Основні виробники

В процесі еволюції дозвіл цифрових фотокамер збільшився у декілька разів. Тому велике количество виробників ЕОП, вироби яких використовувалися в ранніх моделях фотоапаратів, у результаті сильно скоротилося. Окрім збільшення азрешения на процес «природного відбору» впливали і інші причини. Окрім вже розглянутих характеристик (динамічний діапазон, співвідношення сигнал/шум і т. д.), для проектувальників камери важливі також рівень енергоспоживання ЕОП і сумісність з існуючою елементною базою, а для виробника сенсора — відсоток браку і собівартість пристроїв.

На рубежі тисячоліття можна було виділити двох найбільших виробників ПЗС-матриц для професійної і студійної техніки — Eastman Kodak в США і Philips в Європі.

Заслугою розробників Kodak являеться впровадження бокового антиблюмінгового дренажу в повнокадрових матрицях, що дозволив значно збільшити динамічний діапазон ЕОП по порівнянню з сенсорами, в якиих був застосований вертикальний дренаж. В матрицях, виготовлених по технології BluePlus, електрод, розміщенний над світлочутливою областю пікселя, виготовлявся на основі оксида індія і діоксида олова. За рахунок цього значно збільшився коефіціент пропускання электрода, в результаті різко виросла чутливість сенсора, особливо в традиційно «важких» для ЕОП «синій» і «фіолетовий» областях спектра.

Всю продукцию Kodak можна поділити на три великі категорії:

• ПЗС-матриці для студійної і професійної техніки;
• ПЗС-лінійки для студійних скануючих приставок до великоформатних фотоапаратів;
• ПЗС-матриці і КМОП-сенсоры для любительських фотокамер.

Сенсори для любительских моделей використовуються, за рідким виключенням, тільки в фотоаппаратах Kodak. Зато матриці, предназначені для студійних камер, застосовуються практично всіма виробниками цеї категорії. Остання розробка фірми - сенсор з дозволом 22 мегапіксела .

Голландським концерном Philips була зроблена спроба мінімізувати собівартість ПЗС-матриц за допомогою оригінальної технології Building Block. При звичайному виробництві ПЗС-матрица високого дозволу виготовляється єдиним блоком і при браку втрати великі. Крім того, максимальний розмір ЕОП обмежується можливостями устаткування. В протилежність цьому, методика Building Block (буквально — цегла), розроблена Philips, заснована на використанні «цегли», що складається з модулів розміром 1000x1000 пікселів. Об'єднуючи дану «цеглу», можна побудувати сенсор практично необмеженого дозволу. При цьому в разі виявлення дефекту в одном з модулів його можна легко замінити. Таким чином, собівартість виробу значно нижча.

Найбільшою популярністю користувалася шестимегапиксель-ная матриця FTF 3020 (36x24 мм), що застосовувалася в більшості моделей студійних камер. З нових сенсорів перспективним вважається 11-мегапиксельный ЕОП, теж створений за технологією Building Block. Його мегапиксельные «цегла» по габаритах менше колишніх модулів, тому розміри нової матриці такі ж, як і в шестимегапиксельной моделі. Завдяки цьому студійні фотоапарати, FTF 3020, що використали, легко можуть бути обладнані новим сенсором.

Як було відмічено вище, основною особливістю матриць Fuji-Film являються нестандартна форма і розміщення элементів, в той же час реальних плюсів дані рішення не продемонстрували . В результаті матриці цієї фірми застосовуються тільки у фотоапаратах FujiFilm, хотя ассортимент сенсорів досить широкий і включає розробки для професійної техніки.

Корпорація Sony із самого початку орієнтувалася виключно на ринок масової техніки. При цьому розробникам даної фірми удалося упровадити ряд рішень, завдяки яким якість кадрів значно покращала.

Одною з основних інновацій була технологія HAD — Hole-Accumulation Diode. У матрицях HAD носіями інформації про заряд піксела були не електрони, а так звані «дірки». При цьому відпадала необхідність в полисиликоновом електроді над світлочутливою частиною піксела і значно збільшувалася чутливість сенсора, особливо в короткохвильовій частині спектру. Крім того, розміщення що поглинає «дірки» шаруючи в поверхні матриці зменшувало тепловий шум.

При максимально відкритою діафрагмою росте відсоток променів, падающих на поверхню матриці під великими кутами. Після проходження через мікролінзи звичайної конструкції ці промені, як правило, не потрапляли на світлочутливий елемент. Щоб уловити максимальне колічество світла, що потрапляє на мікролінзу, розробники  Sony в матриці New Structure CCD використовували  додатковий оптичний елемент. Розміщення безпосередньо над світлочутливим элементом внутрішня лінза коректувала промені, що входять під великими кутами.

Асортимент ПЗС-матриц Sony дуже великий, причому із збільшенням дозволу розмір і інтерфейсні роз'єми сенсора не змінюються, що дозволяє при розробці нового фотоапарата використовувати колишню оптику і корпус.

З появою в модельному ряду матриці ICX413 Sony зайняла відповідну нішу на ринку професійних камер. При діагоналі 28,4 мм розміри, сенсора (23,4x15,6 мм) відповідають кадру плівки формату APS, тому він ідеально личить для використання в моделях, що створюються на базі плівкових «зеркалок». В результаті цю шестимегапиксель-ную матрицю вибрав Nikon для своєї професійної моделі D-100.

Значних успіхів в розробці КМОП-матриц для професійних камер добився концерн Canon. Розмір сенсора був збільшений до габаритів кадру APS, в результаті зросло відношення світлочутливої частини піксела до «обв'язування» і, як наслідок, значно піднялася чутливість.

Крім того, до складу компонентів кожного піксела був включений своєрідний «фільтр», який заміряв рівень електронного шуму, що генерується «обв'язуванням» в неробочому стані. При зйомці «фільтр» кожного елементу автоматично «віднімав» цей шум з сигналу, в результаті вплив нерівномірно розподілених по матриці електронних перешкод удалося понизити.

Лідируючі позиції в області розробки КМОП-матриц займає білий шукав фірма Fill Factory. Вона була заснована в 1999 році, але розробками КМОП-матриц займалася ще з 1987 року, будучи підрозділом ШЕС, Європейського незалежного центру мікроелектронних технологій. У результаті в стінах FillFactory з'явилися ряд цікавих і ефективних рішень, що поліпшили показники КМОП-сенсоров.

В першу чергу вдалось значно збільшити світлочутливу область. У звичайних КМОП-матрицях фотони "вибивають" електрони на всій поверхні пікселя. Тільки ці «фотоелектрони» притягуються або «обвязкою» (розміщеною, доречі, на поверхні матриці), або підкладкою сенсора. Тому "фотоелементи", що генеруються поверхнею довколола фотоелемента (а це більше 70 % всій площадки пікселя), в процесі створення заряду жодним чином не беруть участь.

Фахівці FillFactory запропонували просте і геніальне рішення. Завдяки електростатичному бар'єру, що генерується, «фотоелектрони», що генеруються під «обв'язуванням», не поглинаються ні «обв'язуванням», ні підкладкою, а «всмоктуються» потенційною ямою фотоелемента. Процес «всмоктування» не настільки вже і тривалий (від 10 до 50 Наносекунди), тому тепловий шум (зазвичай помітний при «довгих» витримках на всіх типах сенсорів) практично відсутній. А ось чутливість сенсора зростає у декілька разів, при цьому немає необхідності використовувати матриці великих габаритів. Отже, дана технологія може бути використана і в любительській техніці.

Динамічний діапазон КМОП-сенсора можна розширити, використовуючи ще одну з напрацювань FillFactory — нелінійний режим накопичення заряду. У цьому режимі в «обв'язування» піксела додані елементи, які досягши певного рівня заряду в потенційній ямі перемикають піксел в стан «насичення». У цьому стані «фотоелектрони» накопичуються в потенційній ямі менш інтенсивно, зменшуючи ризик її переповнювання.

Завдяки даній методиці відбувається адаптивне стискування динамічного діапазону кадру — світлі ділянки не виглядають «засвіченими», а темні — «недотриманими». Крім того, не потрібна велика розрядність АЦП, скорочується також розмір кадрів.

Розроблені КМОП-сенсоры FillFactory знайшли своє вживання як в студійних (Leaf C-Most, Leaf Valeo), так і в професійних (Kodak DCS Pro 14n) фотоапаратах. Можливо, що в недалекому майбутньому КМОП-матрицы цієї фірми використовуватимуться і в любительській техніці.