Cấu tạo và nguyên lí chuyển đổi tín hiệu của cảm biến máy ảnh

 Có nhiều bài viết về cảm biến máy ảnh nhưng các thông tin lại manh mún, rời rạc và đa số tập trung vào phân loại cảm biến cũng như kích cỡ. Dưới đây, Binhminhdigital Đà Nẵng sẽ mô tả một cách chi tiết và đầy đủ nhất về cấu tạo và nguyên lí chuyển đổi tín hiệu của cảm biến máy ảnh. Hi vọng sẽ giúp mọi người hiểu sâu hơn về thiết bị đặc biệt quan trọng này.

Cảm biến và công dụng

Cảm biến máy ảnh là một thuật ngữ chuyên ngành mô tả một thiết bị phần cứng quan trọng của máy ảnh. Đây được xem là trái tim của máy ảnh có chức năng chuyển đổi tín hiệu quang học thành tín hiệu điện. Mặc khác, nó đóng vai trò theo chốt trong việc ảnh hưởng đến tất cả các yếu tố như độ phân giải, kích cỡ ảnh, độ sâu trường ảnh ISO…và cả kích cỡ máy ảnh.

Cấu tạo cảm biến máy ảnh

Cảm biến máy ảnh được mô phỏng như mắt người nhưng cấu tạo không tinh vi và phức tạp như vậy. Các nhà sản xuất vận dụng công nghệ microchip hay công nghệ vi mạch trên nền đơn tinh thể silicon để chế tạo ra thiết bị này. Có hai yếu tố chủ chốt cấu thành nên một cảm biến gồm: bộ lọc màu chuyển đổi tín hiệu và tấm nền cảm quang.
Bộ lọc màu chuyển đổi tín hiệu được đặt phía trên, có số lượng tương ứng với số điểm ảnh trên tấm nền cảm quang. Như tên gọi, bộ phận này có chức năng lọc màu cho tấm nền cảm quang phía dưới. Nếu không có nó, những hình ảnh sau khi được chuyển đổi chỉ là những màu xám xịt.
Tấm nền cảm quang được cấu thành từ vô số các photosite, tương tự như các “hộc” giữ các phân tử màu. Kết hợp với các hộc này còn có những vi thấu kính tạo thành hình phễu, giúp tăng khả năng thu nhận số lượng phân tử màu, tránh lãng phí ánh sáng.
Hỗ trợ những yếu tố trên là hệ thống các thuật toán, các bo mạch và vi xử lí hình ảnh với cùng mục đích phân tích và chuyển đổi các tín hiệu thành hình ảnh hiển thị lên màn hình máy ảnh.

Nguyên lí hoạt động

Khi ánh sáng đi qua các lớp thấu kính của ống kính vào, nó sẽ tiếp xúc với bộ lọc màu đầu tiên. Mỗi màng lọc chỉ “nhận” một ánh sáng có một màu nhất định (thông thường được thiết kế chỉ chọn 1 trong 3 màu: đỏ, lục, lam). Hệ thống màng lọc màu này được gọi tên thông dụng là "lưới Bayer".
Các phân tử ảnh sáng sau đó sẽ được chuyển xuống những photosite tương ứng. Khi có tín hiệu, các “hộp” này sẽ đóng lại, giữ chân các phân tử màu bên trong nó. Sau đó, các ô cùng màu gần nhau nhất sẽ kết hợp với nhau. Nhưng thay vì kết hợp theo chiều ngang sẽ giảm sự tương phản và độ mịn, máy sẽ hướng dẫn các ô màu này kết hợp theo kiểu xếp chồng lên nhau.
Từ đó, bộ vi xử lí hình ảnh cùng hệ thống bo mạch và các thuật toán sẽ hỗ trợ với nhau tổng hợp rồi phân tích dữ liệu, cuối cũng sẽ cho ra hình ảnh với độ sâu màu cao, chi tiết rõ ràng và chân thực nhất.

Đó là nhiệm vụ của cảm biến trong quá trình thu thập, phân tích, chuyển đổi và xuất dữ liệu. Chúng ta có thể hình dung một hình ảnh thực tế được “đúc” thành hình ảnh hiển thị trên màn hình diễn ra như thế nào. Những bài sau, Binhminhdigital sẽ tiếp tục đi sâu phân tích những chi tiết, thông số quan trọng khác trên máy ảnh, mời các bạn đón đọc.

Tin mới: Pentax Fullframe chính thức xuất hiện vào ngày 18/2/2016