Qu'est-ce qui limite la taille des capteurs d'imagerie numérique?

J'ai lu ici quelques informations sur la taille des capteurs

http://en.wikipedia.org/wiki/Image_sensor_format

selon cela, le 35 mm ff-CMOS est le capteur avec les plus grandes dimensions utilisées dans les appareils photo numériques. Il présente de nombreux avantages pour les capteurs plus petits, en raison de sa taille.

Pourquoi n'y a-t-il pas encore plus de capteurs disponibles pour forcer ces avantages? 1,5 FF par exemple?

Vous pouvez créer des CCD très volumineux. Un communiqué de presse plus ancien parle d'un CCD qui a été réalisé pour l'Observatoire naval américain de 4 "× 4" et 10 560 pixels × 10 560 pixels. Cela fait 111 mégapixels sur un capteur. Ce n'est pas petit.

^{(D'après le communiqué de presse ci-dessus)}

La première restriction du capteur est qu'il doit s'agir d'une seule plaquette de silicium, et c'est un prix fixe. Vous pouvez créer des CCD conçus avec un CCD à trois bords (le bord restant est l'endroit où vous pouvez lire les données) tels que:

^{(D'après http://loel.ucolick.org/manual/deimos_ccd/science/overview/EL3160.html )}

Ceux-ci sont souvent utilisés dans les télescopes pour obtenir une zone d'imagerie plus grande avec seulement une augmentation de prix plus faible. Notez qu'il y a le problème que chaque CCD doit être étalonné séparément des autres (pas deux capteurs d'image ont exactement la même réponse) - c'est une préoccupation importante pour les utilisations scientifiques ( informations d'étalonnage pour un tel ensemble de CCD ).

Le CCD mosaïque peut être agrandi de manière assez significative. PanSTARRS dispose d'un réseau de capteurs de 1,4 gigapixels composé d'un réseau massif de CCD 600 × 600 pixels:

Ci-dessus se trouve un réseau 8 × 8 de CCD - chacun assez petit. Cela fait alors partie d'un plus grand réseau de 8 × 8 de ces segments, ce qui donne un réseau global de 64 × 64 capteurs. Cela a été fait en raison des économies de coûts, de la vitesse (il est plus rapide de lire quatre mille CCD 600 × 600 pixels simultanément que de lire un CCD plus grand), de l'isolement des pixels saturés et d'un remplacement plus facile en cas de défauts.

Le LSST utilise des CCD à trois bords plus conventionnels pour atteindre son objectif de 3,2 gigapixels. Chaque segment comprend un réseau 8 × 2 de capteurs 500 × 200 pixels. Tous les mêmes facteurs mentionnés pour les PanSTARR sont également en place ici. La lecture de 3,2 milliards de pixels devrait prendre 2 secondes (ce qui est en fait assez rapide). Aller vers des CCD moins nombreux et plus grands signifierait que c'est plus lent - pas plus rapide.

Ainsi, bien qu'il soit possible d'utiliser plusieurs capteurs dans leur ensemble, ils sont toujours composés de capteurs individuels plutôt petits plutôt que d'un grand capteur unique (comme cela a été fait avec le capteur 4 × 4 "de l'USNO). Dans certains cas, les CCD sont beaucoup plus petits que même ceux utilisés dans les caméras de point et de tir.

Revenez à cette première image du capteur 4 × 4 ", puis considérez la taille des capteurs habituels:

Cela a quelques informations supplémentaires à prendre en compte. Il y a le rendement maximum de combien vous pouvez mettre sur une plaquette (vous ne pouvez tout simplement pas en mettre plus) et les déchets. Pour faire ce 4 « 4 × » capteur dont ils avaient besoin d' une trèsplaquette de silicium de haute qualité. Sur un cadre plein régulier, les défauts du cristal sont présents, quel que soit le nombre de capteurs que vous placez sur la tranche. Avec une plaquette de silicium de 8 "(même taille que celle du dessus - notez que la moitié du diamètre est au" bord "), il y a des défauts dispersés dans toute la plaquette. Moins il y a de capteurs sur la plaquette et plus il y a de chances sera un défaut du capteur qui le rendra inutilisable (les 36% de déchets sur une tranche de capteur plein format contre 12,6% de déchets sur le capteur de 13,2 mm × 8,8 mm). Cela fait partie des raisons pour lesquelles il y a souvent plus de recherches sur l'augmentation du la densité de la puce plutôt que de l'agrandir (et cette recherche sur la densité a d'autres applications comme accélérer les CPU).

Avec un capteur conçu pour un cadre de 60 mm × 60 mm, vous ne pouvez installer qu'environ 8 capteurs sur la plaquette et les déchets augmentent. Vous pouvez y voir l'économie d'échelle à l'œuvre.

Considérez que les 15 ou 16 capteurs de travail hors de la tranche pleine taille coûtent le même prix que les 213 capteurs plus petits ... et sont tarifés en conséquence. L'image suivante montre le problème avec les défauts situés aux mêmes endroits sur la plaquette pour des matrices de différentes tailles.

^{(À partir de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wafer_die%27s_yield_model_(10-20-40mm)_-_Version_2_-_EN.png )}

Si vous êtes prêt à vous éloigner de «une image en une seule fois», vous pouvez obtenir un seul réseau (enfin, trois - un pour chaque couleur) de capteurs qui se déplacent à travers l'image. Ceux-ci sont souvent trouvés comme dos de numérisation pour les appareils photo grand format. Là, l'enjeu est la précision de l'équipement plutôt que la taille du capteur (mémoire, stockage de données, E / S rapides deviennent importantes). Il y a des caméras qui ont cela comme une unité intégrée comme le Seitz 6x17 digital .

Lectures complémentaires:

• L'économie des capteurs photo numériques

Les plus grands capteurs CMOS disponibles dans le commerce pour la photographie sont de "format moyen" et mesurent environ 44 mm x 33 mm. Les CCD existent dans des tailles légèrement plus grandes jusqu'à 54 mm x 40 mm. Des capteurs plus grands pour des applications scientifiques peuvent avoir été produits.

Les capteurs sont produits en projetant un masque sur une grande tranche de silicium en utilisant la lumière UV. La tranche est ensuite découpée en capteurs individuels. La limite de taille absolue d'un capteur qui pourrait être produit avec cette méthode est déterminée par la taille du cercle d'image produit par le projecteur (bien qu'il puisse y avoir d'autres problèmes avec les très grands capteurs, tels que l'utilisation de l'énergie et la dissipation de chaleur qui présentent un dur limite de taille).

La limite pratique de la taille du capteur est atteinte beaucoup plus tôt car elle est déterminée par le rendement, c'est-à-dire le nombre de capteurs qui doivent être jetés pendant la fabrication en raison de défauts. Lors de la fabrication de nombreux petits capteurs sur une seule plaquette, un seul défaut entraînera l'élimination d'un capteur, mais beaucoup d'autres seront viables.Si un capteur occupe la totalité de la plaquette, un seul défaut signifie qu'aucun capteur n'est produit. Le rendement diminue donc avec le carré de la taille du capteur, ce qui rend les capteurs plus grands non rentables.

Des économies d'échelle s'appliquent également, les capteurs «plein format» de 36 mm x 24 mm seraient plus chers s'ils étaient produits dans le même volume que les capteurs de format moyen.

Il existe des capteurs encore plus gros. Si vous regardez attentivement l'image dans le coin supérieur droit de cette page, vous verrez que le plus grand capteur est le capteur `` Kodak KAF moyen format '' .

Ok, je comprends que ce n'est pas très facile à comprendre car on peut facilement considérer que l'arrière-plan de cette image est gris alors qu'en réalité l'image a un fond blanc.

Voyez mieux ici .

Outre ce capteur, il existe un autre capteur plus grand que FF. Sur la même page, faites défiler jusqu'au tableau des formats et tailles de capteur , cliquez sur la colonne «Facteur de recadrage» pour trier le tableau et regardez les formats avec un facteur de recadrage inférieur à 1. Sortez les formats de film et vous vous retrouverez avec les capteurs suivants dans cet ordre:

• Phase One P 65+, IQ160, IQ180
• Leaf AFi 10
• Moyen format (Hasselblad H5D-60)
• Kodak KAF 39000 CCD
• Pentax 645D
• Leica S

Mais attention: il y a aussi des inconvénients pour de tels capteurs: gros appareils photo lourds et objectifs. Beaucoup plus difficile de construire un objectif pour un tel capteur (cercle d'image plus grand) et ... ... bien sûr ... ... prix.

Quelques autres choses qui peuvent limiter ce qui est pratique en dessous de ce qui peut être fabriqué:

1. poids (du système résultant). Un très grand capteur a besoin d'un très grand cercle d'image, ce qui signifie de grands objectifs et un grand appareil photo.
2. consommation d'énergie. Un grand capteur a besoin de plus de puissance qu'un petit, donc la durée de vie de la batterie est réduite (sauf si vous augmentez à nouveau la taille et le poids de l'appareil photo pour loger une batterie plus grande).
3. la vitesse. La lecture d'un capteur plus grand prend plus de temps que la lecture d'un capteur plus petit avec la même densité d'éléments de capteur. Ainsi, votre "vitesse d'obturation" diminue.
4. coût (fait allusion à, mais entre en jeu à plusieurs niveaux). Un capteur plus grand coûte bien sûr plus qu'un petit, non seulement parce qu'il a besoin de plus de matières premières, mais aussi que la quantité de produits mis au rebut augmente, dont le coût doit être récapitulé du plus petit nombre vendu.