CMOS傳感器與光學濾光片的雙向�(fā)�
(圖源網(wǎng)絡,侵刪�
一、CMOS�(fā)展的未來
從兩種類型的傳感器類型來看,CMOS在不改造制造流水線的情況下就能克服高像素制造工藝的困難,而且像素的提升也要比CCD來得稍微容易�。生�(chǎn)流水線正是CCD制造的軟肋,隨著CCD尺寸的增加,其生�(chǎn)線也往往要做相應的調(diào)�,因此這也是高像素CCD國際市場千顆售價高居不下的原�?;旧显贑MOS方面像素�(shù)的提升與影響傳感器尺寸的增加是相輔相成的,不至于出現(xiàn)此時CCD中出�(xiàn)的一幕達800萬像素還在使�500萬像素的2/3英寸框架這種啃老本的情�,故寬容�、信噪比等各方面都比小尺寸的CCD來的�(yōu)越,這也正是800萬像素CCD至今無法運用到DSLR機身中的原因之一�
開發(fā)使用CMOS當初只是佳能公司為了不受制于人的一個緩解之�,現(xiàn)在看來CMOS真的演繹了丑小鴨變白天鵝的神�??v觀目前安防市場上網(wǎng)絡攝像機特別是高清網(wǎng)絡攝像機,絕大部分都是采用CMOS的機�,像素數(shù)基本分為30��130��200萬及500萬象��
由于CMOS品質(zhì)的不斷提升,生產(chǎn)成本的大幅度下降,CMOS已經(jīng)占了半壁江山,更有取代CCD之勢�
��濾光�的作�
鍍膜和藍玻璃的作�
紅外�(fā)射二級管--紅外燈是由紅外輻射效率高的材�(常用砷化�)制成PN�(jié),外加正向偏壓向PN�(jié)注入電流激�(fā)紅外�。光譜功率分布為中心波長830�950nm,半峰帶寬約40nm左右,它是窄帶分布于近紅外光譜波段范圍內(nèi),為普通CCD和CMOS可感受的范圍。這樣,不論在白天還是在夜�,都能進行實時�(jiān)�。由于任何在絕對零度(-273�)以上的物體都對外�(fā)射紅外線,也就是說在白天,CCD或CMOS同時感應到可見光和紅外光,根�(jù)光的折射原理和定律可得出:波長越�,折射率越小;波長越�,折射率越大。因�,當這些光線同時進入攝像機鏡�,被鏡頭透鏡折射�,可見光和紅外光就會在不同的靶面成象,而可見光的成像為彩色圖像、紅外光的成像為灰度圖像,當我們將可見光所成圖像調(diào)試好,也就是所謂鏡頭后焦調(diào)整和聚焦,這時紅外光就會在這個靶面形成虛像,從而影響圖象的顏色和質(zhì)�。對此,我們可以用鍍膜的方法或藍玻璃來濾除紅外�,還原物體的真實顏色,從而解決圖像色彩失真的問題�
鍍膜分真空鍍膜和化學鍍膜兩種,化學鍍膜是將石英片侵入溶劑中加以電鍍,成本低但鍍膜厚度不均勻且容易脫落,真空鍍膜是用真空蒸鍍法,鍍膜厚度均勻且不容易脫落,但成本較�。這兩種我們都稱之為IRCoating。IRCoating能濾除特定波�(�650nm以上)的光,能夠滿足一般要求不高的CCD攝像機的要求;而對于不同品�、規(guī)格、型號的CMOS,由于存在紅外半峰帶寬的問題,它們感應紅外光的條件是不一樣的,因此必須針對每一款產(chǎn)�,鍍與之相適應、截止不同波長波段的�,以達到最佳效�。藍玻璃是用吸收的方式過濾紅外光,可過濾630nm波長以上的光,并且過濾比較徹�;而IRCoating鍍膜是用反射的方式濾掉紅外光,而反射光容易造成干擾,因此,藍玻璃是比較好的選擇,但藍玻璃不能單獨長時間保存和使�,因為在切割、打磨拋光加工過程中,藍玻璃表面物理層被破壞,就會產(chǎn)生析�(俗稱�(fā)�)�
因此,我們一般常用兩片水晶夾一片藍玻璃,這樣,既解決了藍玻璃析晶,又提高了圖像的清晰�。有�,在實際應用中遇到需濾除強光照射的情況,例如汽車大燈(遠光�)燈光的強光對攝像機CCD具有強烈影響,必須濾除這部分光,才能使強光周圍物體清晰成像。我們可以改變膜系或材料,使強光所在波長范圍的光全部濾除以達到目的,這就是黑玻璃。黑玻璃有透紅外的,也有透紫外的�
另外,濾光片并不是完全透光�,還需要加上所謂的ARCoating的鍍膜,目的是增加透光�,因為光線在透過不同介質(zhì)(比如從空氣進入石英�)時,會產(chǎn)生部分的折射和反�,ARCoating具有抗反射之功能,當加上單面ARCoating�,濾光片會提�3-5%的透光�,如果加上雙面ARCoating鍍膜,濾光片可達�98%以上的透光�,否則只有不�90%的透光率,這對CCD或CMOS的感光度就有很大的影�,也就是說,不用ARCoating就會降低攝像機的感光�,而使用雙面ARCoating,就會使圖像更清晰。同�,ARCoating具有抗氧化之功能和有增加保護膜之功能,濾光片有ARCoating的保護也就不容易起霧��
水晶的作用與選擇
眾所周知,CCD和CMOS兩者都是利用矽感光二極管進行光與電轉(zhuǎn)換的圖像傳感�,由一顆顆的感光體(CELL)�(gòu)成,它要求光線最好是直射進來,斜射進來的光會干擾到鄰近感光�,而產(chǎn)生色�(偽彩),這就需要對光線加以修整。我們利用水晶的物理偏光特�,把射進來的光線,保留直射部分,反射和折射斜射部分,避免斜射光去影響旁邊的感光�。但是,斜射光存在不同的角度,一片水晶只能處理一個方向的斜射�,從理論上來說,不同方向的水晶片疊加的層�(shù)越多,解決色�(偽彩)的效果就越好。但考慮到實際需求和成本,一般都只用1�3片水晶片來解決水平、垂直和45°;角的色漂(偽彩)問題。也就有所謂“兩片式"�"三片�"濾光�,其中IRCoating膜或藍玻璃用來濾除紅外光,而水晶用來修整光線,在水晶片上還需ARCoating鍍膜,用來增加透光��
水晶修整光線是物理方式的,而不同CCD的品�、規(guī)�、型號及不同像素還有N�、P制的不同,水晶的厚度都要配合CCD上感光點而變�,不能錯誤搭配使��