SONY Image Sensor Technology

     Image Sensor หรือ เซ็นเซอร์รับภาพ ซึ่งหนึ่งในหัวใจหลักของการทำงานในกล้องดิจิตอลในปัจจุบัน นอกเหนือจาก เลนส์ และ ชิปประมวลผล ซึ่งเรา ๆ ท่าน ๆ จะเห็นได้ว่าในปัจจุบันเอง ก็มีเซ็นเซอร์รับภาพหมายแบบ หลากหลายชื่อเรียก ประหนึ่งว่าเพื่อสร้างความเข้าใจและการรับรู้ได้ง่ายขึ้น และ ก็สร้างความสับสนได้พอ ๆ กัน

     ในตอนนี้ผมจะแนะนำทุกท่านเกี่ยวกับเทคโนโลยีของ "เซ็นเซอร์รับภาพ" โดยจะขออ้างอิงจากของทางฝั่งบริษัท โซนี่ เป็นหลัก เนื่องด้วยเป็นบริษัทที่มีส่วนแบ่งการตลาดเซ็นเซอร์รับภาพเป็นอันดับหนึ่งของโลก

CCD VS CMOS

     ในยุคสมัยที่กล้องดิจิตอลเริ่มแพร่หลายในช่วงแรก เซ็นเซอร์รัพภาพที่ใช้นั้นแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ ได้ 2 ชนิด คือ 

• Charge-coupled device (CCD)
• Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS)

CCD image sensor

     CCD หรือ Charge-Coupled Device การทำงานจะทำหน้าที่รับ Photon จากแสงที่ตกกระทบบนเซ็นเซอร์รับภาพ และ เปลี่ยนให้เป็นแรงดันไฟฟ้า จากนั้น จะส่งผ่านแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวไปที่ Output NODE โดยส่งผ่านไปยังพิคเซลส์ที่อยู่ข้างเคียง และ ส่งต่อกันไปเรื่อย ๆ หลังจากนั้น จะส่งเข้าสู่ A2D Converter (Analog to Digital Converter)

Credit:CCD and CMOS Sensor Breakdown,www.camerarepair.org

CMOS Sensor

     CMOS หรือ Complementary Metal Oxide Semiconductor  จะเป็นเซ็นเซอร์ที่ที่มีชิปสำหรับแปลงสัญญาณให้อยู่ในรูปแบบ Digital ในแต่ละพิคเซล และทำการส่งสัญญาณทั้งหมดจากแต่ละพิคเซลส์ ไปสู่ชิปประมวลผลภาพได้เลย อย่างไรก็ดีก็จำเป็นต้องเสียพื้นที่รับแสงส่วนหนึ่งไปเป็นวงจรสำหรับการแปลงสัญญาณ

ในแง่การทำงานแล้ว CMOS จะได้เปรียบในเรื่องความไวในการส่งข้อมูล ส่วน CCD จะได้เปรียบในเรื่องคุณภาพนะครับ ผมขอใช้ คลิป VDO นี้เพื่อให้เราเห็นและเข้าใจง่ายขึ้นครับ

     แต่อย่างไรก็ดี ทุกวันนี้ในกล้องถ่ายภาพแบบเปลี่ยนเลนส์ได้ รวมถึงกล้องในกลุ่ม Big Sensor Compact นั้นเลือกใช้เซ็นเซอร์รับภาพแบบ CMOS  เพราะด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบันได้พัฒนาให้เซ็นเซอร์รับภาพแบบ CMOS ให้มีทั้งความรวดเร็วในการทำงาน และ คุณภาพในการบันทึกภาพ ควบคู่กัน

Exmor CMOS Sensor
     เป็นการพัฒนาเซ็นเซอร์รับภาพแบบ CMOS โดยทำการเปลี่ยนวัสดุที่ใช้ในการผลิตในส่วนวงจรจากเดิมที่เป็น อลูมิเนียม มาเป็นทองแดง และส่งผลให้ความหนาของส่วนชั้นแพงวงจรลดลงถึง 40% ส่งผลให้ ชั้นในส่วนที่รับแสงสามารถรับแสงได้มากขึ้น ส่งผลต่อคุณภาพของภาพที่ดีขึ้น

Exmor R CMOS Sensor

      Exmor R CMOS หรือ BSI (back-illuminated structure) เป็นการพัฒนาเซ็นเซอร์รับภาพจาก Exmor CMOS เดิม โดยมองว่าการที่มีชั้นของแผงวงจรอยู่ด้านหน้าส่วนรับแสงส่งผลให้มีปริมาณแสงส่วนหนึ่งสูญเสียไป จึงได้ย้ายชั้นของแผงวงจรไว้ด้านหลังสุด เพื่อให้สามารถรับแสงได้เต็มที่ ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของภาพที่ได้

Exmor RS CMOS (BSI Stackde Sensor)
   
    เป็นการพัฒนาต่อมาจากเซ็นเซอร์รับภาพแบบ BSI โดยออกแบบย้ายส่วนที่เป็นวงจรไฟฟ้าทังหมดว่าไว้ด้านหลังเซ็นเซอร์รับภาพ ซึ่งทำให้สามารถออกแบบเซ็นเซอร์รับภาพให้มีขนาดเล็กลงโดยที่ยังมีัขนาดของส่วนรับแสงยังเท่าเดิม นอกจากนี้ยังใช้ RGBW Coding โดยมีการเพิ่มพิคเซลส์สีขาวเข้าไป เพื่อเพิ่มประสิทธภาพในการบันทึกภาพ รวมถึงความสามารถในการบันทึกภาพแบบ HDR ทั้งภาพนิ่งและ VDO อีกด้วย

     Stacked Structure with DRAM Chip
เป็นการเพิ่มหน่วยความจำเพื่อใช้เป็น Buffer ให้กับเซ็นเซอร์รับภาพ ก่อนที่จะส่งข้อมูลไปที่ตัวกล้อง เพื่อให้เซ็นเซอร์และกล้องรองรับข้อมูลได้มากขึ้น และ ทำงานได้รวดเร็วขึ้น โดยจะลดปัญหาคอขวดที่เกิดจากการส่งสัญญาณจากเซ็นเซอร์รับภาพสู่ชิปประมาวลผลในตัวกล้อง