Что такое шаг пикселя в фотоаппарате

Обновлено: 15.01.2025

Для чего фотографу может потребоваться размер пикселя? Таких ситуаций хватает. Знание размера пикселя бывает полезно для определения безопасной выдержки при съёмке с рук, ведь чем мельче пиксель, тем заметнее на снимках проявляется дрожание камеры, и тем более короткая выдержка может потребоваться для устранения шевелёнки. Не имея представления о размере пикселя матрицы вашего фотоаппарата, нельзя всерьёз рассуждать о глубине резкости, поскольку именно от размера пикселя напрямую зависит допустимый диаметр кружка рассеяния. Значение дифракционно-ограниченной диафрагмы для конкретной фотокамеры также зависит от размера пикселя. Наконец, не исключено, что при сравнении нескольких камер вы захотите узнать, какая из них обладает большей плотностью пикселей, а, значит, обеспечивает лучшую детализацию и больше подходит для съёмки удалённых объектов.

В инструкциях к цифровым фотоаппаратам очень редко указывается размер пикселя матрицы, но, к счастью, этот параметр довольно легко рассчитать самостоятельно.

В большинстве инструкций можно найти сведения о физическом размере фотоматрицы, а также о её линейном разрешении, т.е. о количестве пикселей, умещающихся на матрице в одном ряду по горизонтали или по вертикали. Например, матрица цифрового фотоаппарата Canon EOS 70D имеет размеры 22,5 × 15 мм или 5472 × 3648 пикселей. Чтобы найти размер одного пикселя, достаточно взять цифры для любой из сторон, разделить миллиметры на пиксели и умножить полученное частное на 1000, чтобы перевести результат в микрометры (микроны). Получаем формулу:

, где

n – размер пикселя в микрометрах;

x – линейный размер матрицы в миллиметрах по одной из сторон;

a – количество пикселей по соответствующей стороне.

Для упомянутого выше 70D расчёт будет следующим:

22,5 ÷ 5472 · 1000 ≈ 4,1 мкм

Результат округлён до 0,1 мкм. Этого более чем достаточно для любых практических целей. Я использовал длинную сторону матрицы, но вы можете взять короткую и убедиться в том, что результат будет идентичным. У всех массовых современных фотоаппаратов пиксели условно квадратные, и потому расчёты можно проводить по любой из сторон матрицы. Впрочем, при использовании длинной стороны погрешность вычисления оказывается несколько меньше.

Возможно, вам не хочется лезть в инструкцию? Что ж, размер пикселя можно вычислить и не зная точных размеров матрицы.

Вам достаточно вспомнить разрешение вашей камеры в мегапикселях и её кроп-фактор. Уж эти-то параметры своего аппарата знает любой фотолюбитель. Формула будет выглядеть следующим образом:

, где

n – всё тот же размер пикселя в микрометрах;

N – разрешение в мегапикселях.

Таким образом, для Canon EOS 70D, обладающего кроп-фактором 1,6 и разрешением 20 Мп получаем:

29,4 ÷ (1,6 · √20) ≈ 4,1 мкм

Как видим, обе формулы дают абсолютно единодушный ответ. Вы вправе использовать ту, которая вам больше нравится.

На случай, если кто-то из моих читателей не в ладах с квадратными корнями, я счёл своим долгом самостоятельно рассчитать размеры пикселей для некоторых наиболее употребимых цифровых форматов и свести эти данные в единую таблицу. Пользуйтесь на здоровье.

Размер пикселя в зависимости от разрешения камеры и её кроп-фактора, мкм.

Разрешение, Мп

Кроп-фактор

* Кроп-фактор, равный единице, соответствует
полному кадру (36 × 24 мм).

Очевидно, что чем меньше матрица цифрового фотоаппарата и чем выше его разрешение, тем меньшим размером обладает единичный пиксель матрицы. Хорошо это или плохо?

Главным, да, пожалуй, и единственным положительным следствием уменьшения размеров отдельного пикселя является возрастание общей плотности пикселей. Матрица с большей плотностью пикселей при прочих равных условиях способна обеспечить лучшую детализацию снимка. Однако это преимущество, хоть и довольно весомое, тянет за собой целый ворох негативных последствий. Камеры с высоким разрешением очень требовательны к качеству объективов и техническому мастерству фотографа. Они не прощают небрежности в работе и с циничным удовольствием запечатлят на снимке не только полезные детали, но и всевозможные дефекты оптики, шевелёнку и промахи фокусировки. Чем мельче пиксель, тем раньше становится заметным негативное влияние дифракции на резкость при диафрагмировании объектива. Вместе с тем, мелкий пиксель диктует пропорционально малые размеры допустимого кружка рассеяния, уменьшая тем самым глубину резко изображаемого пространства.

Следует помнить, что при двукратном уменьшении линейных размеров пикселя его площадь уменьшается вчетверо, а, значит, вчетверо же уменьшается и количество фотонов, которые способен уловить фотодиод в единицу времени. На практике это означает падение ёмкости фотодиода, и пропорциональное снижение динамического диапазона матрицы. Можно даже сказать, что повышение количества пикселей почти всегда осуществляется ценой снижения их качества.

Не исключено, что у некоторых читателей возникнет вопрос: а действительно ли автор уверен в том, что размер пикселя может быть рассчитан с помощью приведённых им формул? Нет, автор в этом не уверен. Собственно фотодиоды матрицы занимают далеко не всю её площадь, и их фактический размер всегда меньше расчётного (см. «Как работает цифровой фотоаппарат»). Если быть точным, то формулы наши позволяют вычислить расстояние между геометрическими центрами двух соседних фотодиодов. Это расстояние смело может быть принято за теоретический размер пикселя и использовано для любых необходимых фотографу вычислений.

Спасибо за внимание!

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект, внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

В прошлых статьях мы разобрались с основами светодиодных экранов и разобрали типовые размеры. В этой статье поговорим про шаг пикселя. Что такое «шаг пикселя»? Все очень просто, шаг пикселя - расстояние между светодиодами (группой светодиодов) отвечающих за одну точку изображения. На детализацию видеоизображения влияет разрешение экрана. При меньшем шаге пикселя на экране можно вместить больше полезной информации (текст, детализация изображения).

Стандартный человеческий глаз способен различать две точки расположенные под углом в 1 минуту. Соответственно чем меньше шаг пикселя тем меньше то расстояние, с которого человеческий глаз способен различить два рядом расположенных пикселя.

Яркость - влияет на то, как ярко может светить экран. Высокая яркость требуется для воспроизведения в хорошо освещенных местах и на улице - что бы солнце/свет не перекрывали видеоряд, позволяя зрителю адекватно воспринять информацию.

В большинстве оборудования яркость может регулироваться по расписанию и/или по датчику света. Постоянная регулировка яркости необходимо в первую очередь на уличных экранов, где днем очень много солнца, а ночью экран может слепить зрителя.

Так же регулировка яркости позволяет оптимизировать затраты на потребляемую экраном электроэнергию .
Конфигурация пикселя:

DIP - это светодиод в корпусе на ножках. Имеют хорошую яркость, высокую надежность, но имеют большие размеры.
SMD - (технология поверхностного монтажа) - могут иметь очень маленькие размеры (следовательно маленький шаг пикселя), более прихотливы к климатическим условиям, более дорогие.
3 in 1 - это технология когда три излучающих цвет элемента (красный, зеленый, синий) расположены в одном корпусе. Могут быть и DIP и SMD.

Частота обновления - это не частота кадра, а частота обновления цвета светодиода. Это больше частоты кадра, каждый кадр показывается на экране несколько раз. В противном случае человеческому глазу будут видны моргания/мерцания экрана и видны различные цветовые искажения. В том числе высокая частота важна на экранах, которые всё время попадают на фотоаппараты, камеры (например, арендные экраны). Где очень важно, что бы при фото/видеозаписи изображение на экранах оставалось корректным.

Чтобы правильно подобрать шаг пикселя, необходимо знать с какого минимального расстояния зрители будут смотреть на светодиодный экран. Приближаясь ближе минимального расстояния к светодиодному экрану, наблюдатель видит уже не изображение, а набор светящихся точек. Давайте разберем типовые шаги и расстояние просмотра.

В комплекте с каждым модулем идет шлейф – плоский кабель - кабель, имеющий жилы, расположенные в одной плоскости, и каждая жила имеет круглую изоляцию. С помощью шлейфа модуль подключается к периферийному устройству. Для того чтобы получить точные характеристики светодиодного экрана, обращайтесь к нашим менеджерам по указанному на сайте телефону или заполнив заявку на обратный звонок.

Что такое шаг пикселя?

Шаг пикселя, наряду с размером дисплея, напрямую связан с разрешением изображения дисплея. Светодиодные дисплеи состоят из светодиодов красного, зеленого и синего спектра, сгруппированных в кластеры, известные как пиксели. Шаг пикселя описывает плотность пикселей на светодиодном экране и коррелирует с его разрешением. Шаг пикселя, который иногда называют шагом точки, — это расстояние в миллиметрах от центра пикселя до центра соседнего пикселя.

Поскольку шаг пикселя указывает на количество пространства между двумя пикселями, меньший шаг пикселя означает, что между пикселями меньше пустого пространства. Это означает более высокую плотность пикселей и улучшенное разрешение экрана. Чем ближе эти пиксели друг к другу, тем больше пикселей будет в пространстве и, следовательно, тем выше разрешение изображения.

Ключевые факторы:

Шаг пикселя относится к плотности пикселей
Меньший шаг пикселя указывает на более высокую плотность пикселей и соответственно более высокое разрешение.
Шаг пикселя важен, так как он влияет на оптимальное для глаз расстояние просмотра
Чем меньше шаг пикселя, тем ближе можно комфортно смотреть на экран
Оптимальное расстояние просмотра вашего экрана сообщает значение шага пикселя

Почему важен шаг пикселя?

Шаг пикселя важен, потому что он влияет на оптимальное расстояние просмотра для вашего экрана. Изображение получается более плавным, четким с высокой детализацие, когда экран имеет меньший шаг пикселя. Это позволяет зрителю стоять ближе к экрану и наслаждаться четким изображением, не отвлекаясь на отдельные пиксели. При определении расстояния просмотра и шага пикселя практическое правило состоит в том, что меньший шаг пикселя обеспечивает более близкое расстояние просмотра. И наоборот, более высокий шаг пикселя увеличивает минимальное расстояние просмотра. Таким образом, светодиодный экран с шагом пикселя 1,2 мм будет иметь значительно более высокое разрешение и более близкое оптимальное расстояние просмотра, чем экран с шагом 16 мм.

Хотя более высокая плотность пикселей обеспечивает улучшенное визуальное качество изображения, это не идеальный вариант для каждой ситуации. Дополнительная плотность пикселей предназначена для более близкого просмотра. На большем расстоянии просмотра более высокая плотность пикселей теряет свои визуальные преимущества и просто увеличивает стоимость светодиодного экрана.

Как выбрать шаг пикселя?

Меньший шаг пикселя обычно обеспечивает более высокое разрешение экрана, но стоит дороже. Затраты на материалы и производство выше при меньшем шаге пикселей, поскольку требуется больше светодиодов меньшего размера и высокая точность производства для создания более высокой плотности пикселей.

Максимальную отдачу от своих светодиодных экранов можно получить, определив оптимальное расстояние просмотра экрана. Оптимальное расстояние для просмотра — это точка, в которой сохраняется четкость изображения, но, если подойти ближе к экрану, вы начнете видеть отдельные точки изображения, при этом качество и полнота восприятия резко снизится.

Например, интерактивному сенсорному дисплею потребуется низкий шаг пикселей для получения четких изображений для аудитории, которая сидит близко к экрану. С другой стороны, светодиодный экран, который установлен под потолком большого помещения или на улице, может быть с более высоким шагом пикселей. Короткий ответ заключается в том, что меньший шаг пикселя всегда даст вам изображение лучшего качества, но вложения в него не будут полностью оправданы, если люди смотрят на экран с достаточно большого расстояния.

В отрасли используются три метода определения допустимого расстояния просмотра:

Правило 10x — это сокращенный метод расчета приблизительной оценки минимального расстояния остроты зрения.
Расчет выглядит следующим образом: Шаг пикселя x 10 = приблизительное расстояние просмотра в футах.

Среднее удобное для глаз расстояние просмотра — это расчетное расстояние, удобное для просмотра для большинства людей. Это субъективная оценка, которая учитывает такие переменные, как острота зрения человека, разрешение контента и тип контента.

Хотя эти методики являются полезными для расчета, нет правильного ответа при определении оптимального расстояния просмотра. В конечном итоге расстояние просмотра экрана определяется тем, что его владелец считает удобным для конкретных целей.

Шаг пикселя, мм	Расстояние остроты зрения, метров	Оптимальное расстояние просмотра, метров
0,75 мм	2,58 м	1,29 м
1,00 мм	3,44 м	1,72 м
1,25 мм	4,30 м	2,15 м
1,50 мм	5,16 м	2,58 м
1,75 мм	6,02 м	3,01 м
2,00 мм	6,88 м	3,01 м
2,25 мм	7,74 м	3,87 м
2,50 мм	8,60 м	4,30 м
2,75 мм	9,45 м	4,73 м
3,00 мм	10,31 м	5,16 м
4,00 мм	13,75 м	6,88 м
5,00 мм	17,19 м	8,60 м
6,00 мм	20,63 м	10,31 м
7,00 мм	24,07 м	12,03 м
8,00 мм	27,50 м	13,75 м
9,00 мм	30,94 м	15,47 м
10,00 мм	34,38 м	17,19 м

Выбираете светодиодный экран и нужна помощь?
Свяжитесь с нами, чтобы получить исчерпывающую консультацию наших экспертов в области визуальных технологий и профессионального мультимедийного оборудования.

DIP - это светодиод в корпусе на ножках. Имеют хорошую яркость, высокую надежность, но имеют большие размеры.
SMD - (технология поверхностного монтажа) - могут иметь очень маленькие размеры (следовательно маленький шаг пикселя), более прихотливы к климатическим условиям, более дорогие.
3 in 1 - это технология когда три излучающих цвет элемента (красный, зеленый, синий) расположены в одном корпусе. Могут быть и DIP и SMD.

Светодиодный экран Р2

Размер модуля у внутреннего светодиодного экрана с шагом пикселя Р2 составляет 320х160 мм. Оптимальное расстояние просмотра 2,8 м. Оптимальное расстояние просмотра светодиодного экрана – точка, в которой изображение воспринимается наиболее четко и точно. Экран с данным шагом чаще всего устанавливают в конференц зале, учебных центрах и музеях. В последнее время организаторы конференций отдают предпочтение светодиодным экранам, нежели тусклым проекторам. Но не стоит забывать, что важно правильно подобрать не только шаг пикселя, но и яркость.

Светодиодный экран Р3

Размер модуля у внутреннего светодиодного экрана с шагом пикселя Р2 составляет 192х192мм. Оптимальное расстояние просмотра 4,2 м. Экран предназначен для показа рекламных роликов, презентаций и мультимедийной информации.

Светодиодный экран Р4

Долговечные материалы и инженерные решения делают экран надежным и максимально рентабельным. Размер модуля у внутреннего светодиодного экрана с шагом пикселя Р4 составляет 320х160 мм. Оптимальное расстояние просмотра 5,6 м.

Светодиодный экран Р5

Размер модуля светодиодного экрана с шагом пикселя Р5 составляет 256х128 мм. Оптимальное расстояние просмотра 7 м. Представленный на фото экран с шагом Р5 используют в рекламных целях. Заказчик прикрепил экран к крыше своего авто. В мире рекламы нет предела совершенству и экспериментировать можно как угодно.

Светодиодный экран Р6

Размер модуля светодиодного экрана с шагом пикселя Р6 составляет 320х160 мм. Оптимальное расстояние просмотра 8,4 м. Представленные на фото экраны установлены на входе в театр балета Щелкунчик. На экране показывают афишу ближайших мероприятий.

Светодиодный экран Р7

Размер модуля светодиодного экрана с шагом пикселя Р7 составляет 244х244 мм. Оптимальное расстояние просмотра 9,8 м. Светодиодные экраны легко собираются и разбираются. Некоторые модели можно перевозить в специальных кофрах. Простая перевозка и надежная защита при погрузочных работах – долгий ресурс эксплуатации.

Светодиодный экран Р8

Размер модуля светодиодного экрана с шагом пикселя Р8 составляет 320х160 мм. Оптимальное расстояние просмотра 11,2 м. Светодиодный экран на ноге представляет собой мощное информационное средство. Яркие образы, которые способна подавать наружная реклама, хорошо помогают в установлении визуального контакта с потребителями гарантирует позитивное восприятие и как следствие, увеличивает степень лояльности к бренду.

Светодиодный экран Р10

Светодиодный экран с шагом Р10 полноцветный, отлично подойдет для установки рядом с проезжей частью. Рекламную информацию будет идеально видно с 14 метров. Размер модуля у светодиодного экрана с шагом пикселя Р10 составляет 320х320 мм. Светодиодный экран р10, цена которого зависит от выбранного вами размера. Затраты на установку LED экрана р10 окупятся в течение года, за счет продажи рекламного времени.

Светодиодный видео экран Р16 1rgb

Оптимальное расстояние просмотра 22,4 м. На фото представлен медиафасад с шагом пикселя Р16. Подбор медиафасада – дело не простое. Критерием первоначального выбора должны быть характеристики медиафасада, рассчитанные исходя из места установки, шага пикселя, размера и способа обслуживания.

Указанное расстояние просмотра позволяет добиться отличного изображения, но минимально приемлемое соотношение это 1 к 1. В комплекте с каждым модулем идет шлейф – плоский кабель - кабель, имеющий жилы, расположенные в одной плоскости, и каждая жила имеет круглую изоляцию. С помощью шлейфа модуль подключается к периферийному устройству. Для того чтобы получить точные характеристики светодиодного экрана, обращайтесь к нашим менеджерам по указанному на сайте телефону или заполнив заявку на обратный звонок.

Два месяца тому назад в статье, посвящённой сравнению LCD и E-Ink дисплеев, я упомянул, что одним из следующих обзоров будет «вскрытие» матрицы современного фотоаппарата. И спешу исполнить данное обещание!

Первым в «коллекцию» светочувствительных матриц попали фронтальная и задняя камеры смартфона одного известного корейского производителя, который был любезно предоставлен Василием Столяровым. Затем хабраюзер DarkWood, живущий недалеко от Москвы, прислал мне свой старенький неработающий фотоаппарат фирмы Pentax (здесь и далее я намеренно не буду указывать точную модель девайсов). Девайс был мёртв и это был хороший повод сдать его в мои заботливые руки, а не выкидывать, как многие делают.

И как только я собрался пилить, поступило ещё одно предложение от моего практически однокурсника, Ильи. От этого предложение я не мог отказаться. Мне презентовали относительно современный Canon, у которого были проблемы со съёмкой изображений.

Таким образом, на красно-революционно-первомайский стол ложатся три кандидата: OEM камера из телефона и фотоаппараты Pentax (самый пожилой среди всех участников) и Canon (пожалуй, самый молодой).

Если ещё кто-то не знает, зачем мы здесь собрались, то в подвале данной статьи есть ссылки на предыдущие «вскрытия». Если же кто-то запамятовал, как работает цифровой фотоаппарат или зачем нужна матрица, то милости просим на Wiki или просто посмотрите это видео от канала Discovery:

Часть теоретическая. CCD и CMOS

На сегодняшний день матрицы, выполненные по технологии CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) завоевали более 90% мирового рынка, а не так давно безумно популярным CCD (Charge-Coupled Device) уже пророчат скорый закат.

Причин тому масса, вот далеко не полный список преимуществ CMOS-технологии: во-первых, низкое энергопотребление в статическом состоянии по сравнению с CCD, во-вторых, CMOS сразу «выдаёт» цифровой сигнал, который не требует дополнительного преобразования (точнее преобразование происходит на каждом отдельном субпикселе), в отличие от CCD, которое является фактически аналоговым устройством, в-третьих, дешевизна производства, особенно при больших размерах матриц.

Кратко ознакомиться с принципами работы CMOS-матриц можно с помощью в двух видео от компании Canon:

Но все наши пациенты (может быть, за исключением матрицы камеры мобильного телефона) относятся к той эпохе, когда миром безраздельно правил CCD, а CMOS только набирался сил и светочувствительности, чтобы впоследствии занять лидирующие позиции. Поэтому несколько слов, всё же, скажу о том, как работает CCD-матрица. Более подробное описание всегда можно найти на страницах Wiki.

Итак, фотон от объекта съёмки, пройдя сквозь фильтр Байера, то есть цветофильтр типа RGBG, или фильтр RGBW и собирающую микролинзу, попадает на светочувствительный полупроводниковый материал. Поглощаясь, фотон порождает электро-дырочную пару, которая в ячейке под действием внешнего электрического поля «разделяется», и электрон «отправляется» в копилку – потенциальную яму, где он будет ожидать «чтения».

Схема устройства CCD матрицы (Источник)

Чтение же в CCD матрицы происходит «поячеечно», если так можно выразиться. Пусть мы имеем массив 5 на 5 пикселей. Сначала мы считываем количество электронов, а по-простому величину электрического тока, с первого пикселя. Затем специальный контроллер «сдвигает» все ячейки на одну, то есть заряд из второй ячейки перетекает в первую. Опять считывается значение и так, пока не будут прочитаны все 5 ячеек. Далее уже другой контроллер сдвигает оставшееся «изображение» на одну строчку вниз и процесс повторяется, пока не будут измерены токи во всех 25 ячейках. Может показаться, что это долгий процесс, однако для 5 миллионов пикселей он занимает считанные доли секунд.

Процесс считывания изображения с CCD матрицы (Источник)

Чтобы было совсем понятно, предлагаю ознакомиться со следующими видео:

Часть практическая

Обычно красивыми разборами занимаются люди в белоснежных перчатках, недавно они добрались и до фотоаппаратов, однако поговаривают, что за видео-инструкцию по сборке необходимо доплатить, отправив смс на короткий номер. Далее будут применяться чуть более чем полностью топорные методы, так что не советую повторять это в домашних условиях…

Как разбирался сотовый телефон всегда можно посмотреть на страницах предыдущей статьи, поэтому не буду здесь приводить эти душераздирающие кадры ещё раз.

Вышеупомянутый фотоаппарат Pentax был предоставлен мисьё DarkWood, у которого, как мне кажется, сейчас сердце должно обливаться кровью, а по щеке катиться скупая мужская слеза:

Разборка Pentax в фотографиях

Из всего многообразия деталей, нас пока интересует лишь LCD дисплей, который будет демонстрироваться школьникам, приходящим к нам, на ФНМ, на экскурсии, сама CCD матрица, стекло с чем-то подозрительно напоминающим поляризатор или фильтр и ИК-подсветка (красная лампочка) для ночной съёмки. Стоит отметить, что матрица жёстко закреплена на корпусе фотоаппарата. Следовательно, все вибрации Ваших рук будут без труда напрямую передаваться на саму матриц, что, согласитесь, никак не способствует качественной фотосъёмке. Видимо, DarkWood имеет железобетонные нервы.

Что между тем не помешало ему, «утопить» свой любимый фотоаппарат. Помните, когда летом Вы оправитесь в тёплые страны на море и будете пытаться сфотографировать очередную накатывающую волну, что фотоаппарат – устройство, в котором токи могут приводить к коррозии.

Следы коррозии прямо на шлейфе, ведущем к кнопке спуска затвора (к сожалению, не единственное такое место)

Сразу видно, что Canon – чуть более продвинутая, более современная модель, нежели Pentax. Например, матрица подпружинена (на левом нижнем изображении хорошо различимы маленькие пружинки). Такая пассивная система стабилизации изображения способствует получению более качественных и чётких снимков, если, конечно, Вы не неврастеник в запущенной стадии!

«Внутренности» Canon

Кстати, на фото справа внизу отчётливо виден громадный конденсатор, отвечающий за вспышку, из-за проблем с которым мне когда-то пришлось списать свою цифровую мыльницу Canon.

Камера мобильного телефона

Начнём наши изыскания с камеры мобильного телефона, которой будет посвящено не так много времени и слов в этой статье по причине того, что сама матрица имеет совершенно микроскопические размеры и с ней трудно работать (пилить, шлифовать).

Как не сложно заметить, на оптических микрофотографиях ниже матрица у края имеет две зоны: более светлую и более тёмную. Надеюсь, что все уже догадались: под светлой стороной нет диодов, она нанесена просто так, с запасом, чтобы максимально закрыть собой тонкую душевную организацию матрицы…

Накроем всё с запасом – нам не жалко

Микрофотографии, полученные с помощью оптического микроскопа, значительно отличаются, от тех, что выдаёт микроскоп электронный. Например, как на счёт «квадратуры сферы»?

Дело в том, что на оптике мы не видим каких-то прозрачных слоёв (да хотя б они и просто менее заметны), тогда как электронная микроскопия – прежде всего метод анализа поверхности, то есть вполне может быть так, что круглые цветные цветофильтры накрыты сверху квадратными «колпаками». При этом размеры такого кубосферического субпикселя составляют около 2,5 микрометров.

Вот такая она, квадратура сферы…кстати, в вакууме…

Матрица фотоаппарата Pentax

Исследование CCD-матрицы фотоаппарата Pentax начнём с оптических микрофотографий. К моему глубокому сожалению, из-за стерических затруднений, как говорят химики, в системе образец-микроскоп, не удалось снять при больших увеличениях и рассмотреть отдельные субпикселы.

Что-то написано, интересно, а можно тут где-нибудь увидеть имена маленьких китайских детишек?

Каждая посадочная площадка под контакты пронумерована, но не к каждой подведён тот самый контактный провод.

А вот так мы скоро будем учиться считать – с помощью нанотехнологий, естественно…

Чёткая граница между самой матрицей и «обвязкой»

А следующая микрофотография достойна учебника по электронной микроскопии. Знаете, почему электронный микроскоп не является средством измерения? Да-да, именно поэтому: из-за локального накопления заряда, вроде бы сферические объекты вдруг стали эллипсоидами:

Но мы-то знаем, что это сферы…

Далее взглянем на то, что находится вокруг светочувствительной матрицы. Так как я не являюсь специалистом в области создания электронных схем, то боюсь даже предполагать, зачем нужны все эти сложные конструкции и «хитросплетения» проводников, может быть, найдётся кто-нибудь, готовый пояснить назначение приведённых ниже деталей и компонентов (в комментариях, конечно же)?

Непоколебимые столбики, пережившие распил и полировку…

В этих слоях можно запутаться, а чёрту и ногу сломать

Этот выпуск «Взгляд изнутри» — знаковый, после нескольких лет «мытарств» нам, наконец-то, установили новую систему микроанализа, так что в некоторых случаях, я смогу не только приводить красивые картинки, но и пояснять из каких химических элементов увиденное состоит.

А вот и самое интересное – матрица во всей своей красе. Под сеточкой, в ячейках которой расположились микросферы-линзы, можно видеть отдельные фоточувствительные элементы (ну или их останки, точнее сказать затруднительно). Чуть ниже при обсуждении матрицы Canon я в деталях поясню «cross-section» устройство матрицы. Пока же обратимся к данным локального химического анализа. Оказывается, что сетка состоит из вольфрама, а микросферы, по всей видимости, это диоксид кремния, который сверху «укрыт» каким-то полимерным материалом. С более детальным анализом можно ознакомиться здесь.

Матрица во всей своей сложноустроенной красоте

Возвращаясь к первому СЭМ-изображению в этой главе, хочется отметить, что контактные площадки выполнены из чистого золота (о да!), однако проводники внутри сенсора, по всей видимости, состоят из алюминия, на который тончайшим слоем напылена медь, содержание которой на грани чувствительности прибора. Детальная информация представлена тут.

Матрица фотоаппарата Canon

Продолжим наше погружение в микро- и наномиры мы, как обычно, с оптической микроскопии. Как и в случае с Pentax, матрицу от фотоаппарата Canon не удалось снять на высоком увеличении вследствие геометрических нестыковок. Однако из полученных микрофотографий можно оценить размер отдельного субпикселя – около 1,5 мкм, что гораздо меньше, чем у матрицы мобильного телефона.

Оптические микрофотографии матрицы Canon

Кстати, один из виновников невозможности снимать на оптическом микроскопе при больших увеличениях – «покровное» стекло, закрывающее собой матрицу и её «начинку»:

Хороший кадр: передача за стеклом

Конечно, всегда самое интересное прячется на сколах, где разваливающийся строго упорядоченный мир даёт трещину, позволяющую заглянуть в самые сакраментальные уголки устройства:

Чуть позже мы ещё вернёмся к желтовато-оранжевым областям этой фотографии…

Уже знакомые нам столбики совершенно не понятного предназначения:

Как стойкие оловянные солдатики

Теперь рассмотрим более детально устройство CCD-матрицы. Сверху CCD-матрица покрыта чем-то, напоминающем полимерный слой (1), который защищает фоточувствительные элементы от агрессивной внешней среды. Под ним находятся микролинзы с красителем (2 и 3). Но так как электронная микроскопия не позволяет получать цветные изображения, то точно сказать, окрашена большая или маленькая сферы не представляется возможным. Микролинзы из диоксида кремния (наиболее вероятный материал для их изготовления) закреплены в ячейках вольфрамовой сетки (4), под которой скрывают фоточувствительные элементы (5). И, конечно же, вся эта конструкция покоится на подложке из чистейшего кремния!

С учётом того, что матрица дополнительно защищена «покровным» стеклом, то фотоэлементы защищены лучше, чем президент РФ в своём лимузине (если, конечно, сделать поправку на масштабный фактор).

Данные микроанализа можно скачать тут.

Устройство матрицы по пунктам. Описание в тексте

Но и это ещё не всё. У нас же осталось ещё стёклышко, прикрывающее матрицу, которое, как кажется, является поляризатором. Оно несколько шероховатое по краям, но практически идеально гладкое по всей остальной площади поверхности. Вроде бы оптическая микроскопия не даёт никаких результатов: стекло, как стекло.

Стекло с подозрением на поляризатор: ничего необычного

И только с помощью электронной микроскопии удаётся увидеть химконтраст на изображении и полосатую структуру. Толщина такой «плёнки» составляет всего-навсего 2,5 микрометра, при этом размеры отдельных слоёв 180 и 100 нм, соответственно, для более тёмных и более светлых. На основании данных микроанализа (тут), рискну предположить, что более тёмные области обогащены титаном, а светлые – алюминием. По-моему, это потрясающе!

Оказывается, внутри фотоаппарата своя полосата жизнь!

Послесловие

Такой мир уходящего века CCD-матриц предстал перед нами сегодня.

Спасибо всем (Василию за телефон, Илье и DarkWood за фотоаппараты), кто внёс свой посильный вклад в создание данной статьи. Вы – молодцы, что поддержали в этом нелёгком начинании!

И апофеоз данной статьи, а точнее его апофигей:

Покойтесь с миром, пока мы не придумаем вам нового применения

Бонус 1. Как выглядит зелёная пылевая буря в Москве?

Хотел сначала отдельным постом выложить, но решил не захламлять пространство. Буквально несколько дней назад Москву накрыло жёлто-зелёное облако, многие уже начали было готовится к приходу апокалипсиса, но обошлось… Что в реальности явилось причиной столь странной окраски?

Климат в последнее время барахлит на этой планете: то на Новый Год оставит без снега, то завалит снегом по самую макушку, то весна будет похожа на зиму, то вдруг неожиданно наступит лето. Цветы, деревья и растительность менее приспособлены к такого рода пертурбациям, поэтому 1,5 месяца весны сжавшиеся в 1 неделю заставили растения пересмотреть свои планы по размножению…

Утром, сев за письменный стол, я обнаружил на нём слой пыли, а протерев салфеткой, понял, что надо бы эту пыль как следует изучить. Сказано – сделано!

Хорошая новость – окраска жёлто-зелёного облака действительно была обусловлена большим количеством пыльцы (я насчитал, как минимум, три вида):

Состав московской бури: пыльца… Справа внизу пыльца на поверхности части растения

Плохая новость – этим мы тоже дышим, причём каждый день, а не в периоды размножения растений (микро- и наночастицы, которые не каждый фильтр поймает):

Состав московской бури: не очень приятная пыль и грязь

Читайте также: