میں ہر ایمپلیفائر کا وولٹیج کالم ADC سے منسلک ہوتا ہے، اور قطار میں ہر پکسل کے لیے سگنل کی پیمائش کی جاتی ہے۔
7. ریڈ آؤٹ اور ری سیٹ آپریشن کو مکمل ہونے میں 'لائن ٹائم' لگے گا، جس کے بعد یہ عمل مرحلہ 5 سے اگلی قطار کے لیے دہرایا جائے گا۔
8. تمام قطاروں کو پڑھنے کے بعد، کیمرہ اگلے فریم کو پڑھنے کے لیے تیار ہے، اور اس عمل کو مرحلہ 2، یا مرحلہ 3 سے دہرایا جا سکتا ہے اگر نمائش کا وقت پہلے ہی گزر چکا ہے۔
Tucsen's Libra 3412M مونو sCMOS کیمرہعالمی شٹر ٹکنالوجی کا استعمال کرتا ہے، جو حرکت پذیر نمونوں کو واضح اور تیزی سے پکڑنے کے قابل بناتا ہے۔
CMOS سینسر کے فوائد اور نقصانات
پیشہ
● زیادہ رفتار: سی ایم او ایس سینسرز عام طور پر سی سی ڈی یا ای ایم سی سی ڈی سینسرز کے مقابلے ڈیٹا تھرو پٹ میں 1 سے 2 آرڈرز زیادہ تیز ہوتے ہیں۔
● بڑے سینسر: تیز تر ڈیٹا تھرو پٹ دسیوں یا سیکڑوں میگا پکسلز تک اعلی پکسل کی گنتی اور منظر کے بڑے فیلڈز کو قابل بناتا ہے۔
● کم شور: کچھ CMOS سینسرز 0.25e- تک کم شور پڑھ سکتے ہیں، چارج ضرب کی ضرورت کے بغیر EMCCDs کا مقابلہ کرتے ہیں جو اضافی شور کے ذرائع کا اضافہ کرتے ہیں۔
● پکسل سائز کی لچک: صارفین اور اسمارٹ فون کیمرہ سینسر پکسل کے سائز کو ~1 μm کی حد تک لے جاتے ہیں، اور پکسل سائز میں 11 μm تک کے سائنسی کیمرے عام ہیں، اور 16 μm تک دستیاب ہیں۔
● کم بجلی کی کھپت: CMOS کیمروں کی کم بجلی کی ضروریات انہیں سائنسی اور صنعتی ایپلی کیشنز کی وسیع اقسام میں استعمال کرنے کے قابل بناتی ہیں۔
● قیمت اور زندگی بھر: کم درجے کے CMOS کیمرے عام طور پر CCD کیمروں سے ملتے جلتے یا کم ہوتے ہیں، اور اعلیٰ درجے کے CMOS کیمرے EMCCD کیمروں سے بہت کم لاگت کے ہوتے ہیں۔ ان کی متوقع سروس لائف ٹائم EMCCD کیمرہ سے بہت زیادہ ہونا چاہیے۔
Cons
● رولنگ شٹر: سائنسی CMOS کیمروں کی اکثریت میں رولنگ شٹر ہوتا ہے، جو تجرباتی ورک فلو میں پیچیدگی کا اضافہ کر سکتا ہے یا کچھ ایپلی کیشنز کو مسترد کر سکتا ہے۔
● زیادہ گہرا کرینt: زیادہ تر CMOS کیمروں میں CCD اور EMCCD سینسرز کے مقابلے بہت زیادہ گہرا کرنٹ ہوتا ہے، بعض اوقات طویل نمائش (> 1 سیکنڈ) پر اہم شور متعارف کراتے ہیں۔
جہاں آج کل CMOS سینسر استعمال ہوتے ہیں۔
ان کی استعداد کی بدولت، CMOS سینسر ایپلی کیشنز کی ایک وسیع صف میں پائے جاتے ہیں:
● کنزیومر الیکٹرانکس: اسمارٹ فونز، ویب کیمز، DSLRs، ایکشن کیمز۔
● لائف سائنسز: CMOS سینسر کی طاقتمائکروسکوپی کیمرےفلوروسینس امیجنگ اور طبی تشخیص میں استعمال کیا جاتا ہے۔
● فلکیات: دوربینیں اور خلائی امیجنگ آلات اکثر ہائی ریزولوشن اور کم شور کے لیے سائنسی CMOS (sCMOS) کا استعمال کرتے ہیں۔
● صنعتی معائنہ: خودکار نظری معائنہ (AOI)، روبوٹکس، اورسیمی کنڈکٹر کے معائنے کے لیے کیمرےرفتار اور درستگی کے لیے CMOS سینسر پر انحصار کریں۔
● آٹوموٹو: ایڈوانسڈ ڈرائیور اسسٹنس سسٹمز (ADAS)، پیچھے کا منظر اور پارکنگ کیمرے۔
● نگرانی اور سیکورٹی: کم روشنی اور حرکت کا پتہ لگانے کے نظام۔
ان کی رفتار اور لاگت کی کارکردگی CMOS کو اعلیٰ حجم کے تجارتی استعمال اور خصوصی سائنسی کام دونوں کے لیے جانے والا حل بناتی ہے۔
CMOS اب جدید معیار کیوں ہے۔
CCD سے CMOS میں شفٹ راتوں رات نہیں ہوا، لیکن یہ ناگزیر تھا۔ یہاں یہ ہے کہ CMOS اب امیجنگ انڈسٹری کا سنگ بنیاد کیوں ہے:
● مینوفیکچرنگ کا فائدہ: معیاری سیمی کنڈکٹر فیبریکیشن لائنوں پر بنایا گیا، لاگت کو کم کرنا اور اسکیل ایبلٹی کو بہتر بنانا۔
● کارکردگی میں اضافہ: رولنگ اور عالمی شٹر کے اختیارات، کم روشنی کی حساسیت میں بہتری، اور اعلیٰ فریم ریٹ۔
● انضمام اور ذہانت: CMOS سینسر اب آن چپ AI پروسیسنگ، ایج کمپیوٹنگ، اور ریئل ٹائم تجزیہ کو سپورٹ کرتے ہیں۔
● اختراع: ابھرتی ہوئی سینسر کی قسمیں جیسے اسٹیکڈ CMOS، کوانٹا امیج سینسرز، اور خمیدہ سینسر CMOS پلیٹ فارم پر بنائے گئے ہیں۔
اسمارٹ فونز سے لے کرسائنسی کیمرے، CMOS قابل موافق، طاقتور اور مستقبل کے لیے تیار ثابت ہوا ہے۔
نتیجہ
CMOS سینسر زیادہ تر امیجنگ ایپلی کیشنز کے لیے جدید معیار میں تبدیل ہو چکے ہیں، ان کی کارکردگی، کارکردگی اور لاگت کے توازن کی بدولت۔ چاہے روزمرہ کی یادوں کو قید کرنا ہو یا تیز رفتار سائنسی تجزیہ کرنا، CMOS ٹیکنالوجی آج کی بصری دنیا کی بنیاد فراہم کرتی ہے۔
جیسا کہ گلوبل شٹر CMOS اور sCMOS جیسی اختراعات ٹیکنالوجی کی صلاحیتوں کو بڑھا رہی ہیں، اس کا غلبہ آنے والے برسوں تک جاری رہے گا۔
اکثر پوچھے گئے سوالات
رولنگ شٹر اور عالمی شٹر میں کیا فرق ہے؟
ایک رولنگ شٹر تصویری ڈیٹا لائن کو لائن کے ذریعے پڑھتا ہے، جو تیزی سے حرکت کرنے والے مضامین کی گرفت کرتے وقت حرکتی نمونے (مثلاً، ترچھا یا ہلچل) کا سبب بن سکتا ہے۔
ایک عالمی شٹر پورے فریم کو بیک وقت پکڑتا ہے، حرکت سے مسخ کو ختم کرتا ہے۔ یہ تیز رفتار امیجنگ ایپلی کیشنز جیسے مشین ویژن اور سائنسی تجربات کے لیے مثالی ہے۔
رولنگ شٹر CMOS اوورلیپ موڈ کیا ہے؟
رولنگ شٹر CMOS کیمروں کے لیے، اوورلیپ موڈ میں، اگلے فریم کی نمائش موجودہ کے مکمل ہونے سے پہلے شروع ہو سکتی ہے، جس سے فریم کی زیادہ شرحیں مل سکتی ہیں۔ یہ اس لیے ممکن ہے کیونکہ ہر قطار کی نمائش اور پڑھنے کا وقت وقت کے ساتھ سٹگرڈ ہوتا ہے۔
یہ موڈ ایپلی کیشنز میں مفید ہے جہاں زیادہ سے زیادہ فریم ریٹ اور تھرو پٹ اہم ہیں، جیسے کہ تیز رفتار معائنہ یا ریئل ٹائم ٹریکنگ۔ تاہم، یہ وقت اور مطابقت پذیری کی پیچیدگی کو تھوڑا سا بڑھا سکتا ہے۔
Tucsen Photonics Co., Ltd. جملہ حقوق محفوظ ہیں۔ حوالہ دیتے وقت، براہ کرم ماخذ کو تسلیم کریں:www.tucsen.com
