Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Snímače obrazu CMOS pro barevné vidění

Automobily budoucnosti budou bezpochy­by vybaveny množstvím důmyslných asistenč­ních soustav – od systémů usnadňujících za­parkování, přes systémy samočinně udržující bezpečnou vzdálenost od vpředu jedoucího vo­zidla až po systémy varující před překážkami v tzv. mrtvém prostoru (úhlu), které jsou mimo zorné pole při pohledu řidiče do zpětného zr­cátka. Klíčovou součástí většiny asistenčních systémů jsou kvalitní snímací kamery a sen­zory (snímače) obrazu, v nichž je obraz přive­dený na čip s maticí prvků citlivých na světlo (pixel) převeden na elektrický signál. Na tyto součástky je kladeno mnoho přísných požadav­ků. Především musí být schopny pracovat v ši­rokém rozmezí teploty okolí a současně musí být malé, lehké a odolné proti vibracím a rá­zům. Mimoto nesmí mít v zorném poli slepá místa a měly by být také pokud možno levné.
V současné době se v asistenčních obra­zových systémech v automobilech zpravidla používají polovodičové snímače obrazu typu CMOS (snímače CMOS). Dosavadní samo­statné snímače CMOS jsou však barvoslepé, a mohou tedy snímat pouze obraz v odstínech šedé (od černé po bílou barvu). Pro barevné vidění neboli získání informace o barvě jed­notlivých bodů snímaného obrazu je nutné před snímač umístit speciální filtr (např. Ba­yerova maska) a použít složitou elektroniku.
 
Nedávno se však odborníkům z Fraun­hoferova ústavu pro mikroelektrické obvody a systémy IMS (Institut für Mikroelektrische Schaltungen und Systeme) v Duisburgu po­dařilo vyvinout pro snímače obrazu CMOS nový výrobní postup umožňující vyrobit čipy, které přímo „vidí“ barevně. Běžně se čipy se snímači obrazu CMOS vyrábějí stejným vý­robní postupem jako ostatní polovodičové prvky typu CMOS (mikroprocesory, pamě­ti apod.). Pracovníci ústavu začlenili nově přímo do výrobního postupu operace, který­mi se na čipu vytvoří systém barevných fil­trů (obr. 1). Stejně jako lidské oko potřebuje k barevnému vidění na sítnici tři typy „číp­ků“, tak mají-li snímače rozeznat barvy, musí se před jejich pixely zařadit barevné filtry. Ty jsou v nových snímačích vytvořeny z polyme­rů zbarvených v základních barvách, tj. červe­né, zelené a modré (soustava red-green-blue – RGB). Na každý pixel snímače je nanesena vrstva polymeru v jedné ze tří základních ba­rev. Použije se k tomu speciální odstředivka, která na čip budoucího snímače postupně na­nese vrstvu polymeru příslušné barvy tloušť­ky asi 1 μm. Působením ultrafialového světla přes speciální masku, která propouští světlo jen na požadovaných pixelech, se barevný po-lymer na těchto místech vytvrdí a zbytek polymeru se následně smyje.
 
Dále odborníci ústavu vyvinuli speciál­ní miniaturní čočky, které světlo vstupující do snímače účinněji koncentrují na jednot­livé pixely. Čočky jsou vyrobeny z průhled­ného polyamidu a při výrobě jsou umístěny před každý pixel snímače. Výsledkem je té­měř dvojnásobná citlivost na světlo a větší odstup signálu od šumu nového snímače ob­razu v porovnání s dřívějšími konstrukcemi.
 
Zdokonalený postup výroby obrazových čipů typu CMOS umožňuje levně vyrobit nejenom dokonalejší snímače obrazu do asi­stenčních systémů pro řidiče. Nové čipy lze s výhodou využít také např. v lékařství, ze­jména v endoskopii, kde je barevné rozlišení často velmi podstatné.
 
Nové snímače obrazu CMOS s barevným snímáním byly odborníky Fraunhoferova ústavu IMS představeny odborné veřejnosti koncem minulého roku na 22. mezinárodním veletrhu Vision 2009 ve Stuttgartu.
[Farbsensoren für bessere Sicht. Mediendienst FhG, Nr. 10-2009, Thema 4.]
Kab.
 
Obr. 1. Nový snímač obrazu typu CMOS pro barevné vidění (foto: Fraunhofer IMS)