Jak działa matryca w aparacie cyfrowym

Matryca światłoczuła jest najważniejszym elementem każdego aparatu cyfrowego, mimo dużego skomplikowania jej zasada działania jest stosunkowo prosta.

Krzysztof Turek

Jak działa matryca?

Matryca światłoczuła to podstawowy element każdego aparatu cyfrowego który pozwala zmienić obraz przetworzony przez obiektyw na wartości liczbowe. Mimo iż jest to element o bardzo wysokiej skali integracji a co za tym idzie niezwykle skomplikowany, możemy pokusić się o przynajmniej przybliżoną analizę jego działania.

Podstawowym elementem matrycy światłoczułej jest fotodioda która posiada następujące zalety:

  • Duża szybkość działania,
  • Doskonała liniowość,
  • Niski szum,
  • Niska wartość dark current,
  • Niska cena,
  • Długa żywotność,
  • Nie wymaga wysokiego napięcia zasilania.

O ile większość z powyższych zalet jest zrozumiała, to nieco więcej uwagi należy poświęcić zjawisku dark current (ciemny prąd). Ciemny prąd to nic innego jak stosunkowo niewiele prąd elektryczny który może przepływać przez urządzenie światłoczułe w przypadku gdy nie jest poddane działaniu fotonów. W praktyce oznacza to że Ciemny prąd jest odpowiedzialny za powstawanie szumów na zdjęciach w obszarach ciemnych na przykład w zdjęciach nocnych.

Fotodioda jest rozmieszczona na matrycy światłoczułej w ilości dokładnie określonej przez ilość pikseli (rozdzielczość) jaką aparat posiada. Co bardzo istotne sama budowa takiej pojedynczej komórki światłoczułej, jej rozmieszczenie, oraz izolacja świetlna od sąsiednich elementów wpływa na ostrość wykonywanych zdjęć. Jednak obecnie problemy wynikające z fizycznej budowy matrycy mogą występować jedynie w bardzo tanich urządzeniach do rejestrowania obrazu, w większości aparatów i smartfonów znanych producentów problemem ten praktycznie nie występuje.

Kolejnym elementem umieszczonym za fotodiodą jest wzmacniacz sygnału odpowiedzialny za czułość ISO – jest on sterowany przez elektronikę aparatu. Oczywiście jak w przypadku fotodiody musi cechować się również niskimi szumami własnymi.

Tak przetworzony sygnał analogowy trafia do przetwornika analogowo cyfrowego który jest odpowiedzialny za zmianę wartości napięcia na wartość liczbową. Przetwornik A/C jest ostatnim elementem który może wpłynąć na jakość rejestrowanego obrazu, jego szybkość działania z kolei wpływa wprost na minimalny czas otwarcia migawki jaki możemy uzyskać w aparacie cyfrowym. W tym miejscu warto dodać że elementy analogowe wymienione wcześniej (fotodioda i wzmacniacz).

Ostanim elementem który należy matrycy światłoczułej jest komórka pamięci w której przechowywana jest informacja cyfrowa o natężeniu światła wygenerowana przez przetwornik A/C. Informacja musi zostać zapisana do komórki pamięci ze względu na działanie migawki szczelinowej która nie powoduje jednoczesnego naświetlania wszystkich komórek światłoczułych. Umieszczenie komórki pamięci w matrycy światłoczułej zwiększa jej prędkość działania.

schemat-blokowy
Schemat blokowy od pojedynczej fotodiody do pamięci przechowujące dane

Zapisz się do newslettera

Zapisując się do newslettera, akceptujesz politykę prywatności