Vynalezen snímač s ohebným CMOS a zoomem
20.1.2011, Michal Srna, aktualita
Díky kombinaci vodních komůrek, hydraulického systému a speciálně navrženého ohybného snímače sestrojili vědci snímací systém velikosti mince s plynulým 3,5x optickým zoomem produkující ostrý obraz s nízkými náklady na výrobu.
Vědci z amerických vysokých škol University of Illinois a Northwestern University vyvinuli speciální snímací systém velice podobný lidskému oku a pracující na principu zakřivování jednotlivých částí. V čem má však tento systém navrch oproti lidskému oku, je možnost jednoduchého zoomu díky synchronizovanému zakřivování snímacího detektoru a čočky pomocí komůrek naplněných vodou.
Eyeball camera, jak se toto zařízení zatím označuje, bychom mohli přeložit jako oční kamera či kamera ve smyslu oční bulvy. Zatím disponuje maximálním 3,5x optickým zoomem a dle testů je schopno pořizovat ostré snímky a náklady na výrobu jsou nízké. Celý systém je navíc velikosti malé mince.
Sami autoři přiznávají, že se při konstrukci tohoto snímacího systému inspirovali principy, na kterých pracuje lidské oko, a tento princip chtěli navíc ještě rozšířit o možnost zoomu. Snímací systém kombinuje vlastnosti lidského oka (drobná čočka) s vlastnostmi klasických zoom objektivů (plynulé zvětšení obrazu).
Leží budoucnost snímání obrazu v miniaturních zařízeních ve snímacích systémech s ohebným snímačem?
V současné době je konstrukce objektivů značně komplikovaná z důvodu potřeby promítat rovný obrazový povrch na obvykle rovinný povrch snímače. Jednoduché objektivy složené pouze z jedné čočky promítají však zakřivený obrazových povrch (Petzvalův povrch). Díky této nově vyvinuté technologii je možné upravit zakřivení snímače, aby odpovídalo zakřivení obrazu promítaného čočkou.
Klíčovou inovací je fakt, že čočka i vlastní snímací senzor jsou umístěny na ohybném substrátu a hydraulickém systému, který může plynule měnit tvar substrátu, což umožňuje jednoduchý zoom. Většina předchozích zařízení na podobném principu neumožňovala libovolný a plynulý zoom z důvodu použití neohebných snímacích senzorů a tím je tento vynález právě jedinečný.
Tento experimentální snímač používá totiž ohebný snímací senzor. Autoři použili pole vzájemně propojených a křemíkových fotodetektorů (typ CMOS, rozlišení zatím 16x16 px) umístěných na tenké elastické membráně, která může jednoduše měnit svůj tvar.
Integrovaná čočka je svým způsobem též unikátní, byla zkonstruována použitím tenké elastické membrány položené na vodní komůrce, pod kterou je umístěno čiré skleněné okénko. V základu je detektor i čočka v rovné neprohnuté poloze. Jak jsme si již řekli, pod oběma prvky jsou komůrky naplněné vodou. Při odčerpávání vody z komůrky pod detektorem dochází k prohýbání detektoru (do tvaru duté polokoule). Pokud se voda opět přičerpá, dojde k narovnání snímače. Přičerpáváním vody do komůrky pod čočkou dojde k jevu opačnému – membrána čočky se začne prohýbat opačným směrem (do tvaru vypuklé polokoule).
K pořízení ostrých fotografií však takovýto jednoduchý princip nestačí, a proto museli autoři vyvinout hydraulický systém, který mění zakřivení čočky a snímacího detektoru koordinovaně.
Budoucí uplatnění této technologie bude směřovat zejména do miniaturních zařízení, jako jsou fotomobily, či do lékařských oblastí, kde najde uplatnění například v endoskopii. Autoři očekávají úspěch této technologie i v systémech nočního vidění.
Dle autorů je však ještě potřeba značně pokročit v technologii výroby ohybného snímače k dosažení komerčních hodnot počtu pixelů čítajících řádově Mpx.
Celý princip byl podrobně popsán ve vědeckém článku "Dynamically tunable hemispherical electronic eye camera system with adjustable zoom capability", ve kterém naleznete více informací o této zajímavé technologii.
Zdroje: www.dpreview.com, engineering.illinois.edu
Eyeball camera, jak se toto zařízení zatím označuje, bychom mohli přeložit jako oční kamera či kamera ve smyslu oční bulvy. Zatím disponuje maximálním 3,5x optickým zoomem a dle testů je schopno pořizovat ostré snímky a náklady na výrobu jsou nízké. Celý systém je navíc velikosti malé mince.
Sami autoři přiznávají, že se při konstrukci tohoto snímacího systému inspirovali principy, na kterých pracuje lidské oko, a tento princip chtěli navíc ještě rozšířit o možnost zoomu. Snímací systém kombinuje vlastnosti lidského oka (drobná čočka) s vlastnostmi klasických zoom objektivů (plynulé zvětšení obrazu).
Leží budoucnost snímání obrazu v miniaturních zařízeních ve snímacích systémech s ohebným snímačem?
V současné době je konstrukce objektivů značně komplikovaná z důvodu potřeby promítat rovný obrazový povrch na obvykle rovinný povrch snímače. Jednoduché objektivy složené pouze z jedné čočky promítají však zakřivený obrazových povrch (Petzvalův povrch). Díky této nově vyvinuté technologii je možné upravit zakřivení snímače, aby odpovídalo zakřivení obrazu promítaného čočkou.
Klíčovou inovací je fakt, že čočka i vlastní snímací senzor jsou umístěny na ohybném substrátu a hydraulickém systému, který může plynule měnit tvar substrátu, což umožňuje jednoduchý zoom. Většina předchozích zařízení na podobném principu neumožňovala libovolný a plynulý zoom z důvodu použití neohebných snímacích senzorů a tím je tento vynález právě jedinečný.
Tento experimentální snímač používá totiž ohebný snímací senzor. Autoři použili pole vzájemně propojených a křemíkových fotodetektorů (typ CMOS, rozlišení zatím 16x16 px) umístěných na tenké elastické membráně, která může jednoduše měnit svůj tvar.
Integrovaná čočka je svým způsobem též unikátní, byla zkonstruována použitím tenké elastické membrány položené na vodní komůrce, pod kterou je umístěno čiré skleněné okénko. V základu je detektor i čočka v rovné neprohnuté poloze. Jak jsme si již řekli, pod oběma prvky jsou komůrky naplněné vodou. Při odčerpávání vody z komůrky pod detektorem dochází k prohýbání detektoru (do tvaru duté polokoule). Pokud se voda opět přičerpá, dojde k narovnání snímače. Přičerpáváním vody do komůrky pod čočkou dojde k jevu opačnému – membrána čočky se začne prohýbat opačným směrem (do tvaru vypuklé polokoule).
K pořízení ostrých fotografií však takovýto jednoduchý princip nestačí, a proto museli autoři vyvinout hydraulický systém, který mění zakřivení čočky a snímacího detektoru koordinovaně.
Budoucí uplatnění této technologie bude směřovat zejména do miniaturních zařízení, jako jsou fotomobily, či do lékařských oblastí, kde najde uplatnění například v endoskopii. Autoři očekávají úspěch této technologie i v systémech nočního vidění.
Dle autorů je však ještě potřeba značně pokročit v technologii výroby ohybného snímače k dosažení komerčních hodnot počtu pixelů čítajících řádově Mpx.
Celý princip byl podrobně popsán ve vědeckém článku "Dynamically tunable hemispherical electronic eye camera system with adjustable zoom capability", ve kterém naleznete více informací o této zajímavé technologii.
Zdroje: www.dpreview.com, engineering.illinois.edu
