Ezzel az új technológiával eljöhet a terapixeles szenzorok kora

A kvantumpontos technológia végre igazi áttörést hozhat az évek óta pangó, de legjobb esetben is csak csigatempóban fejlődő szenzorgyártás terén. Ne higgyük azt, hogy a gyártók felhagytak a képérzékelők felbontásának folyamatos növelésével! Bár egy ideje már megszokott látvány a 24-50 MP közti felbontás a full frame méretű szenzoroknál, az egyre fejlődő mobiltelefonok a nagyméretű lapkákkal szerelt fényképezőgépek fejlesztését is sürgetik. A gyártók pedig szemrebbenés nélkül feltolnák az egekbe a dSLR és MILC gépek képméretét is, ha az nem okozna különösebb romlást a képminőség szempontjából. A már jól bevált CMOS technológiák azonban mára kifulladtak, sokkal tovább már nem lehet növeli a pixelszámokat: csökken a dinamika, nő a zajszint, ahogyan emelkedik az adott felületre jutó pixelek száma.

A jelenlegi szenzorok alapvető működési elve nem túl bonyolult, akár egyfajta kapunak is tekinthetjük őket, amin elektromos áram folyik át. Ha a szenzor síkján található milliónyi fotódióda alján egy szilíciumatom elég magas elektromágneses energiát vesz fel fény formájában (fotonok -> fotoelektromos effektus), akkor az az atom egy elektront bocsájt ki magából, így ideiglenesen megváltozik az elektromos töltöttsége, ami megint csak hatással van arra, hogy mekkora elektromos töltés futhat át rajta. Minél nagyobb a megvilágítás mértéke, annál nagyobb a fotódiódán átfolyó áram mennyisége, és a fotodiódákkal sorba kapcsolt, a szilíciumlapka felületén kialakított kondenzátorok töltöttsége. A CMOS lapkák hatékonysága körülbelül 25%-os, azaz négy becsapódó fotonból egy kerül csak hasznosításra. Ha ehhez még hozzávesszük, hogy a fotódióda előtt egy vörös, vagy zöld, vagy kék szűrő helyezkedik el (pl. a Bayer-féle színszűrő, ugye), akkor még rosszabb lesz a helyzet.

A kvantumfilmre helyezett kvantumpontok is hasonlóan működnek, azaz töltést hoznak létre fény hatására, de sokkal kisebbek és sokkal hatékonyabbak a fény elektromos töltéssé való átalakításában. Például a Nikon D850 lapkáján egy fotódióda 4350 nanométer átmérőjű, míg egy kvantumpont akár 2-6 nanométeres is lehet. Hogy jobban elképzelhessük a méretarányokat: egy átlagos emberi hajszál kb. 90 000 nanométer átmérőjű. Ha kvantumpontok kerülhetnének a képérzékelőre, akkor milliónyi pixel helyett milliárdnyi állna rendelkezésünkre!

Az általános CMOS lapkák két okból sem túl hatékonyak: már maga szilícium alapanyag sem túl jó a fény elnyelésében, de a helyzetet tovább rontja, hogy a lapka majdnem felét az elektromos vezetékezés fedi le. Bár utóbbin javít a hátsó megvilágítású (BSI) elrendezés, de az alapanyag nem túl hatékony fényelnyelő tulajdonsága megmarad.

Ezzel szemben a kvantumpontok rendkívül hatékonyak a folyamat mindkét irányú végrehajtásában, tehát nem csak képérzékelőnek, hanem világítási célokra is nagyon jól használhatók (gondolj például a monitorokra, elektronikus keresőkre). A fény különböző frekvenciáinak elnyeléséhez különböző méretű kvantumpontokra van szükség: a hosszabb hullámokat (vöröses, narancsos fény) nagyobb, míg a rövidebbeket (kék fény) kisebb átmérőjű kvantumpontok tudják hasznosítani – ennek kicsit lentebb majd látni fogod a jelentőségét.

A kvantumpontok előállítása sokkal olcsóbb és gyorsabb, ráadásul a gyártáshoz nincs szükség mérgező nehézfémekre, mint a CMOS lapkák esetében. A kutatás jelenleg Alberti Salleo és Paul Alivisatos professzorok vezetésével a Stanford University és a University of California Berkeley egyetemeken zajlik, s a következő lépés az, hogy a fejlesztők kiderítsék, a kvantumpontok hatékonysága elérheti-e a 100%-ot. A kvantumpontos technológia lehetővé teszi, hogy a szenzor fényérzékeny felülete térbeli felépítésű legyen, és ne legyen szükség többé a mikrolencsékre, illetve a színszűrőkre sem (az RGB színszűrők szerepét különböző átmérőjű kvantumpontok vennék át). Ennek hatására a lapkák a filmek fényérzékeny kristályszerkezetéhez hasonlóan viselkedhetnének.

A jövőben tehát akár terapixeles felbontású fényképezőgépeink is lehetnek úgy, hogy a fogyasztásuk a radikálisan megnövelt felbontás ellenére nemhogy nem nőne, hanem akár csökkenne! Ugyanez a technológia az elektronikus keresők esetében is alkalmazható, ahol olyan áttörést lehetne elérni, amit most még el sem tudunk képzelni. Persze, az objektívek tervezését át kellene gondolni, mert ott bizony lehetnek majd gondok a felbontóképesség terén.. (Forrás: thephoblographer.com)

Hirdetések:
Weboldal készítés

.

Ezek is érdekelhetnek...