Panasonic chystá čipy bez Bayerovy masky s Micro Color Splittery

Panasonic oznámil vývoj snímacích čipů, jenž se obejdou bez Bayerovy masky, která významně snižuje citlivost na světlo. Tyto barevné filtry totiž blokují 50-70 % příchozího světla. Jejich propustnost je 70 % u modré a zelené a 90 % u červené barvy, a protože propouští jen určité vlnové délky, na snímač se dostanete jen 30-50% světla. Dobře to jde vidět na levém obrázku dole. Nová metoda od Panasonicu ale bude využívat jiný přístup (snímek vpravo). Světlo nebude blokováno, ale pomocí deflektoru roztříštěno na jednotlivé barvy. Příkladem tak může být např. oddělení červené barvy. Do pixelu tak půjde modrá a zelená složka, tedy barva azurová (W-R, bílá minus červená > RGB - R = GB), do sousedních pixelů pak půjde bílá barva obohacená o červenou složku ze sousedních pixelů, tedy barva načervenalá (W+R, tedy RGB+R = RGBR).
Využívá se efektu difrakce, tedy rozptylu světla. Ta probíhá v micro-color splitteru, tedy jakémsi "oddělovači" světla. Ten má menší šířku, než je vlnová délka světla (w=280 nm), na délku má pak l=1200 nm a vzdálenost od snímací plochy čipu je d=2000 nm.
Vše je založena rozdílných indexech lomu deflektoru (SiN, n=2,03) a okolního prostřední (SiO2, n=1,46). Na základě fázových rozdílů odraženého světla a jeho vlnové délky tak může docházet k několika jevům. Paprsek U je GB (green-blue), tedy azurové světlo zbavené červené složky, paprsky -D a +D jsou pak oddělené červené složky.
Na obrázku c) vidíte světlo o vlnové délce 430 nm. To se díky difrakci při takto konstruovaném deflektoru rozděluje a směřuje do sousedních pixelů, zatímco do pixelu pod deflektorem toto světlo téměř neprochází. Naproti tomu 600nm světlo (obrázek d)) vytváří minimální odrazy a drtivá většina světla proudí přímo do potřebného pixelu.
Jak to vypadá seshora, vidíte na obrázcích e) a f). V prvním případě jde o rozdělené světlo o vlnové délce 430 nm (modré), ve druhém případě o propustnost 600nm světla (oranžové až červené) přímo na pixel pod deflektorem. Průměr tohoto paprsku je 1,43 mikrometru (1430 nm), což je rovněž velikost pixelů (L, C a R). S přibývající vlnovou délkou světla se tedy zmenšují odrazy a světlo je více zaměřené do prostřední části.
To ale zdaleka není všechno. Použít lze i asymetrické deflektory, které mají jakýsi výřez. Ten umožní oddělit každou barevnou složku zvlášť. Na snímcích c) a e) je studováno modré světlo s vlnovou délkou 420 nm, na snímcích d) a f) pak červené se 700 nm.
Následující obrázek ukazuje propustnost světla jednotlivých vlnových délek v prostředním (C), levém (L) a pravém (R) pixelu. Vidíte, že celková propustnost obou typů deflektorů je okolo 80 %.
Tady je pak ukázka jednotlivých splitterů a výsledky při snímání bílého světla. Červený splitter tedy posílá červenou barvu do sousedních pixelů (ty jsou lehce načervenalé), naopak pod splitterem najdete bílou, která je o červenou ochuzená, tedy azurovou barvu. Naopak modrý splitter oddělí modrou barvu, sousední pixely jsou tak namodralé (bílá + modrá) a pod splitterem je bílá ochuzená o modrou barvu, tedy žlutá.
Vlevo je ukázka využívající micro-color splittery, vpravo pak při stejné expozici snímek využívající tradiční RGB pixely. Podle Panasonicu bylo naměřeno o 85 % více světla, což je jeden krok citlivosti k dobru. Tedy tam, kde stávající snímač potřebuje ISO 3200, může ten nový použít ISO 1600. Jaká ale bude skutečná praxe u produkčních fotoaparátů, to snad v budoucnu uvidíme.
Nová technologie může být použita u CCD i CMOS snímačů. Zatím zaznamenala 21 japonských a 16 zámořských patentů. Bude ale nutné vyvinout co nejlepší algoritmy, které dokážou správně interpretovat všechny barvy, které jsou snímány ve více kanálech zároveň a současně budou rychlé (FDTD algoritmus je sice přesný, ale velmi pomalý, naproti tomu BPM, použitý v ukázce, je rychlý ale barevně ne úplně nejpřesnější).

Zdroj: www.panasonic.co.jp, www.nature.com, www.readcube.com