बैक-इलुमिनेटेड सेंसर: Difference between revisions

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For प्रकाश डिजाइन अभ्यास, see बैकलाइटिंग (प्रकाश डिजाइन). For लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले में बैकलाइट्स, see बैकलाइट.

सरलीकृत बैक-इलुमिनेटेड और फ्रंट-इलुमिनेटेड पिक्सेल क्रॉस-सेक्शन की तुलना

एक बैक-इलुमिनेटेड सेंसर, जिसे बैकसाइड इल्यूमिनेशन (BI) सेंसर के रूप में भी जाना जाता है, एक प्रकार का डिजिटल छवि संवेदक है जो कैप्चर किए गए प्रकाश की मात्रा को बढ़ाने के लिए इमेजिंग तत्वों की एक नई व्यवस्था का उपयोग करता है और इस तरह कम-प्रकाश प्रदर्शन में सुधार करता है।

तकनीक का उपयोग कुछ समय के लिए कम रोशनी वाले सुरक्षा कैमरों और खगोल विज्ञान सेंसर जैसी विशेष भूमिकाओं में किया गया था, लेकिन निर्माण के लिए जटिल था और व्यापक रूप से उपयोग करने के लिए और अधिक शोधन की आवश्यकता थी। 2009 में उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स कीमतों पर 5-मेगापिक्सेल 1.75 माइक्रोमीटर बीआई सीएमओएस सेंसर पेश करने के लिए सोनी इन समस्याओं और उनकी लागत को पर्याप्त रूप से कम करने वाली पहली कंपनी थी।[1][2] OmniVision Technologies के BI सेंसर का उपयोग अन्य निर्माताओं के उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में HTC EVO 4G के रूप में किया गया है[3][4] Android स्मार्टफोन, और Apple के iPhone 4 में कैमरे के लिए एक प्रमुख विक्रय बिंदु के रूप में।[5][6]


विवरण

एक पारंपरिक, फ्रंट-इल्यूमिनेटेड डिजिटल कैमरा मानव आंखों के समान फैशन में बनाया गया है, जिसमें आगे की तरफ एक लेंस (ऑप्टिक्स) और पीछे फोटोडेटेक्टर हैं। सेंसर का यह पारंपरिक अभिविन्यास डिजिटल कैमरा छवि संवेदक के सक्रिय मैट्रिक्स - व्यक्तिगत चित्र तत्वों का एक मैट्रिक्स - इसकी सामने की सतह पर रखता है और निर्माण को सरल करता है। मैट्रिक्स और इसकी वायरिंग, हालांकि, कुछ प्रकाश को दर्शाती है, और इस प्रकार फोटोकैथोड परत केवल आने वाली रोशनी का शेष भाग प्राप्त कर सकती है; प्रतिबिंब कैप्चर किए जाने के लिए उपलब्ध सिग्नल को कम कर देता है।[1]

एक बैक-इल्युमिनेटेड सेंसर में समान तत्व होते हैं, लेकिन निर्माण के दौरान सिलिकॉन वेफर को फ़्लिप करके फोटोकैथोड परत के पीछे वायरिंग की व्यवस्था करता है और फिर इसके रिवर्स साइड को पतला कर देता है ताकि प्रकाश वायरिंग परत से गुजरे बिना फोटोकैथोड परत पर वार कर सके।[7] यह परिवर्तन एक इनपुट फोटॉन के कैप्चर होने की संभावना को लगभग 60% से बढ़ाकर 90% से अधिक कर सकता है,[8] (यानी 1/2 तेजी से रुकें) सबसे बड़े अंतर के साथ जब पिक्सेल का आकार छोटा होता है,[citation needed] जैसा कि ऊपर (प्रकाश घटना) से नीचे की सतह पर तारों को ले जाने में प्राप्त प्रकाश कैप्चर क्षेत्र एक बड़े पिक्सेल के लिए आनुपातिक रूप से छोटा होता है।[citation needed] BSI-CMOS सेंसर आंशिक धूप और अन्य कम रोशनी वाली स्थितियों में सबसे अधिक फायदेमंद होते हैं।[9] प्रकाश संवेदकों के पीछे तारों को रखना एक सेफलोपॉड आंख और आंख के विकास # विकासवादी सामान के बीच अंतर के समान है। फोटोकैथोड परत के पीछे सक्रिय मैट्रिक्स ट्रांजिस्टर को ओरिएंट करने से कई समस्याएं हो सकती हैं, जैसे क्रॉसस्टॉक, जो छवि शोर , डार्क करंट (भौतिकी) , और आसन्न पिक्सेल के बीच रंग मिश्रण का कारण बनती है। थिनिंग भी सिलिकॉन वेफर को अधिक नाजुक बनाता है। इन समस्याओं को बेहतर निर्माण प्रक्रियाओं के माध्यम से हल किया जा सकता है, लेकिन केवल कम पैदावार की कीमत पर और इसके परिणामस्वरूप उच्च कीमतों पर। इन मुद्दों के बावजूद, शुरुआती बीआई सेंसरों ने आला भूमिकाओं में उपयोग पाया जहां उनका बेहतर कम रोशनी वाला प्रदर्शन महत्वपूर्ण था। शुरुआती उपयोगों में औद्योगिक सेंसर, सुरक्षा कैमरे, माइक्रोस्कोप कैमरे और खगोल विज्ञान प्रणाली शामिल हैं।[8]

BSI सेंसर के अन्य लाभों में व्यापक कोणीय प्रतिक्रिया (लेंस डिज़ाइन के लिए अधिक लचीलापन देना) और संभवतः तेज़ रीडआउट दर शामिल हैं। नुकसान में खराब प्रतिक्रिया एकरूपता शामिल है।

उद्योग पर्यवेक्षक[who?] नोट किया गया है कि एक बैक-इलुमिनेटेड सेंसर सैद्धांतिक रूप से एक समान फ्रंट-इलुमिनेटेड संस्करण की तुलना में कम खर्च कर सकता है। अधिक प्रकाश एकत्र करने की क्षमता का मतलब है कि एक समान आकार का सेंसर सरणी कम रोशनी के प्रदर्शन में गिरावट के बिना उच्च रिज़ॉल्यूशन प्रदान कर सकता है अन्यथा मेगापिक्सेल (एमपी) दौड़ से जुड़ा हुआ है। वैकल्पिक रूप से, समान रिज़ॉल्यूशन और कम रोशनी की क्षमता को एक छोटी चिप पर पेश किया जा सकता है, जिससे लागत कम होती है। इन लाभों को प्राप्त करने की कुंजी एक बेहतर प्रक्रिया होगी जो उपज की समस्याओं को संबोधित करती है, बड़े पैमाने पर डिटेक्टरों के सामने एक सक्रिय परत की एकरूपता में सुधार के माध्यम से।[8]

BI सेंसर को अपनाने में एक बड़ा कदम तब उठाया गया जब 2007 में OmniVision Technologies ने तकनीक का उपयोग करके अपने पहले सेंसर का नमूना लिया।[10] हालाँकि, इन सेंसरों को उनकी उच्च लागत के कारण व्यापक उपयोग नहीं मिला। पहला व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला BI सेंसर ओमनीविज़न OV8810 था, जिसे 23 सितंबर 2008 को घोषित किया गया था, और इसमें 8 मेगापिक्सल थे जो आकार में 1.4 माइक्रोमीटर थे।[11] OV8810 का उपयोग HTC Droid Incredible में किया गया था[12] और एचटीसी इवो 4जी,[4][3]जो क्रमशः अप्रैल और जून 2009 में जारी किए गए थे। जून 2009 में, ओमनीविज़न ने 5MP OV5650 की घोषणा की,[13] जिसमें 1300 mV/lux-sec पर सबसे कम रोशनी की संवेदनशीलता थी और उद्योग में सबसे कम 6 मिमी की स्टैक ऊंचाई थी।[14] Apple ने iPhone 4 के पिछले कैमरे में उपयोग करने के लिए OV5650 का चयन किया, जिसने इसकी कम रोशनी वाली तस्वीरों के लिए अच्छी समीक्षा प्राप्त की।[15] नई फोटोडायोड सामग्रियों और प्रक्रियाओं पर सोनी के काम ने उन्हें अगस्त 2009 में अपने सक्रिय पिक्सेल सेंसर | सीएमओएस-आधारित एक्समोर आर के रूप में अपना पहला उपभोक्ता बैक-इलुमिनेटेड सेंसर पेश करने की अनुमति दी।[1]Sony के अनुसार, नई सामग्री ने +8 dB सिग्नलिंग और -2 dB शोर पेश किया। नए बैक-इलुमिनेटेड लेआउट के साथ संयुक्त होने पर, सेंसर ने लो-लाइट परफॉर्मेंस में दो गुना तक सुधार किया।[1]IPhone 4s ने Sony द्वारा निर्मित एक इमेज सेंसर को नियोजित किया। 2011 में, सोनी ने अपने एक्समोर आर सेंसर को अपने प्रमुख स्मार्टफोन सोनी एरिक्सन एक्सपीरिया आर्क में लागू किया।[16] जनवरी 2012 में, सोनी ने स्टैक्ड सीएमओएस के साथ बैक-साइड प्रबुद्ध सेंसर विकसित किया,[3]जहां सपोर्टिंग सर्किट्री को सक्रिय पिक्सेल सेक्शन के नीचे ले जाया जाता है, जिससे लाइट कैप्चरिंग क्षमता में और 30% सुधार होता है।[17] सोनी द्वारा अगस्त 2012 में 13 और 8 प्रभावी मेगापिक्सेल के संकल्प के साथ एक्समोर आरएस के रूप में इसका व्यावसायीकरण किया गया था।[18] अक्टूबर 2012 में, GoPro ने Hero3 ब्लैक में अपने एक्शन कैमरों में पहले BSI सेंसर के रूप में Sony IMX117 सेंसर का उपयोग किया।[19] सितंबर 2014 में सैमसंग ने बीएसआई पिक्सेल तकनीक को अपनाने के लिए दुनिया के पहले एपीएस-सी सेंसर की घोषणा की।[20][3]यह 28 एमपी सेंसर (S5KVB2) उनके नए कॉम्पैक्ट सिस्टम कैमरा, NX1 द्वारा अपनाया गया था, और फोटोकिना 2014 में कैमरे के साथ प्रदर्शित किया गया था।

जून 2015 में सोनी ने बैक-साइड प्रबुद्ध पूर्ण फ्रेम (सिनेमैटोग्राफी) सेंसर, सोनी α7R II|α7R II को नियोजित करने वाले पहले कैमरे की घोषणा की।[3]

अगस्त 2017 में Nikon ने घोषणा की कि उसका आगामी Nikon D850 , एक पूर्ण-फ्रेम डिजिटल SLR कैमरा, अपने नए 45.7 MP सेंसर पर एक बैक-इलुमिनेटेड सेंसर होगा।

सितंबर 2018 में Fujifilm ने X-T3 की उपलब्धता की घोषणा की, एक मिररलेस इंटरचेंजेबल-लेंस कैमरा , जिसमें 26.1MP APS-C Fujifilm X-Trans सेंसर बैक-इलुमिनेटेड सेंसर है।[21] अप्रैल 2021 में, कैनन इंक ने घोषणा की कि उनके नए आर3 मॉडल में फुल-फ्रेम डीएसएलआर | 35 एमएम फुल-फ्रेम, बैक इल्युमिनेटेड, स्टैक्ड सीएमओएस सेंसर और एक डिजिक एक्स इमेज प्रोसेसर होगा।[22] अप्रैल 2021 में, Ricoh ने पेंटाक्स के-3 मार्क III | पेंटाक्स के-3 III जारी किया जिसमें सोनी से बीएसआई 26 मेगापिक्सल एपीएस-सी सेंसर और एक इमेज प्रोसेसर#प्रोसेसर ब्रांड नेम इमेज प्रोसेसर है।[23] मई 2021 में, सोनी ने माइक्रो फोर थर्ड सिस्टम फॉर्मेट के लिए एक नए बैक-इलुमिनेटेड, स्टैक्ड सेंसर की घोषणा की।[24]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 Sony, 2009
  2. ↑ US patent 7521335, Yamanaka, Hideo, "अल्ट्रा-थिन सेमीकंडक्टर चिप के उत्पादन के लिए विधि और उपकरण और अल्ट्रा-थिन बैक-इलुमिनेटेड सॉलिड-स्टेट इमेज पिकअप डिवाइस के उत्पादन के लिए विधि और उपकरण", issued 2009-04-21, assigned to Sony Corporation 
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Zimmerman, Steven (12 October 2016). "Sony IMX378: Comprehensive Breakdown of the Google Pixel's Sensor and its Features". XDA Developers. Retrieved 17 October 2016.
  4. ↑ 4.0 4.1 "एचटीसी ईवीओ 4जी स्मार्ट फोन के अंदर सिलिकॉन में गिरावट के साथ". chipworks. 4 June 2010. Archived from the original on 22 July 2011. Retrieved 3 August 2011.
  5. ↑ Tufegdzic, Pamela (3 September 2010). "आईफोन 4 स्मार्ट फोन में बीएसआई इमेज सेंसर को अपनाता है". iSuppli. Archived from the original on 19 July 2011. Retrieved 3 August 2011.
  6. ↑ Apple, 2010
  7. ↑ US patent 4266334, Edwards, Thomas W. & Pennypacker, Ronald S., "पतले सब्सट्रेट इमेजर्स का निर्माण", issued 1981-05-12, assigned to RCA Corporation 
  8. ↑ 8.0 8.1 8.2 Swain and Cheskis, 2008
  9. ↑ Yoshua Goldman. "IPhone 4 कम रोशनी में अच्छी तस्वीरें क्यों लेता है: BSI CMOS सेंसर ने समझाया!". Retrieved 29 September 2014.
  10. ↑ Yoshida 2007
  11. ↑ "ओमनीविजन ने 1.4 माइक्रोन ओमनीबीएसआई™ तकनीक के साथ दुनिया का पहला 1/3-इंच, 8 मेगापिक्सल कैमराचिप™ सेंसर पेश किया". EDN. 23 September 2008.
  12. ↑ Brian Klug (20 July 2010). "मोटोरोला ड्रॉइड एक्स: पूरी तरह से समीक्षा की गई". Anandtech.
  13. ↑ "ओमनीविजन उच्च प्रदर्शन वाले मोबाइल फोन बाजार में डीएससी-गुणवत्ता वाली इमेजिंग प्रदान करता है" (PDF). OmniVision. 22 June 2009.
  14. ↑ "उच्च-निष्पादन वाले मोबाइल फ़ोन के लिए DSC-गुणवत्ता इमेजिंग: OV5650 5 मेगापिक्सेल उत्पाद संक्षिप्त" (PDF). OmniVision. January 2010.
  15. ↑ Philip Berne (24 June 2010). "समीक्षा करें: आईफोन 4". PhoneScoop.
  16. ↑ Vlad Savov. "सोनी एरिक्सन एक्सपीरिया आर्क की समीक्षा". Engadget. AOL. Retrieved 16 August 2015.
  17. ↑ "सोनी का स्टैक्ड सीएमओएस इमेज सेंसर एक झटके में सभी मौजूदा समस्याओं को हल करता है" (PDF). Sony. 12 June 2012. Archived from the original (PDF) on 12 June 2012.
  18. ↑ "सोनी ग्लोबल - न्यूज रिलीज - सोनी ने "एक्समोर आरएस," दुनिया का पहला*1 स्टैक्ड सीएमओएस इमेज सेंसर विकसित किया". Retrieved 16 August 2015.
  19. ↑ "GoPro HERO3 ब्लैक एडिशन: सुपर हीरो…". DXOMARK (in English). 18 July 2013. Retrieved 6 September 2022.
  20. ↑ "सैमसंग सेमीकंडक्टर्स ग्लोबल साइट". Retrieved 16 August 2015.
  21. ↑ "Fujifilm ने नई X-T3 की घोषणा की, एक मिररलेस डिजिटल कैमरा जो X सीरीज को चौथी पीढ़ी में विकसित कर रहा है". Fujifilm. Retrieved 27 September 2018.
  22. ↑ "कैनन ने EOS R3 फुल-फ्रेम मिररलेस कैमरा के विकास की घोषणा की जो उपयोगकर्ताओं की फोटोग्राफिक संभावनाओं की सीमा का विस्तार करने के लिए उच्च गति, उच्च संवेदनशीलता और उच्च विश्वसनीयता प्रदान करता है।". Canon. Retrieved 17 April 2021.
  23. ↑ "Pentax K-3 Mark III", Wikipedia (in English), 20 September 2021, retrieved 25 October 2021
  24. ↑ "Sony ने एक नए 20MP स्टैक्ड BS1 माइक्रो फोर थर्ड सेंसर की घोषणा की। क्या यह भविष्य के ओलिंप ओएमडी कैमरे के लिए है?". Retrieved 30 May 2021.



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