Hvad er CMOS – den dominerende sensorteknologi i moderne digitale kameraer
CMOS, forkortelse for Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, er den halvleder-teknologi der er fundamentet for de fleste moderne digitale billedsensorer og som i dag er den nærmest universale standard i alt fra mobiltelefoner og kompaktkameraer til professionelle mellemformat-kamerasystemer. CMOS-sensoren adskiller sig fra sin forgænger CCD-teknologien ved at behandle det elektriske signal fra hvert enkelt photosite lokalt og parallelt direkte i sensorsubstratet, frem for at flytte ladningerne sekventielt til et centralt behandlingspunkt. Hvert photosite i en CMOS-sensor er udstyret med sine egne transistorer og forstærkere der konverterer ladningerne til et spændingssignal og videregiver det direkte til analog-til-digital-konverteren, og dette parallelle design muliggør en udlæsningshastighed der er markant hurtigere end CCD og en strøm-effektivitet der er fundamental for moderne kameraers batterilevetid.
Den parallelle signal-behandlingsarkitektur giver CMOS-sensoren en række afgørende fordele over CCD i kommercielle kamerasystemer. Hastigheden muliggør video-optagelse og høj burst-rate serieoptag der var praktisk umulig i CCD-designs, og strøm-effektiviteten muliggør kompakte kameraer med lang batterilevetid uden den termiske belastning der fulgte med CCD-sensorernes energiforbrug. Produktionsomkostningen er markant lavere for CMOS fordi teknologien er forankret i den standard semi-conductor produktionsinfrastruktur der er optimeret til CMOS-logik-kredsløb og dermed dragend nytte af deceniers produktions-modenhed og stordriftsfordele.
BSI-teknologien, backside illuminated, er en vigtig CMOS-arkitektur-innovation der har forbedret sensorens lysfølsomhed markant. I en konventionel front-illuminated CMOS-sensor er transistorer og metal-lednings-netværk placeret på den side af silicium-laget der vender mod lyset, og de afskærmer en del af det indkommende lys fra den lysfølsomme fotodio de-zone. BSI-designet vender sensorens opbygning om og placerer det lysfølsomme lag direkte mod lyset med transistorerne bag, der giver en markant forøget kvantum-effektivitet og dermed bedre lysfølsomhed og lavere read noise.
Stacked sensordesign er en nyere CMOS-arkitektur-innovation der placerer en separat DRAM- og ASIC-chip direkte under sensorsubstratet via TSV-forbindelser (Through-Silicon Vias), der muliggør en enorm udlæsningshastighed fra de integrerede dataminnekredsløb og dermed de extreme burst-rates og rolling-shutter-fri elektronisk-lukker-brug der kendetegner de nyeste professionelle flagskibskameraer.
Tip: Når du sammenligner kameraspecifikationer og ser betegnelserne BSI CMOS eller Stacked BSI CMOS, er det reelle ydelses-differentiatorer der angiver mere end blot sensortype. BSI angiver bedre lysfølsomhed og lavere støj ved svagt lys, og stacked indikerer ekstrem udlæsningshastighed der muliggør høj burst rate og blackout-fri elektronisk lukker – parametre der i den praktiske fotograferingssituation er langt vigtigere end megapixel-tallet alene.