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グラフィック

パナソニック、カラーフィルタを使用しない「マイクロ分光素子」技術発表 30

ストーリー by reo
起死回生の狼煙 部門より

maia 曰く、

パナソニックは、約 2 倍の高感度化を実現するイメージセンサーの要素技術「マイクロ分光素子」の開発発表を行った (AV Watch の記事プレスリリースdoi:10.1038/nphoton.2012.345 より) 。

カラーフィルタを使用せず、回折現象を利用して分光する。カラーフィルタで 50~70 % の光量が失われるから、その分、高感度化を実現できる。具体的には、例えば白+赤、白-赤、白+青、白-青の 4 つの色に分光し、演算で通常のカラー画像に変換する。この技術は CMOS でも CCD でも使える。仕組みからして、画素の高密度化や高感度化には向きそうだが、高画質化の点ではちょっと…と感じないでもないが。

なお関連特許は国内 21 件、海外 16 件 (出願中含む)。

この議論は賞味期限が切れたので、アーカイブ化されています。 新たにコメントを付けることはできません。
  • by sumeshi0206 (12305) on 2013年02月06日 19時36分 (#2320450) 日記

    昔、プリズムみたいので光を3つにわけて素子3つそれぞれで光を受けてって・・・やつはどこいったんだろう?

    • Re:3CCD (スコア:4, 参考になる)

      by thrillseeker (5161) on 2013年02月06日 22時19分 (#2320531) ホームページ

      ここにいます:http://panasonic.jp/dvc/x920m/

      家庭用ビデオカメラの高級機種は結構前からプリズム分光+3素子構成です。

      コストの安い1素子でもカラーフィルタのロスを減らして高感度化出来る
      というのが今回のミソ。

      親コメント
  • by x-rebuttal (33869) on 2013年02月06日 12時50分 (#2320155)

    高画質化の点ではちょっと…と感じないでもないが。

    なんでそう思うの?
    高感度ってことは光の情報を余さず拾えるってことだから、むしろ良くなるんじゃないか?
    後処理でRGBに再現というのを気にしてるのかもしれないけど、フィルター方式でも普通にやることだし。

    • by Bohemian (22410) on 2013年02月06日 12時56分 (#2320165)

      色分離性が悪そうなのを気にしてるのかも。
      混色多いと演算で分離してもクロマノイズが増えますし、色の再現性も劣化しますので。

      親コメント
      • Re:画質 (スコア:5, 参考になる)

        by TarZ (28055) on 2013年02月06日 13時02分 (#2320170) 日記

        色分解については今回の報告でも問題を認識しているようですが、分光素子の改良により改善の可能性があると書かれていますね。それと、解像感が悪化するかと思いきや、意外にもベイヤー配列イメージセンサーと同レベルを維持している、との結果が得られたようです。

        親コメント
        • Re:画質 (スコア:5, 参考になる)

          by TarZ (28055) on 2013年02月06日 13時14分 (#2320185) 日記

          その他、Nature Photonics電子版を斜め読み。

          - 対称形マイクロ分光素子は、ある波長とそれ以外の光を分離する。さらに工夫して非対称形分光素子にするとRGBに分けることも可能。

          - 今回使ったマイクロ分光素子は対称形で、白色を赤と赤以外、または青と青以外に分離するもの。(two-deflector method)

          - 分光素子の奥に配置しているフォトダイオードには、W+R W-R W+B W-B の光が入るように構成しており、以下の演算により RGB を得る。

               W+R  W-R  W+B  W-B           (W=RGB)
          R :   1   -1    0    0   = 2R
          G : -1/2  3/2 -1/2  3/2  = 2G
          B :   0    0    1   -1   = 2B

          - 受光量は従来の原色カラーフィルタ(ベイヤー配列)の1.85倍を実現できた。

          - わずかに偏光が画に影響してしまうが、多くの一般向け用途では問題ない(はず)。

          親コメント
          • by Anonymous Coward

            現時点ではGが作れないのかと思ったら、今回のでGも作れてるんですね。
            せっかく表で説明して頂いているのに何故それでGが作れているのかサッパリ理解できませんでしたが、

            • Re:画質 (スコア:5, 参考になる)

              by TarZ (28055) on 2013年02月06日 13時37分 (#2320216) 日記

              単にゴリゴリ式を解くと、G になりますよ。W = (R,G,B) という仮定が必要ですが。

              計算過程を書くと、こんな感じです。

                   W+R  W-R  W+B  W-B
              R :   1   -1    0    0   = 2R
              G : -1/2  3/2 -1/2  3/2  = ↓を参照
              B :   0    0    1   -1   = 2B
               
              G = -1/2(W+R) + 3/2(W-R) -1/2(W+B) + 3/2(W-B)
               
              ここで W = (R,G,B) なので
               
              G = -1/2(2R,G,B) + 3/2(G,B) -1/2(R,G,2B) + 3/2(R,G)
               
                = -1/2(2R,G, B) + 3/2(  G,B)
                  -1/2( R,G,2B) + 3/2(R,G)
               
                = -3/2R,-G,-3/2B + 3/2R,3G,3/2B
               
                = -G + 3G
               
                = 2G

              この演算で、フォトダイオードが拾うノイズも一緒に増えたりする問題がありそう。

              親コメント
            • by Anonymous Coward on 2013年02月06日 13時38分 (#2320217)

              Gなんか作るな、背筋が寒くなる

              親コメント
            • by Anonymous Coward

              R + G + B = W
              なので
              2G = 2W - 2R - 2G
              ってことでは。

            • by Anonymous Coward

              癶(癶;゚ё゚;)癶 カサカサ

          • by Anonymous Coward

            > 受光量は従来の原色カラーフィルタ(ベイヤー配列)の1.85倍を実現できた。

            原色フィルタと比較して1.85倍程度だったら、普通に補色フィルタつかって実現できそう。
            そして、原理的に補色フィルタと同等の残念な色づくりになりそう。

            このセンサーの用途がイマイチ不明ですが、監視カメラ目的ならアリかも。

            ミラーレスの一眼レフだったら、そんなことより長いフランジバックを活かして、ダイクロイックプリズムと
            3CMOSセンサー入れてほしい。あるいは、2CMOS(G, R+B)+位相差AFセンサという構成も面白いかも。

            • by Anonymous Coward

              小型化/薄型化が目的のミラーレスにそんなもんつっこんだら本末転倒じゃね?

            • by Anonymous Coward

              放送用のカメラには3CCDってあったと思います。値段もサイズもすごいものでしたが。

            • by Anonymous Coward
              ベイヤー配列においてGx2は輝度成分にもっぱら使われているので緑の色分解能が悪くてもあまり問題は無いのかも。どうせ緑は露骨に色作りしてるし。赤外線をどれだけカットできるかが解像度と色分解に響いてきそうだな。
      • by Anonymous Coward

        光量が増えるということは、暗電流の影響を受けにくくできるわけなので、画質は上がるんじゃないかと。
        人間の目は、色よりコントラストの方に敏感らしいですし。

      • by Anonymous Coward

        論文のFig.3を見る限りでは、色分離は良くなさそうですね。が、曲線がなだらかにつながっているので、演算によりきれいに分離できるのかも知れません。

        #というのは下記Blogの受け売り。

        http://egami.blog.so-net.ne.jp/2010-06-22 [so-net.ne.jp]
        > が、曲線に変な浮きが無く、なだらかに下がっているので、自然な階調が期待出来そうな気がします。

        演算を施した後の、実質的な分光感度曲線が見たいですね。

    • by Anonymous Coward on 2013年02月06日 14時53分 (#2320277)

      どなたかの日記にも書かれていましたが、以前は、RGBじゃなく、補色系の
      シアン(緑と青を透過)、マゼンタ(赤と青を透過)、イエロー(赤と緑を透過)という
      フィルタを使って後の演算処理で、RGBを再現する方式の受光素子が、ビデオカメラ向けを中心に
      結構使われていました。
      (例えば赤の光なら、マゼンタとイエローの二箇所で受光できるので単純に言えば二倍受光できる)

      ところが補色系は、原色系に比べて色の再現性が悪かったので結局は、原色系によって駆逐されて
      しまいました。

      例えば、人間の目の感度が、580nmの光の強度100と、550nmの光の強度90が同じとすると、
      原色系なら、緑の受光素子の分光感度とフィルタの分光透過率を掛けたものを人間の目と同じ特性
      に収めればよいですが、補色系なら、シアンの受光素子と、イエローの受光素子の両方で同じ特性
      を持たせる必要があります。差が生じた場合、これは演算で取り除くことはできません。

      例え8bitの分解能であっても、化学や物性の調節をして何本もの感度曲線の特性を合わせて量産
      するのは難しいように思えます。

      もっとも今回の場合は、白と原色の青、赤ですから、補色系より調節は楽な気がします。

      親コメント
      • by Anonymous Coward

        原色フィルタだろうと、補色フィルタだろうと、人間の目の特性とはだいぶ違います。
        http://www.jagat.or.jp/story_memo_view.asp?StoryID=11481 [jagat.or.jp]

        • by Anonymous Coward

          > 原色フィルタだろうと、補色フィルタだろうと、人間の目の特性とはだいぶ違います。

          その通りです、原色フィルタでも人間の目の特性とは原理的なものや材料上のものなど
          「ずれ」があります。(さっき書いてから、原色フィルタだと、いかにも特性が合っている
           ように読めるので失敗したなあと思っていたところです)

          連続した様々な波長からなる色をRGBの三つの値で代表させる際に、不公平というかずれ
          が生じる訳ですが、補色フィルタだとこの材料特性上のずれが、二重に効いてくるのが、
          原色フィルタと比べて見ると判るほど「色が悪い」主原因だと思われます。

          後、補色フィルタを使う機器の方が安価で、使用されている他の部品(特にモニタ用の液晶)
          も安価だったという要因もあったかも知れません。

    • by Anonymous Coward

      わきからですが、Foveonと同種の問題を抱えそうな感じがしますね。
      分光が完全でなくて色かぶりしたり、特定色が飽和しやすくなったりしそうな感。

  • by Anonymous Coward on 2013年02月05日 17時25分 (#2319606)

    HTCのUltrapixelsって何処製なんだろうか?
    Foveonならシグマが嬉々として宣伝していると思うんだけど。
    430万画素×3層って事だが、Foveonと同様の問題も出るのか、クリアしているのか。

  • by Anonymous Coward on 2013年02月06日 12時56分 (#2320166)

    今は亡きOLPCのバックライト・反射兼用ディスプレイもフィルタレスだったらしいけれど、あれと似た原理なのかな

    • by Anonymous Coward

      CTスキャンの原理と並べて比較すると面白いですね。
      観測対象の位置の違いはあるけど、最後に逆変換して元に戻すのは同じ。
      http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%88%E3%83%A2%E3%82%B0%E3%83%A9%E3%8... [wikipedia.org]

    • by Anonymous Coward

      死んでないよ!
      パレスチナでも活躍してますよ。
      国単位で本格導入してるのはペルーとパラグアイぐらいだろうけど。
      マララさんの事件があったからパキスタンにも投入されるかもしれないな。
      今年発表された新モデルは7インチAndroidタブレットだから「PCちゃう!」という声も上がりそうだけど。
      そのかわりウォルマートで一般販売もされるみたいだ。

  • by Anonymous Coward on 2013年02月06日 16時03分 (#2320304)

    縦長みたいなのですが、センサー周辺部のレンズからの光が斜めに入射するところでも特性劣化しないのかなあ

  • by Anonymous Coward on 2013年02月06日 16時44分 (#2320323)

    も大事よね。

    >回折現象を利用して分光する。

    たぶん回折格子の一種だから半導体プロセスで完結できる。

  • by Anonymous Coward on 2013年02月06日 20時04分 (#2320467)
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Stay hungry, Stay foolish. -- Steven Paul Jobs

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