Sensory rejestrujące z prędkością 1 miliona kl./s mogą niebawem stać się rzeczywistością

Popyt na sprzęt nagrywający w dużej ilości klatek na sekundę wzrasta w olbrzymim tempie. Wiele sytuacji z naszego życia przedstawionych w slow-motion ma szanse stać się sensacją. Inżynierowie z całego świata pracują w pocie czoła nad kolejnymi ulepszeniami, aby móc nagrywać jeszcze szybciej z wyższą rozdzielczością.

Szperając po serwisie Youtube, mamy ogromną szansę, że trafimy na nagrania w zwolnionym tempie. Bardzo popularne stało się rejestrowanie wszelkich możliwych sytuacji czy eksperymentów w celach czysto rozrywkowych. Dużej ilość zdarzeń, jakie mają miejsce dookoła nas, nie jesteśmy w stanie zauważyć. Dzieją się po prostu zbyt szybko, często w przeciągu ułamka sekundy, aby nasze oko było w stanie wyłapać szczegóły.

Superszybkie nagrywanie możliwe jest przede wszystkim dzięki zastosowaniu globalnej migawki, która rejestruje obraz na całym swym obszarze. Chodzi przede wszystkim o pozbycie się efektu rolling shutter występującego przy migawkach szczelinowych CMOS. Rejestrowanie obrazu na całej powierzchni sensora było już możliwe przy matrycach CCD, jednak mocne nagrzewanie się oraz duże zużycie energii potrzebnej do jej działania, eliminuje zastosowanie matrycy przy szybkim nagrywaniu.

W celu przystosowania matryc CMOS do rejestrowania przy dużej prędkości, stosuje się przypisanie komórki lub komórek pamięci do każdego piksela. Nadal istnieją ograniczenia i trzeba zadowolić się kompromisem. Krótsze nagrywanie w wysokiej rozdzielczości lub dłuższy materiał przy gorszej jakości.

Inżynierowie z japońskiego Uniwersytetu Tohoku, z Rihito Kurodą na czele, zaprezentowali na początku grudnia, podczas konferencji International Electron Devices Meeting 2016 w San Francisco, owoc swojej pracy w postaci matrycy CMOS nagrywającej z prędkością 1 miliona kl./s.

Obecnie stworzony prototyp ma możliwość rejestrowania materiału o długości 0,00048 sekundy w rozdzielczości 128 x 96 pikseli. Innowacyjność zaprezentowanego sensora ma głównie związek z zaprojektowaniem układu scalonego, na którym montowany jest sensor. Grupa Rihito Kurody umieściła kondensatory w głębokich rowkach wyrytych na powierzchni mikrochipów, zamiast rozkładać je równomiernie na powierzchni. Taki zabieg pozwala zagęścić liczbę komórek pamięci przypisanych do pikseli, co przekłada się na wydłużenie czasu nagrywania.

Odkrycia i innowacje grupy inżynierów Rihito Kurody mogą przyczynić się nie tylko do rozwoju matryc nagrywających w zwolnionym tempie, ale matryc w ogóle. Lepsze wykorzystanie energii i poprawienie działania poczciwych CMOSów w przypadku aparatów cyfrowych na pewno będzie mile widziane. Zastosowanie technologii opracowywanej przez inżynierów z Uniwersytetu Tohoku może przynieść najwięcej korzyści w takich dziedzinach nauki, jak fizyka, astrofizyka, chemia czy biologia. Bardzo dużo zjawisk, które zachodzą w naszym otoczeniu z dużą prędkością, nie zostało jeszcze zbadane. Jeżeli czegoś nie widzimy, możemy nie zdawać sobie sprawy, że to istnieje.