松下开发出以衍射分色的元件，可使摄影设备的彩色摄影亮度翻倍

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前沿科技　加入时间：2013-2-6 9:34:33　来源：日经技术在线　访问量：21

松下于2013年2月4日宣布，该公司设计开发出了利用光衍射进行色分离的“微分光元件”，并将其用于图像传感器，成功实现了高感光度的彩色摄影。据介绍，与采用彩色滤光片的传统色分离方式相比，采用新方式可使感光度提高约1倍。    据发布资料介绍，数码相机和摄像机等数码摄影器材、医疗器械以及安全设备等在图像输入中使用的图像传感器中，一般都会在各个像素上配置彩色滤光片以实现彩色摄影。使用范围最广的Bayer排列模式在红绿蓝各个像素上分别配置只能透过红色、绿色和蓝色的滤波器，因此失去了50～70％的入射光量。在移动产品配备的图像传感器的分辨率不断提高、单个像素的尺寸不断缩小的情况下，提高感光度的要求日益高涨。    可用于CCD和CMOS    据介绍，此次开发的技术和元件主要有以下三个特点：（1）光利用效率增大后，可实现亮度约为原来两倍的彩色摄影；（2）可替代传统图像传感器中的彩色滤光片，而且适用于所有种类的图像传感器（CCD传感器和CMOS传感器等）；（3）此次发布的新元件可采用现有半导体元件制造中使用的无机材料和加工工艺来制造。    松下新开发出了以下三项核心技术，从而实现了微分光元件在图像传感器上的应用。（1）拥有自主知识产权的、可高速且高精度计算光波动作的波动分析及光学设计技术；（2）对通过板状高折射率透明体的光线的相位进行控制，从而在微小区域内使光线发生衍射以进行色分离的微分光元件的实现技术——器件化技术；（3）在感光元件上组合使用通过微分光元件实现色分离的光线，然后根据从其中得到的检测信号进行高感光度、高精细色彩表现的布局技术和自主算法。三项核心技术的概要如下。    兼顾速度和精度   （1）中的光波分析技术兼顾了速度和精度。据松下介绍，光波分析普遍采用FDTD（Finite-Difference Time-Domain）法，不过这种方法在分析时耗费大量时间，难以用来设计运算量较多的微分光元件。另外，还有光束传播法这种高速分析方法，但该方法精度低，无法准确分析色分离现象。    所以，此次松下自主开发出了可实现高速且高精度分析的实用性光学设计技术。该技术将空间分成光学常数各不相同的几个区域，然后在每个区域采用光束传播法。这样便可准确表现出反射、折射和衍射等光学现象。不仅是微分光元件，该技术还可以广泛用于微小区域的光学设计。 可采用普通的半导体工艺制作   （2）中器件化技术的特点是可采用普通的半导体工艺制作。基于微分光元件的分光，是由厚度比光的波长还要小的薄板状高折射率材料与其周边材料之间的折射率差而产生的。也就是说，改进形状参数以控制射入光线的相位，并在微小区域产生衍射现象，从而使不同颜色的光线分离开。    微分光元件可采用普通的半导体工艺形成，通过改变其形状，可在不损失光量的情况下将光分离成特定颜色及其补色。另外，可像棱镜一样从蓝色到红色进行分离。    还开发出了分光后需要的技术   （3）中的技术是利用此次开发的微分光元件分色离后进行处理所必需的技术。由于通过微分光元件分离的光线会混合入射到感光元件的检测面上，因此需要设计与之相对应的像素配置。将设计好的配置（布局）与颜色混合的色信号运算处理技术组合优化后，可再现高感光度且高精细的彩色摄影图像。比如，采用将光线分离成原色和补色的构造时，可获得白＋红、白－红、白＋蓝、白－蓝四种颜色的像素，通过运算处理就能在不损失分辨率的情况下将其转换成普通的彩色图像。