Що обмежує розмір датчиків цифрового зображення?

Тут я прочитав трохи інформації про розміри датчиків

http://en.wikipedia.org/wiki/Image_sensor_format

відповідно до цього, 35 мм ff-CMOS - це датчик з найбільшими розмірами, що використовується в цифрових камерах. Він має масу переваг перед меншими датчиками, викликаними його розмірами.

Чому не доступні навіть більші датчики, щоб примусити ці переваги? 1,5 FF, наприклад?

Можна зробити дуже великі ПЗЗ. Старіші розмови про прес-релізи ПЗЗ, які були зроблені для Військово-морської обсерваторії США, розміром 4 "× 4" та 10 556 пікселів × 10 566 пікселів. Це 111 мегапікселів на одному датчику. Це свого роду не мало.

^{(Зверху прес-реліз)}

Перше обмеження, яке має датчик, - це те, що він повинен бути однією пластинкою кремнію, і це фіксована ціна. Ви можете створити ПЗЗ, розроблені за допомогою трикрайного CCD (решта, де можна прочитати дані), наприклад:

^{(З http://loel.ucolick.org/manual/deimos_ccd/science/overview/EL3160.html )}

Вони часто використовуються в телескопах для отримання більшої площі зображення з лише меншим збільшенням ціни. Зверніть увагу , що існує проблема , що кожна з них повинна CCD бути відкалібровані окремо від інших (не два датчика зображення не має точно таку ж відповідь) - це значний інтерес для наукових цілей ( інформація калібрування для одного такого масиву CCD ).

Мозаїчний CCD можна значно збільшити. PanSTARRS має сенсорний масив 1,4 гігапікселя, який складається з масивного масиву 600 × 600 пікселів:

Зверху розміщено 8 × 8 масивів ПЗЗ - кожен досить маленький. Потім це частина більшого масиву 8 × 8 цих сегментів, що дає загальний масив датчиків 64 × 64. Це було зроблено через економію витрат, швидкість (швидше зчитувати чотири тисячі 600 × 600 пікселів ПЗЗ одночасно, ніж зчитувати один більший CCD), ізоляцію насичених пікселів та більш просту заміну у випадку дефектів.

Для досягнення своєї мети - 3,2 гігапікселя, LSST використовує більш три звичайні ПЗЗ. У кожному сегменті є 8 × 2 масив 500 × 200 пікселів. Усі ті ж фактори, згадані для PanSTARR, також є тут. Очікується, що на зчитування 3,2 мільярда пікселів (що насправді досить швидко) потрібно 2 секунди. Перехід до менших, більших CCD-систем означатиме, що це повільніше - не швидше.

Тож, хоча можливо використовувати декілька датчиків у сукупності, вони все ще складаються з досить малих індивідуальних датчиків, а не з великих одиночних датчиків (як це було зроблено з 4 × 4-дюймовим датчиком USNO). У деяких випадках ПЗЗ набагато менші ніж навіть ті, що використовуються в точкових і знімальних камерах.

Погляньте на перше зображення датчика 4 × 4 ", а потім врахуйте розмір звичайних датчиків:

Тут є якась додаткова інформація, яку слід врахувати. Там максимальний вихід, скільки ви можете покласти на вафельні (ви просто не можете помістити більше) і відходи. Для того , щоб зробити це 4 «× 4» датчика , вони потребували надзвичайновисокоякісна вафля з кремнію. На звичайному повному кадрі недоліків у кристалі немає, незалежно від того, скільки датчиків ви поставили на пластину. З кремнієвою пластинкою 8 дюймів (такої ж величини, як і на верхній частині - зауважте, що половина діаметру знаходиться на «краю»), є вади, розкидані по всій пластині. Чим менше датчиків на пластині і тим більше шансів, що там це буде недоліком датчика, що робить його непридатним (36% відходів на повну рамку датчика повного кадру проти 12,6% відходів 13,2 мм × 8,8 мм). Це є причиною того, що часто проводяться більші дослідження щодо збільшення щільність чіпа, а не збільшуючи його (і це дослідження щільності має інші програми, такі як прискорення процесорів швидше).

За допомогою датчика, призначеного для рамки 60 мм × 60 мм, ви можете помістити близько 8 датчиків на пластину, і відходи піднімаються вгору. Ви можете бачити економію масштабу на роботі.

Поміркуйте, що 15 або 16 робочих датчиків, що відключаються від повної рамки, коштують стільки ж, скільки і 213 або менші датчики ... і відповідно оцінюються. Наступне зображення показує проблему з недоліками, розташованими в тих же місцях на пластинах для різних штампів.

^{(З http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wafer_die%27s_yield_model_(10-20-40mm)_-_Version_2_-_EN.png )}

Якщо ви готові відійти від «зображення за один раз», ви можете отримати один масив (ну, три - по одному для кожного кольору) датчиків, які рухаються по зображенню. Вони часто зустрічаються як сканування спинок для камер великого формату. Тут проблема полягає в точності обладнання, а не в розмірі датчика (пам'ять, зберігання даних, швидкий введення / виведення стають значущими). Є деякі камери, які мають це інтегрований блок, наприклад, Seitz 6x17 digital .

Подальше читання:

• Економіка цифрових фотосенсорів

Найбільші CMOS-датчики, доступні на фотографії для фотозйомки, мають "середній формат" і розміром близько 44 мм х 33 мм. ПЗЗ існують у трохи більших розмірах до 54 мм х 40 мм. Можливо, були виготовлені більші датчики для наукових застосувань.

Датчики виробляються проектуванням маски на велику пластину кремнію з використанням УФ-світла. Потім вафлі розрізають на окремі датчики. Абсолютна межа розміру датчика, який можна було б створити за допомогою цього методу, визначається розміром кола зображення, що створюється проектором (хоча можуть виникнути інші проблеми з дуже великими датчиками, наприклад, споживання енергії та тепловиділення, які представляють важкий стан обмеження за розміром).

Практична межа розміру датчика досягається набагато раніше, оскільки визначається вихід, тобто скільки датчиків необхідно викинути під час виготовлення через дефекти. Якщо зробити багато маленьких датчиків на одній пластині, один дефект призведе до того, що один датчик буде відкинутий, але багато інших життєздатні, якщо один датчик займає всю пластину, то один дефект означатиме, що датчики не виробляються. Вихід при цьому зменшується з квадратом розміру датчика, що робить великі датчики неекономічними.

Економія масштабу також застосовується: 36-мм-24-мм датчики "повного кадру" були б дорожчі, якби вони вироблялися в тому ж обсязі, що і датчики середнього формату.

Є ще більші датчики. Якщо ви придивитесь уважно до зображення в правому верхньому куті цієї сторінки, ви побачите, що найбільшим датчиком є ​​датчик "Середній формат Kodak KAF" .

Гаразд, я розумію, що це не зовсім легко зрозуміти, тому що можна легко зрозуміти, що фон цього зображення сірий, а насправді зображення має біле тло.

Побачте це краще тут .

Крім цього датчика є ще один датчик, більший за FF. На цій же сторінці прокрутіть до таблиці Таблиці форматів і розмірів датчиків , натисніть на стовпчик "Фактор обрізання", щоб сортувати таблицю, і подивіться на формати з коефіцієнтом обрізання менше 1. Вийдіть із форматів фільму, і ви закінчите наступні датчики в цьому порядку:

• Перша фаза P 65+, IQ160, IQ180
• Лист AFi 10
• Середнього формату (Hasselblad H5D-60)
• Kodak KAF 39000 CCD
• Пентакс 645D
• Leica S

Але будьте обережні: у таких датчиків є і недоліки: великі, важкі камери та об'єктиви. Набагато складніше побудувати об’єктив для такого датчика (більший круг зображення) і ... ... звичайно ... ... ціна.

Ще кілька речей, які можуть обмежувати практичне нижче того, що можна виготовити:

1. вага (отриманої системи). Дуже великий датчик потребує дуже великого кола зображення, що означає великі об'єктиви та велику камеру.
2. споживання енергії. Великий датчик потребує більшої потужності, ніж маленький, тому зменшується термін служби акумулятора (якщо ви знову не збільшите розмір і вагу камери, щоб розмістити акумулятор з більшою кількістю).
3. швидкість. Для зчитування більшого датчика потрібно більше часу, ніж для зчитування меншого з такою ж щільністю сенсорного елемента. Так ваша "швидкість затвора" знижується.
4. вартість (натякає, але грає на декількох рівнях). Зрозуміло, що більший сенсор коштує дорожче, ніж маленький, не тільки тому, що йому потрібно більше сировини, але й збільшується кількість викинутої продукції, вартість якої потрібно зменшити від меншої кількості, що продається.