Czy zakrzywione matryce zrewolucjonizują branżę obrazowania?

Nowoczesne aparaty cyfrowe wyposażone są w złożone obiektywy wykonane z wielu elementów optycznych, których celem jest poprawa błędów, aberracji oraz manipulowanie obrazem, aby mógł być odebrany przez płaski przetwornik obrazu. Podczas gdy obecnie standard jakości obrazu i jego rozdzielczości jest bardzo wysoki, to dalej technologia napotyka na trudności związane z próbą uzyskania dobrej jakości obrazu w warunkach, w których panuje niedostateczne oświetlenie. Ponadto, producenci aparatów od zawsze walczą z problemem nierównomiernego padania światła od soczewki na matrycę, co powoduje pogorszenie ostrości na rogach obrazu. Co prawda istnieją już profesjonalne typy soczewek, wyspecjalizowane rodzaje szkła, które redukują niemal wszystkie wady optyczne, ale właśnie one powodują powstawanie coraz bardziej skomplikowanych, większych i droższych obiektywów.

Lepsza jakość obrazu, mniej skomplikowany obiektyw

Nowe zakrzywione czujniki pozwalają na zmniejszenie nakładu pracy wykonywanej przez elementy optyczne podczas korygowania i spłaszczania obrazu. Korzystając z zakrzywionych przetworników obrazu można w bardziej efektywny sposób zredukować błędy i zastosować szerokokątne soczewki, które pozwalają na uzyskanie obrazu ostrego w całym polu widzenia. W ten sposób radykalnie zwiększona wydajność (bez utraty efektywności) - zmniejszy liczbę potrzebnych komponentów optycznych i tym samym pozwoli na produkcję nowej klasy kamer - mniejszych, szybszych i tańszych, ale dostarczających jakość obrazu porównywalną do klasycznych. Takie rozwiązanie sprawdzi się nie tylko w kamerach konsumenckich, ale również np. w kamerach nadzoru czy stosowanych w autonomicznych pojazdach.

Jak powstaje wygięty przetwornik obrazu?

Opracowana przez naukowców metoda wyginania standardowych matryc krzemowych pozwala na 3-krotnie większe wygięcie w stosunku do matryc, które są obecnie dostępne na rynku. Technologia, opisana w artykule, została tak dopracowana, aby zapewnić równomierne zaokrąglenie krzywizny na całej powierzchni. Naukowcy wykorzystali ciśnienie pneumatyczne do precyzyjnego nakładania matrycy CMOS na specjalnie zaprojektowaną formę.

Prototypowy aparat z zakrzywioną matrycą

Prototypowy aparat z zakrzywioną matrycą i obiektywem f/1.2 potrafi pozyskać obraz o dwukrotnie lepszej rozdzielczości w całym polu widzenia w porównaniu do wysokiej klasy lustrzanek SLR (ang. single-lens reflex) wyposażonych w w podobny obiektyw. Naukowcy twierdzą, że możliwe jest wyprodukowanie tak małych przetworników obrazu, aby mogły być zastosowane w telefonach komórkowych czy tabletach. Zakładają możliwość stworzenia maszyny, umożliwiającej produkcję na masową skalę.

I co dalej?

Obecnie trwają prace nad sprawdzeniem możliwości jeszcze większego zakrzywienia matrycy oraz eksperymenty z czujnikami czułymi na światło podczerwieni, które mogłyby być przydatne np. w teleskopach, mapowaniu przestrzeni 3D, identyfikacji biometrycznej i innych zastosowaniach naukowych.

Jedno jest pewne. Technologia otwiera drzwi na nową klasę soczewek. Jakość może być jeszcze lepsza niż dotychczas. Czy wygięte matryce zrewolucjonizują świat obrazowania, i jednocześnie rynek przemysłowych systemów wizyjnych?

___________________________________________________________________
​Artykuł na temat tej innowacyjnej technologi został opublikowany na łamach czasopisma Optics Express wydawanego przez Optical Society. 
Link do oryginalnego artykułu "Highly curved image sensors: a practical approach for improved optical performance".

Zdjęcie główne: Optical Society od America Journal