CMOS-sensor: erinevus redaktsioonide vahel
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
PResümee puudub |
Resümee puudub |
||
20. rida:
Olles [[pildisensor]] saab CMOS-sensoriga mõõta sellele pealelangeva valguse ehk [[Elektromagnetkiirgus|elektromagnetkiirguse]] intensiivsust. Sensor koosneb mitmest väiksemast pildielemendist (pikslist), millest iga üks tegeleb individuaalselt kiirguse intensiivsuse mõõtmisega. Elektromagnetkiirgus paistes CMOS-sensori peale põhjustab selle pikslis olevas fotodioodis [[Fotoefekt|fotoefekti]], mille tulemusena tekib fotodioodis kiirguse intensiivsusega võrdeline kogus vabu laengukandjad. Laengut kogutakse [[Säriaeg|säriaja]] jooksul kondensaatorisse. Laadunud kondensaator omab laengu kogusele vastava pinge ning seda võimendatakse võimendustransistoriga. Seejärel teostatakse välise vooluringiga pikslist signaali mahalugemine, mida võidakse veel omakorda võimendada, ja [[Analoog-digitaalmuundur|analoog-digitaalmuunduriga]] signaali digitaliseerimine. Viimasena lähtestatakse piksel ehk eemaldatakse laeng pikslist, et see oleks järgmiseks särituseks uuesti valmis. See protsess käib tavaliselt ridahaaval, mida nimetatakse ka veerevaks katikuks (ingl ''Rolling shutter''). <ref>Coath, R & Godbeer, Adam & Wilson, Matthew & Turchetta, Renato,"Advanced Pixel Architectures for Scientific Image Sensors", 2009. </ref>
==Piksli
[[Pilt:Equivalent circuit of CMOS Image Sensor pixel.png|raam|4 transistoriga CMOS-piksli põhimõtteskeem:<br/>1 ‒ fotodiood; 2 – laengu edastus MOSFET; 3 ‒ dioodi laengut salvestav kondensaator; 4 ‒ võimendustransistor; 5 ‒ reavalimise MOSFET; 6 ‒ signaali edastus veerusiinile, mille kaudu edastatakse signaal analoog-digitaalmuudurisse; 7 ‒ lähtestamise MOSFET (reset); V<sub>DD</sub> ‒ toitepinge]]
CMOS-sensori iga piksel on oma ehituset identne, kuid erinevates sensorites võib leiduda erinevaid piksli ülesehitusi. Piksli ülesehitust kirjeldatakse selles oleva fotodetektori ja transistoride arvu järgi. Levinud on notatsioon „nT“, kus n on transistoride arv ja T on transistor. Üldiselt tähendab rohkemate transistoride arv pikslis seda, et see võimaldab suuremat funktsionaalsust või paremat kontrolli mürade üle, kuid iga lisanduva transistoriga lisandub ka ülesehitusele keerukust ja rohkem komponente tähendab ka suuremaid piksleid. <ref name="cmos">G. C. Holst, T. S. Lomheim , ''CMOS/CCD Sensors and Camera Systems'', (SPIE, Washington, 2011) </ref>
===3T===
29. rida:
4T on edasiarendus 3T ülesehitusest, millele on juurde lisatud laengu edastamise transistor, mis paikneb kaetud fotodioodi ja võimedustransistori paisu vahel. Säritamise ajal on laengu edastamise transistor suletud ehk laeng koguneb kaetudf otodioodile ja särituse lõppedes avatakse laengu edastamise transistor, millelt kandub laeng võimendustransistori paisule. Edasine toimub sarnaselt 3T ülesehitusele. Kaetud fotodioodi ja laengu edastamise transistori kasutamine võimaldab täielikult tühjendada fotodioodi ala ja seetõttu saab vähendada müra ning katikuviivist.<ref name="cmos" />
===5T ===
5T on samuti edasiarendus 4T ülesehitusest, millel on juurde lisatud globaalne lähtestamise transistor, mis on ühendatud fotodioodi külge. See võimaldab eraldi tühjendada fotodioodi, mis teeb omakorda võimalikuks globaalse katiku kasutamise ehk peale iga pikslirea lugemist ei pea enam pikslit kohe tühjendama. 5T arhitektuuri kasutatakse enamasti kõrgtaseme CMOS-sensorites, mis on mõeldud teaduslikeks mõõtmisteks (nt sCMOS).<ref name="cmos" />
===Eest ja tagant valgustatud pikslid===
Iga pildisensori juures on oluliseks parameetriks täitetegur (ingl fill factor), mis on sisuliselt pikslis valgustundliku osa ja kogu piksli suuruste suhe. Täitetegur määrab ära, kui palju pikslile pealelangevast valgusest on kasulik valgus. Näiteks kui täitetegur oleks 50%, siis 50% kogu pealelangevast valgusest läheks kaotsi. Kuna CMOS-sensori pikslis on lisaks fotodioodile veel mitmeid teisi elektroonika komponente, siis iga komponedid lisandumisega väheneb piksli täitetegur. See on tõsi eest valgustatud pikslite puhul, sest fotodiood asub tavaliselt substraadis sügavamatel kihtidel kui muu elektroonika ja seetõttu ei pääse valgus fotodioodile ligi. Eest valgustatud pikslitel saab täitetegurit parendada, lisades selle peale mikroläätse, mis suudab koondada valgust rohkem fotodioodile. Selle probleemi vältimiseks on välja töötatud tagant valgustatavad pikslid, kus piksli alust substraadi kiht õhendades on võimalik pikslit valgustada nii öelda tagant poolt, mis tähendab, et fotodioodi ja pealelangeva valguse vahel on vähem segavaid kihte. Veel lisaks saab ka tagant valgustatud pikslile lisada mikroläätse, mis võimaldab tõsta piksli täitetegurit üle 90%. <ref>{{netiviide |Autor= |Pealkiri= A comparision between back and front illuminated sensors|Keel= Inglise|Täpsustus= |Failitüüp= |Väljaanne= |Väljaandja= Scientist Live|URL= https://www.scientistlive.com/content/comparision-between-back-and-front-illuminated-sensors|Kasutatud= 01.05.20}}</ref>
| |||