Công nghệ cảm biến backlit

 Trong năm 2010, các hãng sẽ cho ra hàng loạt máy ảnh du lịch cao cấp sử dụng cảm quang BSI có độ nhạy sáng tốt hơn thế hệ cảm quang truyền thống.

Nhu cầu gia tăng đòi hỏi những thế hệ cảm quang hoàn thiện hơn. Ảnh: Magicfotos.

Cảm quang (Image sensor) là bộ phận quan trọng nhất của bất cứ máy ảnh kỹ thuật số nào. Thực chất, cảm quang là một bản sillicon chứa các tế bào quang điện giúp thu nhận ánh sáng và chuyển đổi những dữ liệu về màu sắc thành tín hiệu điện. Khâu tập hợp, xử lý các tín hiệu điện này được thực hiện ở vi xử lý trung tâm nhằm tạo ra bức ảnh hoàn chỉnh.

Hình minh họa quy trình cảm quang thu nhận hình ảnh. Ánh sáng được tập trung qua cấu trúc vi kính. Bộ lọc màu chỉ cho phép một thành phần đơn sắc lọt qua. Lớp dưới cùng của cảm quang truyền thống chứa các mạch điện và vùng thu nhận ánh sáng. Tại đây, năng lượng photon được chuyển thành các tín hiệu điện. Ảnh: Photoaxe.

Hiện tại, hầu hết máy ảnh kỹ thuật số đều sử dụng một trong hai loại cảm quang: CCD hoặc CMOS. Trong cảm quang CCD (Charge Coupled Device - Thiết bị tích điện kép), thông tin trên mỗi hàng điểm ảnh sẽ được đổ xuống một rãnh tín hiệu ra. Như vậy, sẽ mất nhiều thời gian để đọc hết tất cả các hàng trên một cảm biến CCD độ phân giải cao. Người ta đã giải quyết vấn đề bằng cách bổ sung thêm các rãnh tín hiệu ra nằm ngay cạnh mỗi hàng. Thông tin trên các hàng này được chuyển đồng thời tới các nút tín hiệu ra rồi đổ thẳng vào vi xử lý trung tâm, giúp quá trình đọc giá trị chỉ phải thực hiện một lần duy nhất. Đối với cảm quang CMOS, mỗi pixel đều được trang bị bộ chuyển đổi tín hiệu điện. Cảm biến CMOS còn tích hợp luôn mạch khuếch đại, xử lý nhiễu và các cổng chuyển đổi tín hiệu tương tự - số. Do đó, tín hiệu ra trên chip là các tín hiệu kỹ thuật số. Do không có các rãnh tín hiệu ra nên cảm quang CMOS tiết kiệm được nhiều diện tích, giúp mở rộng vùng thu sáng đồng thời đẩy nhanh tốc độ truyền tải và xử lý tín hiệu trên các pixel.

Công nghệ BSI đem lại chất lượng ảnh cao hơn công nghệ FSI truyền thống. Ảnh: Cnet.

Hạn chế lớn nhất trên cảm quang CMOS truyền thống là ánh sáng trước khi tới khu vực thu nhận ánh sáng phải vượt qua các lớp điện môi và mạch điện bổ trợ để kích hoạt điểm ảnh chuyển năng lượng photon thành các điện tử. Một phần đáng kể ánh sáng đã bị tiêu hao hoặc khúc xạ sang điểm ảnh lân cận, làm giảm khả năng thu nhận hình ảnh của cảm quang cũng như gây ra các vùng giả số trên ảnh. Công nghệ cảm biến BSI ra đời cách đây 2 năm đã giải quyết được vấn đề này bằng cách chuyển hoàn toàn các lớp điện môi cũng như mạch điện bổ trợ về phía dưới, đồng thời đẩy tế bào quang điện lên sát bộ lọc màu và vi kính. Cảm quang BSI giúp thu nhận được nhiều ánh sáng hơn, hạn chế tối đa hiện tượng khúc xạ giữa các điểm ảnh lân cận, đồng thời cho hiệu suất xử lý tín hiệu tốt hơn do không bị hạn chế số lớp mạch điện ở phía dưới.

Máy ảnh trên thị trường sử dụng cảm biến Backlit. Ảnh: Cnet.

Cảm quang BSI có độ nhạy sáng tốt hơn thế hệ cảm quang truyền thống, do đó, rất hữu dụng khi chụp trong các điều kiện ánh sáng phức tạp. Những vùng màu trên ảnh sẽ có độ bão hòa cao hơn. Ảnh chụp đêm cũng sẽ cho ít nhiễu hơn. Tuy nhiên, do quy trình chế tạo phức tạp nên giá thành loại cảm quang này vẫn còn khá đắt đỏ. Độ phân giải của cảm quang backlit cũng không thể đẩy lên quá cao do những hạn chế về mặt kỹ thuật. Hiện tại, các hãng chế tạo máy ảnh cũng đã kịp thời đưa ra thị trường một vài model sử dụng công nghệ tiên tiến này như Sony TX1, Canon S90, Canon G11 hay Nikon P100. Chúng đều có độ phân giải dừng lại ở mức 10 "chấm". Hãng Fujifilm còn có kế hoạch kết hợp BSI vào thế hệ cảm biến Super CCD EXR nổi tiếng của mình để tăng gấp đôi tính ưu việt cho các dòng camera sau này. Ngoài ra, cảm quang BSI còn hứa hẹn cho tốc độ xử lý cao hơn rất nhiều do nhà sản xuất có thể thêm vào một lượng không giới hạn các bóng bán dẫn và mạch điện phụ trợ nằm phía dưới mỗi pixel. Máy ảnh sử dụng loại cảm biến này, kể cả dòng ngắm chụp, có thể sẽ đạt được khả năng chụp liên tiếp nhanh như đa phần các máy DSLR bình dân hiện nay (khoảng 3 - 5 hình/giây).

Trong năm 2010, các hãng sẽ cho ra hàng loạt máy ảnh du lịch cao cấp sử dụng cảm quang BSI. Việc ứng dụng công nghệ này cho các mẫu DSLR sẽ chỉ còn là vấn đề thời gian một khi các giới hạn về kỹ thuật được giải quyết triệt để. Tuy nhiên, có thể chắc chắn một điều rằng, bạn sẽ phải chi thêm một số tiền nhỏ để được tận hưởng sự cải thiện về mặt chất lượng hình ảnh. Giá của những chiếc camera sử dụng công nghệ mới sẽ không thể thấp hơn mức "đại chúng" như CMOS và CCD đang làm hiện nay.