Фотодатчик

Рис.1. Схема образования и переноса заряда в ПЗС-сенсоре

Фотосенсор, содержащий основной элемент фотоматрицу ПЗС с активной частью работающих фотодиодов — пикселей в зоне прямоугольника слабо-красного цвета и фотодиодов по периметру вне поля — не работающих. Корпус датчика имеет выход монтажных проводов с фотоматрицей, отверстия для монтажа и крепления датчика в фотокамерах.

Фотода́тчик или Фотосе́нсор — это светочувствительное квантовое устройство (Датчик или сенсор (от англ. sensor или чвствительный), состоящее из тела прямоугльной формы с фотодиодами — пикселами, несущего корпуса с монтажными проводами (см. рис.1), местами крепления и подсоединениями, АЦП для преобразования спроецированного на него (фотодиод) оптического изображения в электрический сигнал.

Вообще, Датчик — это термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.

Общие сведения

Свет возбуждает электронно-дырочные пары в Пн-переходе.

Фотодатчикки (Фотосенсоры) классифицируются в зависимости от фотоматриц:

• Фотодиоды (пиксели — главные элементы фотоматриц) — приемники видимых лучей оптического изображения, и когда фотон поглощается, он генерирует электронно-дырочные пары. Когда электрон попадает в электрическое поле между слоями, то будут сметены положительно заряженные н-слои, где могут быть выведены во внешнюю цепь (провода). Фотопоток пропорционален яркости, с которой диод горит. Таким образом он определяет и передает информацию, что представляет собой оптическое изображение. Он делает это путем преобразования переменной затухание световых волн (как они проходят или отражаются от предметов) в сигналы, в небольшие всплески тока, которые передают информацию. Волнами могут быть свет или другое электромагнитное излучение. Датчики изображения используются в электронных устройствах обработки изображений, как аналогового, так и цифрового типов, включая цифровые камеры, модульные камеры, медицинскую визуализацию при работе оборудования, оборудовании ночного видения, например, тепловизионные приборы, радар, сонари и другие. Цифровая обработка изображений, как правило, служит для замены аналоговых изображений, получаемых при работе с фотоплёнками.

Фотосенсры различаются

В зависимости от слойности расположения фотодиодов фотоматриц.

• В фотосенсорах ПЗС-сенсор(CCD), КМОП-сенсор(CMOS) однослойное расположение фотодиодов в фотоматрице;
• В фотосенсорах Foveon X3-сенсор, 3CCD-сенсор многослойное расположение фотодиодов в фотоматрице;

В зависимости от наличия светофильтров, накрывающих фотодиоды в фотоматрицах.

• В фотосенсорах Foveon X3-сенсор отсутствуют светофильтры в фотоматрице, где фотодиоды (пиксели) расположены в трёх слоях столбцами по три по типу фотоплёнок.
• В трёхсойных фотосенсорах 3CCD-сенсор — трёхматричный фотосенсор на базе дихроической призмы, где однослойные одноцветные RGB фотоматрицы.

Фотосенсор ПЗС-сенсор(CCD), КМОП-сенсор(CMOS), Foveon X3-сенсор, 3CCD-сенсор

В настоящее время в основном в цифовой фотографии эксплуатируются:

• Фотосенсор ПЗС (CCD) — с электронной схемой последовательного считывания сигналов предметных точек оптического изображения, спроецированного на фотодатчик.
• Фотосенсор КМОП‎ (CMOS) — с электронной схемой оцифровки сигналов предметных точек оптического изображения, спроецированного на фотодатчик — на (датчик-сенсор от англ. sensor, откуда Фотосе́нсор).
• Фотосенсор Foveon X3-сенсор — с электронной схемой обработки сигналов предметных точек оптического изображения, спроецированного на фотодатчик в режимах ПЗС или КМОП‎ . Он отличается от ПЗС и КМОП‎ отсутствием фильтров Байера (RGB) и строением фотодиода. Фотодиод представляет собой трехуровневый полупроводник , воспринимающиий цветовой сигнал изображения предметной точки RGB в режиме работы цветной фотопленки одним пикселем последовательно — синий, зеленый, красный. Принцип работы фотосенсора Foveon X3-сенсор в аналоговом режиме обеспечивает получение оцифрованного изображения близкого к оригиналу..
• 3CCD-сенсор — трёхматричный фотосенсор на базе дихроической призмы .

Используются в осноаном в современных видео- и телевизионных камерах.

• Фотодатчики фотокамер встроенных в мобильный телефон.
• Фотодатчики также применяются в оптических детекторах перемещения компьютерных мышей.

Датчик изображения или Фотосенсор (как единственный термин) в мировых СМИ используется во всех областях деятельности в том числе и цифровой фотографии в качестве применения светочувствительных материалов (фотоматериалов). Матрица (фото) — основной элемент фотодатчика, представляющий матрицу (полупродниковый материал из кремния), состоящий из фотодиодов, накрытых микролинзами и т.д., которая встраивается как основной элемент в фотодачик. Она представляет пластину прямоугольной формы с фотодиодами (чаще квадратной формы) с размерами сторон порядка 9 мкм. При этом по периметру матрицы расположены не работающие фотодиоды, в центре — работающие фотодиоды или пиксели.

Рассмотрение материалов по отдельности (матриц и фотодатчикив) даёт возможность разгрузить объем основных статей и более подробно их освещать.

История создания фотоматриц фотосенсоров

1963 год — год начала истории создания твердотельных фотодатчиков (фотосенсоров) изображения. С. Р. Моррисон из компании Honeywell Co. изобрел светочувствительное устройство на базе полупроводниковых материалов из кремния фотосканер.

В 1970 году инженерами Bell Laboratory был изобретен Charge Coupled Device CCD — прибор с зарядовой связью АЦП (CCD).

С этого времени началось развитие фотодатчиков разного типа на основе ПЗС фотодатчика.

В 1993 году лаборатория NASA реализовала твердотельный датчик изображения на основе КМОП Active-Pixel (Основы КМОП устройства были запатентованы еще в 1960 году и явились основой в применении и содании современных видеокамер).

В 1976 году ученым доктором Брайсом Байером, сотрудником концерна Eastman Kodak, была изобретена одноименная схема,которая сейчас называется Фильтром Байера.

В Байеровской схеме каждый пиксель матрицы накрыт светофильтром одного из цветов RGB составляющих. Данная схема мозаичного светофильтра имеет обозначение например, RGGB (red–green–green—blue, красный–зелёный–зелёный — синий).

В развитии Eastman Kodak с !987 года положила начало массового поизводства фотосенсоров на базе схемы КМОП.

В 1997 году Карвером Мидом Carver Mead) создано совместное предприятие National Semiconductor и Synaptics, в последствии компании Foveon. В основе ее деятельности были технологии полупроводниковых микросхем на базе архитектуры VLSI (или СБИС, или условно — схемы сверхбольшой интеграции). Откуда и появилась новая технология фотодатчика под названием Foveon X3-сенсор.

1934 год можно считать условно годом открытия трехматричных фотодатчиков 3CCD-сенсор для видеокамер. Прототипом послужила разработка в 1934 году российским ученым Л.А. Кубецким фотоэлектронных умножители (ФЭУ) или (PMT) - photomultiplier tube) для сканеров. Считывающие элементы сканера — фотоприемники явились прототипом работы современных трехматричных фотодатчиков, при котором луч света сканируeтся в виде трех составляющих RGB c применением АЦП с образованием файла.

1992 год является годом, когда система трех ПЗС-матриц (3CCD) используется в большинстве современных профессиональных видео и телекамер. Это относится и к профессиональным видеокамерам Panasonic. В 1992 годау они были выбраны официальным телевещательним оборудованием для трансляции Олимпийских игр по всему миру.

Цветные Фотосе́нсоры

Фотосенсоры по способу цветопередачи изображений различаются:

• Фотосенсор — Фильтр Байера, который формирует цветное изображение при помощи ячеек, например, из трех пикселей RGB в каждой, создающих мозаику полупроводниковой кремниевой фотоматрицы, которые расположенны в одной плоскости, и при помощи АЦП‎.
• Фотосенсор Foveon X3 применяет трёхслойные фотодиоды или пиксели, чувчтвительные к составляющим лучам RGB света.
• Фотосенсор 3CCD-сенсор использует три фотодатчика ПЗС(CCD) , встроенных на дихроической призме, диспергирующей лучи света предметных точек изображения на красный, зеленый, синий с последующей оцифровкой преобразователем АЦП. Он характеризуется применением трёх монохромных фотодатчиков RGB без применения светофильтров и передачей аналогового цветного изображения лучшего качества и применяется в основном в видеокамерах.

Специальные фотодатчики

Специальные фотосенсоры применяются:

• Фотосе́нсоры для отображеия нагретых объектов;
• Фотосе́нсоры для содания многоспектральных изображений;
• Фотосе́нсоры для гамма камер;
• Фотосе́нсоры чувствительные к рентгеновским излучениям;
• Специальные высокочувствительные Фотосе́нсоры для космических наблюдений;

Виды Фотодатчиков (Фотосе́нсоров)

• ПЗС-сенсор по технологии ПЗС или CCD;
• КМОП-сенсор по технологии КМОП или (CMOS);
• RGBW-сенсоры или (CFAK, где «K» сокр.— Kodak) ;
• Foveon X3-сенсор;
• 3CCD-сенсоры и др.

Физические размеры кадра фотокамер

Размер фотодатчика (матрицы) измеряется по диагонали, в долях дюйма (4/3", 2/3", 1/1,8", 1/2,2") для кадра 4:3. В кадре 3:2 реальная диагональ равна примерно 2/3 в отличие от указанной для кадра 4:3.

Стандарт кадра 4:3 применяется в любительских цифровых фотоаппаратах, стандарт кадра 3:2 применяется в зеркальных цифровых фотоаппаратах. (Некоторые зеркальные фотокамеры настраиваются на размер 4:3)

Благодаря небольшим линейным размерам фотодатчика объективы таких камер меньше и легче.

Типоразмеры

Размеры фотодатчиков (матриц) цифровых фотокамер и 35-мм плёнки

В настоящее время типоразмеры фотодатчиков (матриц) по своей светочувствительности примерно сравнялись. Однако бльшие фотосенсоры зеркальных фотокамер обладают более высокой ISO, разрешаюшей способностью и фотографической широтой.

• 1/2,5" или 1/2,7" , т.е. 5,27×3,96 мм (соотношение сторон 4:3) используются в большинстве камер с несменной оптикой.

• 1/1,8", соотношение сторон 4:3

Фотосенсоры размера 1/1,8", то есть 5,32×7,18 мм используются в большинстве компактных камер с несменной оптикой.

• 2/3", соотношение сторон 4:3

Фотодатчики размера 2/3", то есть 6,6×8,8 мм иногда используются в дорогих компактных камерах с несменной оптикой.

• 4/3", соотношение сторон 4:3

Фотодатчики размера 4/3", то есть 13,5×18 мм

Стандарт 4/3 разработан компаниями Olympus, Кодак и несколькими другими. Преследовались цели снижения стоимости производства, веса камер и объективов. Сейчас (2007) камеры с Фотодатчиками такого формата производят фирмы Олимпус и Панасоник.

• Фотодатчики DX (матрицы), APS-C формата 22.3 x 14.9 мм (CMOS sensor Canon)

имеет соотношение сторон 3:2, но кадр можно настроить с соотношением сторон 4:3.

Фотодатчики таких размеров наиболее часто встречаются в цифровых зеркальных фотоаппаратах. Они соответствуют «полукадру» 35 мм кадра.

Подавляющее большинство любительских, полупрофессиональных и даже профессиональных камер используют фотодатчики (матрицы) такого размера в силу того, что они относительно дёшевы в производстве и при этом размер пиксела остаётся довольно большим даже при разрешении более 12 мегапикселей..

• APS-H формат, 27×18 мм, соотношение сторон 3:2
• Полнокадровый Фотодатчик (матрица) формата 36×24 мм с соотношением сторон 3:2 или полнокадровый Фотосенсор (36×24 мм) соответствует классическому 35 мм кадру (3:2). На рынке представлено уже много моделей фотоаппаратов с фотосенсором такого размера (фирмами: Canon, Nikon, Kodak, Sigma, Sony). Такие Фотосенсоры дороги и сложны в производстве.

• Среднеформатный Фотодатчик (матрица) 60×45 мм имеет соотношение сторон 3:2.

Фотосенсоры таких размеров «сшиваются» из матриц меньшего размера, что сказывается на их стоимости. Применяются в дорогих камерах.

Законы геометрической оптики определяют зависимость ГРИП от физического размера матрицы. Тесты после съёмок тремя фотоаппаратами с разным физическим размерами фотосенсоров с одинаковым количеством пикселей одного и того же объекта под одним и тем же углом зрения, одним и тем же значением диафрагмы настроенных объективов и обработанных с оной технологией показали: ГРИП на снимке, сделанном фотоаппаратом с наибольшей матрицей, будет наибольшей (больше предметов в кадре будет показано резко), а фотоаппарат с наименьшей матрицей покажет наименьшую ГРИП (предметы не в зоне резкости будут сильнее размыты).

Стабилизация изображения

В некоторых фотоаппаратах, например Pentax K10D, K100D, Sony A100, A200, A700, проблему съёмки с рук при недостаточном освещении инженеры решили при помощи смещения фотосенсора в соответствии с показаниями встроенного гироскопов или акселерометров. Таким образом, стабилизация изображения в фотоаппаратах работает со всеми объективами, независимо от встроенной стабилизации изображения у них.

См. также

• Цвет
• Датчик
• Фото-электрический датчик
• Фотодиод
• Матрица (фотодиодная)
• Advanced Photo System type-C (APS-C)
• Оптические системы
• Спиновый транзистор на основе кремния
• Фотографическая широта
• 3CCD-сенсор

Ссылки

• [1]
• [2]
• [3]
• [4]
• [5]
• [6]
• [7]

Викисклад

• [8], (Cм. Фотодатчик)

Новая статья

<createbox> preload=Template:New_page editintro=Template:New_article_intro width=200 bgcolor=abcdef </createbox>

 

Внешний поиск по URL

Можно также создавать ссылки, которые используют возможности данного расширения, но без самого поля на странице. Например, http://ru.community.wikia.com/index.php?title=Тестовая_страница&preload=Справка:Inputbox&action=edit откроет новую страницу «Тестовая страница» и загрузит в неё содержимое страницы Справка:Inputbox. Можно открывать страницы с настраиваемым сообщением вверху страницы. Например: http://ru.community.wikia.com/index.php?title=Тестовая_страница&editintro=Шаблон:Политика&action=edit загрузит пустую страницу с шаблоном Шаблон:Политика сверху окна редактирования. Можно сочетать эти два параметра и открыть новую страницу с сообщением Шаблон:Политика вверху и содержимым Справка:Inputbox в загруженном окне: http://ru.community.wikia.com/index.php?title=Тестовая_страница&preload=Справка:Inputbox&action=edit&editintro=Шаблон:Политика

---

Википедия Фотодатчик адрес Викисловарь — адрес Викицитатник — адрес Викиучебник — адрес Викитека — адрес Викиновости — адрес Викиверситет — адрес Викигид — адрес

Выделить Фотодатчик и найти в: Вокруг света адрес Академик адрес Астронет адрес Элементы адрес Научная Россия адрес Кругосвет адрес Научная Сеть Традиция — адрес Циклопедия — адрес Викизнание — адрес

Google Bing Yahoo Яндекс Mail.ru Рамблер Нигма.РФ Спутник Google Scholar Апорт Онлайн-переводчик Архив Интернета Научно-популярные фильмы на Яндексе Документальные фильмы

Список ru-вики Вики-сайты на русском языке Список крупных русскоязычных википроектов Каталог wiki-сайтов Русскоязычные wiki-проекты Викизнание:Каталог wiki-сайтов Научно-популярные сайты в Интернете Лучшие научные сайты на нашем портале Лучшие научно-популярные сайты Каталог научно-познавательных сайтов НАУКА В РУНЕТЕ: каталог научных и научно-популярных сайтов

---

• Страница 0 - краткая статья
• Страница 1 - энциклопедическая статья
• Разное - на страницах: 2 , 3 , 4 , 5
• Прошу вносить вашу информацию в «Фотодатчик 1», чтобы сохранить ее