2.3. Динамічний діапазон

Від матриці вимагається здатність реєструвати світло, як при яскравому сонці, так і при слабкому кімнатному освітленні. Тому потенційні ями матриці повинні бути досить ємними, а також вміти, як утримувати мінімальну кількість електронів при слабкій освітленості, так і мати великий заряд, що отримується при попаданні на сенсор потужного світлового потоку. Та й зображення, що формується об'єктивом, часто складається, як з яскраво освітлених ділянок, так і з глибоких тіней, а сенсор повинен уміти реєструвати всі їх відтінки.

Можливість сенсора гарно формувати знімок при різній освітленості і високій контрастності визначається параметром «динамічний діапазон», що характеризує здатність матриці розрізняти в зображенні, що проектуються на її поверхню, найтемніші тони від найсвітліших. При розширенні динамічного діапазону кількість відтінків знімка буде збільшуватися, а переходи між ними будуть максимально відповідати зображенню, що формується об'єктивом.

Рис. 3. Вплив динамічного діапазону на якість кадру (Зліва - широкий динамічний діапазон, справа - вузький динамічний діапазон)

Характеристика, що описує здатність ПЗЗ - елемента накопичувати певну величину, називається «глибиною потенційної ями» (well depth), і саме від неї залежить динамічний діапазон матриці. Зрозуміло, при зйомці в умовах слабкого освітлення на динамічний діапазон впливає також поріг чутливості, який, у свою чергу, визначається величиною темноватого струму. Очевидно, що втрати електронів, що становлять фотострум, відбуваються не тільки в процесі накопичення заряду потенційної ями, але і при його транспортуванні до виходу матриці. Втрати ці викликані дрейфом електронів, «відірвалися» від основного заряду при його перетікання під наступний електрод переносу. Чим менша кількість «відірваних» електронів, тим вища ефективність переносу заряду (charge transfer efficiency). Цей параметр вимірюється у відсотках і показує частку заряду, що збереглася при «переносі» між ПЗЗ - елементами.

Для того, щоб досягти прийнятних швидкостей зчитування кадру при високій ефективності переносу заряду - при конструюванні ПЗЗ-матриці планують «заглиблене» розміщення потенційних ям. Завдяки цьому електрони не так активно «прилипають» до електродів перенесення, і саме для «глибокого залягання» потенційної ями в конструкцію ПЗЗ-елемента вводять n-канал.

2.4. Розмір матриці по діагоналі

Іноді в ряді інших параметрів будь-якої цифрової камери вказується розмір ПЗЗ-матриці по діагоналі (найчастіше в частках дюйма). У першу чергу ця величина пов'язана з характеристиками об'єктиву - чим більші габарити сенсора, тим більше повинно бути, сформоване оптикою, зображення. Щоб дане зображення повністю накривало - реєструють поверхню матриці, розміри оптичних елементів доводиться збільшувати. Якщо цього не робити і, створена об'єктивом, «картинка» виявиться меншою за сенсор, то периферійні області матриці виявляться непотрібними.

А ось у цифрових «дзеркалках», створених на базі 35-міліметрову техніки, практично завжди зустрічається зворотна ситуація-зображення, що формується об'єктивом, перекриває світлочутливу область матриці. Зумовлено це тим, що сенсори з габаритами кадру 35-мілііметровой плівки занадто дорогі, а призводить до того, що частина зображення, яка формується об'єктивом, опиняється в буквальному розумінні слова «за кадром». У результаті характеристики об'єктива зміщуються в «довгофокусну» область. Тому при виборі змінної оптики для цифрової «дзеркалки» слід враховувати коефіцієнт збільшення фокусної відстані - як правило, він становить близько 1,5. Наприклад, при установці варіооб'єктива 28-70мм його робочий діапазон складе 42-105мм.

Згаданий коефіцієнт має, як позитивний, так і негативний вплив. Зокрема, ускладнюється зйомка з великим кутом охоплення, що вимагає короткофокусні об'єктиви.

Крім того, для будь-якого об'єктива характерні такі аберації, як кривизна поля та дисторсія, що виражаються в розмитості і викривленні зображення в крайових областях кадру. Якщо габарити матриці менші, ніж розмір формований об'єктивом зображення, «проблемні області» просто не будуть зареєстровані сенсором.

Слід зазначити, що чутливість матриці пов'язана з габаритами її реєструючої області. Чим більша за світлочутлива площа кожного елемента, тим більше світла потрапляє на нього і тим частіше відбувається внутрішній фотоефект, таким чином, зростає чутливість всього сенсора. Крім того, піксель великих габаритів дозволяє створити потенційну яму «підвищеної місткості», що позитивно позначається на широті динамічного діапазону.

Втім, із збільшенням роздільної здатності, буферний паралельний регістр зсуву захоплює все більшу частку площі сенсора, що в результаті і світлочутливу область, і «місткість» потенційної ями скорочуються (рис. 4).

Рис. 4. Скорочення потенційної ями.

Відбувається зменшення світлочутливої області ПЗЗ-матриці при зростанні дозволу.