Een CMOS-beeldsensor (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) zet licht om in elektrische signalen en verwerkt deze signalen tot een beeld.
Hier volgt een vereenvoudigd overzicht hoe het werkt:
1. Fotonabsorptie
Wanneer licht het oppervlak van de CMOS-sensor raakt, genereert het fotonen. Deze fotonen worden geabsorbeerd door de lichtgevoelige elementen in elke pixel.
2. Het foto-elektrisch effect
De geabsorbeerde fotonen creëren elektron-gatparen in het halfgeleidermateriaal van elke pixel. Elektronen kunnen vrij bewegen, waardoor een lading ontstaat.
Lees ook: Het foto-elektrisch effect
3. Lading
De gegenereerde lading hoopt zich op in de potentiële put van de pixel, die wordt gecreëerd door de onderliggende halfgeleider. De hoeveelheid geaccumuleerde lading komt overeen met de intensiteit van het licht dat de pixel raakte.
4. Signaalversterking en -uitlezing
Elke pixel in een CMOS-sensor heeft zijn eigen versterkings- en uitleescircuits. De geaccumuleerde lading wordt versterkt en omgezet in een spanningssignaal. Deze analoge spanning wordt vervolgens van elke pixel uitgelezen.
5. Analoog-digitaal omzetting
De analoge spanningssignalen van elke pixel worden omgezet in digitale waarden met behulp van analoog-digitaalomzetters (ADC’s). Deze digitale waarden vertegenwoordigen de lichtintensiteit voor elke pixel.
6. Beeldvorming
De digitale waarden van alle pixels worden door de elektronica van de camera verwerkt tot het uiteindelijke beeld. De digitale waarde van elke pixel draagt bij aan de algemene kleur en helderheid van het beeld.
Lees ook: P/N-gedrag in fotodiodes
CMOS-sensoren hebben aan populariteit gewonnen ten opzichte van CCD’s vanwege hun lagere energieverbruik, snellere uitleessnelheden en de mogelijkheid om meer functies direct op de sensorchip te integreren. Hierdoor zijn ze zeer geschikt voor toepassingen zoals mobiele telefoons, digitale camera’s en andere apparaten die compacte en efficiënte beeldoplossingen vereisen.
Het duurde tientallen jaren voordat de CMOS-gebaseerde beeldsensoren de CCD voorbijstreefden als de belangrijkste optische sensor. Dankzij verbeterde processen voor de productie van optische wafers en kleinere pixelgroottes heeft de CMOS-beeldsensor, die gebruikt worden in consumenten elektronica (2023), echter de overhand gekregen.
