Budowa i działanie matrycy typu CMOS

Matryca CMOS działa na tej samej zasadzie co matryca CCD. Światło padające na kryształ krzemu tworzący piksele generuje w nich ładunki elektryczne. A więc pojedynczy piksel w matrycach CCD i CMOS jest praktycznie taki sam. Dopiero "otoczenie" piksela jest w matrycy CMOS zupełnie inne. Jak już pisaliśmy przy omawianiu obu typów matryc, w matrycach CMOS

każdy piksel ma swój przetwornik ładunku na napięcie,
każdy piksel ma swój "adres" i jego zawartość może być odczytana w dowolnej kolejności.

współczynnik wypełnienia, czyli stosunek sumy powierzchni wszystkich pikseli do powierzchni całej matrycy jest mniejszy dla matryc typu CMOS.

Efektem tego jest nieco mniejsza czułość matryc CMOS. Część światła wpadające przez obiektyw pada na elementy elektroniki wbudowane w matrycę i nie jest zamieniana na ładunki elektryczne.
Istnienie przy każdym pikselu przetwornika ładunek/napięcie powoduje, że współczynnik zamiany ładunku na napięcie jest minimalnie różny dla różnych pikseli. Daje to pewne zróżnicowanie czułości na światło poszczególnych pikseli. Ten mankament może być łatwo skompensowany poprzez wycechowanie matrycy po jej wyprodukowaniu i uwzględnienie różnic między pikselami w programie aparatu cyfrowego.

Uproszczony schemat matrycy fotograficznej typu CMOS pokazany jest poniżej.

Schematyczne przedstawienie matrycy CMOS

Porównanując schemat matrycy CMOS ze schematem matrycy CCD widzimy, że puste powierzchnie między pikselami są w matrych CMOS znacznie większe. Wynika to z konieczności umieszczenia obok pikseli obwodów (zielone trójkąciki) przetwarzających ładunek na napięcie zintegrowanych ze wzmacniaczem tego napięcia. Istnienie szyn adresowych wyboru kolumny i wiersza pozwala programowo odczytywać zawartość dowolnych pikslei w dowolnej kolejności. Ułatwia to bardzo tzw. zblokowywanie pikseli, czy rejestrowanie zdjęcia na części powierzchni matrycy.

Przewaga zalet matryc CMOS nad zaletami matryc CCD powoduje, że w aparatach wyższej klasy montuje się matryce CMOS, chociaż są wyjątki. W specjalnych kamerach używanych np. a astronomii montowane są matryce CCD, jako mające większą czułość i mniejsze szumy, czyli zakłócenia obrazu wynikające z ruchów termicznych atomów i molekuł. Tyle tylko, że matryce CCD w takich aparatach są chłodzone do bardzo niskich temperatur, np. temperatury ciekłego azotu, to jet do około -196 C, albo 77 K, jeżeli ktoś woli skalę bezwzględną temperatur.

Na tym zakończymy krótki opis matryc CMOS, gdyż dla fotografa, nawet profesjonalisty, nie jest potrzebna znajomość większej liczby szczegółów technicznych. Spoglądając na dane techniczne matryc oferowanych przez producentów można dostać zawrotu głowy od ilości podawanych tam parametrów. Są jednak one potrzebne wyłącznie konstruktorom cyfrowych aparatów fotograficznych jak i programistom przygotowującym tzw. firmware, czyli programy sterujące pracą aparatu.

Używasz Facebooku'a? Kliknij "lubię to", będziesz dostawał informacje o nowościach na naszym serwisie.