Введение
В цифровой визуализации цветофильтровый массив (CFA) или цветофильтровая мозаика (CFM) - это мозаика крошечных цветовых фильтров, размещенных над пиксельными датчиками датчика изображения для захвата цветовой информации. Термин также используется в отношении электронных бумажных устройств, где он означает мозаику крошечных цветовых фильтров, размещенных над панелью отображения в сером масштабе для воспроизведения цветных изображений.
Обзор датчика изображения
Цветовые фильтры необходимы, потому что типичные фотосенсоры обнаруживают интенсивность света с небольшой или никакой специфичностью длины волны и поэтому не могут отделять цветовую информацию. Поскольку датчики сделаны из полупроводников, они подчиняются физике твердого тела. Цветовые фильтры фильтруют свет по диапазону длин волн, так что отдельные фильтрованные интенсивности включают информацию о цвете света. Например, фильтр Байера (показано на изображении) дает информацию об интенсивности света в красных, зеленых и синих (RGB) областях длины волны. Необработанные данные изображения, захваченные датчиком изображения, затем преобразуются в полноцветное изображение (с интенсивностью всех трех основных цветов, представленных на каждом пикселе) с помощью алгоритма демозаикирования, который адаптирован для каждого типа цветового фильтра. Спектральная пропускаемость элементов CFA вместе с алгоритмом демозаирования совместно определяют цветовое отображение. Квантовая эффективность пропускной полосы датчика и диапазон спектральных ответов CFA, как правило, шире видимого спектра, поэтому все видимые цвета могут быть различены. Ответы фильтров обычно не соответствуют функциям соответствия цветов CIE, поэтому для преобразования значений тристимула в общее, абсолютное цветовое пространство требуется цветовое перевода. Датчик Foveon X3 использует другую структуру, так что пиксель использует свойства многоконтактных стыков, чтобы сложить синие, зеленые и красные датчики друг на друга. Эта схема не требует алгоритма демозаирования, потому что каждый пиксель содержит информацию о каждом цвете. Дик Меррилл из Foveon различает подходы как "вертикальный цветовой фильтр" для Foveon X3 и "боковой цветовой фильтр" для CFA.
Датчик CYGM
Матрица CYGM (циан, желтый, зеленый, красный) - это CFA, которая использует в основном вторичные цвета, снова, чтобы позволить большему количеству падающего света быть обнаруженным, а не поглощенным. Другие варианты включают CMY и CMYW матрицы.
Производство датчика изображения CFA
Диазонафтохинон (DNQ) - фоторезист, используемый в качестве носителя для изготовления цветовых фильтров из цветовых красителей или пигментов. Существует некоторое помеха между красителями и ультрафиолетовым светом, необходимое для правильного обнажения полимера, хотя для этой проблемы были найдены решения. Иногда используются цветные фоторезисты, включая те, которые имеют химические названия CMCR101R, CMCR101G, CMCR101B, CMCR106R, CMCR106G и CMCR106B. В нескольких источниках обсуждаются другие специфические химические вещества, наблюдающиеся оптические свойства и оптимальные процессы производства цветовых фильтров. Например, Накамура сказал, что материалы для цветовых фильтров на чипе делятся на две категории: пигмент и краска. Пигментные кислоты стали доминирующим вариантом, поскольку они обладают более высокой теплостойкостью и светостойкостью по сравнению с кислотами на основе красителей. В любом случае, толщины в диапазоне до 1 микрометра легко доступны. в то время как другие датчики имеют CFA, изготовленный непосредственно на поверхности изображения. Theuwissen не упоминает о материалах, используемых при производстве CFA. По крайней мере, один ранний пример конструкции на чипе использовал желатинные фильтры (Aoki et al., 1982). Желатин секционируется с помощью фотолитографии, а затем окрашивается. Аоки показывает, что использовалась схема CYWG, при этом фильтр G является перекрытием фильтров Y и C. Материалы фильтров определяются производителем. Адамс и другие. "На разработку CFA влияет несколько факторов. Во-первых, отдельные фильтры CFA обычно представляют собой слои трансмиссивных (абсорбирующих) органических или пигментных красителей. Обеспечение того, чтобы красители имели правильные механические свойства, такие как легкость применения, долговечность и устойчивость к влаге и другим атмосферным воздействиям, является сложной задачей. Это затрудняет, в лучшем случае, тонкую настройку спектральных реакций". Учитывая, что CFA откладываются на поверхности датчика изображения на BEOL (задней части линии, более поздних стадиях линии изготовления интегральной схемы), где должен строго соблюдаться низкотемпературный режим (из-за низкой температуры плавления алюминиевых металлизированных "проводов" и подвижности субстрата допантов, имплантированных в сыпучий кремний), органические материалы будут предпочтительнее стекла. С другой стороны, некоторые процессы оксида кремния в СВД являются низкотемпературными процессами. Ocean Optics указала, что их запатентованный дихроический фильтр CFA (переменный тонкий слой ZnS и криолита) может быть применен к спектроскопическим CCD. Gersteltec продает фоторезисты, которые обладают свойствами цветового фильтра.
Некоторые молекулы пигментов и красителей, используемые в КФО
В U.S.P. # 4,808,501 Карл Чиули упоминает использование 5 химических веществ, три из которых являются C.I. #12715, AKA: Растворитель Красный 8; Растворитель Желтый 88; и C. I. #61551, "Солвент Блю 36". В U.S.P. # 5,096,801 Koya et al., компании Fuji Photo Film, перечислены около 150 200 химических структур, в основном азотистые красители и пиразолоновый диазенил, но не указаны химические названия, номера CAS Registry или номера индекса цвета.
Оптически эффективная реализация CFA
Далее предлагается краткое обсуждение антиотражающих пленок, хотя работа Дженесика, по-видимому, больше связана с взаимодействием фотоновсиликона. Ранние работы над микролинзами и тремя камерами CCD/призмы подчеркивают важность полностью интегрированного конструктивного решения для CFA. Система камер в целом выигрывает от тщательного рассмотрения технологий CFA и их взаимодействия с другими свойствами датчиков.
and on the three CCD/prism cameras stress the importance of a fully integrated design solution for CFAs. The camera system, as a whole, benefits from careful consideration of CFA technologies and their interplay with other sensor properties.
Электронная бумага CFA
Существует три основных метода воспроизведения цвета на бумажных дисплеях. Один использует микросферы в различных пигментах, таких как ограниченный цветовой диапазон трехпигментных дисплеев Spectra или более верные четырехпигментные Advanced Color ePaper, оба от E Ink. Этот метод страдает от часто медленных частот обновления, так как при использовании нескольких пигментов дисплей должен обновлять каждый пигмент. Как и в случае с единицами серого масштаба, после обновления дисплея устройству не требуется питание, чтобы сохранить изображение на экране. Второй распространенный метод использует типичный дисплей из бумаги в серого цвета за прозрачным цветовым слоем. Цветовой слой - это CFA на основе ЖК-дисплея. При отображении изображений в сером масштабе устройство работает с его собственным разрешением, например, 300 пикселей на дюйм (PPI). Однако из-за CFA разрешение устройства падает при отображении цветных изображений, скажем, до 100 PPI. Когда изображение, которое будет отображаться, состоит как из цветного, так и из черно-белого раздела, например, когда страница книги включает в себя как обычный текст, так и цветную фотографию, некоторые устройства электронной книги могут отображать фотографию с уменьшенным разрешением, в то время как текст имеет нормальное разрешение. Поскольку CFA основан на ЖК-дисплее, для работы CFA требуется постоянное питание и потребляет больше энергии. Третий метод, как и в ClearInk, использует CFA, состоящий из переднего слоя скважин с полусферическим дном над слоем жидкости, содержащей черные заряженные сферы. Когда сферы удалены от полушарий, полушария ярко отражают из-за полного внутреннего отражения. Когда черные сферы приближаются к полушариям, количество отражений падает. Скорость обновления на видеоверсиях этих устройств достаточно высока для воспроизведения видео (33 Гц на устройстве, по сравнению с 25 Гц для телевидения PAL или 29,97 Гц для телевидения NTSC). Они требуют больше энергии для работы, чем обычный дисплей E Ink, но гораздо меньше, чем дисплей на основе ЖК-дисплея.