A halmozott érzékelők vékony okostelefonokat tesznek lehetővé nagyszerű kamerákkal, de hosszú út vezetett ahhoz, hogy ezek elég jók legyenek a napi használatra
A legtöbb okostelefonon vastagabb kamerasziget található, mint a test többi részén. Azonban még ezt a további ütést is figyelembe véve vékonyabbak, és olyan fényképeket és videókat készítenek, amelyek jobban néznek ki, mint néhány évvel ezelőtti társaik.
Az útközbeni fotózás első éveiben még vastagabb kütyükre volt szükség: emlékszel a 2000-es évek „point-and-shoot” fényképezőgépeire? Manapság mindent fél hüvelyk vékony, néha még kevésbé vékony készülékekbe csomagolnak. A halmozott képérzékelők teszik ezt lehetővé.
A digitális fényképezés megértése
A különbség az analóg és a digitális fényképezőgépek között az, hogy az előbbi egy fényérzékeny anyagból készült filmet használ a képek rögzítéséhez, míg az utóbbi elektronikus érzékelővel rendelkezik. Ebben az érzékelőben minden pixel (egyes pontok, amelyek digitális képet alkotnak) az érzékelő egy nagyon apró része által rögzített világítási információ (egy a kép minden pixeléhez).
Van két digitális fényképezőgép-érzékelők típusai, CCD (a Charge-Coupled Device rövidítése) és a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Minden modern okostelefon-kamera az utóbbit használja, így az alábbiakban ezt a technológiát ismertetjük.
A CMOS-érzékelő néhány elemből áll. A fotodióda a legfontosabb: elektromos jelet generál, amikor fényt kap. Ezt a jelet a tranzisztor közvetlenül a fotodióda mellett, amely a jelet digitális információvá alakítja és egy elektronikus áramkörbe küldi.
Ez az áramkör felelős az adatok értelmezéséért, és a többi pixellel együtt a képjelprocesszornak (ISP) való továbbításáért, amely létrehozza a végső képet.
A telefonkamerák korai napjai
2008-ig a CMOS-érzékelőkkel komoly probléma volt: a pixelinformációk internetszolgáltatóhoz való küldéséhez szükséges vezetékek a fotodióda és az objektív között haladtak át, így a fény egy részét blokkolták. Ugyanezt a struktúrát használták a CCD szenzoroknál is, amelyek fényérzékenyebbek voltak, de a CMOS esetében ez sötétebb, zajosabb és homályosabb képeket jelentett.
Ezt egy egyszerű ötlettel sikerült megoldani: a fotodiódát a vezetékek fölé mozgatni, hogy több fényt kapjon, ezzel javítva a képminőséget. Ezt hátoldali megvilágított (BSI) érzékelőnek hívják, szemben a korábbi elülső oldali megvilágítású érzékelőkkel.
Kontextusba helyezve a dolgokat, az iPhone 4, amely az Apple hírnevét alapozta meg az okostelefonos fotózásban, az első telefonok között volt, amelyek ilyen típusú érzékelőt használtak. Manapság gyakorlatilag minden okostelefon kamerája BSI érzékelőt használ.
Az egymásra helyezett érzékelők javítják a fényképek minőségét és csökkentik a méretet
Még a vezeték eltávolítása után is volt még mit javítani a CMOS érzékelőkön. Az egyik a tranzisztor információ feldolgozásáért felelős áramkör volt. A fotodióda köré tekeredett. Emiatt az egyes pixeleket elérő fény körülbelül fele a szenzor egy olyan részébe került, amely nem rögzített semmilyen fényt.
2012-ben elkészült az első halmozott CMOS-érzékelő. Ahelyett, hogy a fotodióda köré tekernénk, az áramkört az alá helyezzük. Mivel (részben) helyettesíti a szerkezeti merevséghez használt hordozót, nincs hozzáadott vastagság. Valójában azóta a Sony és a technológiát alkalmazó más gyártók fejlesztései a halmozási folyamatban vékonyabb érzékelőket eredményeztek, ami vékonyabb telefonokat tesz lehetővé.
Mi a helyzet a még több halmozással?
Ha az áramkört a fotodióda alá mozgatjuk, azt gondolnánk, hogy a felső réteget kizárólag a fénybefogó rész foglalja el, igaz? Rossz.
Emlékszel a tranzisztorra? Közvetlenül a fotodióda mellett helyezkedik el, így még több értékes fénybefogó helyet foglal el. A megoldás? Még több rakás!
A mérnökök már korábban is csinálták. 2017-ben a Sony bejelentette, hogy a fotodióda és az áramkör között RAM-mal rendelkező kameraérzékelő 960 FPS-es szuperlassított videókat tesz lehetővé. Arról volt szó, hogy ugyanazt az ötletet alkalmazzuk a meglévő érzékelő egy részére.
Most végre a fotodióda az érzékelő legfelső részében van, és csak a fotodióda. Ez hatékonyan megduplázza a fotodióda által rögzíthető és a tranzisztor által tárolható jelet.
A legközvetlenebb hatás az a fényinformáció kétszerese, amelyen minden képpontnak dolgoznia kell. És mint minden a fotózásban, a több fény részletesebb képeket jelent.
Mivel azonban a tranzisztor a kapacitását is megduplázza, jobban tudja fordítani a fotodiódából érkező elektromos jeleket digitális információvá. Ennek egyik lehetséges alkalmazása a képzaj csökkentése, ami tovább javítja a fényképek megjelenését.
Egymásra rakott érzékelők a szebb jövőért
Míg az egyrétegű érzékelők – a fotodióda és a tranzisztor egy rétegben, az áramkörök pedig alatta – már egy ideje léteznek, a kettős egymásra helyezett érzékelők (mindegyik részhez egy réteg) még mindig némileg újak. Leginkább professzionális kamerákban használják őket, az első ilyen érzékelővel ellátott mobiltelefon, a Sony Xperia 1 V, amelyet 2023 májusában adtak ki.
Ez azt jelenti, hogy a technológia még gyerekcipőben jár. Számos egyéb fejlesztéssel együtt, amelyek a mobilfotózásban eddig történtek, egymásra halmozva Az érzékelők azt jelentik, hogy az okostelefonok kamerái egy szebb jövő felé vezetnek – vagy mondjuk egy szebb jövő felé kép?
