CMOS - nazwa technologii czy sposobu działania ??

[Jurek Plieth]

nadal jednak nie rozumiem z czego jest wykonany element fotoczuły...

IMHO to nie ma żadnego znaczenia. Parametry każdego elementu półprzewodnikowego silnie bowiem zależą od padającego nań światła. Tytułem próby możesz wziąć jakikolwiek starszego typu tranzystor w klasycznej obudowie metalowej, spolować jej "kapelusz", spolaryzować taki tranzystor w stan przewodzenia, a następnie zmieniając natężenie oświetlenia kontrolować jak bardzo prąd emitera zależy od tegoż oświetlenia. Podkreślam, że zależy bardzo mocno! Klasyczne fototranzystory są niczym innym, tylko typowymi tranzystorami n-p-n mającymi "kapelusz" obudowy zakończony światłoprzepuszczalną soczewką.
Z tego punktu widzenia nie ma żadnego znaczenia na jaką część "tranzystora" CMOS, lub elementu CCD pada światło! Byle tylko czułość takiego elementu była jak największa, takoż dynamika (z tym największy jak wiemy problem), no i oczywiście, aby tło szumowe było jak najmniejsze. Inne sprawy to możliwie stała czułość widmowa itp.

[piast9]

Zajmujesz się projektowaniem masek do produkcji scalaków ??

Samych masek to nie, choć robiłem to na zajęciach A przyrządy półprzewodnikowe - tak.

Przezroczysta bramka .. masz na myśli półprzewodnik ???

Tlenek indowo cynowy na przykład. To chyba jest półprzewodnik...

taki fotodetektor to ciekawa koncepcja. Tylko jak z jego liniowością przetwarzania światła na sygały elektryczne. Bo szumy termalne chyba byłyby znikome.

Koncepcja nie nowa. W zasadzie cokolwiek się nie zrobi aby w półprzewodniku był obszar wbudowanego pola elektrycznego i jest ładny detektor. Złącze pn, złacze ms, efekt polowy. Cokolwiek.

Przetworniki polegające na akumulowaniu wygenerowanych nośników są zawsze liniowe. Nie ma bolca. Liczba fotonów jest proporcjonalna do liczby nośników. Problem w tym, aby ta liczba była mocno znaczniejsza od liczby nośników rekombinujących bądź powstających w innych procesach.

Albo przynajmniej pokazać dlaczego tego typu przetworniki dają mniej zaszumiony obraz, czy mniej zniekształcony.

Dużą zaletą CMOS jest obróbka sygnału z fotodetektora już w pixelu. Tu szukam pola do popisu dla szeregu udoskonaleń mających zmniejszyć szum, czy właśnie zdelinearyzować charakterystykę światłoczułości aby zwiększyć dynamikę matrycy i upodobnić jej działanie do błony światłoczułej. W CCD tak sie nie da.

A co do zniekształceń - moim zdaniem wierność oddawania koloru zależy głównie od jakości filtra kolorowego i obróbki cyfrowej tego, co z matrycy wyszło.

[MarekC]

[QUOTE=piast9]Tlenek indowo cynowy na przykład. To chyba jest półprzewodnik... [/piast]

tlenek półprzewodnikiem ?? One z natury są izolatorami, ale ..

Koncepcja nie nowa. W zasadzie cokolwiek się nie zrobi aby w półprzewodniku był obszar wbudowanego pola elektrycznego i jest ładny detektor. Złącze pn, złacze ms, efekt polowy. Cokolwiek.

Miałem na myśli przezroczysty półprzewodnik.

Przetworniki polegające na akumulowaniu wygenerowanych nośników są zawsze liniowe. Nie ma bolca. Liczba fotonów jest proporcjonalna do liczby nośników. Problem w tym, aby ta liczba była mocno znaczniejsza od liczby nośników rekombinujących bądź powstających w innych procesach.

Czy aby napewno ?? a charakterystyka prądowa diody ?? Czy chciałbyś odbierać sygnał w postaci ładunku. Tylko co wtedy z rozładowywaniem takiego złącza, tak by nie było przekłamań sygału ?? i sprawa rekombinacji ?? podejżewam że musiałbyś taki sygnał mocno wzmacniać, a wzmacniacze wprowadzają szumy.

Dużą zaletą CMOS jest obróbka sygnału z fotodetektora już w pixelu. Tu szukam pola do popisu dla szeregu udoskonaleń mających zmniejszyć szum, czy właśnie zdelinearyzować charakterystykę światłoczułości aby zwiększyć dynamikę matrycy i upodobnić jej działanie do błony światłoczułej. W CCD tak sie nie da.

Dokładnie. Dwa elementy z innym typem kanału.. chyba częściowo kompensują nielinowość ch-k.
Dalsza obróbka to kolejna sprawa... pewnie transformacja Fouriera by rozłożyć sygnał na składowe kolorów podstawowych, dalej A/C i dopiero Digic

[KuchateK]

To ja jeszcze polece wyklady goscinne Marka Lewandowskiego z pl.rec.foto.cyfrowa jako cos przystepnego do czytania jesli chodzi o matryce i nie tylko.

Wykład gościnny 1 - o bateriach i akumulatorach:
http://groups-beta.google.com/group/.../msg/72e64e11a...
Wykład gościnny 2 - o akumulatorach LiION i NiMH:
http://groups-beta.google.com/group/.../msg/11d1326fa...
Wykład gościnny 3 - o matrycach CCD:
http://groups-beta.google.com/group/.../msg/47b8e4e5e...
Wykład gościnny 4 - o kolorach:
http://groups-beta.google.com/group/.../msg/e36df7df4...
Wykład gościnny 5 - o wielkości pixeli:
http://groups-beta.google.com/group/.../msg/790ed96cc...
Wykład gościnny 5 - o sensorach CMOS:
http://groups.google.com/group/pl.re...c429be874bbc55

[piast9]

Tu jest fajny link wyjaśniający sporo:
http://www.stud.uni-karlsruhe.de/~uy...cy/123xx6x.pdf

[MarekC]

IMHO to nie ma żadnego znaczenia. Parametry każdego elementu półprzewodnikowego silnie bowiem zależą od padającego nań światła. Tytułem próby możesz wziąć jakikolwiek starszego typu tranzystor w klasycznej obudowie metalowej, spolować jej "kapelusz", spolaryzować taki tranzystor w stan przewodzenia, a następnie zmieniając natężenie oświetlenia kontrolować jak bardzo prąd emitera zależy od tegoż oświetlenia. Podkreślam, że zależy bardzo mocno! Klasyczne fototranzystory są niczym innym, tylko typowymi tranzystorami n-p-n mającymi "kapelusz" obudowy zakończony światłoprzepuszczalną soczewką.
Z tego punktu widzenia nie ma żadnego znaczenia na jaką część "tranzystora" CMOS, lub elementu CCD pada światło! Byle tylko czułość takiego elementu była jak największa, takoż dynamika (z tym największy jak wiemy problem), no i oczywiście, aby tło szumowe było jak najmniejsze. Inne sprawy to możliwie stała czułość widmowa itp.

Robiłem kiedyś takie eksperymenty z np. BC211 bo miał dużą obudowę :-). Stąd znam nieco wpływ światła na złącze p-n. Moje pytanie dotyczyło MOS, gdzie takiego nie ma, a wpływ światła na sam kanał "p" czy "n" jest znikomy.
piast9 przypomniał mi istnienie elementu typu np. p-MOS , o którym zapomniałem bo nigdy nie miałem sposobności używania go.. i to wiele wyjaśniło :-)
Tło szumowe napewno będzie niższe w elementach MOS, gdzie transport ładunków odbywa się w jednorodnym kanale, nie zaś przez złącza p-n..jak to ma miejsce w CCD.
Czułość widmowa pewnie zależy od powierzchni na jaką pada światło, ale i sposobu polaryzacji złącza. Tyle że ten drugi sposób ma swoje ograniczenia, bo wyższy prąd polaryzacji oznacza wydzielanie większej ilości ciepła, a to generuje szumy termiczne..Czyli większa powierzchnia fotoczuła. To z kolei oznacza konieczność zaapliowania większej liczby fotonów, by sygnal wyjściowy był użyteczny..czyli mniejsza dynamika. Wzmacnianie sygnału to znowu szymy i zniekształcenia.. same przeciwstawności :-)

[MarekC]

To ja jeszcze polece wyklady goscinne Marka Lewandowskiego z pl.rec.foto.cyfrowa jako cos przystepnego do czytania jesli chodzi o matryce i nie tylko.

Wykład gościnny 1 - o bateriach i akumulatorach:
http://groups-beta.google.com/group/.../msg/72e64e11a...
Wykład gościnny 2 - o akumulatorach LiION i NiMH:
http://groups-beta.google.com/group/.../msg/11d1326fa...
Wykład gościnny 3 - o matrycach CCD:
http://groups-beta.google.com/group/.../msg/47b8e4e5e...
Wykład gościnny 4 - o kolorach:
http://groups-beta.google.com/group/.../msg/e36df7df4...
Wykład gościnny 5 - o wielkości pixeli:
http://groups-beta.google.com/group/.../msg/790ed96cc...
Wykład gościnny 5 - o sensorach CMOS:
http://groups.google.com/group/pl.re...c429be874bbc55

Lubiałem jego teksty. Od kiedy IT odcięło w robocie dostęp do grup nie mogę korzystać z jego wiedzy. W domu też coś się powaliło..pewnie musze fw przekonfigurować.

[MarekC]

Tu jest fajny link wyjaśniający sporo:
http://www.stud.uni-karlsruhe.de/~uy...cy/123xx6x.pdf

Język kwiecisty, ale ma być zrozumiały dla każdego :-)
Super wyjaśniają materiały na stronie www.fillfactory.com (link w podanym pdf).

W kazdym razie konkluzja jest taka, że CCD w zasadzie kończy się na 6..10 Mpx, co wynika z jego konstrukcji i zasady działania. Tak duża i większe matryce wykonane w tej technologii pobierają dużą moc oraz są baaardzo narażone na wpływ ładunków bładzących po całej matrycy, co w efekcie zniekształca sygnały odbierane z pikseli. Poza tym CCD to tylko matryca sensorów, której całe sterowanie i jakakolwiek obróbka sygnałów - muszą być realizowane przez układy zewnętrze. To jak zwykle powoduje straty w sygnale i zniekształcenia.
Zaletą CCD jest możliwość wykonania sensora, który potrafi pracować BEZ zewnętrznej migawki - co jest podtswą działania kompaktów czy kamer. Dlatego na tym polu będzie ona chyba długo jeszcze królowała

CMOS z kolei ciężko wykonać małą matrycę, ze względu na ilość elementów składowych pixela..fotodioda i 3 tranzystory razy np. 8 Mpx .. 24 mln tranzystorów i 8 mln diod.. oprócz tego ścieżki do sterowania odczytem sygnałów z piksela.. toż to struktura a'la procesor Pentium III, a moze i Pentium IV. Do tego ograniczenie minimalnej powierzchni fotoczułej diody... to nie może być maleńkie :-)
Oprócz tego wymaga zewnętrznej migawki, czyli nadaje się tylko do dSLR.

CCD ze względu na swą konstrukcję i sposób transporu ładunku piksela od fotoceli do wyjścia z matrycy jest największą bolączką tego typu sensora, bo raz powoduje większe straty ładunku, a więc trzeb je jakoś kompensować - co dodaje szumy i zniekształcenia, dwa defekt jednego sensora w linii powoduje awarię całej linii. W CMOS tylko tego jednego sensora, co można jakoś zamapować...

Zawsze wyobrażałem sobie, że sygnał z sensora CMOS ma kształt zniekształconej sinusoidy wysyłanej do DSP przez czas otworzenia migawki, gdzie jest on zamieniany na postać cyfrową i dalej za pomocą skomplikowanych algorytmów rozkladany na sygnały składowe RGB..dalej to sumowanie takich składowych i w efekcie dane wyjściowe RGB. Idąc tym tropem zastanawiałem sią skąd te przekłamania kolorów, czy mniej naturalny wygląd zdjęć z dSLR niż z analogów.
Jak się jednak (dla mnie) okazuje odtwarzanie kolorów polega na interpretowaniu każdego piksela tak, jakby był czuły tylko na jeden kolor. jaki to zależy od tego jakiej maski RGB użyjemy. Odtwarzanie kolorów z maski polega na obserwacji, że kolor piksela zalezy od koloru piksela sąsiada, czyli np. piksel R jest wspólny dla 2-ch, czy więcej sąsiadujących z nim pikseli. Okazuje się, że mimo wysokiego zaawansowania matematycznego twórców takich masek, zdarza się że jakiś piksel nie ma składowej R, G, czy B. I wtedy mamy przekłamanie kolorów. Stosuje się tu tabele korekcji (zapisy typu +R), podobnie jak te do korygowania czułaości każdego elementu fotoczułego, ale mimo wszystko nie mamy pewności czy wartość brakującej składowej wyliczona przez algorytmy interpolacji zaszyte w DSP obliczyły dobrą wartość brakującej pikselowi składowej. często tak też nie jest i mamy przekłamania. Jest to ograniczenie technologiczne, które być może zostanie kiedyś pokonane..np. poprzez stworzenie elementu fotoczułego o kształcie i wielkości podobnych do składników fotoczułych w emulsji na kliszy..
Acha - zastosowanie masek wreszcie chyba wytłumaczyło mi czemu matryca ma większą fizyczną ilość pikseli, niż ilość efektywna. Musi być jakas nadmiarowość, by z maski odtworzyć kolory

[Jurek Plieth]

...Moje pytanie dotyczyło MOS, gdzie takiego nie ma, a wpływ światła na sam kanał "p" czy "n" jest znikomy.

Na jakiej podstawie wnioskujesz, że wpływ światła na prąd spolaryzowanego złącza metal - półprzewodnik jest znikomy?

[MarekC]

Na jakiej podstawie wnioskujesz, że wpływ światła na prąd spolaryzowanego złącza metal - półprzewodnik jest znikomy?

Może nieprecyzyjnie się wyraziłem, ale miałem na myśli znikomy wpływ światła na "czysty" półprzewodnik :-)