Компания Sony сделала важный шаг вперёд в области производства датчиков изображения, объявив о разработке новой многослойной матрицы с обратной засветкой, у которой считывание со всех отдельных датчиков происходит одновременно. Правда, на сей момент реализована лишь матрица разрешения 1,46 миллиона точек, однако полученные результаты выглядят многообещающе.
Новая матрица позволяет считывать информацию со всех «пикселей» одновременно за счёт того, что каждый единичный датчик имеет собственный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), расположенный на «нижнем чипе», плоскость которого находится ниже, чем «верхнего чипа», содержащего активные светочувствительные элементы. Огромное количество ЦАПов и делает возможным одновременно считывание – вместо массово использующегося сейчас в последовательного считывания сигнала, ряд за рядом, поскольку в традиционных КМОП-матрицах содержится гораздо меньшее количество ЦАПов, соединённых параллельными столбцами.
Мгновенное считывание сигнала по всей матрицы позволяет избежать эффекта «роллинг-шаттера» (буквально – катящегося затвора), при котором на изображении подвижных объектов возникают различные искажения – вследствие задержки между считыванием рядов пикселей друг за другом. В ныне существующих матрицах быстро движущиеся объекты искривляются по мере продвижения по кадру, поскольку верхний ряд пикселей считывается раньше, чем нижний. Искривления могут доходить даже до полного разрыва изображения и образования странных стробоскопических эффектов.
В относительно безобидных ситуациях при искусственном освещении могут возникать полосы на изображении.
Глобальный затвор, при котором весь кадр считывается за один раз, решает все подобные проблемы.
Снято при времени экспонирования 0,56 мс
Разработчики Sony заявляют, что их новая матрица – первая в мире высокочувствительная К-МОП матрица с обратной засветкой, имеющая параллельные ЦАПы на пиксельном уровне, а общее количество пикселей превышает 1 миллион.
Хотя миллион пикселей – маловато для сегодняшних фотографов, это всё равно большой шаг на пути к созданию матрицы, безупречной с точки зрения проблемы роллинг-шаттера. Матрицам с глобальным затвором станет не нужен механический затвор – электронного затвора будет достаточно, чтобы делать снимки движущихся объектов без искажения. Резко возрастут и возможности использования электронного затвора при съемке со вспышкой, уж не говоря о работе с флюоресцентным и светодиодным освещением без боязни появления полос на изображении. В не меньшей степени будет глобальный затвор полезен и для видеосъемки.
Новая технология является большим шагом вперёд и в сравнении с нынешними К-МОП матрицами с глобальным затвором, в которых имеется сначала светочувствительный пиксель, а далее идёт буферный пиксель, или «пиксель хранения» (storage pixel), в который передаётся заряд, полученный во время экспонирования. Этот «пиксель хранения» держит заряд до момента считывания столбцовыми ЦАПами, ряд за рядом. Проблема такого подхода в том, что на активном светочувствительном слое приходится выделять области для «пикселей хранения», и площадь реального экспонирования снижается. При новой технологии, считают в Sony, необходимость в «пикселях хранения» полностью отпадает, поскольку считать информацию со всех светочувствительных элементов можно один раз, в конце экспозиции.
Специалисты Sony сообщают, что им прошлось использовать в 1000 раз больше ЦАПов, чем потребовалось бы обычно для 1-мегапиксельной матрицы. Дополнительным ЦАПам требуется намного больше тока питания, так что для этого чипа были разработаны специальные ЦАПы с низким энергопотреблением. Кроме того, новая высокоскоростная конструкция передачи данных обеспечивает более высокие скорости считывания и записи, необходимые для параллельной работы всех ЦАПов и передачи цифровых данных.
Вероятно, пройдет какое-то время, прежде чем новая технология будет реализована в матрицах высокого разрешения – с большим количеством пикселей меньшего размера – и начнёт использоваться в камерах, доступных на массовом рынке, однако есть все шансы, что в обозримом будущем это-таки произойдёт.
