 A University of Rochester fotója |
A New York-i Rochester egyetem két professzora, Mark Bocko és Zeljko Ignjatovic egy vadonatúj képérzékelő technológiát fejlesztettek ki. A bejelentés alapján az új képérzékelő több paraméterében is felülmúlja amostani CCD-k képességeit, kisebb fogyasztást, kevesebb külső áramkört és nagyobb dinamikát ígér. Így az egész iparág drasztikus átalakulása is elképzelhető.
A miniatűr méretű képérzékelők már alkalmasak arra, hogy azokat mobiltelefonokba, vagy más kis méretű készülékekbe építsük. A CCD képérzékelők azonban viszonylag nagy energiaigényűek, így folyamatos alkalmazásuk jelentősen függ az energiaellátástól. A két professzor olyan képérzékelő prototípusát készítette el, mely minden képpontban külön digitalizálja a képet, valamint új tömörítési algoritmust használva sokkal kevesebb számítási műveletet igényel, mint a korábbi megoldások. „Ez a két új technológia külön-külön és egyszerre is alkalmazható ahhoz, hogy az egy kép elkészítéséhez szükséges energiát csökkenteni tudjuk” – nyilatkozta Mark Bocko. „Az első a jelenlegi technológia továbbfejlesztése, míg a második forradalminak tekinthető, mivel vadonat új elképzelést jelent a képérzékelés területén”.
Az első technológiában minden egyes képpontban (pixelben) egy-egy sigma-delta modulátoros (ön kalibráló) A/D konverter található. A gyártás során természetesen CMOS technológiát alkalmaznak, hogy a képérzékelő felületére további áramkörök is építhetők legyenek. A korábbi megoldások hátránya az volt, hogy a pixelenkénti digitalizáláshoz túl sok tranzisztor kellett (a digitális kapuk és áramkörök mindegyiket több tranzisztoros kapcsoládból épül fel), így a pixelek hasznos felülete jelentősen csökkent. Az új megoldással elegendő mindössze három tranzisztort a fényérzékeny felület mellé szerelni, így a pixel terület közel fele megtartható a fotonok felfogására.
Az első tesztek alapján az ilyen képérzékelők 30 kép/mp képfrissítésű videójel rögzítése során csupán 0,88 nW (0,88 nanowatt, 8,8 × 10-10 Watt) energiát igényelnek – közel 50-szer kevesebbet, mint a korábbi megoldásoknál. Ezen kívül a dinamika átfogása is jobb ezen érzékelőknek, mint a jelenlegi CMOS alapú képérzékelőké. Ez utóbbiak 1:1.000 dinamika átfogásával (~10 blende) szemben a Rochester technológiája máris 1:100.000 dinamika átfogást (~16 2/3) demonstráltak.
A hagyományos képérzékelők fotodiódák mátrixát alkalmazza a beérkező fény detektálására, közvetlenül ezek mellett egy-egy apró tranzisztor szolgál az analóg jel erősítésére. A kivezetett analóg jelet külső A/D konverterekben alakítják át digitális jelekké. Más megoldások már a pixelben képesek a jel digitalizálására, ehhez azonban igen finom, nagy precizitású tranzisztorokra van szükség, amelyek a méretükből adódóan jelentősen csökkenthetik a pixelek fényérzékeny felületét. Az új technológia nem csak kisebb tranzisztorokat alkalmaz e célra, hogy több hely maradjon a fotonok felfogására, de a tranzisztorok méretének csökkentése sem befolyásolja a technológia hatékonyságát, így nyugodtan készíthetők kis méretű, de nagy felbontású szenzorok is. A tranzisztorok méretének csökkentése azok sebességét is növeli (pontosabban csökkenti a késleltetésüket, lásd mikroprocesszorok fejlesztése), így nagyobb mintavételi frekcenciával érzékelhető a fény bejutása (esetünkben: nagyobb sebességű elektronikus zár alkalmazása).
A másik érdekessége az új chipeknek az ún. „Focal Plane Image Compression”, vagyis a filmsíkban történő képtömörítés. Ignjatovic egy olyan fotodióda-elrendezést talált ki, amely a kép tömörítéséhez a korábbi megoldás számítási teljesítményének 1%-ával is beéri. Ez nyilvánvalóan nem csak időben, de energiafelvételben is éreztetni majd hatását.
