Naujoji technologija užtikrina didelį 123dB plataus dinaminio spektro vaizdo fiksavimo vienu metu keliuose taškuose efektyvumą. Ši technologija padės tiksliai fiksuoti apšviestų objektų vaizdus be laiko iškraipymų.

Osaka, Japonija  – bendrovė „Panasonic“ šiandien paskelbė, kad sukūrė naują   plataus dinaminio spektro^[1] technologiją, kuri gali dar labiau praplėsti vienu metu keliuose taškuose fiksuojamo vaizdo dinaminį spektrą^[2] Naudojant CMOS vaizdo jutiklį su organine fotolaidžia plėvele (OPF)^*2, gaunamas 100 kartų platesnis spektras (palyginti su įprastu).

OPF CMOS vaizdo jutikliui galima atskirai atlikti įkrovimo išsaugojimo ir fotoelektrinio keitiklio funkcijų nustatymus. Su šia unikalia OPF CMOS vaizdo jutiklio funkcija, kai filmuojami judantys objektai, galima išvengti per didelio išlaikymo intensyvaus apšvietimo aplinkybėmis nepatiriant laiko iškraipymo efekto. Be to, netgi esant silpnam apšvietimui, galima atkurti ryškų ir sodrios tekstūros vaizdą. Šios technologijos leidžia labai tiksliai filmuoti greitai judančius objektus be laiko trikdžių netgi didelio kontrasto aplinkybėmis.

Naujai sukurta plataus dinaminio spektro technologija užtikrina tikslų vaizdo filmavimą ir jo atkūrimą sodresniais spalvų tonais netgi didelio kontrasto aplinkybėmis (filmuojant ryškiai apšviestus objektus arba naudojant studijinį apšvietimą). Be to, nuo šiol nėra būtina apdoroti įvairaus išlaikymo duomenų, kurie užfiksuojami skirtingu laiku. Tai leidžia tiksliai užfiksuoti dideliais greičiais judančius objektus. Ši technologija taip pat užtikrina tikslų dideliais greičiais judančių objektų vaizdo atkūrimą plačiu dinaminiu spektru.

Naujoji technologija pasižymi šiais privalumais:
1. Platus įvykių fiksavimo kampas (60 laipsnių), didelis jautrumas, sodrus vaizdas ir labai funkcionalūs kontūrai. Visa tai užtikrina unikalios OPF fotoelektrinio keitiklio ir nuskaitymo kontūrų funkcijos, valdomos nepriklausomai viena nuo kitos.
2. Vienu metu keliuose taškuose fiksuojant vaizdą užtikrinamas 123dB platus dinaminis spektras (kuris yra 100 kartų platesnis už įprastų silicio vaizdo jutiklių spektrą^*3) bei išlaikomi įprasti mikroschemos matmenys. Visa tai tapo įmanoma naudojant mūsų sukurtą originalų keleto taškų vaizdo fiksavimo vienu metu būdą.

Plataus dinaminio spektro technologijoje buvo panaudotos šios technologijos:
1. OPF CMOS vaizdo jutiklio konstrukcijos technologija, kurioje fotoelektrinio keitiklio dalis bei kontūro dalis gali būti projektuojama atskirai.
2. Dvigubo jautrumo pikselių technologija, kai kiekviename pikselyje naudojamos dvi jautrumo nustatymo celės (viena skirta šviesumui, kita – tamsumui). Tokiu būdu išnaudojamas sodraus vaizdo efektyvumas bei OPF CMOS vaizdo jutiklio jautrumo nustatymai. Tai padeda išgauti vienu metu keliuose taškuose fiksuojamo vaizdo platų dinaminį spektrą.
3. Sujungtų triukšmų slopinimo kondensatorių technologija, kuri gali panaikinti pikselio atkūrimo triukšmus ir pagerinti S/N^[3]  tamsių objektų atvaizdavimo charakteristikas.

Bendrovei „Panasonic“ Japonijoje priklauso 58 patentai ir 44 kitose pasaulio šalyse galiojantys patentai (įskaitant ir patvirtinti ruošiamus patentus), susiję su šia technologija.

Kai kurias iš šių technologijų „Panasonic“ 2016 m. pristatys tarptautinėje akademinėje konferencijoje ISSCC (International Solid-State Circuit Conference – Tarptautinė nejudrių kontūrų konferencija), kuri įvyks San Franciske, sausio 31 d. – vasario 4 d. (2016 m.).

Pastabos:
* 1: Pagal 2016 m. vasario 3 d. turimus bendrovės „Panasonic“ duomenis.
* 2: Mes naudojame organinę fotolaidžią plėvelę (OPF), kurią sukūrė bendrovė FUJIFIM.
* 3: Palyginti su bendrovės „Panasonic“ silicio CMOS vaizdo jutikliu.

Plačiau apie technologiją

1. OPF CMOS vaizdo jutiklio konstrukcijos technologija, kurią sudaro atskirai projektuojamos fotoelektrinio keitiklio ir kontūro dalys.

Įprastas vaizdo jutiklis susideda iš silicio fotodiodo, skirto šviesai fiksuoti, metalinių jungčių bei mikroschemoje integruotų mikrolęšių. Tiek fotoelektrinio keitiklio, tiek ir signalo generavimo ir išsaugojimo funkcijas atlieka silicio fotodiodas. Kita vertus, OPF CMOS vaizdo jutiklyje fotoelektrinio keitiklio funkciją atlieką OPF (vietoje silicio fotodiodo), o signalo generavimo ir išsaugojimo funkciją atlieka už OPF esantys kontūrai. Abi funkcijos yra beveik visiškai nepriklausomos viena nuo kitos, todėl OPF CMOS vaizdo jutiklis gali užtikrinti šias toliau išvardytas funkcijas:

Scenos apšvietimo kampo praplėtimas iki 60 laipsnių bei natūralių spalvų atkūrimas.

Vietoje silicio fotodiodo pasirinkus aukštą optinės absorbcijos koeficientą  ^[4] turintį OPF, OPF storis sumažėjo iki 0,5 mikrono. Tai yra 4–6 kartus mažesnis storis, palyginti su silicio fotodiodais.  Kadangi įprastiems silicio fotodiodams reikia ne mažiau kaip 2–3 mikronų gylio, scenų apžvalgos kampai yra gana maži (nuo 30 iki 40 laipsnių). Kai gaminant OPF naudojama OPF CMOS vaizdo jutiklio technologija, scenos apžvalgos kampą tapo įmanoma praplėsti iki 60 laipsnių, efektyviai išnaudoti šviesos patekimą kampu ir tiksliai atkurti spalvas, kad jos nesusilietų. Ši technologija taip pat suteikia daugiau laisvės projektuojant lęšius ir sumažina visos kameros gabaritus.

Jutiklio jautrumas padidėja 1,2 karto (palyginti su įprastais silicio vaizdo jutikliais). Tai užtikrina ryškų vaizdą netgi esant silpnam apšvietimui.

Kiekvieno pikselio tranzistoriai ir metalinės jungtys gaminamos taikant „Panasonic“ puslaidininkių įrenginių technologiją. Jie padengiami OPF. Įprastų vaizdo jutiklių šviesą priimančios zonos plotas yra ribotas, kadangi jutiklyje naudojamos metalinės jungtys. Be to, šiuose jutikliuose būtina sukurti šviesos ekrano plėvelę, neleidžiančią šviesai patekti į kitas (ne fotodiodo) kiekvieno pikselio zonas. Be to, OPF CMOS vaizdo jutiklio technologija leidžia jutiklį padengti OPF danga, kuri sugeria visą į jutiklį patenkančią šviesą. Ši unikali OPF konstrukcija bei didelis kvantinis efektyvumas padidina jutiklio jautrumą 1,2 karto (palyginti su įprastais silicio vaizdo jutikliais) ir užtikrina ryškų vaizdą netgi silpno apšvietimo sąlygomis (filmuojant tamsoje).

Įprasto galinio pašvietimo (BSI) CMOS vaizdo jutiklio tinklelio vaizdas ir OPF CMOS vaizdo jutiklis

OPF bei kontūrų konstrukcija yra visiškai nepriklausoma ir užtikrinanti aukštą vaizdo efektyvumą (sodrus vaizdas)

OPF CMOS vaizdo jutiklio konstrukcijoje šviesą į elektros signalus konvertuojantis OPF ir šių elektros signalų iškrovas išsaugantys bei signalus nuskaitantys kontūrai yra projektuojami visiškai atskirai vienas nuo kito. Todėl renkantis OPF, fotoelektrinio keitiklio charakteristikas, bangos ilgį, jautrumą ir pan. tai atlikti galima gana lanksčiai. 
Be to, kiekviename įprastų vaizdo jutiklių pikselyje būtina integruoti silicio fotodiodą bei kontūrus (tranzistorius ir kondensatorius), todėl kontūrams liekanti erdvė yra ribota. Kita vertus, OPF CMOS vaizdo jutiklyje nėra būtina integruoti silicio fotodiodo, todėl didelio efektyvumo (didelės spartos arba plataus dinaminio spektro) kontūrus galima formuoti pačioje silicio medžiagoje. Palyginti su įprastais vaizdo jutikliais^*3, OPF CMOS vaizdo jutiklis turi didelės talpos signalų iškrovų saugojimo kondensatorių, todėl elektros signalo  prisotinimo vertė^[5] yra daug didesnė.

2. Dvigubo jautrumo pikselių technologija, kiekviename vaizdo pikselyje naudojanti dvi jautrias celes (viena skirta šviesumui, kita – tamsumui), pasižymi dideliu OPF COS vaizdo jutiklio sodrumu bei jautrumo nustatymų lankstumu. Visa tai leidžia pasiekti platų vienu metu keliuose taškuose fiksuojamo vaizdo dinaminį spektrą.

Kiekviename OPF CMOS vaizdo jutiklio struktūros pikselyje naudojami du skirtingo jautrumo elektrodai, du skirtingos talpos signalų iškrovos kondensatoriai ir dviejų tipų triukšmų slopintuvai. Šį jutiklį sudarantys fotoelektrinio keitiklio OPF ir signalų iškrovos išsaugojimo kondensatoriai projektuojami visiškai nepriklausomai vienas nuo kito, todėl pasiekiamas aukštas vaizdo sodrumas. Tiek šviesios, tiek ir tamsios scenos fiksuojamos vienu metu naudojant skirtingos struktūros celes. Tokiu būdu gaunamas 123dB vienu metu fiksuojamų keleto taškų platus dinaminis spektras (tai yra 100 kartų platesnis spektras palyginti su įprastais silicio vaizdo jutikliais^*3).

1 celė: didelio jautrumo celė
didelio jautrumo pikselio elektrodas + mažas saugojimo kondensatorius
+ kondensatoriaus jungties triukšmo slopintuvas

2 celė: stipraus prisotinimo celė
mažo jautrumo pikselio elektrodas + didelis saugojimo kondensatorius
+ įprastas triukšmo slopintuvas

Naudojant šią technologiją, ypač didelio kontrasto atveju, užtikrinamas didelis tikslumas, didelė filmavimo sparta ir judančių objektų aptikimas.

Pikselių konstrukcija, skirta plačiam dinaminiam spektrui bei jo efektams išgauti

Be to, dvigubo jautrumo pikselių technologijos stipraus prisotinimo celėje visada išsaugoma signalo iškrova (mažo jautrumo atveju), išskyrus signalo nuskaitymo momentą. Dėl to nesusidaro nei  šviesos diodų mirgėjimas^[6] , nei fluorescentinis mirgėjimas^[7], sukeliantis nevisiško vaizdo fiksavimo problemas (automobiliuose montuojamos vaizdo kameros, verslui skirtos transliavimo kameros ir pan.).

3. Sujungtų triukšmų slopinimo kondensatorių technologija, šalinanti pikselio perkrovimo triukšmus ir gerinanti S/N charakteristikas filmuojant tamsoje esančius objektus.

OPF CMOS vaizdo jutiklio konstrukcija turi OPF ir iškrovos saugojimo dalis, kurios tarpusavyje sujungtos laidu, todėl susikaupusios iškrovos negali būti nuskaitytos iki galo. Dėl to iškyla pikselio perkrovimo triukšmo problema. Šis triukšmas lieka iškrovos saugojimo mazge ir yra neteisingo nuskaitymo su triukšmo poslinkiu priežastis. Norėdami išspręsti šią problemą, mes sukūrėme savo puslaidininkių įrenginių technologiją ir naujus originalius sujungtų triukšmų slopintuvus-kondensatorius. Tai leis panaikinti patį perkrovos triukšmą. Šiame slopintuve kiekvieno pikselio perkrovos triukšmas gali būti slopinamas sukuriant kiekvieno stulpelio neigiamo grįžtamojo ryšio kontūrą. Be to, naudojant kondensatoriaus jungčių konstrukciją, galima pagerinti neigiamo grįžtamojo ryšio kontrolės patikimumą ir stipriai slopinti perkrovos triukšmus iki 1,6 elektronų.

Bendrovė „Panasonic“ šią technologiją taiko stebėjimo kamerose, automobiliuose montuojamose kamerose, transliavimo kamerose, pramoninėse patikros kamerose, skaitmeninėse nejudančiose kamerose ir kituose vaizdo fiksavimo įrenginiuose. Taip pat ši technologija naudojama didelės spartos ir aukšto tikslumo filmavimui bei didelio jautrumo funkcijoms.

Techniniai terminai:

[1] Dinaminis spektras
Ryškumo spektras, kuris gali būti perteiktas vaizde.
(Santykis tarp didžiausios ir mažiausios ryškumo vertės)

[2] Vienu metu keliuose taškuose fiksuojamo vaizdo dinaminis spektras
Ryškumo spektras, kuris gali būti perteiktas vienu metu.

[3] S/N
Signalo ir triukšmo santykis, kurį apibrėžia signalo stiprumo ir triukšmo stiprumo santykis.

[4] Optinės absorbcijos koeficientas
Nekintanti vertė, kuri apibrėžia medžiagos absorbuotos šviesos kiekį šviesai patekus ant medžiagos.

[5] Prisotinimo vertė
Maksimali pasiekiama elektros signalo vertė.
Signalui viršijus šią vertę, vaizdas tampa perlaikytu.

[6] Šviesos diodų mirgėjimas
Vaizdo fiksavimo fenomenas, sukeliantis nepakankamą vaizdo fiksavimą. Šį fenomeną sukelia šviesos diodų (eismo reguliavimo įrenginiai, automobilio žibintai, kelio ženklai ir pan.) dažnis bei kameros filmavimo sparta.

[7] Fluorescentinis mirgėjimas
Vaizdo fiksavimo fenomenas, sukeliantis nepakankamą vaizdo fiksavimą. Šį fenomeną sukelia fluorescentinės lempos (gatvių apšvietimas, kelio ženklai ir pan.) dažnis ir kameros filmavimo sparta.

Vaizdas užfiksuojamas naudojant naują plataus dinaminio spektro technologiją

* Šiame pranešime pateikta informacija yra tiksli tuo metu, kai buvo publikuota. Ji gali būti keičiama be išankstinio perspėjimo. Atkreipiame dėmesį, kad dokumentuose gali būti pateikta ne pati naujausia informacija.

Apie„Panasonic“

„Panasonic“ korporacija yra pasaulinė įvairių elektronikos technologijų bei buitiniams vartotojams skirtų namų apyvokos prietaisų, automobilių pramonės, verslo bei gamyboje naudojamų sprendimų tobulinimo lyderė. Įmonė buvo įkurta 1918 metais. Nuo tada ji nuolat plėtėsi visame pasaulyje. Šiuo metu įvairiose šalyse veikiančių 468 atstovybių bei 94 patronuojamųjų įmonių konsoliduota apyvarta sudaro 7,715 trilijonų jenų (iki 2015 m. kovo 31 d.). Visą dėmesį skirdama naujiems produktams kurti pritaikant inovacijas, įmonė naudoja savo sukurtas technologijas ir taip prisideda prie patogesnio savo klientų gyvenimo bei geresnio pasaulio kūrimo. Daugiau apie įmonę „Panasonic“ sužinosite internete adresu http://www.panasonic.com/global.