Filtresiz Görüntüleme Sensörleri

Yeni geliştirilen piksel ölçekli metalensler, nano yapılar kullanarak ışığı değiştiren düz yüzeyler, görüntüleme sensörleri yardımıyla, şu anda kullanımda olanlardan yaklaşık üç kat daha hassas görüntü oluşturabilmektedir. Yeni sensör mimarisi, dijital kameraların daha hızlı veya düşük ışık koşullarında görüntü almasına izin verebilir.

Gelişen teknoloji, birçok alanda yeniliklere ve buluşları yol açıyor. Sık sık gelişmekte olan otomatik kontrol sistemlerinden biri de sensörlerdir. Japon Laboratuvarındaki araştırma ekibi, geleneksel lenslerinde ötesinde bir keşifte bulunarak metalens tabanlı sensör mimarisi geliştirdiler. Bu mimariyle göre, önceden ışığın sadece bir kısmını emerek renk bilgisi elde etmeye çalışan klasik sensörler geride bırakılmış oldu. Geleneksel lensler, ışığın sadece %30’unu algılamamızı sağlar. Metalens tabanlı sensör mimarisinde ise, ışığı kırmızı, yeşil ve mavi dalga boyları bölünerek, her renk farklı piksellerle odaklanır. Özetle, metalens tabanlı sensör sayesinde, renk kalitesi korunurken, 2.83 kat daha yüksek sinyal seviyelerine sahip renkli görüntüler elde edilmiş oldu. Bu gelişmenin optik cihazların ve sistemlerin geliştirilmesini hızlandıracağı düşünülüyor.

Araştırmacılar, hem renk ayırıcı hem de mercek görevi gören bir metalen geliştirdiler. Arttırılmış hassasiyete sahip filtresiz bir sensör oluşturmak için sensör piksellerine doğrudan entegre edilebilir.

Akıllı telefonlarda, giyilebilir cihazlarda ve otonom araçlarda kullanılanlar gibi geleneksel görüntüleme sensörleri, her pikselin üzerine yerleştirilmiş renk filtrelerine bağlı oldukları için sınırlı bir hassasiyete sahiptir. Yeni metal sensörler, ışık toplarken aynı anda herhangi bir renk filtresi olmadan ana renkleri ayırabilen ve hassasiyeti önemli ölçüde artırmak için bir yol açan, yüksek mühendislik ürünü bir yüzeyden yapılmıştır.

Yeni metalensler kullanılarak geliştirilen filtresiz renk sensörlerinin, uzamsal çözünürlük veya renkli görüntü kalitesinden ödün vermeden sinyal seviyelerini önemli ölçüde iyileştirdiği bildirildi. Ayrıca, yeni metaller CMOS uyumlu bir süreçle geliştirildiğinden, filtresiz görüntüleme cihazları yapmak için mevcut sensörlerle kolayca birleştirilebilirler.

Filtreleri Yok Etme

Geleneksel sensörler, ışığın bir kısmını emen renk filtrelerini kullanarak renk bilgisi elde etmeye dayalı olarak çalışır. Örneğin kırmızı bir filtre, yalnızca kırmızı dalga boylarının geçmesine izin verir ve diğer tüm dalga boylarını emer. Yani ışığın sadece yaklaşık %30’u algılanır.

NTT araştırmacıları, duyarlılığı artırmak için, renk sıralama adı verilen bir teknik kullanarak optik kayıp olmadan renk bilgisi elde eden bir metalens dizisi oluşturdular. Bu, ışığı kırmızı, yeşil ve mavi dalga boylarına bölerek ve her rengi farklı piksellere odaklayarak gerçekleştirilir. Piksel ölçekli metalens dizisi, nanopostların 1250 nm kalınlığında bir silikon nitrür tabakasına aşındırılmasıyla geliştirildi.

Diğer piksel ölçekli renk ayırıcılar laboratuvarda gösterildi, ancak verimsiz oldukları, polarizasyondan etkilendikleri veya eğik bir açıyla gelen ışığa duyarlı oldukları için tüketici cihazları için uygulanabilirliği kanıtlanmadı.

Öte yandan yeni metaller, onları polarizasyona karşı duyarsız hale getiren ve tüm renkli piksellerde spektral karışmayı ortadan kaldıran, dağılım açısından zengin bir meta yüzey alt tabakası üzerine inşa edilmiştir. Metaller ışığı odaklamada çok etkilidir ve bu nedenle eğik ışığın renk ayırma performansları üzerinde çok az etkisi vardır.

Sensör Performansını Doğrulama

Bir sensöre ulaşmadan önce bir metalens dizisi boyunca ışığın yolunu simüle etmek için bir optik mikroskop kullanıldı. Bu deney, filtre tabanlı bir sensörle karşılaştırıldığında, metalens tabanlı sensörün renk kalitesini korurken 2.83 kat daha yüksek sinyal seviyelerine sahip renkli görüntüler ürettiğini ortaya çıkardı.

Optik simülasyon testlerine göre, metalens tabanlı sensör mimarisinin, karanlık sahne veya ultra hızlı görüntülemede daha yaygın sınırlayıcı faktör olan sensör gürültüsü nedeniyle daha az resim bozulması gösterdiği gösterildi. Araştırmacılar, yeni sensör konseptini başarılı bir şekilde gösterdikten sonra, bir metalens dizisini bir görüntü sensörüne basitçe ekleyerek birbirine bağlı bir cihaz geliştirmek ve test etmek istiyorlar.

NTT Cihaz Teknoloji Laboratuvarı, Araştırma Ekibi Lideri Masashi Miyata: “Çalışmamızın metayüzeylere dayalı pratik optik cihazların ve sistemlerin geliştirilmesini daha da hızlandıracağını umuyoruz. Performansı büyük ölçüde artırırken optik bileşenleri düzleştirme ve küçültme yetenekleriyle, optik meta yüzeylerin yalnızca görüntü sensörlerine değil, ekranlarda, projektörlerde ve artırılmış veya sanal gerçeklik cihazlarında kullanılanlar gibi çeşitli optoelektronik cihazlara da uygulanabileceğine inanıyoruz.” Dedi.

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here