نگاهی به آزمایشگاه‌های سری طراحی سنسور نیکون

سنسور یا حسگر تصویر یکی از مهم‌ترین اجزای یک دوربین دیجیتال است. در این مقاله به سراغ لابراتوارهای سری طراحی سنسور در شرکت نیکون رفته‌ایم تا از نزدیک با روند طراحی این قطعه‌ی پیچیده آشنا شویم.

دیود اتچلز، سردبیر وب‌سایت ایمیجینگ ریسورس (imaging-resource.com) موفق شده از آزمایشگاه‌های طراحی سنسور نیکون بازدید و گزارشی جامع از فرآیندهای توسعه و ساخت سنسور در این شرکت تهیه کند. آنچه در ادامه می‌خوانید مقاله‌ای است که اتچلز در همین‌باره در وب‌سایتش منتشر کرده است:

از مدت‌ها قبل می‌دانستم که نیکون خودش سنسورهای موردنیازش را از صفر تا صد می‌سازد. با این حال گمان می‌کنم که جامعه‌ی عکاسی از این واقعیت بی‌خبر است و اکثر مردم فکر می‌کنند که Nikon به تولیدکنندگان مختلف، سفارش ساخت سنسور می‌دهد و فرآیند طراحی در این شرکت چیزی جز چیدن اجزای مختلف کنار هم نیست. واقعیت اما با ذهنیت رایج متفاوت است و نیکون یک تیم کامل از مهندسان خبره برای طراحی صفر تا صد سنسورهای پیشرفته از جمله سنسورهای دوربین‌های D5 و D850 در اختیار دارد. این مهندسان، طرح‌های خود را به‌گونه‌ای بهینه‌سازی می‌کنند که برای کار با لنزهای NIKKOR و معماری پردازش تصویر EXPEED نیکون هماهنگ باشند.

با توجه به سوابق کاری من در صنعت نیمه‌هادی (رشته‌ی تحصیلی من فیزیک نیمه‌هادی بود و مدتی هم از دور دستی بر آتش امور فنی و مهندسی داشته‌ام)، همیشه دنبال فرصتی بودم که مقاله‌ای پروپیمان در مورد طراحی Sensor بنویسم و به نظر می‌رسد که روایت داستان نامکشوف طراحی سنسور در نیکون بهانه‌ای خوبی است برای اینکه کمی با سنسورها و سازوکارهای پیچیده‌ی طراحی آن‌ها آشنا شویم.

 فرصتی برای پی بردن به اتفاقات پشت پرده

 مدت‌ها بود به دنبال فرصتی بودم که به سراغ سازندگان سنسور بروم و گزارشی از فرآیندهای طراحی و ساخت سنسور تهیه کنم؛ اما هر بار به در بسته می‌خوردم و به نظر می‌رسید که تولیدکنندگان رغبت چندانی ندارند پای خبرنگاران به حیاط‌خلوت اختصاصی‌شان یعنی خطوط تولید سنسور باز شود. با این حال، با خودم فکر کردم که ممکن است مدیران نیکون در این موردنظر متفاوتی داشته باشند و بدشان نیاید که مردم کمی با آنچه در لابراتوارهای پیشرفته‌ی این شرکت می‌گذرد، آشنا شوند. از طرفی دیگر، نیکون در طراحی سنسورها یک سر و گردن از سایر رقیبان بالاتر است و احساس کردم می‌توانم موافقت آن‌ها را برای تهیه‌ی گزارش کسب کنم. به نظرم تهیه‌ی چنین گزارشی هم به نفع نیکون است تا از طریق آن بتواند توانایی‌های خود را به رخ مشتریانش بکشاند، هم به نفع سایر مخاطبان کنجکاوی است که دوست دارند هرچند اندک با پشت پرده‌ی طراحی سنسورهای تصویربرداری آشنا شوند.

فارغ از این‌ها با توجه به اینکه دوربین D850 از طرف خوانندگان وب‌سایت ایمیجینگ ریسورس به عنوان بهترین دوربین سال انتخاب شد و سنسور آن هم توانست از وب‌سایت رتبه‌بندی DxO Mark امتیاز ۱۰۰ را برای اولین بار کسب کند، فکر می‌کنم آشنایی با پشت پرده‌ی طراحی و ساخت این سنسور، برای همه جذاب باشد.

بنابراین با مدیران نیکون تماس گرفتم و ایده‌‌ی تهیه‌ی یک گزارش جامع از فرآیندهای طراحی سنسور را با آن‌ها در میان گذاشتم. از تعاملات قبلی با دیگر سازنده‌های سنسور می‌دانستم که آن‌ها نگران حفظ اطلاعات و فناوری‌های محرمانه و اختصاصی خود هستند. در نهایت، پس از چهار تا پنج ماه رفت‌وآمد، گفت‌وگو و مذاکره‌ی مفصل و البته حمایت دلگرم‌کننده‌ی روابط عمومی و دپارتمان بازاریابی نیکون آمریکا توانستم موافقت مدیران ارشد این شرکت را برای تهیه‌ی گزارشی از خطوط تولید سنسور جلب کنم.

حرف‌های زیادی برای گفتن وجود داشت؛ بنابراین حاصل کار، مقاله‌ی بلندی شد که هم‌اکنون پیش روی شما قرار دارد و امیدوارم برایتان جالب و خواندنی باشد؛ چرا که وقت زیادی را برای نگارش و تدوین آن صرف کردم.

بدیهی است که ما نمی‌توانستیم در این گزارش به تمام جزئیات اشاره کنیم؛ اما امیدوارم که این گزارش بتواند شما را با اتفاقات پشت‌صحنه‌ی طراحی سنسورهای پیشرفته‌ی نیکون آشنا کند و به شما نشان بدهد که چگونه‌ این شرکت از روش‌های بدیع و خارق‌العاده‌ای برای بهینه‌سازی طراحی‌های خود بهره می‌برد.

نیکون / NIKON

میزبان من در تور بازدید از عملیات طراحی سنسورهای نیکون، شینزوکه سانبونگی، مدیر دپارتمان سه‌بعدی در واحد تصویربرداری نیکون بود. به طور خلاصه سانبونگی بر کل فرآیند طراحی سنسور در نیکون نظارت می‌کند و ماحصل کار او و گروهش، سنسور دوربین D850 است.

 طراحان سنسور در نیکون دقیقا چه‌کار می‌کنند؟

 با اینکه می‌دانستم نیکون عملیات اختصاصی خود را برای طراحی سنسور در اختیار دارد؛ اما واقعا از ابعاد و کم‌وکیف فرآیندهای طراحی نیکون شگفت‌زده شدم.

شرکت‌هایی که تراشه‌ها را طراحی می‌کنند، عموما بر فرآیندهای استانداردی تکیه دارند که توسط شرکت‌های سازنده‌ی اصلی تدوین شده‌اند. در مورد سنسورهای تصویربرداری، فرآیند طراحی فقط شامل تعیین نحوه چیدمان المان‌های الکترونیکی روی تراشه است. به این دلیل از قید فقط استفاده کردم که تأکید کنم این فرآیند طراحی با دیگر فرآیندهای معمول، تفاوت‌های بسیاری دارد. در این نوع طراحی، پارامترهایی مانند اندازه و شکل ترانزیستورها، دیودهای نوری، مقاومت‌ها و خازن‌ها اهمیت دارند و برای ایجاد تعادل میان راندمان جمع‌آوری نور (light-gathering efficiency)، سطوح نویز، نرخ‌های سرعت‌ بازخوانی (readout speeds) و دیگر مؤلفه‌ها، انجام مصالحه‌ اجتناب‌ناپذیر است. یک نکته‌ی بسیار حائز اهمیت در این میان این است که پیکسل‌ها و مدارهای بازخوان (readout circuitry) به‌گونه‌ای طراحی شوند که با حفظ سرعت بازخوان و کمینه‌سازی مصرف توان، مساحت نواحی مرده (غیرحساس به نور) به حداقل برسد.

نیکون / NIKON

یک ریزنگار یا میکروگراف از یک سنسور دوربین D5. شما می‌توانید یک گوشه از آرایه پیکسلی را در گوشه پایین سمت چپ مشاهده کنید که در آن فیلترهای رنگ RGB در حال انعکاس نور میکروسکوپ هستند. مدارات اطراف لبه‌ها هم کارشان بازخوان و رقومی‌سازی یا همان دیجیتالیزه کردن داده‌های پیکسل و سپس انتقال آن‌ها به پردازنده‌ی تصویر دوربین است.

این کاری است که نیکون انجام می‌دهد و طراحی و شبیه‌سازی را با دقت و جزئیاتی پیش می‌برد که باورکردنش دشوار است.

نیکون / nikon

این تصویر، تصویر میکروسکوپی بزرگنمایی شده‌ی دیگری از سنسور D5 است که به‌وضوح می‌توان فیلترهای رنگی RGB را برای هر پیکسل در آن مشاهده کرد. همان‌طور که می‌بینید پیکسل‌ها به صورت مربعی‌شکل دیده می‌شوند و هیچ شکاف یا فاصله‌ای هم میان آن‌ها وجود ندارد؛ این ماحصل فناوری میکرولنز فاقد شکاف نیکون است. میکرولنزهای سنتی اما به صورت دایره‌ای ظاهر می‌شوند و این باعث می‌شود فضای خالی زیادی بین پیکسل‌ها ایجاد شود.

پیش از بازدید از نیکون، فکر نمی‌کردم که طراحی‌های مهندسی این شرکت تا این اندازه دقیق و با جزئیات باشند. از چندین سال قبل که من در صنعت نیمه‌هادی مشغول بودم تا به امروز، نیکون به پیشرفت‌های شگرفی دست‌یافته است؛ اما فارغ از این، سطح طراحی، شبیه‌سازی و آزمایش‌هایی که در این شرکت پیشرو دیدم، بسیار حیرت‌آور بود.

 چرا طراحی یک سنسور اورجینال و اصلی مهم است؟

سؤال خوبی است. این روزها سنسورهای مصرفی (همان سنسورهایی که شما می‌توانید از تولیدکنندگان سنسور خریداری کنید) عملکرد کاملا قابل قبولی دارند؛ پس چرا نیکون برای ساخت صفر تا صد سنسورهای اختصاصی خود دست به یک سرمایه‌گذاری هنگفت در بخش تحقیق و توسعه‌ زده است؟

من این سؤال را از مدیران نیکون پرسیدم و دریافتم که دلایل متعددی برای این کار وجود دارد. مهم‌ترین آن‌ها هم این است که با استفاده از یک سنسور اختصاصی بهتر می‌توان سیستم دوربین را به عنوان یک کل با دیگر المان‌ها مانند سنسور به عنوان یک جز‌ء هماهنگ کرد؛ هدفی که با استفاده از قطعات دیگر سازنده‌ها به‌ آسانی قابل‌ دسترس نیست.

من این پرسش را با سانبونگی در میان گذاشتم و او در پاسخ گفت که باید سنسورها با قابلیت‌های موتور پردازش تصویر EXPEED (که فناوری اختصاصی نیکون است) هماهنگ باشند تا بتوان عملکرد هر سنسور را با رده‌ی دوربینی که قرار است از آن استفاده کند، تنظیم کرد.

نیکون / nikon

نیکون با طراحی سنسورهای اختصاصی، چگونگی کار با پردازنده تصویر اختصاصی خود موسوم به اکسپید را بهینه‌سازی می‌کند.

علاوه بر این، سانبونگی نکته‌ی دیگری در این مورد گفت که شگفت‌زده‌ام کرد و آن تطبیق طراحی سنسورها با خواص و ویژگی‌های لنزهای NIKKOR است. همان‌طور که در ادامه خواهید دید، نیکونی‌ها تأکید زیادی بر انطباق سنسور با دیگر المان‌های دوربین‌های خود دارند و برای بهینه‌سازی ترکیب کلی لنزها، دوربین و سنسور از نقطه‌نظر اپتیکال آزمایش‌های زیادی انجام می‌دهند.

در نهایت سرمایه‌گذاری در بخش تحقیق و توسعه باعث شده تا نیکون بتواند سنسورهایی با ایزوی بسیار پایین (یک ایزوی ۶۴ واقعی) مانند آنچه در دوربین D850 تعبیه‌شده بسازد یا سنسور دوربین D5 را با آن حساسیت نوری و راندمان کوانتومی خیره‌کننده توسعه دهد (راندمان کوانتومی بیانگر بازده تبدیل نور ورودی به یک سیگنال الکتریکی است). در این مقاله عبارت کیفیت تصویر بارها تکرار شده و از زوایای گوناگون شامل محدوده‌ی دینامیکی، سطوح نویز، اثرات متقابل با لنزهای نیکور یا دقت رنگ (color accuracy) مورد بررسی قرار گرفته است.

سنسورهای ۱۰۱

قبل از اینکه وارد جزئیات فرآیندهای طراحی نیکون بشویم، بهتر است کمی با آنچه در دل یک سنسور تصویر می‌گذرد، المان‌های سازنده‌ی آن و نحوه‌ی اتصال آن به دنیای خارج آشنا شویم.

لازم به تذکر است که آنچه در ادامه خواهید خواند، تا حد امکان ساده‌سازی شده است. خوانندگان حرفه‌ای می‌توانند نظرهای خود را در انتهای مقاله با ما در میان بگذارند؛ اما توجه داشته باشید که من تمام سعی خودم را کرده‌ام تا اصول پایه‌ای را بدون درگیر شدن بیش از حد با جزئیات با بیانی ساده تشریح کنم.

نیکون / nikon

این طرح یک ایده‌ی کلی از اجزای یک پیکسل را نشان می‌دهد. دیود نوری یا همان فوتودیود، نور را به الکترون تبدیل می‌کند و میکرولنزها هم تضمین می‌کنند که بیشترین نور ممکن به دیود نوری برسد.

 نور یعنی فوتون

کمتر کسی است که نام فوتون به گوشش ناآشنا باشد و تقریبا همه می‌دانند که نور از ذراتی بنیادی به نام فوتون تشکیل ‌شده است. ما هرگز نمی‌توانیم در زندگی روزمره به طور مستقیم فوتون‌ها را حس کنیم؛ چرا که آن‌ها آن‌قدر کوچکند که با چشم قابل رویت نیستند. آنچه ما به عنوان نور درک می‌کنیم شامل میلیاردها فوتون است که در یک زمان به چشمان ما برخورد می‌کنند (مطابق یک اندازه‌گیری تقریبی وقتی ما به یک آسمان آبی نگاه می‌کنیم، حدودا سیصد هزار میلیارد فوتون در هر ثانیه وارد هر یک از چشمان ما می‌شوند).

نیکون / nikon

تا اوایل سال‌های ۱۹۰۰ میلادی، فیزیکدانان فکر می‌کردند که نور از امواج ساخته شده (مانند امواج اقیانوس) و ماده متشکل از ذراتی گسسته است. در ادامه در سال ۱۹۰۵ نظریه‌ای از آلبرت اینشتین که بعدها در سال ۱۹۱۴ در آزمایشی توسط رابرت میلیکان به اثبات رسید، نشان داد که نور نه فقط دارای رفتار موجی که دارای رفتار ذره‌ای نیز هست. این نظریه بیان می‌کند که نور بسته به اینکه چگونه به آن نگاه می‌کنید، رفتار متفاوتی از خود بروز می‌دهد و ذرات ماده می‌توانند رفتار موجی نیز داشته باشند. از این پدیده با نام دوگانگی موج و ذره یاد می‌شود. اما نور دقیقا چیست؟ پاسخ این است که نمی‌دانیم. هیچ‌کس نمی‌تواند به‌روشنی تبیین کند که نور چگونه می‌تواند در یک زمان، دو چیز باشد. خوشبختانه برای استفاده از نور نیاز به درک ماهیت آن نداریم. سنسورهای تصویربرداری، ذرات نور یا همان فوتون‌ها را به بیت‌های کوچک انرژی الکتریکی (الکترون) تبدیل می‌کنند که برای ما قابل‌شمارش و اندازه‌گیری هستند.

نور روشن‌تر یا تاریک‌تر صرفا به معنای تعداد فوتون بیشتر یا کمتر است. هرچه تعداد فوتون‌ها در ثانیه را کاهش دهیم، تعداد اشیای کمتری را می‌توانیم ببینیم. اما فارغ از میزان توانایی ما در درک تمایز سطوح روشنایی آنچه تشکیل‌دهنده‌ی ذرات نور است، همان فوتون‌ها هستند.

برای ثبت نور، سنسورهای تصویر باید فوتون‌ها را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل کنند، سپس آن سیگنال‌ها را به صورت دیجیتال دربیاورند و در انتها اطلاعات سیگنال‌های دیجیتال حاصل را به پردازنده‌ی دوربین بفرستند. این فرآیند توسط چهار المان انجام می‌شود که عبارتند از: میکرولنزها، دیود نوری، مدرات بازخوان، مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (A/D) و مدارات انتقال داده. بیاید جداگانه هر یک از این المان‌ها را بررسی کنیم.

 تمام نورها را جذب کن: میکرولنزها

سنسور تصویر تنها می‌تواند فوتون‌هایی را ببیند که به منطقه‌ی حساس به نور آن برخورد می‌کنند و بخشی از فضای هر پیکسل به دیگر کارها برای محاسبه و بازخوانی نور جمع‌آوری‌شده اختصاص دارد (حتی در سنسورهای موسوم به BSI که دارای پس‌زمینه‌ی روشن و شفاف (back-illuminated) هستند (مانند سنسور دوربین نیکون D850)، نواحی ایزوله‌ای مابین پیکسل‌ها وجود دارد که به نور حساس نیستند).

نیکون / nikonاین تصویر نمایانگر کار دشوار و مشقت‌بار مهندسان نیکون برای دریافت نور در سنسور است. سمت چپ می‌توانید یک شبیه‌سازی را مشاهده کنید که  در حال رهگیری مسیرهای پرتوهای نوری منفرد هنگام عبور از میکرولنزها، ماده حائل و سطح سیلیکون است. اگر دقیق‌تر نگاه کنید، می‌توانید نحوه‌ی انعکاس نور از لایه‌های متالیزاسیون را ببینید. من واقعا از اینکه آن‌ها می‌توانند با این جزئیات دقیق و مثال‌زدنی، رفتار نوری سنسورها را شبیه‌سازی کنند، حیرت‌زده شدم.

برای دریافت بیشترین میزان نور ممکن، سنسورهای مدرن تصویر در بالای هر پیکسل میکرولنزهایی دارند که نور ورودی را جمع‌آوری و در ناحیه‌ی زیرین حساس به نور خود متمرکز می‌کنند. ترفندهای زیادی برای بهینه‌سازی طرح، محل قرارگیری و حتی شکل میکرولنزها وجود دارد که از جمله‌ی آن‌ها می‌توان به طرح فاقد شکاف یا gapless اشاره کرد.

مهندسان طراح سنسور نیکون به عنوان بخشی از تلاش خود برای هماهنگ‌سازی سنسورهای خود با لنزهای نیکور، به میکرولنزها، ساختار بین آن‌ها و سطح سیلیکون توجه زیادی دارند. همانند تمامی سنسورهای تصویربرداری امروزی، میکرولنزهای نیکون نسب به سطح زیرین پیکسل به میزان متغیری جابه‌جا می‌شوند تا پرتوهای نوری دریافت شده در زوایه اریب مجاور لبه‌های آرایه سنسوری جبران شوند.

نیکون / nikon

سانبونگی این شکل کوچک را روی کاغذ کشید تا نشان بدهد که چگونه میکرولنزها در نزدیکی لبه‌های آرایه جابه‌جا می‌شوند تا نور تابیده به آن‌ها در یک زاویه همچنان به سطح دیود نوری (نشان داده شده با عبارت PD) هدایت شود (به خاطر تاری قسمت بالایی تصویر عذرخواهی می‌کنم. مجبور شدم روی میز کنفرانس از این شکل عکس بگیرم و بعد در فتوشاپ، آن را اصلاح کنم).

جالب‌توجه آنکه سانبونگی خاطرنشان کرد که این ویژگی تنها منحصر به لنزهای نیکور نیست و آن‌ها در نظر دارند بهینه‌سازی خود را فراتر از پارامترهای موردنیاز برای لنزهای کنونی انجام دهند تا راه برای پیشرفت‌های آینده هموار باشد.

فوتون‌ها وارد و الکترون‌ها خارج می‌شوند: دیود نوری

پس از جمع‌آوری نور به اندازه‌ی کافی روی سنسورها، گام بعدی، تبدیل فوتون‌ها به الکترون‌هاست (ذره‌ی بنیادی جریان الکتریکی) تا بتوان آن‌ها را شمارش و اندازه‌گیری کرد. این کار بر عهده‌ی دیود نوری است.

فرآیند تبدیل، بسیار ساده است. هر زمانی که یک فوتون توسط سیلیکون (ماده‌ی تشکیل‌دهنده‌ی سنسور) جذب می‌شود، یک الکترون به بیرون پرتاب می‌شود. در قلب هر پیکسل یک دیود نوری قرار دارد که در واقع یک ناحیه‌ی عایق الکتریکی است که الکترون‌های تولید شده در طی فرآیند را جمع‌آوری می‌کند.

از آنجا که همه چیز با دیود نوری شروع می‌شود، خواص آن تاثیر عمیقی بر کیفیت تصویر می‌گذارد. به بیان ساده ما دو کار از دیود نوری می‌خواهیم.

چالش ISO پایین و دلیل اهمیت آن

اولین کاری که از دیود نوری می‌خواهیم این است که در گوشه‌ی روشن‌تر اشیاء قادر باشد مقدار بیشتری بار الکتریکی را بدون اشباع شدن (اشباع در اینجا به معنای توقف واکنش به نور بیشتر است) در خود نگه دارد. این باعث می‌شود که بتوانیم از یک سنسور در ISO حداقلی استفاده کنیم. اگر دیودهای نوری سریعا پر بشوند (یعنی زمانی که در معرض نور کمتری قرار می‌گیرند)، مقدار کمینه‌ی ISO بالاتر می‌رود. نرخ ISO بیانگر حساسیت به نور است و هر چه این عدد کمتر باشد، سنسور تصویر حساسیت کمتری خواهد داشت و تصویر روان‌تر و یکدست‌تر می‌شود. از طرف دیگر هر چه عدد ISO بالاتر باشد (و حساسیت بیشتر شود) سنسور تصویر، قوی‌تر کار خواهد کرد و تصویری دقیق می‌گیرد که در آن نویزهای دیجیتال نیز ثبت خواهند شد. این دقیقا مشابه اتفاقی است که در فیلم‌های عکاسی می‌افتد و وقتی شما آن‌ها را در معرض نوردهی بیشینه قرار می‌دهید، نگاتیو تاریک‌تر یا روشن‌تر نمی‌شود. این اتفاق در سطوح روشنایی پایین‌تر با ایزوی بالاتر بیشتر رخ می‌دهد. همین گزاره در مورد سنسورها هم صادق است.

بدیهی است که هرچه دیودهای نوری بزرگ‌تر باشند، می‌توانند بار بیشتری ذخیره کنند. به همین دلیل است که اغلب می‌بینیم مقدار کمینه‌ی ISO از ۲۰۰ پایین‌تر نمی‌رود؛ چرا که پیکسل‌های کوچک سنسورهای مدرن نمی‌توانند به اندازه پیکسل‌های بزرگ سنسورهای قدیمی، بار ذخیره کنند (مجددا یادآور می‌شوم که تمام سعی‌ام این است که به ساده‌ترین شکل ممکن این مطالب را بیان کنم و از خوانندگان حرفه‌ای می‌خواهم در این قضیه زیاد سختگیری نکنند).

نیکون / nikon

نرم‌افزارهای شبیه‌سازی مدرن امروزی می‌توانند عملکرد پیکسل‌های سنسور تصویر را با رهگیری مسیر فوتون‌های منفرد درون میکرولنزها و ساختارهای پوشاننده سیلیکون مدل‌سازی کنند. با شبیه‌سازی سفر هزاران فوتون مجازی از درون این ساختارها در زوایای مختلف می‌توان رفتار سنسور را پیش از پیاده کردن طرح روی سیلیکون، توصیف کرد. خروجی نشان داده در این تصویر با استفاده از سیستم شبیه‌سازی Silvaco’s Device 3D به دست آمده است. این سیستم یک شبیه‌ساز مبتنی بر اصول فیزیک است که برای مدل‌سازی رایج‌ترین مواد نیمه‌هادی امروزی به کار می‌رود. این سیستم از معادلات نیمه‌هادی بنیادی برای مدل‌سازی جذب و انتشار فوتون، تله‌های توده‌ای و واسطه‌ای، اثرات تونل زنی و دیگر پدیده‌های دنیای نیمه‌هادی استفاده می‌کند.

هرچند یک ایزوی حداقلی ۲۰۰ در عکاسی با اپرچرهای کوچک‌تر یا در نور کمتر مسئله حادی نیست؛ اما در عکاسی با اپرچرهای عریض در نور بیشتر یا استفاده از شاترهای کم‌سرعت‌تر برای دستیابی به تاری حرکتی (motion blur) نمی‌توان بی‌تفاوت از کنار آن گذشت. البته شما می‌توانید همیشه از فیلترهای ND در چنین موقعیت‌هایی استفاده کنید؛ اما آن‌ها ممکن است برایتان دردسرساز باشند؛‌ به‌ویژه اگر شما در حال استفاده از چندین لنز باشید و بخواهید برای گرفتن تصاویر شارپ‌تر یا عکس‌های تار خلاقانه مدام آن‌ها را تعویض کنید.

این درست همان جایی است که طراحی اختصاصی سنسور نیکون به کمک شما می‌آید. دوربین D850 اولین دوربینی است که توانسته در قلمرو دوربین‌های SLR ایزوی ۶۴ را در اختیار عکاسان بگذارد. سانبونگی به من گفت که آن‌ها در نیکون قابلیت ایزوی ۶۴ را در پاسخ به درخواست‌های عکاسان مسابقات رالی توسعه داده‌اند. این عکاسان خواهان عکاسی در اپرچرهای بزرگ و سرعت‌های پایین‌تر شاتر بودند تا بتوانند اتومبیل‌های مسابقه‌ای را با پس‌زمینه‌ای که در آن تاری حرکت در نمایان‌ترین شکل خود است، تصویر کنند.

من از طراحی سنسور تصویربرداری، زیاد سر در نمی‌آورم و جزئیاتش برایم گیج‌کننده است؛ به همین دلیل از سانبونگی پرسیدم که افتخارآمیزترین دستاورد تیمش چه بوده است که او در جواب از ایزوی ۶۴ واقعی دوربین D850 به عنوان گل سرسبد افتخاراتش یاد کرد.

 این نقاط سفید روی تصویر نه دانه‌های برف بلکه پیکسل‌های نشتی هستند

در آن سوی طیف ایزو، زمانی که نور بسیار کمی در اختیار داریم، باید مطمئن شویم که تمام الکترون‌های دیوید نوری تنها خروجی فوتون‌های نوری ورودی باشند نه چیز دیگری. در غیر این صورت با پدیده‌ی بار نشتی در دیود نوری مواجه می‌شویم که به الکترون‌های تصادفی اجازه می‌دهد تا از سیلیکون جدا شوند. از این الکترون‌ها که در تصویر، روشن‌تر از باقی نقاط نمایان می‌شوند، به عنوان پیکسل‌های داغ یاد می‌شود. حتی اگر یک پیکسل دچار مشکل شود، بار الکتریکی تصادفی از یک جریان تاریک به یک پیکسل سنسور نشت می‌کند و می‌تواند دلیل عمده‌ی ایجاد نویز در تصویر باشد.

نیکون / nikon

ما مجبور شدیم که سراغ آرشیو خود برویم تا بتوانیم این نمونه‌ی واضح از پیکسل‌های داغ را پیدا کنیم. وقتی بار الکتریکی دیود نوری نشت می‌کند، این پیکسل‌ها روشن به نظر می‌رسند؛ حتی اگر هیچ نوری بر آن‌ها تابیده نشده باشد. هیچ‌یک از سنسورهای مدرن به این پدیده دید منفی ندارند؛ اما هنوز کاهش تاثیر جریان تاریک یک چالش بزرگ است.

دوباره به مخاطبان حرفه‌ای یادآور می‌شوم که بله، می‌دانم نویز تصویر، بخش بزرگی از نویز ناشی از ایزوی بالا است و در سطح سنسور نمی‌توان کاری با آن کرد؛ چرا که یک مسئله ریاضی است. اما کمینه‌سازی نشت عمده و سطحی در عین بیشینه‌سازی هم‌زمان ظرفیت و حفظ سرعت بازخوان یک چالش قابل‌توجه است.

سانبونگی از سنسور D5 به عنوان موردی نام برد که او و تیمش توانستند در عین حفظ سرعت بازخوان در مقدارهای بالا، به راندمان کوانتومی فوق‌العاده و نشتی بسیار کمی دست پیدا کنند.

تبدیل بار به ولتاژ: مدار بازخوان (readout circuitry)

پس از گرفتن عکس، گام بعدی تبدیل الکترون‌های جمع‌آوری‌شده توسط دیود نوری به یک ولتاژ قابل خواندن است. این کار بر عهده‌ی مدار بازخوان (readout circuitry)‌ است. مدارهای بازخوان اساسا تقویت‌کننده‌های الکترونیکی کوچکی هستند که بار الکتریکی دیودهای نوری را به ولتاژ تبدیل می‌کنند و با تعدادی المان الکتریکی دیگر مانند سوئیچ و سیم، ولتاژ حاصله را تحویل المان بعدی می‌دهند.

نیکون / nikon

شکلی که در اینجا می‌بینید، یک دیاگرام ساده‌شده از یک مدار بازخوان است. دیود نوری بارهای الکتریکی را از فوتون‌های دریافت شده حین نوردهی جمع‌آوری می‌کند. وقتی که شاتر بسته می‌شود، ترانزیستور انتقالی روشن می‌شود و به مدار بازخوان اجازه می‌دهد بار جمع‌آوری‌شده را مشاهده کند. این ترانزیستور که در تصویر با عنوان تقویت‌کننده پیکسل (pixel amplifier) مشخص شده، بار را به یک ولتاژ تبدیل می‌کند. برای بازخوانی این ولتاژ، ترانزیستور فعال‌ساز (enable transistor) روشن می‌شود. تمامی ترانزیستورهای فعال شده در یک سطر به یک سیگنال کنترلی یکسان و خروجی‌های تمامی ترانزیستورهای یک ستون به یک سیگنال خط ستون (column line) وصل می‌شوند. بنابراین وقتی سیگنال فعال‌ساز سطری ارسال می‌شود، هر خط ستون، یک ولتاژ از پیکسلی که در سطر فعال شده قرار دارد، خواهد داشت. سپس مبدل A/D (آنالوگ به دیجیتال) در لبه‌ی تراشه می‌تواند این ولتاژها را دیجیتالیزه کند و آن‌ها را به پردازنده بفرستد. زمانی که تمامی سطرهای پیکسل‌ها بازخوانی شدند، خط ریست (reset) تریگر (تحریک)‌ و باعث می‌شود تمامی بار پیکسل‌ها تخلیه و مدار برای نوردهی بعدی آمده شود.

تبدیل ولتاژ به بیت: مبدل A/D

کامپیوترها از ولتاژ سر درنمی‌آورند و تنها زبان صفر و یک را می‌فهمند؛ بنابراین باید ولتاژ خروجی مدار بازخوان را به اعدادی تبدیل کنیم که برای پردازنده‌ی تصویر قابل‌فهم باشد. این کار بر عهده‌ی مبدل آنالوگ به دیجیتال یا به‌اختصار ADC است.

این مرحله در فرآیند ثبت تصاویر از اهمیت زیادی برخوردار است؛ به این دلیل که تبدیل ولتاژ آنالوگ به دیجیتال باید بسیار سریع و دقیق انجام شود. مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال در سنسورهای نیکون، ولتاژهای پیکسل را با وضوحی برابر با ۱۴ بیت اندازه‌گیری می‌کنند. چنین عملکردی به معنای دقتی برابر با یک واحد در ۱۶۳۸۴ نمونه است.

نیکون / nikon

تبدیل آنالوگ به دیجیتال (ADC) مرحله اساسی در ثبت یک تصویر است. مبدل‌های A/D سیگنال‌های آنالوگ دریافتی از هر پیکسل را به اعداد دیجیتال قابل‌فهم برای پردازنده‌ی دوربین تبدیل می‌کنند. تبدیل آنالوگ به دیجیتال باید تا حد امکان سریع و دقیق انجام شود. تصویر بالا نشان می‌دهد که هر پیکسل از ترکیب سه رنگ قرمز، سبز و آبی تشکیل‌شده و اعداد درون هر پیکسل هم نمایانگر غلظت آن رنگ در پیکسل است. در سنسور، هر پیکسل تنها قادر به ثبت رنگ‌های قرمز، سبز یا آبی روشن است و این وظیفه‌ی پردازنده‌ی دوربین است که داده‌های هر پیکسل را به مقادیر مدل رنگی آرجی‌بی (RGB) تبدیل کند.

طی ده سال اخیر در این قسمت، فناوری طراحی و ساخت سنسور شاهد پیشرفت‌های زیادی بوده است. در گذشته، سنسورها ولتاژهای آنالوگ را به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال خارجی در بدنه‌ی دوربین می‌فرستادند. این روش نه‌تنها فرآیند دیجیتالیزه کردن را با کندی مواجه می‌کرد، بلکه سیستم سیم‌بندی میان سنسور و دوربین می‌توانست به عنوان یک منبع اغتشاش عمل کند و از سایر قسمت‌های مداری دوربین نویز بگیرد. با انتقال فرآیند تبدیل آنالوگ به دیجیتال به روی تراشه از نویزپذیری از قسمت‌های آنالوگ دوربین جلوگیری می‌شود. این کار اما کار چندان ساده‌ای نیست؛ چرا که توان ایدئال برای یک پردازنده‌ی نیمه‌هادی سنسور از توان ایدئال برای یک مدار دیجیتال و مبدل A/D فاصله دارد. بنابراین، گنجاندن و تعبیه‌ی یک مبدل آنالوگ به دیجیتال درون همان تراشه‌ی اصلی سنسور با دقت و کارایی بالا کار دشواری است.

با انتقال مدار A/D روی تراشه‌ی سنسور، نوآوری بزرگ بعدی، دستیابی به تبدیل موازی آنالوگ به دیجیتال بود؛ به‌گونه‌ای که برای هر ستون از آرایه‌ی پیکسلی باید یک مبدل A/D جداگانه در نظر گرفته می‌شد. این نقطه‌ای است که امروزه در آن قرار داریم. بنا بر دلایلی که پیش‌تر به آن‌ها پرداختیم، نیکون تمایل چندانی به بیان جزئیات بیشتر این فناوری نداشت، ولی تا آنجایی که من می‌دانم، اکثر سنسورهای امروزی از تبدیل آنالوگ به دیجیتال ستونی استفاده می‌کنند.

مدار انتقال داده

گام نهایی، انتقال اعداد اندازه‌گیری شده توسط مبدل‌های A/D به موتور پردازش تصویر است. نکته مهم در این مرحله این است که داده‌ها باید تا حد امکان، سریع‌تر به پردازنده ارسال شوند. در دوربین D850 با FPS یا فریم بر ثانیه‌ی برابر با ۹ که سنسور آن ۴۵ میلیون پیکسل دارد و به ازای هر پیکسل ۱۴۴ بیت تولید می‌شود، حدودا ۵.۷ میلیارد بیت یا ۷۱۶ مگابایت در هر ثانیه داده باید پردازش شود که به توان پردازشی بسیار بالایی نیاز دارد.

دستیابی به این نرخ‌های داده به فناوری ویژه‌ای به نام LVDS یا سیگنالینگ دیفرانسیلی ولتاژ پایین نیاز دارد.

نیکون / nikon

وقتی که شما نیاز به انتقال سریع‌تر داده‌ها دارید، هرچه دامنه‌ی سیگنال (در اینجا سطح ولتاژ) پایین‌تر باشد، بهتر است. مشکل اما در اینجا این است که سطوح سیگنالی پایین در برابر نویزهای الکتریکی آسیب‌پذیرتر هستند. راه‌حل این مشکل، استفاده از سیگنالینگ دیفرانسیلی یا تفاضلی است. در این روش، هر سیگنال روی یک جفت سیم ارسال می‌شود و تفاضل سیگنال‌های ارسالی روی زوج‌سیم برابر با سیگنال اصلی است. نویزهای خارجی تاثیر یکسانی روی هر یک از سیم‌ها دارند، بنابراین در قسمت گیرنده می‌توان با تفاضل سیگنال‌ها به سیگنال اصلی دست پیدا کرد. بدون فناوری LVDS دوربین‌های مدرن، سرعت تصویربرداری پیوسته‌ی بسیار آهسته‌تری می‌داشتند.

البته لازم به تذکر است که LVDS به یک واسط استاندارد ویژه برای پنل نمایشگرهای تخت نیز اشاره داد که من در اینجا از آن به عنوان یک اصطلاح عمومی استفاده کردم.

سطوح سیگنال در LVDS بسیار کوچک هستند؛‌ بنابراین می‌توان به کمک آن به سرعت‌های بسیار بالایی در انتقال داده‌ها دست یافت. ویژگی دیفرانسیلی به این معناست که اطلاعات روی یک زوج‌سیم ارسال می‌شوند و تنها تفاضل دو سیگنال حائز اهمیت است. این روش، نویزپذیری در زمان انتقال سیگنال را کمینه می‌کند.

پیش‌تر فکر می‌کردم که ارتباط بین تراشه و پردازنده، ‌یک ارتباط ساده‌ی صفر و یکی است. در عمل اما این‌گونه نیست و نرخ‌های انتقال داده به اندازه‌ای است که نیکون از فناوری‌های رمزنگاری اختصاصی خود برای تضمین ارسال صحیح داده‌ها استفاده می‌کند. باید اعتراف کنم که نمی‌دانستم سنسورهای تصویربرداری تا این حد در این حوزه پیشرفت کرده‌اند.

لزوم ایجاد یک کانال ارتباطی پرسرعت میان تراشه و سنسور از جمله دلایلی است که سانبونگی برای انطباق سنسورهای نیکون با فناوری اکسپید برشمرده بود. در واقع تعداد، سرعت و مشخصه‌های کانال‌های انتقال داده‌ میان سنسور و پردازنده، پارامترهایی اساسی و لاینفک از طراحی سیستم دوربین هستند.

نیکون / nikon

سنسورها باید با دقت در جای خود قرار بگیرند؛ در غیر این صورت، مشکلات قاب‌بندی یا اپتیکال به وجود خواهد آمد. اعدادی که روی صفحه‌نمایش می‌بینید در واحد میلی‌متر هستند؛ بنابراین آخرین رقم اعشار برابر با ۰.۱ میکرون است. برای اینکه حسی از این ابعاد داشته باشید، کافیست بدانید که یک موی انسان به طور معمول، قطری برابر با ۶۰ تا ۷۰ میکرون دارد. بنابراین سیستم اندازه‌گیری نمایش داده شده در بالا قادر است ابعادی تا ۷۰۰ برابر کوچک‌تر از آن را اندازه بگیرد.

کار گروهی

همیشه کنجکاو بودم بدانم نیکون چگونه نیروهای کاری خود را در بخش طراحی سنسور سازمان‌دهی می‌کند. آیا متخصصانی دارد که روی حوزه‌هایی ویژه از جمله طراحی پیکسل، مبدل آنالوگ به دیجیتال و غیره اشراف کامل دارند و به تیم‌های طراحی سنسور مشاوره می‌دهند یا اینکه روش کار به کل متفاوت است.

به نظر می‌رسد که تمام مهندسان طراح سنسور نیکون در تیم‌هایی جداگانه با محوریت سنسورهای خاص کار می‌کنند. افرادی که در حوزه‌ی کار خود خبره‌تر هستند؛ معمولا به دیگر تیم‌ها برای حل مشکلاتشان کمک می‌کنند؛ اما در حالت عادی هر کس در تیم طراحی یک سنسور خاص کار و با دیگر متخصصان تیم طراحی تراشه همکاری می‌کند. بنابراین برای مثال، برای طراحی سنسور دوربین D850 یک تیم و برای دوربین D7500 یک تیم دیگر وجود دارد.

نیکون / nikon

مهندسان طراح سنسور در نیکون در تیم‌هایی با محوریت سنسورهای خاص فعالیت می‌کنند. همه مهندسان یک‌بار در هفته برای تنظیم اولویت‌ها در یک جلسه شرکت می‌کنند و بقیه‌ی هفته‌ را به کار در گروهی کوچک‌تر اختصاص می‌دهند.

تمامی دست‌اندرکاران طراحی سنسور هفته‌ای یک‌بار دور هم جمع می‌شوند و روند پیشرفت طی هفته‌ی گذشته را بررسی و اهداف جدیدی برای هفته‌ی پیش رو تنظیم می‌کنند. از آن پس، هر تیم روی اولویت‌هایی که در جلسه برایش در نظر گرفته شده، کار می‌کند.

 توسعه: دوربین؛ نقطه‌ی آغاز مسیر طراحی

به‌شدت کنجکاو بودم بدانم که روند توسعه‌ی سنسور در نیکون از کجا آغاز می‌شود. آیا مهندسان نیکون ابتدا روی توسعه‌ی مدارها و فناوری‌های جدید کار و سپس آن‌ها را به سنسورهای موجود اضافه می‌کنند؟ یا اینکه ابتدا دوربین‌های آینده را بر مبنای قابلیت‌های مورد انتظار سنسورها طراحی می‌کنند؟ در هر حال دوست داشتم بدانم نقطه‌ی آغاز طراحی کجاست.

نیکون / nikon

مهندسان به طور معمول در تیم‌های کوچک با یکدیگر همکاری می‌کنند. تعجبی هم ندارد که هر یک از آن‌ها دست‌کم دو دستگاه نمایشگر روی میزش داشته باشد.

برخلاف یک شرکت سازنده‌ی سنسورهای مصرفی، نیکون ابتدا تصمیم می‌گیرد که قرار است چه دوربین‌هایی را با چه قیمت و بازار هدفی بسازد و روانه‌ی پیشخوان فروشگاه‌ها کند. بازخوردهای دریافتی از مشتریان واقعی، فرآیند طراحی و توسعه‌ی دوربین را کلید می‌زند و طراحی سنسور پس از آن آغاز می‌شود.

اگرچه تلاش‌های نیکونی‌ها همواره معطوف به ساخت دوربین‌های خاص و ویژه بوده؛ اما فعالیت‌های تحقیق و توسعه در زمینه‌ی طراحی سنسور کمابیش ادامه داشته است. من از سانبونگی پرسیدم که توسعه‌ي یک سنسور چقدر به طول می‌انجامد و او در پاسخ گفت که تعیین زمان دقیق فرآیند طراحی و توسعه‌ی سنسور کمی دشوار است؛ اما در کل، این فرآیند برای سنسورهای پیشرفته‌ای همچون سنسورهای دوربین‌های D5 و D850 چندین سال طول می‌کشد.

مراحل اولیه: فرآیند شبیه‌سازی دستگاه

همان‌طور که پیش‌تر گفتم، ساخت سنسورها زمان‌بر است و معمولا چندین ماه به طول می‌انجامد. علاوه بر این، هزینه‌های آن هم بسیار بالاست.

نیکون / nikon

نرم‌افزار مدرن TCAD می‌تواند عملکرد مدارات پیکسلی را با جزئیاتی مثال‌زدنی شبیه‌سازی و چگونگی حرکت الکترون را در مقیاس نانوثانیه روی تراشه رهگیری کند. طرح بالا خروج و انتقال بار الکتریکی را از یک پیکسل سنسور CMOS را قبل و بعد از آنکه پردازنده به سنسور بگوید تا بار جمع شده در پیکسل را بازخوانی کند، نمایش می‌دهد. مسائل انتقال بار می‌توانند به طور مستقیم، حساسیت یا ایزوی بیشینه و همچنین محدوده‌ی دینامیکی (dynamic range) را تحت تاثیر قرار بدهند.

سال‌ها از زمانی که در صنعت نیمه‌هادی مشغول به فعالیت بودم، گذشته است و حال برایم قدرت و دقت این نرم‌افزار شبیه‌سازی، شگفت‌آور و حیرت‌انگیز است. شما می‌توانید کل فرآیند ساخت یک سنسور را در این نرم‌افزار تنظیم کنید. به کمک این نرم‌افزار می‌توان فرآیند ساخت و تولید سنسور را حتی تا سطح اتم شبیه‌سازی کرد. دهه‌ها فعالیت مستمر شرکت‌های ثالث منجر به خلق و توسعه‌ی این نرم‌افزارهای قدرتمند شده است. من نتوانستم بفهمم که نیکون از نرم‌افزار شبیه‌سازی کدام یک از شرکت‌ها استفاده می‌کند؛ با این حال تنها چهار شرکت هستند که نرم‌افزاری به نام TCAD را عرضه می‌کنند.

درک و تبیین اینکه شبیه‌سازی فرآیندهای ساخت ادوات نیمه‌هادی تا چه حد دقیق و حساس است، کار دشواری است. با این حال با یک مثال کوچک سعی می‌کنم شمه‌ای از این فرآیند را برایتان تشریح کنم. برای ساخت ادوات نیمه‌هادی، باید مقادیر اندکی از ناخالصی را به سیلیکون تزریق کرد تا خواص الکتریکی آن تغییر کند. امروزه این کار با استفاده از شتاب‌دهنده‌های ذرات که در ابعاد اتاق هستند انجام می‌شود تا اتم‌های ناخالص را در سطوح انرژی بسیار بالا به سیلیکون شلیک کنند. در ساخت سنسور، اینکه این یون‌های برخوردکننده در سطوح  انرژی معادل با میلیون‌ها ولت یا حتی بیشتر عمل کنند، اتفاق چندان غیرمعمولی نیست.

نیکون / nikon

این تصویر ارتباطی با طراحی سنسور در نیکون ندارد (دست‌کم تا جایی که من اطلاع دارم)؛ اما طرحی از یک دستگاه کاشت یون است که توسط شرکتی به نام Axcelis ساخته شده است. یک دستگاه کاشت یون، اتم‌های ناخالصی را در ویفر یا قرص سیلیکون اضافه می‌کند تا خواص الکتریکی آن را تغییر دهد. هرچه این دستگاه‌ها بتوانند با سرعت بیشتری به اتم‌ها شتاب بدهند، قادرند به صورت ژرف‌تری عمل کاشت یون در سیلیکون را انجام دهند. سنسورها هم برای رسیدن به ظرفیت‌های بزرگ و محدوده‌ی دینامیکی بالاتر به ساختارهای ژرف‌تری نیاز دارند. این دستگاه با استفاده از ولتاژهایی به اندازه‌ی ۴.۵ میلیون ولت به یون‌های ماده‌ی ناخالص شتاب می‌دهد و آن‌ها را روی سطح موردنیاز کشت می‌دهد.

اما اتم‌های ناخالصی از شتاب‌دهنده تا سطح سیلیکون شاهد اتفاقات زیادی هستند؛ بنابراین استفاده از یک نرم‌افزار شبیه‌سازی برای رهگیری مسیر اتم‌ها اجتناب‌ناپذیر است. کافیست تصور کنید که برای شبیه‌سازی باید نزدیک به صد هزار ذره یا حتی بیشتر را ردیابی کرد. اما این تنها بخش کوچکی از فرآیند کلی کاشت یون است و جزئیات بسیار بیشتری از این حرف‌ها دارد.

نیکون / nikon

نرم‌افزار CAD می‌تواند فرآیندهایی نظیر کاشت یون را با جزئیاتی مثال‌زدنی شبیه‌سازی کند. تصویر بالا طرح‌واره‌ای از خروجی یک شبیه‌ساز دو بعدی به نام Silvaco's SSuprem 4 است که به طور وسیعی در صنعت نیمه‌هادی برای طراحی، تجزیه‌وتحلیل و بهینه‌سازی فناوری‌های ساخت به کار می‌رود. تصویر بالا حاصل شبیه‌سازی فرآیند کاشت یک یون با پاشش یون‌های عنصر ناخالصی به یک ویفر (که روی آن مقاومت حساس به نور قرار دارد) است. همان‌طور که می‌بینید، انجام این کار آن‌چنان هم ساده و سرراست نیست؛ چرا که اتم‌های ناخالصی از روی سطح مولکول‌های مقاومت نوری پرش می‌کنند و جایی قرار می‌گیرند که مطلوب شما نیست.

وقتی که نرم‌افزار شبیه‌ساز، یک مدل سه‌بعدی از سنسور در کامپیوتر ساخت، شما می‌توانید عملکرد آن را مجددا با جزئیاتی حیرت‌آور شبیه‌سازی کنید. همان‌طور که در تصاویر بالا مشاهده کردید، می‌توانید در مدل سنسور فوتون‌های شبیه‌سازی‌شده را پرتاب، مسیر آن‌ها را تا زمانی که توسط سیلیکون جذب می‌شوند، ردیابی و توزیع بار و سطوح ولتاژ حاصله را در مقیاس نانو مدل‌سازی کنید.

 و در ادامه: ویفرهای تست اختصاصی

شبیه‌سازی کامپیوتری از نقش بسیار حائز اهمیتی برخوردار است؛ چرا که ساخت تراشه‌ی سنسوری بسیار گران و زمان‌بر است. از طرف دیگر در ساخت تراشه‌ها جایی برای آزمون‌وخطا نیست؛ چرا که ساخت تک‌تک آن‌ها مستلزم صرف هزینه‌ی زیادی است.

در این بخش، مسئله دیگری من را شگفت‌زده کرد. پیش‌تر فکر می‌کردم که مدارهای تست جدید تنها در طول خطوط تولید به کار می‌روند، بنابراین می‌توان طرح‌های مداری جدید را بر مبنای یک قاعده‌ی منظم تست کرد.

نیکون / nikon

در این تصویر به سراغ سنسور دوربین D5 رفته‌ایم که در بسته‌بندی خود قرار دارد (به همین دلیل شاهد بازتاب نور از ایلومینیتور میکروسکوپ هستید). سیم‌های طلایی ظریف، سنسور را به دنیای بیرون وصل می‌کنند. اتصالات برای حمل سیگنال‌های کلاک پرسرعت باید توان بیشتری داشته باشند و مقاومت الکتریکی آن‌ها تا حد امکان کاهش یافته باشد. خمیدگی اندکی که در هر سیم مشاهده می‌کنید، با هدف قبلی در طراحی سنسور در نظر گرفته شده است تا لرزش‌ها یا تنش‌های حرارتی باعث قطعی در اتصالات نشود. می‌توانید طرح محو مدارات واسط را در بخش آبی‌رنگ مشاهده کنید. مستطیل سیاه‌رنگ گوشه‌ی بالای تصویر هم یک بخش کوچک از آرایه‌ی پیکسلی سنسور است.

سانبونگی اما به من گفت که نیکون گاهی اوقات برای تست مدارهای جدیدش از ویفرهای سیلیکونی اختصاصی استفاده می‌کند. به نظرم کاملا منطقی می‌آید؛ چرا که دست‌کم تعدادی از طرح‌های آن‌ها به نوع پردازشی بستگی دارد که تراشه‌های پایه به طور معمول قادر به اجرای آن نیستند. اما استفاده از ویفرهای تست اختصاصی بسیار بسیار گران تمام می‌شود و باور اینکه نیکون چنین هزینه‌ای می‌کند، دست‌کم برای من سخت بود.

اکثر مردم حتی به صورت تقریبی نمی‌دانند که تولید سنسور از ویفرهای خام چقدر به طول می‌انجامد. این یک فرآیند بسیار بسیار زمان‌بر است و دست‌کم چهار الی پنج ماه طول می‌کشد. هرچند سانبونگی گفت که می‌توان کمی پردازش ویفرهای تست را تسریع کرد؛‌ اما در نهایت هیچ راه میانبری برای کوتاه کردن فرآیند تولید و ساخت سنسور و دور زدن صدها مرحله‌ی متعدد طراحی وجود ندارد.

کنجکاو بودم بدانم که مدارات تست چگونه ساخته می‌شوند. آیا آن‌ها صرفا مدارهای مجزا هستند یا برای مثال، شامل تعدادی مدار تقویت‌کننده‌اند.

به نظر می‌رسد که مهندسان نیکون، مدارهای پیکسلی جدید را با تقسیم یک آرایه‌ی سنسوری به چندین بخش جداگانه که هر یک نماینده‌ی یک طرح پیکسلی جدید با هزاران پیکسل است، تست می‌کنند. بنابراین یک آرایه‌ی تست مجزا ممکن است دارای مدارهای پیکسلی با ۵۰ تا ۶۰ طرح متفاوت باشد. مهندسان ممکن است گاهی اوقات مدارهای مستقل و کوچک را تست کنند؛ اما در بیشتر وقت‌ها تمام آرایه‌ی تست را با هزاران پیکسل مورد آزمایش قرار می‌دهند.

نیکون / nikon

سنسور دوربین D5 که با اتصالات ویژه‌ای به تراشه‌ی دوربین وصل شده تا جریان سیگنال‌ها میان آن و تراشه برقرار شود.

با توجه به طول چرخه‌ی تحقیق و توسعه‌ی سنسورها، معمولا در هر زمان، چندین سنسور در دست توسعه قرار دارد؛ بنابراین مدارهای زیادی باید به طور هم‌زمان مورد آزمایش قرار بگیرند. نکته‌ی جالب‌توجه در این میان این است که مدارهای تست دوربین‌های مختلف ممکن است به صور هم‌زمان روی مجموعه‌ای از ویفرهای تست اجرا شوند. این از آنچه انتظار داشتم، متفاوت بود.

 آزمایش، آزمایش و باز هم آزمایش

همان‌طور که می‌دانید، تست و آزمایش یکی از مراحل حساس و کلیدی توسعه‌ی سنسور است و من طی بازدیدم از نیکون، شاهد آزمایش‌های متعددی بودم. اینکه سنسورها به تنهایی چه عملکردی دارند، تمام ماجرا نیست و باید در مورد نحوه‌ی تعامل آن‌ها با لنزهای نیکور و نحوه‌ی کارکرد آن‌ها در دوربین به عنوان یک سیستم آزمایش‌های مختلفی به عمل آورد.

هرچند بیشتر دوربین سازهای جهان، دوربین‌ها و لنزهای خود را تحت آزمایش‌های اپتیکی گسترده‌ای قرار می‌دهند؛ اما تیم توسعه‌ی سنسور نیکون بسیار عمیق‌تر و جزئی‌تر عمل می‌کند تا نه‌تنها عملکرد سنسورهای خام رو مورد ارزیابی قرار دهد، بلکه کیفیت تعامل آن‌ها با دوربین‌ها و لنزها را به طور دقیق بررسی می‌کند.

این ارزیابی‌ها علاوه بر اینکه شامل آزمایش‌های اپتیکی متعدد سنسورها با و بدون الصاق به لنزها است، آزمایش‌های الکتریکی و فوتوالکتریکی گسترده‌ای را در شرایط دمایی متفاوت در بر دارد تا اطمینان حاصل شود که سنسورها در شرایط سخت بتوانند از پس پاسخگویی به انتظارات کاربران حرفه‌ای بربیایند.

مقدار مطلق داده‌هایی که برای پشتیبانی از این ارزیابی‌ها باید مورد پردازش قرار بگیرند، فراتر از حد تصور است. سانبونگی گفت که ارزیابی‌های معمول شامل ده‌ها هزار تصویر برای هر سنسور است. کافیست این عدد را در تعداد سنسورهای متعددی که نیکون می‌سازد، ضرب کنید. بماند که تمام ارزیابی‌ها چندین بار تکرار می‌شوند و ممکن است تعدادی با شکست مواجه شوند. علاوه بر این نباید از زمان لازم برای انجام این ارزیابی‌های طاقت‌فرسا غافل شد که حتی با سیستم‌های تمام‌خودکار هم بسیار زمان‌بر و وقت‌گیر هستند.

اگرچه بسیاری از فرآیندهای تست و ارزیابی نیکون حتی تحت موافقت‌نامه سفت‌وسخت عدم افشا برای ما قابل‌دسترس نبود، اما توانستیم چهار مجموعه از آزمایش‌ها را ببینیم و از عمق و دقت کم‌نظیر نیکونی‌ها برای آزمایش سنسورهای خود حیرت‌زده شدیم.

سیستم جامع تست فلر (flare)

این سیستمی است که نیکون از آن برای ارزیابی آن دسته از انعکاس‌های داخلی و تداخلات نوری استفاده می‌کند که می‌توانند منجر به ایجاد تصاویر محو یا به‌اصطلاح فلر در حضور نور شدید شوند. در این سیستم، یک منبع نوری LED بسیار روشن از برابر یک دوربین در موقعیت‌ها و جهات مختلف عبور داده می‌شود. در این سیستم تست، سعی بر آن است که تمامی زوایا و موقعیت‌های ممکنه از منبع نور نسبت به دوربین ثبت شود؛ به همین خاطر در هر تست باید تعداد زیادی عکس گرفته شود.

اهمیت این سیستم تست زمانی نمایان می‌شود که برای مثال شما در هنگام عکاسی با پرتوهای نوری مواجه می‌شوید که از زوایای تند به سنسور دوربین شما برخورد می‌کنند و ممکن است باعث شوند اشیاء در تصویر به شکل نامناسبی ظاهر شوند. تمامی اجزای دوربین از سنسور و میکرولنزها گرفته تا قاب‌های پوششی لنزها، فیلترهای پایین گذر و مادون‌قرمز و خود لنزها با یکدیگر در ارتباط هستند. چنین سیستمی به مهندسان طراح سنسور اجازه می‌دهد تا پیکره‌بندی‌های متفاوتی از میکرولنزها را امتحان و به مناسب‌ترین طراحی ممکن دست پیدا کنند.

این سیستم سنسورها و لنزها را تحت شرایط نوری شدید مورد آزمایش قرار می‌دهد. وقتی که ما در حال تماشای نحوه‌ی کار آن بودیم، لامپ‌های LED با اینکه در کم‌نورترین حالت ممکن خود قرار داشتند، هنوز هم بسیار پرنور و روشن بودند. در حالت روشنایی کامل، نگاه کردن به این لامپ‌ها تقریبا غیرممکن است.

طی مصاحبه و بازدیدم از نیکون در مورد تلاش‌های تیم طراحی برای بهینه کردن عملکرد سنسورها با لنزهای نیکور حرف‌های زیادی به میان آمد. ما معمولا به سنسور، دوربین و لنزها به عنوان واحدهایی مجزا نگاه می‌کنیم، حال آنکه در عمل، همه‌ی آن‌هایی اجزایی از یک سیستم اپتیکی پیچیده هستند که نور ساطع‌شده از اشیاء و منظره‌ها را به فایلی دیجیتالی متشکل از صفر و یک تبدیل می‌کند. اینکه هر کدام از این اجزا به تنهایی چگونه کار می‌کنند، به اندازه‌ی اینکه ترکیب آن‌ها در کنار هم دارای چه عملکردی است، اهمیت دارد.

نیکون / nikon

تصویر بالا سیستم تست فلر را از زاویه‌ای نزدیک‌تر نشان می‌دهد. صفحه‌ای که پایه‌ی دوربین روی آن قرار دارد می‌تواند به بالا، پایین، داخل، خارج، چپ و راست حرکت کند و دوربین هم می‌تواند به چپ و راست بچرخد. در سمت چپ تصویر در بخش زنجیرمانند، کابل‌ها در یکجا جمع شده‌اند تا در هنگام حرکت صفحه یا پایه به هم گره نخورند. این سیستم که توسط یک کامپیوتر کنترل می‌شود، به اپراتور اجازه می‌دهد که در هر تست صدها یا هزاران عکس بگیرد. تقریبا ۱۵ ثانیه طول می‌کشد تا هر عکس گرفته و ثبت شود، بنابراین ساعت‌ها زمان لازم است تا برای یک ترکیب دلخواه از یک لنز یا سنسور خاص، فرآیند تست کامل شود.

پیش از بازدید از نیکون نحوه‌ی ارتباط لنزها، فیلترهای پایین گذر و مادون‌قرمز اپتیکی دوربین، میکرولنزهای روی سطح سنسور و حتی اینترفیس بین میکرولنزها و سطح سیلیکونی با یکدیگر فکرم را حسابی مشغول کرده بود. همان‌طور که در ادامه توضیح داده خواهد شد، این ارتباط اجزای مختلف دوربین با هم برای کنترل تداخلات نوری (تداخل نوری به معنای تمایل پرتوهای نوری ساطع‌شده بر یک پیکسل به نشت به پیکسل‌های مجاور است) که منجر به نوعی banding یا ادغام می‌شود، حیاتی است.

در تستی که در بالا نشان داده شد، سنسور در بدنه‌ی یک دوربین متصل به لنز که روی یک صفحه‌ی کنترل‌شده با کامپیوتر قرار داد، گذاشته می‌شود. این صفحه می‌تواند نسبت به محل قرارگیری منبع نور به چپ یا راست، بالا یا پایین و داخل یا خارج حرکت کند و دوربین نصب شده روی آن هم قادر است به زوایای مختلف بچرخد.

نیکون / nikon

تصویر بالا، نمایشگر کامپیوتر سیستم تست فلر را نشان می‌دهد. همان‌طور که می‌بینید، نوشته‌ها به زبان ژاپنی هستند.

این سیستم کامپیوتری، دوربین را در طیفی وسیع از جهات و موقعیت‌ها قرار می‌دهد و در هر موقعیت یا جهت، یک لغزنده که دارای یک لامپ LED بسیار پرنور است، ناحیه‌ی جلوی دوربین را جاروب می‌کند (هنگامی که ما این دستگاه را داشتیم تماشا می‌کردیم، نور لامپ، بسیار شدید بود. تکنیسین دستگاه اما به ما گفت که باید این نور را هنگامی که دستگاه در حال انجام تست است، مشاهده کنید که تقریبا می‌توان گفت کورکننده است). این تست بارها و بارها تکرار می‌شود تا تمامی موقعیت‌ها و زوایای ممکن منبع نور نسبت به دوربین و لنزها پوشش داده شود. سپس یک کامپیوتر نتایج صدها تست را با هر یک از لنزها تجزیه‌وتحلیل می‌کند تا مشخص کند که پدیده‌ی محوشدگی تا چه میزان در هر لنز ظاهر می‌شود. به این ترتیب، طراحی‌های مختلف سنسور را می‌توان در طیفی وسیع از لنزها با هم مقایسه کرد.

زاویه‌ی تست برخورد

نیکون / nikon

این دستگاه نحوه‌ی پاسخ‌دهی میکرولنزها به نور ساطع‌شده از زوایای مختلف را تست می‌کند. نقطه‌ی کوچی که در وسط تصویر می‌بینید، تنها نقطه‌ی نورانی است که در طول تست برای دوربین (که در زوایای مختلف چرخانده می‌شود) قابل مشاهده است.

سیستم نمایش داده شده در بالا نحوه‌ی پاسخ‌دهی یک ترکیب خاص از فیلتر پایین‌گذر/ مادون‌قرمز دوربین و میکرولنزهای سنسور را به نور تابیده شده از زوایای مختلف ارزیابی می‌کند. یک ایلومینیتور با شدت نور بالا و یک روزنه‌ی کوچ در کنار هم یک منبع نور نقطه‌ای را در برابر دوربین ایجاد می‌کنند. سپس کامپیوتر، دوربین را در وضعیت‌های متفاوت قرار می‌دهد تا نور ساطع‌شده از منبع نور نقطه‌ای بتواند در طیفی کامل از زاویه‌ها به سنسور دوربین برخورد کند. همانند قبل، یک کامپیوتر به طور هم‌زمان این سیستم را کنترل و خروجی سنسور را تجزیه‌وتحلیل می‌کند (وقتی که فرآیند تست شروع می‌شود، دوربین و روزنه با یک پارچه‌ی سیاه سنگین پوشانده می‌شوند تا تنها نور برخوردکننده به سنسور، نوری باشد که از روزنه‌ی کوچک تابیده می‌شود).

فهم رفتار نوری میکرولنزها به‌ویژه نحوه مواجهه‌ی آن‌ها با پرتوهای نوری تابیده شده از زوایای مختلف، بخشی بسیار کلیدی از ادغام یک سنسور در یک سیستم دوربین است. در یک سیستم دوربین، پرتوهای نوری که به وسط سنسور برخورد می‌کنند، تقریبا با زاویه‌ی عمودی منعکس می‌شوند؛ حال آنکه پرتوهای نوری تابیده شده به لبه‌های سنسور با زاویه‌های ملایم‌تری بازتاب می‌کنند.

در اینجا می‌توانید نحوه‌ی کار دستگاه برخورد را در یک سیکل کاری مشاهده کنید. می‌توانید ببینید که چگونه دوربین حرکت می‌کند و زاویه را تغییر می‌دهد تا نور ساطع‌شده از منبع نقطه‌ای بتواند از زوایای مختلف به سنسور برخورد کند. سیستم کامپیوتری این دستگاه می‌تواند موقعیت منبع نقطه‌ای نور، دوربین و زاویه‌ی دوربین را کنترل کند.

در ساده‌ترین سطح، میکرولنزهای قرار گرفته در مرکز هر پیکسل موجب تغییر جهت نور تابیده شده از یک زاویه‌ی پایین می‌شوند و ایجاد مناطق غیرحساس به نور در پیکسل را در پی دارند. برای مقابله با این مسئله، نیکون و دیگر سازنده‌های سنسور میکرولنزها را به سمت لبه‌ها و گوشه‌ها جابجا کرده‌اند تا تمامی نور متصاعد شده بتواند به سطح سیلیکون برخورد کند.

نیکون / nikon

تصویر بالا، نمایشگر کنترلی زاویه‌ی سیستم تست برخورد را نشان می‌دهد. بلوک‌های ردیف وسط نمایشگر، بخش‌هایی از آرایه را که بازخوانی شده و همچنین بیت‌های mask-off داده‌ی خروجی را کنترل می‌کنند. بخش سمت راست نمایشگر مسئول کنترل دوربین است و اکسپوژر یا همان نوردهی هم می‌تواند یک‌سوم یا یک‌ششم EV از هشت دقیقه تا ۱.۸۱۹۲ ثانیه متفاوت باشد (یک مجموعه تست با اکسپوژر هشت دقیقه‌ای مدت زیادی به طول می‌انجامد). بخشی را که هم در گوشه‌ی سمت راست بالای نمایشگر می‌بینید، موقعیت روزنه‌ی میانی (اپرچر) و دوربین و هم‌چنین زاویه‌ی دوربین (تتا) را کنترل می‌کند.

به نظر می‌رسد که جابجایی میکرولنزها تنها بخش کوچکی از کاری است که نیکون برای کنترل خواص اپتیکی سنسورها می‌کند. جزئیات بیشتر احتمالا بسیار محرمانه و انحصاری هستند؛ اما من می‌توانم برخی از آن‌ها را حدس بزنم. تصورم این است که سطح سنسور یک ساختار سه‌بعدی پیچیده است که می‌تواند بسته به مساحت پیکسل به طور حیرت‌آوری بلند یا کوتاه باشد. این ترفند زیرکانه باعث می‌شود که مقدار بیشینه‌ی نور از بالای میکرولنزها به ریزتنگه‌های شکل‌گرفته به‌واسطه‌ی ساختارهای ویژه سطح سنسور جاری شود و همچنین موجب می‌شود که به دلیل بازتاب‌های داخلی، مقدار نور جذب شده توسط دیواره‌های ریزتنگه‌ها کمینه می‌شود.

نیکون / nikon

درک اینکه میکرولنزها چگونه نور را متمرکز  و راه آن را به سطح سیلیکون باز می‌کنند از اهمیتی حیاتی برخوردار است. این یک نمونه‌ی عمومی از نرم‌افزار TCAD شرکت Silvaco (در مقایسه با نتایج یک سنسور نیکون واقعی) است؛ اما مشکلات نوعی نرم‌افزارهای TCAD را هم آشکار می‌کند. در اینجا نور از سمت راست، روی یک پیکسل تابانده می‌شود و شبیه‌سازی نشان می‌دهد که تعداد زیادی فوتون به یک سطح میانی برخورد می‌کنند.

کل مسئله در اینجا این است که نحوه‌ی مواجهه‌ی پیکسل‌های سنسور با پرتوهای نوری خارج از محور، اهمیتی حیاتی در فرآیند طراحی سنسور دارد. از این رو به دستگاهی مانند آنچه پیش‌تر به آن اشاره شد، نیاز هست تا به طور کامل قادر باشد مشخصات زاویه‌ی مربوط به برخورد را استخراج کند.

تست RGB

دستگاه ساده‌ی نشان داده شده در تصویر زیر برای بررسی پاسخ RGB سنسور استفاده می‌شود. یک منبع نوری باریک LED در پشت یک پخش‌کننده‌ی ضخیم قرار گرفته که به اپراتور اجازه می‌دهد به طور دقیق میزان انتشار هر رنگ را تنظیم و عملکرد فیلترها در آرایه‌ی فیلتر رنگی سنسور را ارزیابی کند. این ابزار ساده به مهندسان نیکون این امکان را می‌دهد که تا تداخلات رنگی را تا سر حد اینکه کدام پیکسل از یک رنگ به دیگر رنگ‌های نور پاسخ می‌دهد، اندازه بگیرند (برای مثال، مهندسان در نیکون می‌توانند اندازه‌گیری کنند که یک پیکسل قرمز چقدر به رنگ سبز یا آبی پاسخ می‌دهد).

نیکون / nikon

بدون شک، دقت رنگ از اهمیت بسزایی برخوردار است؛ بنابراین یک منبع نوری RGB دقیق برای اطمینان از اینکه فیلترهای رنگ روی سنسور به درستی کار می‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تست مداری

سه تستی که پیش‌تر به آن‌ها اشاره شد، به ویژگی‌های اپتیکی سنسور مربوط بودند؛ اما یک بخش الکترونیکی هم وجود دارد که در واقع، رابط بین سنسور و پردازنده‌ی دوربین است. بردهای الکترونیکی پیچیده‌ای امکان دسترسی به سیگنال‌های داخلی سنسور را فراهم می‌کنند. تصویر زیر یکی از این بردها را نشان می‌دهد که تکنیسین در حال اتصال آن به دوربین D5 است. در این برد نقاط اتصال بسیار زیادی وجود دارد و من توانستم دست‌کم ۱۸۰ نقطه‌ی لحیم‌کاری روی آن پیدا کنم که فکر می‌کنم باید به سنسور متصل شوند.

نیکون / nikon

وقتی که نوبت اتصال سنسور به دوربین می‌رسد، نیکون بردهای الکترونیکی ویژه‌ای دارد که امکان دسترسی به سیگنال‌های داخلی را فراهم می‌کنند. در اینجا یک تکنیسین در حال تست یک برد ویژه دوربین D5 به کمک اسیلوسکوپ است.

نیکون / nikon

نمایی نزدیک‌تر از برد الکترونیکی سنسور دوربین D5 که دو پراب اسیلوسکوپ به آن متصل شده است. روی این برد اتصالات زیادی وجود دارد و من توانستم ۱۸۰ نقطه‌ی لحیم‌کاری را روی آن بشمارم که آن را به سنسور متصل می‌کنند.

نیکون / nikon

این نمایشگر اسیلوسکوپی است که به سنسور دوربین متصل شده است. اولین سیگنال که به رنگ بنفش در بالای نمایشگر دیده می‌شود، سیگنال برق ورودی سنسور است، سیگنال‌های سنکرون عمودی مربوط به داده‌های پیکسل‌ها هستند که بازخوانی شده‌اند و دست‌آخر در پایین نمایشگر می‌توانید شکل اولیه‌ی سیگنال داده‌های پیکسل را مشاهده کنید. در این مقیاس به‌رغم بازخوانی تمامی آرایه‌ی پیکسلی تنها تعداد بسیار کمی از پالس‌های سنکرون عمودی قابل رویت هستند. همان‌طور که در گوشه‌ی سمت راست پایین نمایشگر اسیلوسکوپ قابل مشاهده است، تنها یک‌دهم ثانیه زمان به طول انجامیده تا کار بازخوانی یک فریم کامل تکمیل شود که با حداکثر سرعت تصویربرداری پیوسته‌ی دوربین D5 که ۱۲ فریم بر ثانیه است، هم‌خوانی دارد.

در ویدئوی بالا یک تکنیسین در حال تغییر مقیاس زمانی اسیلوسکوپ است و شما می‌توانید داده‌های یک پیکسل را در آن مشاهده کنید. مدارهای بازخوانی سنسور در دوربین‌هایی که از وضوح و سرعت بالایی برخوردارند (مانند دوربین D850) باید مقدار زیادی داده را با سرعت زیاد منتقل کنند؛ بنابراین از استریم‌های داده‌ی سریال چندگانه و سریع استفاده می‌شود. ویدئوی بالا سیگنال‌های یکی از این استریم‌ها را روی دوربین D5 نشان می‌دهد.

آینده

در پایان بازدیدم از نیکون از سانبونگی پرسیدم که نظرش در مورد آینده و پیشرفت‌های احتمالی در فناوری ساخت سنسور چیست. آیا ما در حال نزدیک شدن به پایان عصر سیلیکون هستیم؟ آیا در آینده‌ی نزدیک، فناوری نقطه‌ی کوانتومی یا همان کوانتوم دات آغازگر دوران جدیدی در دنیای ادوات الکترونیکی و کوانتومی خواهد بود؟

سانبونگی در پاسخ اذعان کرد که دیر یا زود محدودیت‌های فیزیکی در فناوری سنسورهای سیلیکونی گریبانگیر ما خواهند شد؛ اما هنوز جا برای پیشرفت، بهبود راندمان کوانتومی و محدوده‌ی دینامیکی و همچنین کاهش نویز بازخوانی وجود دارد. اما فراتر از این احتمال دارد گونه‌ای از فناوری‌های توفنده توسعه داده شوند که بتوانند تعداد الکترون‌های تولید شده توسط هر فوتون را چند برابر کنند؛ هرچند این امر با افزایش قابل‌توجه سطح نویز همراه خواهد بود. این احتمال هم وجود دارد که فناوری‌های پشته سازی چندتصویری به طور گسترده‌تری از آنچه اکنون وجود دارد به کار گرفته شوند. اما در مورد فناوری نقاط کوانتومی سانبونگی بر این باور است که هنوز راه درازی تا ساخت عملی سنسورهایی برخوردار از مگاپیکسل چندگانه پیش رو داریم.

هرچند بدیهی است که ما در نهایت با محدودیت شرایط نوری کم روبرو هستیم؛ چرا که به شمارش فوتون‌های منفرد نیاز داریم؛ اما هنوز هم مانند آنچه در قابلیت ایزوی ۶۴ سنسور دوربین 850 رخ داد، می‌توان به پیشرفت‌های بیشتر امید داشت.

البته نمی‌توان از سانبونگی انتظار داشت که در مورد آنچه نیکون در دست توسعه دارد با شفافیت بیشتری صحبت کند؛ از این رو قابل درک است که کمی در این زمینه محتاطانه اظهارنظر کند. برای اینکه بدانیم تیم مهندسان طراح سنسور در نیکون چه برنامه‌هایی در سر دارند، باید منتظر بمانیم و رخدادهای دنیای فناوری‌های کوانتومی را از نزدیک زیر نظر بگیریم.

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده
تبلیغات

بیشتر بخوانید