Багатошарові матриці

У лютому 2002 року фірма Foveon оголосила про створення сенсора принципово нового типа. Його поява повинна стати таким же технологічним проривом, яким свого часу стала разра-зотка ПЗС-матриц з маскою Байера, оскільки в новій КМОП-МАТ-ЕІЦЕ Foveon X3 світлофільтри не використовуються в принципі.

Розділення світлового потоку на складові відтінки відбувається за рахунок того, що світло з різною довжиною хвилі проникає в шар кремнію на різну глибину. Наприклад, «сині хвилі» володіють найменшою проникаючою здатністю, а «червоні» -наїбольшей. У сенсорі Foveon фотоелемент кожного піксела складається з трьох шарів.

Мал. 3.16. Структура матриці Foveon ХЗ

Товщина цих шарів розрахована так, що вони пропускають промені : певною довжиною хвилі. При цьому до самого нижнього шару «пробиваються» фотони з «червоною» довжиною хвилі, в середньому «угрузають» «зелені» фотони, а в самому верхньому - «сині». Електрони, що утворюються при цьому, і «дірки» накопичуються в трьох потенційних ямах - по одной на кожен шар. Таким чином, для будь-якого з пікселів матриці є дані по кожному з колірних діапазонів. Це дозволяє відмовитися від схеми Байера і пов'язаних з нею втрат даних про колір.

Але як в кожної нової технології, в цієї схеми є ряд побічних ефектів. Ось лише деякі з них.

Раніше було описано негативний вплив блюмінга на якість кадру, а також складнощі, що виникають при нейтралізації цього ефекту. У багатошарових матрицях блюмінг стає «тривимірним» — надлишковий заряд може перетікати не лише в сусідні піксели, але і в «чужі» шари. При цьому вертикальний електронний дренаж практично неможливий, а реалізувати бічний дренаж украй складно.

При зйомці з максимально відкритою діафрагмою збільшується відсоток променів, падаючих на поверхню сенсора під великим кутом. Для звичайних матриць це не проблема, просто промені інколи не потрапляють на світлочутливу поверхню сенсора. А ось в багатошарових ЕОП заломлення світла на стику шарів матриці може привести до проникнення фотонів в «Чужий» шар.

Следует помнить, что при распределении фотонов по слоям часть их неизбежно будет поглощена при переходе из одного слоя в другой. В результате чувствительность матрицы ослабляется.

Проте передбачимо, що розробникам якимсь чином удалося вирішити всі вищеперелічені проблеми. Чи означає це, що багатошарові матриці при цьому раз і назавжди замінять сенсори «класичної» конструкції? Навряд чи.

При однаковому дозволі і рівних фізичних габаритах потенційні ями пікселів матриць, побудованих по Байеров-ськой схемі, завжди будуть «глибші», ніж в «листкових» сенсорів. Відповідно, ширше буде і динамічний діапазон. Людське око влаштоване таким чином, що яскравість для нього важливіша, ніж колір. І якщо кадр ідеальний по перенесенню кольорів, але всіма освітленими ділянками є білі плями, а тіні — чорні, то таке зображення ніхто не назве вдалим знімком — ні професіонал, ні любитель.