CMOS-kennon tarina

Canon kulkee omia polkujaan digitaalikuvauksen maailmassa käyttämällä CMOS-kennoja ammattikäyttöön tarkoitetuissa kameroissaan. Tämä ainutlaatuinen ja edistyksellinen teknologia on osoittautunut oikeaan osuneeksi ratkaisuksi.

Kun valtaosa muista valmistajista on panostanut yksinomaan CCD (Charged Couple Device) -kennoihin, Canon pystyy hyödyntämään sekä CCD- että CMOS-kennoja sen mukaan, millaisesta kamerasta on kyse. Tämä antaa yhtiölle enemmän joustavuutta suunnittelutyössä ja mahdollisuuden tarjota loppukäyttäjälle parhaiten hänen tarpeitaan vastaava väline erilaisiin kuvaustilanteisiin.

Canon suunnittelee ja valmistaa itse miltei kaikki digitaalisissa kameroissaan käytettävät komponentit, myös kuvakennot. Yhtiöllä on myös ollut mahdollisuus ohjata riittävästi voimavaroja CMOS-kennojen kehitystyöhön. Pitämällä langat omissa käsissään suunnittelusta tuotantoon Canon on saanut selvän teknologisen ja taloudellisen etulyöntiaseman niihin kilpailijoihin verrattuna, jotka ostavat käyttämänsä kuvakennot hyllytavarana elektroniikkateollisuuden alihankkijoilta.

Aluksi automaattitarkennukseen
Canon sovelsi CMOS-kennoja ensimmäisen kerran EOS-sarjan ensimmäisessä järjestelmäkamerassaan, joka tuli markkinoille 1987. Tuolloin, kuten yhä edelleen, kennoa käytettiin avustamaan automaattitarkennusta luomalla kameran etsinkuvasta digitaalinen versio, jonka avulla pystyttiin arvioimaan filmitasolle tulevan valon muodostaman kuvan terävyyttä. Tämä tekniikka sai nimen BASIS (Base Stored Image Sensor), ja se oli osa järjestelmää, jonka ansiosta Canonista tuli edelläkävijä automaattitarkenteisten kameroiden valmistajana.

Omien CMOS-kennojen tuotannon Canon aloitti EOS-3-järjestelmäkameran yhteydessä. CMOS-tekniikka on perusta tämän kameran 45 pisteen automaattitarkennusjärjestelmälle. Kennon käyttö tässä ja monissa muissa tuotteissa, sekä järjestelmä- että kompaktikameroissa, puhumattakaan tulevaisuuden mahdollisuuksista teki kennojen oman tuotannon taloudellisesti järkeväksi. Yhtiö on jatkanut CMOS-kennojen kehitystyötä pitäen silmällä niiden käyttöä kameroidensa automaattitarkennuksessa yhtä lailla kuin valotuksen mittauksessakin.

Viime aikojen merkittävä edistysaskel on kenno, joka pystyy samanaikaisesti käsittelemään sekä automaattitarkennuksen että automaattivalotuksen tarvitsemaa tietoa, mikä merkitsee tietenkin huomattavaa tilansäästöä verrattuna kahteen erilliseen kennoon. Tuloksena on, että kameroista voidaan tehdä pienempiä tinkimättä niiden toiminnallisista ominaisuuksista ja yleisestä suorituskyvystä.

Käännekohta

Canonin seuraava siirto oli CMOS-kennon käyttöönotto tehokkaana kuvakennona, mikä tapahtui ensimmäisen kerran vuonna 2000 digitaalisen järjestelmäkameran EOS D30:n tullessa markkinoille. Tässä kamerassa käytettiin 3,3 miljoonan pikselin kennoa, jonka suurin tehollinen erotuskyky oli 2048 x 1620 pikseliä. Mutta ennen tätä käännekohtaa yhtiön oli kehitettävä useita uraauurtavia teknisiä ratkaisuja.

Varhaiset CMOS-kuvakennot tunnettiin suuremmasta häiriöalttiudesta verrattuna CCD-kennoihin, ja lisäksi niiden herkkyys oli alhainen. Katsottiin, että CMOS-kennojen tuottama runsas kohina teki ne sopimattomiksi korkeluokkaisiin kameroihin, joissa on tarve käyttää pitkiä valotusaikoja ja joilla pitää pystyä kuvaamaan heikossakin valaistuksessa. Canon on käynyt näiden ongelmien kimppuun kolmesta eri suunnasta, ja hyvin tehokkaasti.

Alhainen kohina

Ensimmäinen voitettava haaste oli CMOS-kennolle luonteenomainen korkea kohinataso, joka johtui kuvapisteiden vahvistimista lähtevien signaalien epätasaisuudesta. 3,3 miljoonan vahvistimen saaminen toimimaan tarkalleen samalla tavalla oli aivan liian monimutkainen tehtävä, joten Canonin insinöörit päättivät lähestyä ongelmaa eri kulmasta. Ottamalla lukeman pelkästään miljoonien vahvistimien tuottamasta kohinasta sisäinen laskentajärjestelmä pystyy vertaamaan tätä kohinaa varsinaiseen kuvasignaaliin. Pohjakohinan osuus voidaan tällöin vähentää kameran tuottamasta kuvasta, jolloin tuloksena on kohinaton kuva.

Pikseleiden epätasainen reagointi ei ollut pelkästään tasapainottomasti reagoivista vahvistimista johtuva ongelma, vaan syynä olivat myös erilaiset lähtökohdat.Tutkijat huomasivat, että osaksi syy pikseleiden erilaiseen reagointiin samoihin väreihin johtui siitä, että joissakin pikseleissä oli jäljellä jonkin verran edellisen kuvan jättämää varausta. Tämä tarkoittaa, että joissakin pikseleissä kenno itse asiassa tuotti kaksoisvalotuksen, kun edellisen kuvan jättämä varaus yhdistyi uuden otoksen tuottamaan uuteen varaukseen. Vastauksena tähän löydökseen kehitettiin järjestelmä, jolla jokaisen pikselin jäljellä oleva varaus pystytään purkamaan täydellisesti ennen seuraavaa kuvaa, jolloin pikselit pystyvät ottamaan vastaan uuden valotuksen "puhtaalta pöydältä".

Vaikka näiden ongelmien ratkaiseminen auttoi yhtiötä tuottamaan kameran, jonka kohinataso oli alhainen normaaleissa kuvaustilanteissa, jäljellä oli silti kysymys CMOS-kennolle tyypillisestä alhaisesta herkkyydestä. Ongelman ratkaisi uuden tyyppisen vahvistimen kehittäminen CMOS-kennoa varten. Uusi vahvistin pystyy tehostamaan pikseleiden tuottamia signaaleja eri voimakkuuksille. Nämä ohjelmoitavat vahvistimet antavat EOS D30- ja EOS D60 -kameroille ISO-vastaavan herkkyyden aina arvoihin ISO 1600 ja ISO 1000 asti.

Monipuoliset edut

Saattaa tuntua siltä, että Canon on nähnyt tavattomasti vaivaa saadakseen CMOS-kennon toimimaan tavalla, joka ei ole kennotyypille luonteenomaista. Olisihan yhtiö voinut aivan yhtä hyvin tehdä päätöksen CCD-kennon käyttämisestä kaikissa kameroissaan. Mutta CMOS-järjestelmässä on merkittäviä ominaisuuksia, joiden valjastaminen käyttöön saattaa olla äärettömän palkitsevaa sille, joka pystyy sen tekemään. Näiden ominaisuuksien arvoa kuvastaa Canon Inc:n pääjohtaja Fujio Mitarain lausunto, että yhtiö ei milloinkaan tule myymään pelkkiä CMOS-kennoja toiselle yritykselle.

Alhaisen virrankulutuksen ja nopean toiminnan tuottamat hyödyt ovat tietenkin arvokkaita. Ne ovat kaksi niistä monista syistä, joiden vuoksi Canon on sinnikkäästi panostanut CMOS-kennoihin. On arvioitu, että CMOS-kenno kuluttaa 80-90 prosenttia vähemmän energiaa kuin CCD-kenno. Suorat edut tästä ovat, että akut voivat olla huomattavasti pienikokoisempia ja kamerat siten kevyempiä, latausajat lyhyempiä ja akkujen toiminta-ajat nykyistä pidempiä.

Toinen varsin merkittävä seikka on, että CMOS-kennon ansiosta minkä tahansa kameramallin valmistuskustannuksissa saavutetaan huomattavia säästöjä. CCD-kennojen valmistuslinjoja voidaan pitää yllä ainoastaan digitaalikameroiden kennojen tuotantoa varten. CMOS-kennoilla taas on paljon erilaisia sovellusmahdollisuuksia, mikä merkitsee, että tuotanto ei ole sidottu vain yhden tyyppisiin tuotteisiin. Lisäksi CMOS-kennot ovat huomattavasti yksinkertaisempia valmistaa ja niissä on vähän oheiskomponentteja, mikä omalta osaltaan on kustannuksia alentava tekijä.

Canonin näkemys on, että sitä kennotekniikkaa käytetään, mikä toimii parhaiten kulloisessakin kameramallissa. Avainsanat ovat joustavuus, käytännöllisyys ja korkea laatu. Canonin aikomuksena on hyödyntää CMOS-kennotekniikan etuja digitaalisten järjestelmäkameroiden malliston laajentamiseen eri resoluutio- ja hintaluokkiin. Tällä tavalla yhtiö uskoo saavansa digitaalisen kuvauksen edut yhä laajemman yleisön ulottuville, aloittelijoista ammattikuvaajiin.

 

Etkö löydä etsimääsi? Hae tiedotearkistosta.

spacer
					image
Lehdistötiedotteet
Tiedotearkisto
Lisätietoja
Canon – globaalisti paikallinen