Больше света, меньше шума: как стартап из Бельгии меняет правила игры в фотографии

Бельгийско-нидерландский стартап разрабатывает альтернативу цветным фильтрам, позволяющую матрицам улавливать весь свет, попадающийся на них. Это может преодолеть одно из ограничений существующих сенсоров с фильтром Байера, обеспечив до одного стопа улучшения в тональной передаче и уровне шума, а также потенциально повысив разрешение.
 

Технология

Компания использует наномасштабные волноводы для разделения входящего света по цветам. Это позволяет матрице получать весь свет, а не терять его часть в фильтрах, которые поглощают свет.

Eyeo — это спин-офф от бельгийской исследовательской организации Imec. Недавно компания привлекла 15 миллионов евро стартового финансирования для разработки своей технологии.

Система Eyeo не блокирует и не поглощает свет, а перенаправляет его в соседние пиксели в зависимости от цвета.

Технология использует волновод, направляющий свет к тончайшей точке — геометрия этой точки соответствует длине волны света. После этого свет разделяется по длине волны и проходит дальше через второй, прямоугольный волновод, направляясь к паре фотодиодов внизу.

Компания продемонстрировала, что может настраивать разделение цветов, регулируя точную геометрию и расположение волноводов. Она разработала пары волноводов, разделяющих свет на тех же длинах волн, на которых это делает человеческий глаз: одна пара отделяет красный свет от цианового (зелёного и синего), а другая — синий от жёлтого (зелёного и красного).


Диаграмма чувствительности колбочек глаза и раздельных длин волн волноводов Eyeo. 
На диаграмме показана чувствительность колбочек человеческого глаза к разным длинам волн (вверху), а также выходные спектры двух типов волноводов: один с точкой разделения на 480 нм (слева), второй — на 580 нм (справа).

Это значит, что всё ещё требуется четыре фотодиода для получения полного цвета, но интенсивность света можно измерить двумя — обеспечивая прирост разрешения и минимальные потери света.

Исследования компании показывают, что такие пары волноводов в сочетании с обычными КМОП-сенсорами могут обеспечить цветопередачу на уровне современных камер, с потенциалом улучшения до уровня лучших моделей.

Кроме устранения потерь света из-за фильтров, этот дизайн позволяет использовать пиксели меньшего размера по сравнению с предыдущими попытками цветоделения с помощью дифракции, что даёт возможность создания сенсоров с более высоким разрешением.
 

Применение

Основное внимание Eyeo сосредоточено на большом и потенциально прибыльном рынке смартфонов. Поскольку технология не теряет свет и работает с меньшими пикселями, это позволяет создавать более компактные сенсоры с качеством, сравнимым с существующими байеровскими, или сенсоры с теми же размерами, но более высоким разрешением.

Даже в больших матрицах, используемых в отдельных камерах, устранение потерь света от цветного фильтра может дать прирост примерно на 1 ступень экспозиции (1 EV) в тональном диапазоне и шумоподавлении. Современные сенсоры обладают высокой квантовой эффективностью (превращают большую часть попадающего света в сигнал) и низким уровнем шума, что ограничивает возможности дальнейшего улучшения КМОП-структуры. Однако кремниевая часть сенсора теряет около одного стопа света, проходящего не на тот фотодиод из-за фильтра.



Значения Vora для разных камер и технологии Eyeo.
Диаграмма показывает значения Vora (меры точности цветофильтрации) для множества камер, рассчитанные как для стандартного наблюдателя CIE, так и для представителей различных возрастов и этнических групп. Значения для технологии Eyeo (на основе стандартных КМОП-сенсоров и собственной плёнки на основе перовскита) показаны справа.
 

Совместимость и перспективы

Хотя технология пока находится на ранней стадии разработки, в компании говорят, что она совместима с существующим производством КМОП-сенсоров, а технологии изготовления волноводов уже масштабируемы.

Также Eyeo заявляет, что обеспечила высокую эффективность захвата света на краях кадра без использования микролинз и запатентовала метод оптимизации конструкции для соответствия числовым апертурам, характерным для современных камер и смартфонов.

Первоначальная идея была предложена в 2018 году, патенты и прототипы появились в последующие годы. Штаб-квартира компании находится в Эйндховене, основана она в 2024 году. В следующем году Eyeo надеется начать сотрудничество с потенциальными клиентами и предоставить им тестовые комплекты.

Однако на вопрос о сроках выхода технологии в потребительские продукты в компании ответить не смогли.
 

К списку фотоблога