Tương tự với lớp phủ của chất liệu nhạy sáng trên phim của máy chụp hình bằng phim , Bộ cảm biến của máy ảnh kỹ thuật số có những ô nhạy sáng . Trong bài này chúng tôi sẽ cho bạn biết về Bộ cảm biến quan trọng này .

Mặc dù có sự khác nhau về kỹ thuật và thiết kế trong Bộ cảm biến này , nhưng tất cả chúng đều có cùng nguyên tắc chung . Sensor có hàng triệu ô nhạy sáng hoặc là những Diode quang trên tấm Silicon . Mỗi ô của Sensor phát ra lượng điện được nạp tương ứng với phần ánh sáng đập vào nó khi đi vào Camera qua thấu kính . Bộ lọc màu sắc ( Filter ) sẽ tạo ra màu sắc phù hợp . Sau đó Bộ phận xử lí của Camera sẽ biến đổi những tính hiệu điện trong Sensor thành hình ảnh và lưu trữ nó trong thẻ nhớ . Mỗi Diode quang tạo thành một Pixel trong hình ảnh cuối cùng . Những Pixel là những mẩu nhỏ của thông tin được những Diode Quang tạo thành . Hàng triệu Pixel kết hợp với nhau để tạo thành hình ảnh .

Có hai kiểu Sensor chính : CCD (Charge Coupled Device) và CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor) . Chúng là hai kỹ thuật phức tạp khác nhau với những thiết kế khác nhau , nhưng cả hai đều thực hiện cùng chức năng .

Bộ xử lí CMOS chế tạo dễ dàng và tiết kiệm để sản xuất với kích thước lớn do đó chúng thường được dùng trong những Camera SLR ( Single Lens Reflex ) lớn hơn . Bên cạnh đó khi dùng CMOS cũng tiêu thụ ít năng lượng hơn do vậy mà hay được sử dụng trong những điện thoại di động . Hầu hết những loại Camera và máy quay kỹ thuật số loại nhỏ và dễ sử dụng lại hay sử dụng Bộ cảm biến CCD .

Cấu trúc mạch theo kiểu CCD

Cấu trúc mạch theo kiểu CMOS

Cũng có vài kiểu Sensor khác hiện nay nhưng không được thông dụng . Foveon X3 là Chip mới hơn nhưng thực tế là kiểu Cảm biến CMOS với xử lí màu sắc đặc biệt . Loại này hiện nay chỉ được dùng trong một số máy của hãng Sigma và Polaroid .

Foveon X3

FujiFilm cũng chế tạo một số Camera với Bộ cảm biến đặc biệt có tên gọi Super CCD . Super CCD là những ô CCD thông thường được sắp xếp  theo đường chéo với những ô hình tổ ong chứ không phải là dạng lưới theo chiều Ngang / Dọc như trong hầu hết những Bộ cảm biến .

Sắp xếp những ô trong CCD thông thường

Sắp xếp những ô trong Super CCD

Kích thước Bộ cảm biến

Mặc dù những máy ảnh chụp phim trước kia có một vài kiểu định dạng phim bao gồm mức Trung và Lớn , nhưng hầu hết những phim thông thường có kích thước 35mm . Do đó những Bộ cảm biến trong những máy Camera số cho tới giờ vẫn thường so sánh với những phim 35mm . Trong thực tế những Bộ cảm biến mà có cùng với kích thước như phim 35mm được gọi là Bộ cảm biến “ khung hình đầy đủ “ – Full Frame .

Bạn có thể hình dung , liên quan tới Chip xử lí , những Bộ cảm biến này có kích thước không lớn hơn nhiều lắm . Do đó những Bộ cảm biến hình ảnh trong hầu hết những máy Camera kỹ thuật số nhỏ hơn vùng hình ảnh 24mm x 36mm của những Camera 35mm “ Full Frame” . Trong thực tế Bộ cảm biến này có kích thước nhỏ hơn nhiều .

Không có sự thống nhất về hệ thống đơn vị đo của Bộ cảm biến nên khiến cho người dùng thông thường thấy vô cùng phức tạp . Một số nhà sản xuất lại sử dụng đo bằng inch , một số khác lại sử dụng đơn vị mm . Nhưng hầu hết những Bộ cảm biến lại lắp vừa trong những kiểu khác nhau . Bạn sẽ trông thấy nhưng kiểu như 2/3 inch , 1/1.8 inch và 1/2.7 inch . Đó là những kích thước tiêu biểu mà thường được dùng trong những Sensor CCD trong những Camera nhỏ loại dễ sử dụng kiểu “Point-and-Shoot” . Những Camera SLR ( Single Lens Reflex ) mà có thể thay đổi ống kính thường dùng những Bộ cảm biến có kích thước lớn hơn . Hai kiểu kích thước hay sử dụng trong Camera SLR là 4/3 inch và 1.8 inch APS .

Những phân số trên là tên những kiểu Bộ cảm biến nhưng thực tế lại lớn hơn kích thước thực tế. Những tên này được quy ước sử dụng trong những ống Camera Tivi từ những năm 1950 . Những tên quy ước này đã bị loại bở từ lâu và theo thói quen nó vấn tiếp tục còn tồn tại .

Bảng bên dưới cho biết kích thước thật của những kiểu khác nhau , chiều dài của đường chéo và tỉ lệ của các cạnh :

Tên APS ( Active-Pixel Sensor ) đã bị loại bỏ trong những tên kiểu “phân số” như trên . Tuy nhiên nó lại đem lại nhiều điều khó hiểu bởi vì nhiều nhà sản xuất khác nhau lại dùng kích thước APS khác nhau . Kiểu APS-C như trong bảng trên là kích thước thông thường của Chip APS , nhưng một số Chip APS-C của Nikon lại lớn hơn một chút và một số Chip APS-C của Canon lại nhỏ hơn một chút . Canon cũng có Bộ cảm biến kiểu APS-H lớn hơn .

Nguyên nhân kích thước của Bộ cảm biến quan trọng đến như vậy có thể dễ dàng nhận ra khi chúng ta có thể hình dung tới hàng triệu MegaPixel đặt trong Sensor .

Bạn có thể tham khảo bài “ Mọi điều bạn cần biết về MegaPixel” để biết thêm chi tiết . Những nhà sản xuất cố gắng lôi kéo người dùng mua những máy ảnh của mình bằng việc tăng số MegaPixel trong Máy ảnh . Khi đó số lượng Pixel tính theo hàng triệu và bạn có thể hình dung điều đó có nghĩa là sẽ thêm càng nhiều Diode Quang trên một kích thước Bộ cảm biến nhất định để tạo thêm càng nhiều số MegaPixel và điều đó khiến cho Pixel sẽ càng nhỏ hơn . Những Pixel có kích thước càng nhỏ thì lượng ánh sáng tới nó càng ít để xử lí . Khi Pixel không nhận được đủ cường độ ánh sáng thì kết quả sẽ bị sai lệch và điều đó gọi là “Nhiễu” . Và Nhiễu sẽ khiến cho màu sắc của bức hình bị sai lệch , bị lốm đốm .

Do đó những điều khác cũng tương đương như vậy . Hàng triệu Diode Quang trên Bộ cảm biến nhỏ sẽ cho bức ảnh chất lượng kém hơn khi so với cùng số Diode Quang như vậy trên Bộ cảm biến có kích thước lớn hơn . Với Bộ cảm biến có kích thước lớn hơn hoặc số lượng MegaPixel nhỏ hơn thì mỗi Diode Quang có kích thước lớn hơn và nó sẽ thu được nhiều ánh sáng hơn so với Diode Quang có kích thước nhỏ hơn , vì thế chất lượng bức hình sẽ tốt hơn .

Bộ cảm biến nhỏ cũng không phải hoàn toàn là tồi . Nó cho phép Camera nhỏ gọn hơn . Và đó là nguyên nhân tại sao những máy Camera kỹ thuật số lại nhỏ hơn nhiều so với những Camera phim ảnh . Bộ cảm biến càng nhỏ thì chi phí sản xuất càng rẻ và khiến cho giá thành của Camera số ngày càng rẻ .

Tạo lại màu sắc

Mỗi Diode Quang trong Bộ cảm biến Camera chỉ nhận biết được cường độ của ánh sáng . Để tạo được màu sắc mỗi ô trong Bộ cảm biến được phủ lên bằng lớp lọc màu mà chỉ truyền ánh sáng mà có bước sóng giống nhau .

Ví dụ Bộ lọc màu Đỏ sẽ chỉ truyền ánh sáng có màu Đỏ . Những Bộ lọc được tạo thành từ những màu cơ bản : Đỏ , Xanh Lá cây và Xanh Lam .  Chúng được sắp đặt trong những mẫu hình , do đó mỗi Diode Quang sẽ có khả năng truyền được tất cả 03 màu . Hầu hết những Bộ cảm biến Camera ngày này dùng Bộ lọc có tên gọi là Bộ lọc mặt nạ Bayer ( là tên của một Giáo sư Bryce Bayer làm việc cho hãng Kodak ) . Thường thì mắt người thường nhạy cảm với nhiều màu Xanh lá cây hơn nền lớp Bayer có 02 Bộ lọc Xanh lá cây cho mỗi Bộ lọc Đỏ và Xanh Lam .

Với những Bộ lọc màu sắc , mỗi Diode Quang có thể biểu thị giá trị Đỏ , Xanh lá cây và Xanh Lam . Giá trị màu sắc của những Ô này được kết hợp và nội suy để miêu tả tất cả quang phổ của màu sắc , cho phép Bộ xử lí hình ảnh tạo ra hình ảnh màu đầy đủ .

Hiện tại chỉ có Bộ cảm biến Foveon mô tả màu sắc theo cách khác . Thay vì sử dụng những bộ lọc , Bộ cảm biến Foveon đặt những Diode Quang với những độ sâu khác nhau bên trong Silicon để nhận những màu sắc khác nhau . Điều đó có nghĩa là mỗi Diode Quang có thể nhận biết được cả ba màu mà không cần dùng bộ lọc . Mặc dù được cho là tạo ra với màu sắc thật hơn , nhưng những Bộ cảm biến Foveon hiện tại vẫn còn mới và cần có thời gian để khảo sát kỹ lưỡng .

Kết luận

Bộ cảm biến là một trong những linh kiện quan trọng nhất bên trong máy Camera số và kích thước của nó cũng lại là một trong những khía cạnh rất quan trọng . Khi chọn Camera số nên nhớ rằng những máy loại nhỏ thường có Bộ cảm biến nhỏ hơn và những máy Camera SLR thường có Bộ cảm biến lớn hơn . Thêm nữa , kích thước của Sensor có thể khác nhau thậm trí với cùng nhà sản xuất và trong cùng kiểu Camera .

Mặc dù những Bộ cảm biến nhỏ hơn cho phép Camera cũng nhỏ hơn , gọn hơn , rẻ hơn , khi số lượng MegaPixel lại quá cao và khi ấy thường tạo ra nhiều trong những bức hình . Vì thế với những máy Camera số thông dụng lại có kích thước nhỏ và nhiều hơn 6 MegaPixel thì bạn nên xem xét kỹ những bức hình chụp trước khi mua .