Verbesserte Kameraleistung Neues Verfahren zur Farbwiedergabe mit Submikron-Pixelgrößen

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Forscher des Imec haben einen neuen Ansatz für die Farbtrennung bei Submikron-Pixelgrößen entwickelt. Damit können fast alle Photonen erfasst werden, was die Auflösung einer Kamera erhöht. Ziel ist ein künftiger Standard für Farbbilder.

Ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) führt zu einer besseren Bildqualität. Das SNR beschreibt das Verhältnis zwischen dem Signal, das von einem Objekt im Kamerasensor erzeugt wird, und dem Rauschen, das von der Kamera selbst erzeugt wird. Ein hohes SNR bedeutet, dass das Signal deutlicher vom Rauschen getrennt ist. Ein hohes SNR führt zu Bildern mit mehr Details und weniger Rauschen. Rauschen kann die Bildqualität durch Artefakte wie Körnigkeit, Farbsäume und Bewegungsunschärfe beeinträchtigen.

Die Experten von Imec schlagen einen grundlegend neuen Weg für die Aufteilung von Farben bei Submikron-Pixelgrößen vor. Das erfolgt jenseits der fundamentalen Abbe-Beugungsgrenze unter Verwendung von Standard-Backend-Verarbeitung.

Ihr Ansatz erfüllt alle Voraussetzungen für die nächste Generation von Bildgebungsgeräten, indem er nahezu alle Photonen erfasst, die Auflösung durch die Verwendung sehr kleiner Pixel erhöht und die Farben originalgetreu wiedergibt.

Das gesamte einfallende Licht sammeln

Um das zu erreichen, haben die Forscher eine Anordnung von vertikalen Si₃N₄-Multimode-Wellenleitern in einer SiO₂-Matrix realisiert. Die Wellenleiter haben einen sich verjüngenden, beugungsbegrenzten Eingang (beispielsweise 800 nm²), um das gesamte einfallende Licht zu sammeln.

„In jedem Wellenleiter regen die einfallenden Photonen sowohl symmetrische als auch asymmetrische Moden an, die sich unterschiedlich durch den Wellenleiter ausbreiten, was bei einer bestimmten Frequenz zu einem einzigartigen Schwebungsmuster zwischen den beiden Moden führt. Dieses Schwebungsmuster ermöglicht eine räumliche Trennung am Ende des Wellenleiters, die einer bestimmten Farbe entspricht“, erklärt Prof. Jan Genoe, wissenschaftlicher Direktor bei Imec.

Die Gesamtausbeute an Licht aus jedem Wellenleiter wird auf über 90 Prozent innerhalb des menschlichen Farbwahrnehmungsbereichs von 400 bis 700 nm geschätzt und ist damit Farbfiltern überlegen.

Einfallende Photonen erfassen

„Da diese Technik mit der standardmäßigen 300-mm-Verarbeitung kompatibel ist, können die Splitter kosteneffizient hergestellt werden. Das ermöglicht eine weitere Skalierung der hochauflösenden Imager, mit dem Ziel, jedes einfallende Photon und seine Eigenschaften zu erfassen. Unser Ziel ist es, der zukünftige Standard für die Farbbildgebung mit beugungsbegrenzter Auflösung zu werden. Wir laden Industriepartner ein, sich gemeinsam mit uns auf den Weg zur vollständigen Demonstration der Kamera zu machen“, sagt Robert Gehlhaar, leitender technischer Mitarbeiter bei Imec.

Einige konkrete Beispiele für die möglichen Anwendungen des Quantenpunkt-basierten Farbteilers:

• Kameras: Der Quantenpunkt-basierte Farbteiler könnte in Kameras verwendet werden, um die Bildqualität bei schwachem Licht zu verbessern. Dies würde es ermöglichen, bessere Bilder bei Nacht oder in Innenräumen zu machen.

• Scanner: Der Quantenpunkt-basierte Farbteiler könnte in Scannern verwendet werden, um die Auflösung und Farbtreue zu verbessern. Dies würde es ermöglichen, hochwertigere Bilder und Dokumente zu scannen.

• Medizinische Bildgebung: Der Quantenpunkt-basierte Farbteiler könnte in medizinischen Bildgebungsgeräten wie Ultraschallgeräten und Röntgengeräten verwendet werden, um die Auflösung und Kontrast zu verbessern. Das würde es ermöglichen, detailliertere Bilder des menschlichen Körpers zu erhalten.

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 (heh)

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