स्टैक्ड कैमरा सेंसर क्या है और यह कैसे काम करता है?

अधिकांश स्मार्टफ़ोन में उनके शरीर के बाकी हिस्सों की तुलना में एक कैमरा द्वीप अधिक मोटा होता है। हालाँकि, उस अतिरिक्त उभार को ध्यान में रखते हुए भी, वे पतले हैं और ऐसी तस्वीरें और वीडियो लेते हैं जो कुछ साल पहले के अपने समकक्षों की तुलना में बेहतर दिखते हैं।

ऑन-द-गो फ़ोटोग्राफ़ी के पहले वर्षों में, और भी मोटे गैजेट की आवश्यकता थी: 2000 के दशक के पॉइंट-एंड-शूट कैमरे याद हैं? आजकल, हर चीज़ को आधा इंच पतले उपकरणों में पैक किया जाता है, कभी-कभी तो इससे भी कम। स्टैक्ड इमेज सेंसर ही इसे संभव बनाते हैं।

डिजिटल फोटोग्राफी को समझना

एनालॉग और डिजिटल कैमरों के बीच अंतर यह है कि पूर्व में चित्रों को रिकॉर्ड करने के लिए फोटो-संवेदनशील सामग्री से बनी फिल्म का उपयोग किया जाता है, जबकि बाद में एक इलेक्ट्रॉनिक सेंसर होता है। उस सेंसर में, प्रत्येक पिक्सेल (व्यक्तिगत बिंदु जो एक डिजिटल छवि बनाते हैं) सेंसर के एक बहुत छोटे हिस्से (फोटो में प्रत्येक पिक्सेल के लिए एक) द्वारा कैप्चर की गई प्रकाश जानकारी है।

वहाँ दो हैं डिजिटल कैमरा सेंसर के प्रकार, सीसीडी (चार्ज-कपल्ड डिवाइस का संक्षिप्त रूप) और सीएमओएस (पूरक धातु-ऑक्साइड सेमीकंडक्टर)। सभी आधुनिक स्मार्टफोन कैमरे बाद वाले का उपयोग करते हैं, इसलिए वह तकनीक है जिसे हम नीचे समझाएंगे।

एक CMOS सेंसर में कुछ तत्व होते हैं। फोटोडायोड सबसे महत्वपूर्ण है: यह प्रकाश प्राप्त होने पर विद्युत संकेत उत्पन्न करता है। वह सिग्नल a द्वारा संग्रहित किया जाता है ट्रांजिस्टर फोटोडायोड के ठीक बगल में, जो सिग्नल को डिजिटल जानकारी में परिवर्तित करता है और इसे इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में भेजता है।

वह सर्किट उस डेटा की व्याख्या करने और उसे अरबों अन्य पिक्सल के साथ इमेज सिग्नल प्रोसेसर (आईएसपी) तक पहुंचाने के लिए जिम्मेदार है जो अंतिम तस्वीर बनाता है।

फ़ोन कैमरे के शुरुआती दिन

2008 तक, सीएमओएस सेंसर में एक गंभीर समस्या थी: आईएसपी को पिक्सेल जानकारी भेजने के लिए आवश्यक वायरिंग फोटोडायोड और लेंस के बीच से गुजरती थी, जिससे कुछ प्रकाश अवरुद्ध हो जाता था। उसी संरचना का उपयोग सीसीडी सेंसर के लिए किया गया था, जो अधिक प्रकाश-संवेदनशील थे, लेकिन सीएमओएस के लिए, इसका मतलब गहरा, शोर और धुंधली तस्वीरें थीं।

इसे एक सरल विचार से हल किया गया था: फोटोडायोड को तारों के ऊपर ले जाना ताकि इसे अधिक प्रकाश प्राप्त हो, जिससे तस्वीर की गुणवत्ता में सुधार हुआ। इसे बैक-साइड इल्यूमिनेटेड (बीएसआई) सेंसर कहा जाता है, जबकि पिछले सेंसर फ्रंट-साइड इल्यूमिनेटेड थे।

चीजों को संदर्भ में रखने के लिए, iPhone 4, जिसने स्मार्टफोन फोटोग्राफी में Apple की प्रतिष्ठा शुरू की, इस प्रकार के सेंसर का उपयोग करने वाले पहले फोन में से एक था। आजकल, लगभग सभी स्मार्टफोन कैमरे बीएसआई सेंसर का उपयोग करते हैं।

स्टैक्ड सेंसर फोटो की गुणवत्ता में सुधार करते हैं और आकार को कम करते हैं

तार हटाने के बाद भी, CMOS सेंसर में अभी भी सुधार की आवश्यकता थी। उनमें से एक ट्रांजिस्टर जानकारी को संसाधित करने के लिए जिम्मेदार सर्किटरी थी। यह फोटोडायोड के चारों ओर लिपटा हुआ है। उसके कारण, प्रत्येक पिक्सेल तक पहुंचने वाली लगभग आधी रोशनी सेंसर के एक हिस्से में समाप्त हो गई जिसने किसी भी प्रकाश को कैप्चर नहीं किया।

2012 में, पहला स्टैक्ड CMOS सेंसर बनाया गया था। फोटोडायोड के चारों ओर लपेटने के बजाय, सर्किट्री को इसके नीचे रखा गया है। चूँकि यह (आंशिक रूप से) संरचनात्मक कठोरता के लिए उपयोग किए जाने वाले सब्सट्रेट की जगह लेता है, इसमें कोई अतिरिक्त मोटाई नहीं होती है। वास्तव में, तब से, सोनी और प्रौद्योगिकी को अपनाने वाले अन्य निर्माताओं द्वारा स्टैकिंग प्रक्रिया में सुधार के परिणामस्वरूप पतले सेंसर आए, जिससे पतले फोन सक्षम हो गए।

और भी अधिक स्टैकिंग के बारे में क्या?

सर्किट्री को फोटोडायोड के नीचे ले जाकर, कोई यह सोचेगा कि शीर्ष परत केवल प्रकाश-कैप्चरिंग भाग द्वारा कब्जा कर ली जाएगी, है ना? गलत।

ट्रांजिस्टर याद है? यह फोटोडायोड के ठीक बगल में बैठता है, और भी अधिक कीमती प्रकाश-कैप्चरिंग स्थान लेता है। समाधान? अधिक स्टैकिंग!

इंजीनियरों ने पहले भी ऐसा किया था. 2017 में, सोनी ने फोटोडायोड और सर्किट्री के बीच रैम के साथ एक कैमरा सेंसर की घोषणा की, जो 960FPS सुपर स्लो-मोशन वीडियो को सक्षम करता है। यह उसी विचार को मौजूदा सेंसर के एक हिस्से पर लागू करने का मामला था।

अब, फोटोडायोड अंततः सेंसर के सबसे ऊपरी हिस्से में है, और केवल फोटोडायोड। यह प्रभावी रूप से उस सिग्नल को दोगुना कर देता है जिसे फोटोडायोड कैप्चर कर सकता है और ट्रांजिस्टर स्टोर कर सकता है।

सबसे तात्कालिक प्रभाव दोगुनी प्रकाश जानकारी है जिस पर प्रत्येक पिक्सेल को काम करना होता है। और, जैसा कि फोटोग्राफी में हर चीज़ के साथ होता है, अधिक प्रकाश का अर्थ है अधिक विस्तृत चित्र।

हालाँकि, चूँकि ट्रांजिस्टर भी अपनी क्षमता को दोगुना कर देता है, यह फोटोडायोड से विद्युत संकेतों को डिजिटल जानकारी में बेहतर ढंग से अनुवादित कर सकता है। इसके संभावित अनुप्रयोगों में से एक है छवि शोर को कम करना, फ़ोटो के स्वरूप को और बेहतर बनाना।

उज्जवल भविष्य के लिए स्टैक्ड सेंसर

जबकि सिंगल-स्टैक्ड सेंसर - एक परत में फोटोडायोड और ट्रांजिस्टर, उसके नीचे सर्किटरी - कुछ समय से मौजूद हैं, डबल-स्टैक्ड वाले (प्रत्येक भाग के लिए एक परत) अभी भी कुछ हद तक नए हैं। इनका उपयोग ज्यादातर पेशेवर कैमरों में किया जाता है, इस तरह के सेंसर की सुविधा वाला पहला मोबाइल फोन, सोनी एक्सपीरिया 1 वी, मई 2023 में जारी किया गया था।

इसका मतलब है कि प्रौद्योगिकी अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है। साथ ही मोबाइल फोटोग्राफी में अब तक किए गए कई अन्य सुधारों को भी शामिल किया गया है सेंसर का मतलब है कि स्मार्टफोन कैमरे एक उज्जवल भविष्य की राह पर हैं - या हमें उज्जवल भविष्य कहना चाहिए चित्र?