Điều gì giới hạn kích thước của cảm biến hình ảnh kỹ thuật số?

Tôi đã đọc một số thông tin về kích thước cảm biến ở đây

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

Theo đó, 35mm ff-CMOS là cảm biến có kích thước lớn nhất được sử dụng trong máy ảnh kỹ thuật số. Nó có rất nhiều lợi thế cho các cảm biến nhỏ hơn, gây ra bởi kích thước của nó.

Tại sao thậm chí không có cảm biến lớn hơn có sẵn để buộc những lợi thế này? 1,5 FF, ví dụ?

Bạn có thể tạo ra một số CCD rất lớn. Một thông cáo báo chí cũ hơn nói về một bộ cảm biến được chế tạo cho Đài quan sát hải quân Hoa Kỳ có kích thước 4 "× 4" và 10,560 pixel × 10,560 pixel. Đó là 111 megapixel trên một cảm biến. Đó là loại không nhỏ.

^{(Từ thông cáo báo chí ở trên)}

Hạn chế đầu tiên mà cảm biến có là nó phải là một miếng silicon duy nhất và đó là một mức giá cố định. Bạn có thể tạo các CCD được thiết kế với một bộ ba cạnh (cạnh còn lại là nơi bạn có thể đọc dữ liệu), chẳng hạn như:

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

Chúng thường được sử dụng trong kính viễn vọng để có được một khu vực hình ảnh lớn hơn với mức tăng giá nhỏ hơn. Lưu ý rằng có những vấn đề mà mỗi nhu cầu CCD để được hiệu chỉnh riêng biệt từ những người khác (không có hai cảm biến hình ảnh có chính xác cùng một phản ứng) - đây là một mối quan tâm đáng kể cho các mục đích khoa học ( thông tin hiệu chuẩn cho một mảng CCD như vậy ).

Các CCD khảm có thể được thu nhỏ lại đáng kể. PanSTARRS có một dãy cảm biến 1,4 gigapixel , được tạo thành từ một khối lớn 600 × 600 pixel CCD:

Trên đây là một mảng 8 × 8 của CCD - mỗi cái khá nhỏ. Đây là một phần của một mảng lớn hơn 8 × 8 của các phân đoạn này tạo ra một dãy cảm biến 64 × 64 tổng thể. Điều này được thực hiện vì tiết kiệm chi phí, tốc độ (đọc nhanh hơn bốn nghìn CCD 600 × 600 pixel so với đọc một CCD lớn hơn), cách ly các pixel bão hòa và thay thế dễ dàng hơn trong trường hợp khiếm khuyết.

Các Sau cùng sử dụng CCD ba cạnh truyền thống hơn để đạt được mục tiêu 3,2 GigaPixels. Mỗi phân đoạn có một mảng 8 × 2 cảm biến 500 × 200 pixel. Tất cả các yếu tố tương tự được đề cập cho PanSTARR cũng được áp dụng ở đây. Dự kiến ​​sẽ mất 2 giây để đọc hết 3,2 tỷ pixel (thực sự khá nhanh). Đi đến ít hơn, các CCD lớn hơn có nghĩa là nó chậm hơn - không nhanh hơn.

Vì vậy, mặc dù có thể sử dụng nhiều cảm biến tổng hợp, chúng vẫn bao gồm các cảm biến riêng lẻ khá nhỏ thay vì một cảm biến đơn lớn (như đã được thực hiện với cảm biến 4 × 4 "của USNO). hơn cả những người được sử dụng trong máy ảnh ngắm và chụp.

Nhìn lại hình ảnh đầu tiên của cảm biến 4 × 4 "và sau đó xem xét kích thước của các cảm biến thông thường trên đó:

Điều này có một số thông tin bổ sung trên đó để xem xét. Có năng suất tối đa về số lượng bạn có thể đặt trên một wafer (bạn không thể phù hợp hơn) và lãng phí. Để tạo ra cảm biến 4 "× 4" đó, họ cần một cực kỳwafer silicon chất lượng cao. Trên một khung hình đầy đủ thông thường, các lỗ hổng trong tinh thể cho dù bạn có đặt bao nhiêu cảm biến trên wafer. Với một wafer silicon 8 "(cùng kích thước với cái trên cùng - chú ý rằng một nửa đường kính nằm ở 'cạnh'), có những lỗ hổng nằm rải rác trên wafer. Càng ít cảm biến trên wafer và khả năng càng cao sẽ là một lỗ hổng trong cảm biến khiến nó không sử dụng được (chất thải 36% trên cảm biến toàn khung hình wafer so với chất thải 12,6% trên cảm biến 13,2mm × 8,8mm). Đây là một phần lý do thường được nghiên cứu nhiều hơn về việc tăng mật độ của chip thay vì làm cho nó lớn hơn (và nghiên cứu mật độ đó có các ứng dụng khác như làm cho CPU đi nhanh hơn).

Với một cảm biến dành cho khung 60mm × 60mm, bạn chỉ có thể lắp khoảng 8 cảm biến trên wafer và chất thải tăng lên. Bạn có thể thấy nền kinh tế của quy mô làm việc ở đó.

Hãy xem xét rằng 15 hoặc 16 cảm biến làm việc ngoài wafer toàn khung có giá tương đương với cảm biến 213 hoặc nhỏ hơn ... và có giá tương ứng. Hình ảnh sau đây cho thấy vấn đề với các lỗ hổng nằm ở cùng một vị trí trên wafer cho các khuôn có kích thước khác nhau.

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

Nếu bạn sẵn sàng rời khỏi 'một hình ảnh trong một lần', bạn có thể nhận được một mảng duy nhất (tốt, ba - một cho mỗi màu) của các cảm biến di chuyển trên hình ảnh. Chúng thường được tìm thấy dưới dạng quét mặt sau cho máy ảnh khổ lớn. Ở đó, vấn đề là độ chính xác của thiết bị chứ không phải kích thước của cảm biến (bộ nhớ, lưu trữ dữ liệu, I / O nhanh trở nên đáng kể). Có một số máy ảnh có bộ phận này như một đơn vị tích hợp như Seitz 6x17 kỹ thuật số .

Đọc thêm:

• Kinh tế học của cảm biến ảnh kỹ thuật số

Các cảm biến CMOS lớn nhất có sẵn trên thị trường để chụp ảnh là "định dạng trung bình" và có kích thước khoảng 44mm x 33mm. CCD tồn tại ở kích thước lớn hơn một chút lên tới 54mm x 40mm. Cảm biến lớn hơn cho các ứng dụng khoa học có thể đã được sản xuất.

Các cảm biến được tạo ra bằng cách chiếu một mặt nạ lên một miếng silicon lớn bằng tia UV. Các wafer sau đó được cắt thành các cảm biến riêng lẻ. Giới hạn kích thước tuyệt đối của cảm biến có thể được tạo ra bằng phương pháp này được xác định bởi kích thước của vòng tròn hình ảnh do máy chiếu tạo ra (mặc dù có thể có những lo ngại khác với các cảm biến rất lớn, chẳng hạn như sử dụng năng lượng và tản nhiệt gây khó khăn giới hạn về kích thước).

Giới hạn thực tế của kích thước cảm biến đạt được sớm hơn nhiều vì nó được xác định bởi năng suất, đó là có bao nhiêu cảm biến phải bị loại bỏ trong quá trình chế tạo do lỗi. Khi tạo nhiều cảm biến nhỏ trên một wafer, một khuyết điểm sẽ dẫn đến một cảm biến bị loại bỏ nhưng nhiều khả năng hơn, nếu một cảm biến chiếm toàn bộ wafer thì một khiếm khuyết sẽ có nghĩa là không có cảm biến nào được tạo ra. Do đó, năng suất giảm theo bình phương kích thước cảm biến, khiến cho các cảm biến lớn hơn không kinh tế.

Tính kinh tế theo quy mô cũng được áp dụng, cảm biến "full frame" 36mm x 24mm sẽ đắt hơn nếu được sản xuất cùng âm lượng với cảm biến định dạng trung bình.

Có những cảm biến thậm chí còn lớn hơn. Nếu bạn nhìn kỹ vào hình ảnh ở góc trên bên phải của trang đó, bạn sẽ thấy cảm biến lớn nhất có cảm biến 'Định dạng trung bình Kodak KAF' .

Ok, tôi hiểu rằng không dễ để tìm ra điều này bởi vì người ta có thể dễ dàng nhận ra rằng nền của hình ảnh đó là màu xám trong khi thực tế hình ảnh có nền trắng.

Xem nó tốt hơn ở đây .

Bên cạnh cảm biến đó còn có một cảm biến khác lớn hơn FF. Trên cùng một trang cuộn đến Bảng định dạng và kích thước của cảm biến , nhấp vào cột 'Yếu tố cắt xén' để sắp xếp bảng và xem các định dạng có hệ số cắt nhỏ hơn 1. Nhận ra các định dạng phim và bạn sẽ kết thúc với Các cảm biến sau theo thứ tự này:

• Giai đoạn một P 65+, IQ160, IQ180
• Lá AFi 10
• Định dạng trung bình (Hasselblad H5D-60)
• Kodak KAF 39000 CCD
• Pentax 645D
• Leica S

Nhưng hãy cẩn thận: cũng có những nhược điểm đối với các cảm biến như vậy: máy ảnh lớn, nặng và ống kính. Khó khăn hơn nhiều để xây dựng một ống kính cho một cảm biến như vậy (vòng tròn hình ảnh lớn hơn) và ... ... tất nhiên ... ... giá cả.

Một số điều nữa có thể giới hạn những gì thiết thực dưới mức những gì có thể được sản xuất:

1. trọng lượng (của hệ thống kết quả). Một cảm biến rất lớn cần một vòng tròn hình ảnh rất lớn, có nghĩa là ống kính lớn và máy ảnh lớn.
2. sự tiêu thụ năng lượng. Một cảm biến lớn cần nhiều năng lượng hơn một cảm biến nhỏ, do đó tuổi thọ pin sẽ giảm (trừ khi bạn lại tăng kích thước và trọng lượng của máy ảnh để chứa pin lớn hơn).
3. tốc độ. Sẽ mất nhiều thời gian hơn để đọc ra một cảm biến lớn hơn so với việc đọc ra một cảm biến nhỏ hơn với cùng mật độ phần tử cảm biến. Vì vậy, "tốc độ màn trập" của bạn đi xuống.
4. chi phí (gợi ý, nhưng đi vào chơi ở nhiều cấp độ). Một cảm biến lớn hơn tất nhiên có giá cao hơn một chiếc nhỏ, không chỉ bởi vì nó cần nhiều nguyên liệu thô hơn mà còn cả lượng sản phẩm bị loại bỏ tăng lên, chi phí mà tất cả phải được rút ra từ số lượng nhỏ hơn được bán.