CMOS čidla a jejich vlastnosti

CMOS je technologie používaná při výrobě mikroprocesorů, pamětí a dalších integrovaných obvodů. V oblasti digitální fototechniky je průkopníkem této technologie firma Canon. Dozvíte se o výhodách a nevýhodách světlocitlivých čidel vyráběných touto technologií, které v budoucnu mohou hrát významnou roli na poli digitálních fotoaparátů.

CMOS je zkratka pro Complementary Metal Oxide Semiconductor. Je to zkratka pro technologii, kterou se vyrábějí mimo jiné paměti nebo procesory počítačů. Integrace součástek vyráběných technologíí CMOS neustále roste, kde procesory mají v dnešní době přes 10 miliónů prvků. V důsledku velkého objemu výroby pak klesá cena CMOS čidel, což je hlavní výhodou proti technologii CCD. Nezanedbatelná není ani řádově nižší spotřeba energie.

CMOS čidla jsou zatím u digitálních fotoaparátů spíše vzácností, neboť je třeba technologicky řešit nedostatky mající vliv na kvalitu obrazu. Průkopníkem v tomto směru je firma Canon, která senzor typu CMOS s rozlišením 3 megapixely vybavila svoji profesionální zrcadlovku D-30 (viz popis v sekci FotoTechnika). Nyní se na trhu objevuje nový model D-60 (viz popis v sekci FotoTechnika) s CMOS čidlem s rozlišením 6 Mpix.

Jak fungují CMOS čidla?

V technologii CCD nemají elementární světlocitlivé buňky žádné speciální obvody pro odvedení a vyhodnocování náboje. Jednotlivé buňky jsou zde proto navzájem svázané t.j. anglicky coupled. V tom je základní rozdíl proti technologii CMOS, kde má každá elementární buňka vlastní obvody pro odvedení a měření vygenerovaného náboje. Jednotlivé CMOS buňky pak fungují víceméně nezávisle. Speciální obvody pro každou buňku jsou nutné, neboť je třeba odfiltrovat náhodný (šumový) náboj, který je jiný u každé elementární buňky. Pomocné obvody zabírají značnou část každé buňky. Uvádí se dokonce i tzv. faktor zaplnění, který vyjadřuje, jak velká část buňky funguje jako světlocitlivá plocha. Obecně platí, že čím větší je velikost světlocitlivé plochy, tím je kvalita snímání vyšší. To je vysvětleno na následujícím obrázku.

Zmenšení světlocitlivé plochy čidla je kompenzováno filtrem ze speciálních spojných mikročoček, které soustředí světlo pouze do světlocitlivé části.

Výhody CMOS technologie

Již zmiňovanou výhodou jsou nižší náklady na výrobu, což dává CMOSu šanci uplatnit se za současné situace, kdy konkurenční boj tlačí ceny digitálních fotoaparátů dolů.

Integrace obvodů v rámci čidla umožňuje zmenšit rozměry a snížit spotřebu drahocenné energie z baterií. Zároveň je jednodušší integrovat speciální technologie jako např. stabilizaci obrazu, videorežim. Jediným problémem u videorežimu pak zůstává zpracování obrovských souborů.

Nevýhody CMOS technologie

Hlavním nedostatkem CMOSu je rozdílnost v citlivosti jednotlivých elementárních buněk a vyšší úroveň náhodného šumu ve srovnání s CCD čidly. Tyto rozdíly je nutné eliminovat speciálními obvody a matematickou filtrací. Citlivost na světlo se snižuje použitím části plochy čidla na pomocné obvody.

Nechme se překvapit, jak dopadne souboj CCD vs CMOS. To, co může zamíchat kartami je zásadní technologická inovace čipu CMOS firmou Foveon, která představila třívrstvý senzor Foveon X3. Více se o této novince dozvíte v článku „Foveon X3 – inovace čipu CMOS“.

Digitální fotoškola na FotoAparátu.cz vzniká za podpory společnosti Olympus. Olympus je nejprodávanější značka digitálních fotoaparátů v ČR. Olympus na www.olympus.cz.