Шта је наслагани сензор камере и како функционише?

Већина паметних телефона има острво камере дебље од остатка њихових тела. Међутим, чак и рачунајући ту додатну неравнину, тањи су и снимају фотографије и видео записе који изгледају боље од својих колега пре неколико година.

У првим годинама фотографије у покрету, били су потребни још дебљи уређаји: сећате се камера за усмеравање и снимање из 2000-их? Данас је све спаковано у уређаје танке пола инча, понекад и мање. Наслагани сензори слике су оно што ово омогућава.

Разумевање дигиталне фотографије

Тхе разлика између аналогних и дигиталних камера је да први користи филм направљен од фото-осетљивог материјала за снимање слика, док други има електронски сензор. У том сензору, сваки пиксел (појединачне тачке које формирају дигиталну слику) је информација о осветљењу коју хвата веома мали део сензора (по један за сваки пиксел на фотографији).

Постоје два

врсте сензора дигиталних камера, ЦЦД (акроним за Цхарге-Цоуплед Девице) и ЦМОС (Цомплементари Метал-Окиде Семицондуцтор). Све модерне камере за паметне телефоне користе ово друго, тако да је то технологија коју ћемо објаснити у наставку.

ЦМОС сензор се састоји од неколико елемената. Фотодиода је најважнија: генерише електрични сигнал када прими светлост. Тај сигнал чува а транзистор одмах поред фотодиоде, која претвара сигнал у дигиталну информацију и шаље је у електронско коло.

То коло је одговорно за тумачење тих података и њихово прослеђивање, заједно са милијардама других пиксела, процесору сигнала слике (ИСП) који ствара коначну слику.

Рани дани телефонских камера

До 2008. ЦМОС сензори су имали озбиљан проблем: ожичење потребно за слање информација о пикселима ИСП-у пролазило је између фотодиоде и сочива, блокирајући део светлости. Иста структура је коришћена за ЦЦД сензоре, који су били осетљивији на светлост, али за ЦМОС, то је значило тамније, бучније и замућеније фотографије.

То је решено једноставном идејом: померањем фотодиоде изнад жица тако да прима више светлости, чиме се побољшава квалитет слике. То се зове сензор са осветљењем са задње стране (БСИ), за разлику од претходних који су били осветљени са предње стране.

Да ствари ставимо у контекст, иПхоне 4, који је покренуо Аппле-ову репутацију у фотографији паметних телефона, био је међу првим телефонима који су користили ову врсту сензора. Ових дана, практично све камере паметних телефона користе БСИ сензоре.

Наслагани сензори побољшавају квалитет фотографија и смањују величину

Чак и након уклањања жице, и даље су постојале тачке за побољшање у ЦМОС сензорима. Једно од њих је било коло одговорно за обраду информација о транзистору. Обмотао се око фотодиоде. Због тога је отприлике половина светлости која је стигла до сваког пиксела завршила у делу сензора који није ухватио никакву светлост.

Године 2012. створен је први наслагани ЦМОС сензор. Уместо да се омота око фотодиоде, коло се поставља испод ње. Пошто (делимично) заузима место подлоге која се користи за структурну крутост, нема додатне дебљине. У ствари, од тада, побољшања у процесу слагања, како од стране Сонија тако и других произвођача који су усвојили технологију, резултирала су тањим сензорима, што је омогућило тање телефоне.

Шта је са још више слагања?

Померањем кола испод фотодиоде, неко би помислио да ће горњи слој бити заузет искључиво делом који хвата светлост, зар не? Погрешно.

Сећате се транзистора? Налази се одмах поред фотодиоде, заузимајући још драгоценији простор за хватање светлости. Раствор? Више слагања!

Инжењери су то радили и раније. Сони је 2017. најавио сензор камере са РАМ-ом између фотодиоде и кола, омогућавајући супер успорене видео записе од 960 ФПС. Радило се о примени исте идеје на део постојећег сензора.

Сада је фотодиода коначно у горњем делу сензора, и то само фотодиода. Ово ефективно удвостручује сигнал који фотодиода може да ухвати, а транзистор може да ускладишти.

Најнепосреднији ефекат је двоструко више информација о светлости на којима сваки пиксел мора да ради. И, као и код свега у фотографији, више светла значи и детаљније слике.

Међутим, пошто транзистор такође удвостручује свој капацитет, може боље да преведе електричне сигнале са фотодиоде у дигиталне информације. Једна од могућих примена овога је смањење шума на слици, додатно побољшавајући изглед фотографија.

Наслагани сензори за светлију будућност

Док сензори са једним слојем – фотодиода и транзистор у једном слоју, кола испод – постоје већ неко време, они са два слоја (по један слој за сваки део) су још увек донекле нови. Углавном се користе у професионалним камерама, а први мобилни телефон са таквим сензором је Сони Кспериа 1 В, објављен у мају 2023.

То значи да је технологија још увек у повоју. Заједно са неколико других побољшања која су до сада направљена у мобилној фотографији, сложена сензори значе да су камере паметних телефона на путу ка светлијој будућности—или да кажемо светлијој слика?