פורום מצלמות אבטחה

חישני cMOS מסתובבים בינינו כבר זמן מה. חישני CMOS תופסים את מקומם בחלק הזול של שוק המצלמות ומשאירים לחישני הCCD לעשות את שלהם בחלק המקצועי והמתקדם יותר.
הבעיה היא באיכות התמונה שחישני ה CMOS מפיקים.
חיישן הCMOS בנוי בצורה כזו שקשה להפיק איכות תמונה סבירה מתוך הגודל הקטן שבו מיוצר החיישן.

עלות הייצור של חישני CCD גבוהה בהרבה מזו של הCMOS.
זאת בנוסף לעובדה שאת חיישן הCMOS ניתן לייצר בכל מפעל לייצור שבבי מחשב כמו זיכרונות
או מעבדים לעומת חיישן ה-CCD שדורש רמת טכנולוגית ייצור מתקדמת יותר.

הגורם שחיישני ה CMOS אינם תופסים חלק בשוק הצילום בכלל ובתחום מצלמות האבטחה בפרט
נעוצה בצורה שבה CMOS עובד.
בניגוד לחיישני ה CCD,
בחיישן CMOS נעשה שימוש במעגלי המרה שנמצאים על גבי התא הרגיש לאור כדי להמיר את המידע למטענים חשמליים, להעבירו הלאה ולבצע אתחול מחדש.
אותם מעגלי המרה בנויים מטרנזיסטורים אשר יושבים על חלק מתא החיישן ומונעים מחלק מהאור להיכנס.
חסימת מעבר האור גורמת לכך שחלק קטן יותר מהתא נחשף לאור מה שיגרום לפחות מידע דיגיטאלי ובתוצאה הסופית תמונה פחות איכותית.
אם לא די בכך, בחישני CCD מעגלי השליטה והבקרה יושבים מחוץ לחיישן או בסמוך לו.
בחישני CMOS לעומת זאת, חלק "מהאלקטרוניקה" מהווה את הפיקסל עצמו ולכן החיישן רגיש יותר לאלקטרונים טועים וייצור אלקטרונים כתוצאה מפעילות המעגלים.
לאחר ההגברה הנוספת שדרושה לחיישן CMOS כתוצאה מרגישות נמוכה יותר ,אותם האלקטרונים מתורגמים לבסוף כרעש.






אז כיצד עובד חיישן ה-CCD?

באופן הבסיסי ביותר, התאים הרגישים לאור בנויים מסיליקון בשלוש שכבות עיקריות:
שכבה עליונה, שכבת בידוד, שכבה תחתונה.
שכבות אלה מבוצעות ע"י זיהום מצע הסיליקון ע"י חומרים מסוימים והן דקות - עד כדי כך שהן שקופות למעבר אור בתחום הספקטראלי בו עובד ה-CCD.


• פוטון (חלקיק אנרגית אור) עובר דרך השכבה העליונה, שכבת הבידוד והשכבה התחתונה.
כשהפוטון עובר דרך השכבה התחתונה הוא מעביר אליה חלק מהאנרגיה שלו כתוצאה מכך
נפלט אלקטרון אשר עובר לשכבה העליונה בסמוך למקום ממנו הוא נפלט.
• ככל שעוצמת האור החודר גדולה יותר, יותר פוטונים מגיעים לשכבה התחתונה ולכן יותר
אלקטרונים עוזבים שכבה זו ועוברים לשכבה העליונה, כך שבאזורים בהם פגע יותר אור.
יצטברו יותר אלקטרונים והמטען החשמלי יהיה חזק יותר.
• השדות החוסמים מונעים מהאלקטרונים באזורים השונים בשכבה העליונה מלהתערבב או
לחזור חזרה לשכבה התחתונה. השדות החוסמים נוצרים בעזרת אלקטרודות נוספות.
• כל אזור בו מתרכזים אלקטרונים מייצג תא בודד הרגיש לאור. וכמות המטען בו מייצגת את
עוצמת האור אליה הוא נחשף ואת משך החשיפה.
• לבסוף, מתרחש פירוק המטען החשמלי שהצטבר בכל אחד מהתאים לתוך מעגל אלקטרוני
שממיר אותו ל"מילה" דיגיטאלית.

כיצד עובד חיישן ה-cMOS?

חיישני CMOS בנויים בצורה אחרת. כל תא פיקסל בחיישן הCMOS הופך פוטונים לאלקטרונים בדומה לחיישן ה CCD.
אולם חישני CMOS מכילים "אלקטרוניקה" על גבי התא, אשר הופכת את האלקטרונים למתח כבר בבית התא.
מבנה הCMOS מאפשר גישה באמצעות כתובות לכל תא ותא בחיישן. בדומה למודל זיכרון, ניתן לקרוא את המתח מכל תא ותא בנפרד או בצורה של קבוצת תאים יחד.
תכונה זו מאפשרת ליצרנים לקרוא את המידע מהתאים בעזרת כמה ערוצים בו זמנית ולקצר באופן משמעותי את הזמן הדרוש כדי לקרוא את המידע מכל החיישן.
אבל כפי שהסברנו קודם לכן החיישן מוגבל מאוד בכמות האור הדרושה לצורך צילום סביר (בגלל שהמעגל האלקטרוני נמצא ע"ג התא).
ומעבר לזה בעיות הרעש הנפוצות בחיישן זה.
היתרון שלו הוא שניתן למזער את גודל המצלמה לממדים שמצלמה עם חיישן CCD לא תתאפשר.
בנוסף הוא זול בשל הטכנולוגיה הפשוטה יחסית לעומת ה-CCD.

ה-CCD של Super-HAD) Sony)

התחרות בין היצרנים על מיטוב החיישנים והגדלת הרזולוציה ע"י מזעור וצמצום התאים הרגישים לאור גדולה מתמיד.
המגבלה היא לא רק המכשור לדחיסת התאים אלא היכולת לשמור על איכות תמונה טובה, משום שהקטנת
התאים תגרום גם להקטנת כמות האור שתבוא במגע עם פני התא הרגיש לאור.
חלוצת פיתוח חיישני המצלמות הלא היא Sony, השתמשה בשיטה פשוטה יחסית והיא הצבת עדשות מיקרו על גבי
כל תא רכיש, ובכך לגרום לכמות אור גדולה יותר שתבוא במגע עם פני שטח התא.
עדשות אלו בנויות בצורה של משפך אשר מרכזות את כמות האור לתוך התא הרגיש.
טכנולוגיה זו נקראית גם Super-HAD CCD.

חיישן CCD רגיל


חיישן CCD Super-HAD