Найден способ отказаться от светофильтров в камерах

Размеры — ахиллесова пята камер гаджетов. С одной стороны, их, как и остальную начинку, стараются миниатюризировать. С другой — чем больше матрица и объектив, тем больше света они могут уловить, а значит, зафиксировать больше деталей. Это важно еще и потому, что светофильтры, необходимые для создания цветного изображения, задерживают до 70% поступающего света.

Десятилетиями, с тех самых пор, как ПЗС (CMOS)-матрицы стали использовать в качестве датчиков для камер, они используются со светофильтрами в виде сетки из красных, зеленых и синих линий над пикселями. Казалось, без них не обойтись. Но глубокое понимание физики света и достаточные инвестиции помогли найти изящные решения.

Они были представлены на Международной встрече IEEE по электронным устройствам (IEDM) в 2023 году, а теперь уже выходят за пределы лабораторий. Обе разработки совместимы с существующими технологиями производства CMOS-матриц, что облегчает внедрение.

В мае стартап Eyeo привлек 15 миллионов евро начального финансирования, чтобы коммерциализировать свою разработку, представленную на IEDM-2023, для использования в потребительской электронике, системах безопасности и других областях. Благодаря отказу от светофильтров чувствительность сенсора втрое выше, чем у традиционных CMOS-матриц. «Это как если бы мы наконец открыли глаза сенсору», — говорит глава Eyeo Джереон Хоэт.

Технология работает за счет пропускания света через вертикальные волноводы, которые разделяют его по длине волны и направляют фотоны на нужные пиксели. Волноводы действуют как воронка, позволяя уменьшить размер пикселей до менее 0,5 микрометра (примерно вдвое меньше стандартного пикселя смартфона). По утверждению разработчиков, такая система также точнее соответствует цветовосприятию человеческого глаза, чем современные фильтровые решения.

Техпроцесс производства совместим с существующими CMOS-линиями. Основная сложность — программная часть. По словам Хоэта, сейчас стартап адаптирует сенсор под запросы потенциальных заказчиков.

Хотя преимущества компактных и чувствительных матриц Eyeo очевидны для смартфонов, директор ожидает, что сначала технология найдет применение в других сферах — например, в системах видеонаблюдения для слабого освещения или в устройствах дополненной реальности, требующих миниатюрных сенсоров.

Идея другого стартапа, PxE Holographic Imaging, схожа: обойтись без фильтров и «направить цвета на нужные пиксели», искривляя световые волны, объясняет Берлацки, CEO компании.

Технология PxE использует слой дифракционного материала (голокодер), который не только формирует цветное изображение, но и работает как датчик глубины (отсюда holographic в названии компании). При прохождении белого света через голокодер создается интерференционная картина, фиксируемая сенсором. Алгоритмы PxE преобразуют ее в виртуальное 3D-изображение (голограмму). Та же картина кодирует информацию о длине световой волны, позволяя одновременно восстанавливать цветные (и инфракрасные) изображения.

По словам Берлацки, аппаратная часть PxE «менее экзотична», чем решения с метаповерхностями. Ключевая роль отводится ПО: «Алгоритм основан на физике света. Можно сказать, мы как бы запускаем процесс в обратном направлении — от CMOS-матрицы к миру, реконструируя то, что видит камера, в плане глубины и изображения».

Как и Eyeo, PxE рассчитывает на применение своей технологии в различных областях, особенно там, где уже используются раздельные датчики глубины и изображения — например, в автомобилях и смартфонах.