Многослойные матрицы
В феврале 2002 года фирма Foveon объявила о создании сенсора принципиально нового типа. Его появление должно стать таким же технологическим прорывом, каким в свое время стала разработка ПЗС-матриц с маской Байера, так как в новой КМОП-матрице Foveon X3 светофильтры не используются в принципе.
Разделение светового потока на составляющие оттенки происходит за счет того, что свет с разной длиной волны проникает в слой кремния на разную глубину. Например, "синие волны" обладают наименьшей проникающей способностью, а "красные" – наибольшей. В сенсоре Foveon фотоэлемент каждого пиксела состоит из трех слоев.
Рис. 3.16. Структура матрицы Foveon ХЗ
Толщина этих слоев рассчитана так, что они пропускают лучи: определенной длиной волны. При этом к самому нижнему слою "пробиваются" фотоны с "красной" длиной волны, в среднем "увязают" "зеленые" фотоны, а в самом верхнем – "синие". Образующиеся при этом электроны и "дырки" накапливаются в трех потенциальных ямах – по одной на каждый слой. Таким образом, для любого из пикселов матрицы есть данные по каждому из цветовых диапазонов. Это позволяет отказаться от схемы Байера и связанных с ней потерь данных о цвете.
Но как у каждой новой технологии, у этой схемы есть ряд побочных эффектов. Вот лишь некоторые из них.
Ранее было описано негативное влияние блюминга на качество кадра, а также сложности, возникающие при нейтрализации этого эффекта. В многослойных матрицах блюминг становится "трехмерным" – избыточный заряд может перетекать не только в соседние пикселы, но и в "чужие" слои. При этом вертикальный электронный дренаж практически невозможен, а реализовать боковой дренаж крайне сложно.
При съемке с максимально открытой диафрагмой увеличивается процент лучей, падающих на поверхность сенсора под большим углом. Для обычных матриц это не проблема, просто лучи иногда не попадают на светочувствительную поверхность сенсора. А вот в многослойных ЭОП преломление света на стыке слоев матрицы может привести к проникновению фотонов в "Чужой" слой.
Следует помнить, что при распределении фотонов по слоям часть их неизбежно будет поглощена при переходе из одного слоя в другой. В результате чувствительность матрицы ослабляется.
Однако предположим, что разработчикам каким-то образом удалось разрешить все вышеперечисленные проблемы. Означает ли это, что многослойные матрицы при этом раз и навсегда заменят сенсоры "классической" конструкции? Вряд ли.
При одинаковом разрешении и равных физических габаритах потенциальные ямы пикселов матриц, построенных по Байеров-ской схеме, всегда будут "глубже", чем у "слоеных" сенсоров. Соответственно, шире будет и динамический диапазон. Человеческий глаз устроен таким образом, что яркость для него важнее, чем цвет. И если кадр идеален по цветопередаче, но все освещенные участки представляют собой белые пятна, а тени – черные, то такое изображение никто не назовет удачным снимком – ни профессионал, ни любитель.