Van-e élet a Foveonon túl?

0

Annyi “forradalmi újdonságot” megéltünk már a digitális képalkotás területén. Csoda, hogy kissé szkeptikusak vagyunk? Vegyük csak példának a közelmúlt egyik – valóban úttörő – megoldását a Foveon X3 érzékelőt! Az ígéretes fejlesztés hátráltatói mai napig a legnagyobb fotócikk gyártók, akiknek saját technológiájuk és profitjuk mellett nem volt érdekük, hogy felkarolják ezt az új és bizonyára nagyobb ráfordítást igénylő kezdeményezést. A Foveon X3-ba mindezidáig két cég fektetett bizalmat, elég vegyes eredményekkel.


Sigma SD10

A Sigma nem új versenyző a tükörreflexes fényképezőgép gyártásban, a digitális SD9, majd SD10 modellekkel azonban első lépéseit tette. Új termékvonalának bevezetéséhez, merész lépéssel a Foveon érzékelőjét választotta, mely felemás eredményt adott. Mint az első ilyen szenzorral ellátott gép, az SD9 nagy érdeklődést keltett a sajtóban, de sajnos az első tesztek az addig példanélküli képminőség mellett több hiányosságot is feltártak. A gép pontos színvisszaadása bizony hagyott némi kívánnivalót maga után és a hosszú expozíciós képminőségével, valamint zajszinttel is akadtak gondok. Mindenesetre az SD9 korának figyelemfelkeltő DSLR fényképezőgépe volt. Utódja a másfél évre rá (2003 végén) forgalomba hozott SD10 inkább az előd renovált változata volt, mint új modell. Az SD9 problémáin mindenesetre sikerült szépítenie, de nem olyan mértékben, hogy az akkorra már ellobbant Foveon-láz mellett is komolyabb üzleti sikerre számítson. Közel két és fél éve mély csend a Sigma környékén. Legalábbis ami a Foveon X3 érzékelős DSLR-jeit illeti. A cég leginkább a digitális vázakhoz fejlesztett objektívjeivel hódít manapság, saját gépvázai felett pedig még a jól marketingelt, “10 megapixeles” felbontás ellenére is lassan eljár az idő.


Polaroid x530

A másik próbálkozás a Polaroid nevéhez fűződik, amely tökéletes példája a rossz piaci időzítésnek. Az utóbbi években kritikus anyagi gondokkal küzdő cég neve közel sem cseng olyan jól a digitális mikrokozmoszban, mint anno a filmes világban. A csődről és tulajdonosváltásról szóló hírek mellett az utóbbi idők üde színfoltja volt a Polaroid x530 digitális fényképezőgép 2004 év eleji beharangozása, mely az első Foveon X3 érzékelős kompakt fényképezőgép címért indult harcba és meg is szerezte azt. Annak ellenére, hogy kompaktnál ritkán tapasztalt, másfél éves fejlesztési idő telt el a bejelentéstől a forgalmazásig. A bejelentést azonnal világgá kürtölte a sajtó, hiszen újabb reménysugár gyúlt a borús Foveon égen, és az x530 a Foveon X3 érzékelős kompakt fényképezőgépek kezdődő diadalát vetítette előre. Nem így lett. A bejelentést követően egy év múlva hallottunk újra a gépről, az addig eltelt időben pedig egyetlen más gyártó sem próbálkozott hasonló gép kiadásával. Mindenki maradt a bevált CCD és CMOS érzékelőinél. Közben a már 2004-ben sem túl figyelemfelkeltő 1,5 megapixeles felbontás is egyre soványabbnak tűnt, még ha 4,5 megapixelként próbálták is reklámozni. Az x530 2005 nyár végére lett megvásárolható, ha lehet még mérsékeltebb sikereket elkönyvelve, mint a Sigma próbálkozásai. Az x530 ráadásul mindmáig az egyetlen Foveon érzékelős kompakt maradt.


A Foveon X3 érzékelők két alapváltozata, DSLR (balra) és kompakt (jobbra) gépekbe.

Miről is van szó, ha Foveon szenzorról beszélünk?

A Foveon valójában a fejlesztő neve, melynek X3 technológián alapuló képérzékelői az utóbbi évek legnagyobb előrelépését jelentették a képfeldolgozás terén. Ezekről az érzékelőkről már részletesebben írtunk, így most csak nagyvonalakban.

A gyártók többsége által használt, úgynevezett Bayer, vagy mozaik-szűrős CCD vagy CMOS szenzorokban minden egyes érzékelőhely csupán a fény egy színtartományának érzékelésére alkalmas, mivel az érzékelő felületén elhelyezett színszűrők képpontonként más színt engednek át. A szenzorok dupla annyi zöld képpontot hasznosítanak (mert ez a hullámhossztartomány biztosítja a legjobb fényérzékenységet), így egy 2×2-es mátrixban 2 db zöld és 1-1 piros és kék érzékelőhelyet találunk. A mozaik szűrős megoldásnál tehát egy képpont megfelelő színét csak a szomszédos képpontok adatainak interpolációjából kapjuk meg, hozzávetőlegesen. A Foveon X3 érzékelői ezzel szemben minden egyes képponton alkalmasak az adott szín pontosabb kiolvasására, mivel a három színérzékelő réteg egymás fölött helyezkedik el és a különböző fényhullámok eltérő mélységben hasznosítódnak az érzékelőben.


Balra egy hagyományos mozaik-szűrős érzékelő, jobbra a Foveon X3 sematikus rajza.

Az elmélet tehát szép, az eddigi gyakorlat viszont kiábrándító. A szenzor nem kapta még meg a neki kijáró figyelmet. Persze mondhatjuk újra, hogy a Foveon eddigi gyengélkedésének oka elsősorban a nagyok ódzkodása, akik a saját fejlesztéseiknek nem akartak keresztbe tenni egy új technológia megvásárlásával. A “kicsik” pedig – mint amilyen a Sigma és a Polaroid is – nem tudnak annyit áldozni a Foveon X3 megfelelő marketingjére. Akkor tehát egy nagy gyártó forradalmi fejlesztése hozhatná igazán meg a továbblépés esélyét? Nos, talán. Mindenestre a Fujifilm legújabb fejlesztésével talán eljön ez a továbblépés, az “élet a Foveonon túl”.

Fujifilm organikus CMOS

Az év eleje óta szállingóztak a bizonytalan hírek a Fujifilm boszorkánykonyhájában készülő új képérzékelőről, melyről március végén mi is beszámoltunk egy rövid hírben. A gyártó 2005 szeptemberében védette le az új érzékelő szabadalmát, idén januárban pedig bejelentette a kutatása eddigi eredményeit az amerikai IS&T/SPIE Electronic Imaging Science & Technology konferencián. A teljes technológia még gyermekcipőben jár, így csak a fejlesztés kezdeti, de igen kecsegtető eredményeiről számolhatunk be.


A hagyományos és az organikus CMOS közötti különbség.

A Fujifilm elképzelése több területről, így a hagyományos filmek világából is merít. Mérnökei egy olyan organikus fényérzékeny réteget fejlesztettek ki, amely sok tekintetben merít a Fujifilm igen komoly filmes előéletéből. A fejlesztés korai szakaszában ezt az organikus réteget a Japán Műsorszóró Vállalat Kutatási és Technológiai Laboratóriuma (NHK) által kifejlesztett, 10 cm-es képcsővel kombinálták és így kaptak használható képet. Az azonban mindenki előtt nyilvánvaló volt, hogy a 10cm-es képcső digitális fényképezőgépekben való alkalmazása forradalmi ugyan, de gyártási és használati szempontjait tekintve nem túlságosan kivitelezhető. Az új eljárást hagyományos megoldásokkal kellett tehát ötvözni, amihez a gyártó a CMOS alapú félvezető technológiát választotta. Az organikus szenzor a jól bevált és olcsó CMOS áramkörök három tranzisztoros alapjára épül, ehhez hozzáadva a Fujifilm ezüstnitrát alapú filmes múltjának eredményeit és a Foveon érzékelőkben is használt szendvics elrendezésű színrétegeket, megkapjuk a z új érzékelőt az organikus CMOS-t. A prototípus 250nanométeres technológiával készült. Az organikus érzékelőréteg vastagsága nem haladja meg a 300nm-t, beleszámítva az elektródákat is.


Korábban említettük, hogy a zöld tartományból több világossági információ nyerhető ki. Éppen ezért a Fujifilm kezdeti kísérletei egyetlen zöld organikus rétegen alapultak, amit egy hagyományos piros érzékelő áramkörrel egészítettek ki. A kísérleti érzékelőmodell 120×160 pixeles felbontásra képes és a mellékelt képet sikerült (szobahőmérsékleten) kinyerni a segítségével. Persze a kép jól mutatja a technológia viszonylagos kezdetlegességét, de egyben működőképességét is példázza. Az alábbi kis képen látható fekete foltok dead pixelek, melyeket a jelenlegi gyártási tökéletlenség miatti idegen anyagrészecskék okoznak. Ennek kiküszöbölése még a kutatás következő szakaszainak feladata, ahogy az is, hogy az érzékelőrétegekből megfelelő simaságút tudjanak készíteni, az alkalmazott gőzölési eljárással.



A prototípus átmérője mindössze 4 mm, és 30 fps sebességű kiolvasásra képes. A mellékelt felbontásábrán 120 vonalas felbontást sikerült elérnie a kutatóknak, ami a 120 pixeles képmagasságot figyelembe véve alátámasztja a pixelenkénti leképezési pontosságot.



Több vélemény szerint a jövő egyik meghatározó érzékelője lehet a bemutatott organikus CMOS, ugyanis számos téren túltesz majd a jelenleg gyártott érzékelők képességein. Előnye elsősorban felépítésében rejlik, ami kísértetiesen hasonlít a Foveonéra. A mozaik-szűrős megoldáshoz képest itt is három, szendvicsszerűen elhelyezett színérzékelő réteget találunk, így az organikus CMOS a látható fény minden hullámhossztartományát hasznosítja, és minden pixelen kiváló színvisszaadásra képes. A pixelenkénti optikai kihasználtság is megtriplázódik, lehetővé téve a jelentős érzékenység növekedést is. Éppen ez az érzékenység az, amellyel átléphet a Foveon X3 technológián is, mivel ott az egyes rétegek érzékenysége meglehetősen alacsony, ezért speciális képfeldolgozási folyamatra van szükség a pontos színvisszaadáshoz. A Fujifilm prototípusában használt zöld, organikus érzékelőréteg az ezüstnitrát alapú filmekhez hasonlatos érzékenységet mutat. A cég közlése szerint technológiájuk a hagyományos filmek és szerves pigmentek kutatásainál felhalmozott tapasztalataikon alapul.

Komoly előnnyel rendelkezik az említett szenzorelrendezés a gyártási költségek és fényfogadó képesség tekintetében is. A jelenlegi CMOS érzékelőkben az érzékelőhely mélyen helyezkedik el, részben takarja a jelkiolvasó áramkör, így a különböző irányú fénysugarak összegyűjtéséhez az érzékelő fölött elhelyezett mikrolencsére van szükség, amely legalább annyira áldás, mint átok a képminőséget illetően. Az organikus CMOS-ban ezzel szemben a fény útjának első állomása az érzékelőréteg. Az érzékelőhelyek fényfogadó képessége közel 100%-os. Emiatt nincs szükség mikrolencsékre, ami a gyártási költségeket is csökkenti.



































Fujifilm organikus CMOS érzékelő
(prototípus)
Felbontás 120-160 pixel
(19 200 pixel)
Pixel méret 20µm
Érzékelő mérete 1/4,5″ (4 mm)
Színszűrők nincsenek (csak zöld fényérzékeny réteg)
Mikrolencsék
Kimeneti sebesség 30 képkocka/sec

Az előnyök mellett az új fejlesztésnek hátrányokkal is meg kell küzdenie. A már említett felület simaság és szennyeződésmentes gyártás mellett az új érzékelő mintavételezési hatásfokát is növelni kell. Egy hagyományos érzékelő hatásfoka ezen a téren 40% körüli, míg az organikus CMOS egyelőre 10%-ot ért el, illetve laboratóriumi körülmények között képes volt a 30%-os hatásfokra is. Ennek javítására felmerült az a megoldás is, hogy az organikus érzékelőt egy hagyományos érzékelővel párban alkalmazzák majd, kihasználva a kétféle technológia előnyeit.

A jövő mindenestre homályos még. Azért a távolban mintha lenne egy kis reménysugár a Foveon X3 után, bár a nagy ködtől egyelőre nem látjuk. A technológiák jönnek mennek, egyesek beérnek, mások a feledés homályába vesznek. A Fuji organikus CMOS érzékelője jó esélyekkel indul, hiszen nagy cég áll mögötte, melynek eredményei másokat is keményebb versenyre ösztönözhetnek. Mindenesetre mi vásárlók örülünk, mert nekünk ez jó lesz.