Una svolta nel sensore della fotocamera promette immagini più nitide senza aumentare lo spessore del tuo telefono.

      I ricercatori dell'Università di Nagoya hanno sviluppato un nuovo tipo di sensore ottico trasparente che potrebbe ridurre significativamente le dimensioni dei sensori delle fotocamere migliorando al contempo la qualità dell'immagine. Pubblicato nella rivista ACS Nano, lo studio dimostra come i nanosheet di ossido di zinco drogato con gallio (GZO) possano rilevare la luce rossa, verde e blu (RGB) all'interno di un singolo pixel, potenzialmente sostituendo il design del filtro Bayer, utilizzato in quasi tutte le fotocamere digitali di oggi.

      Se commercializzata, la tecnologia potrebbe consentire fotocamere per smartphone più sottili, dispositivi di imaging medico ad alta risoluzione e sensori più compatti per applicazioni automobilistiche e aerospaziali, il tutto semplificando la produzione.

      Un nuovo design del sensore potrebbe sostituire una delle limitazioni più antiche della fotografia digitale

      I moderni sensori d'immagine si basano su un array Bayer, dove ogni pixel cattura solo un colore: rosso, verde o blu. Le immagini a colori completi vengono quindi ricostruite utilizzando informazioni dai pixel vicini, un processo che sacrifica intrinsecamente alcuni dettagli dell'immagine e richiede milioni di filtri colorati.

      Il team dell'Università di Nagoya crede di aver trovato un approccio migliore. I loro nanosheet GZO trasparenti consentono di impilare verticalmente più strati di rilevamento della luce, con ogni strato che risponde a diverse lunghezze d'onda della luce visibile. Ciò significa che un singolo pixel può catturare direttamente le informazioni RGB, potenzialmente riducendo il numero totale di pixel richiesti fino al 75% mantenendo la risoluzione dell'immagine.

      I nanosheet di ossido di zinco drogato con gallio ultrafini consentono a un singolo pixel di rilevare l'intensità della luce rossa, verde e blu rimanendo quasi trasparenti. Minoru Osada

      Guidati dal professor Minoru Osada, i ricercatori hanno inizialmente affrontato una sfida poiché i nanosheet di ossido di zinco rispondevano debolmente alla luce visibile. Introducendo il gallio nel materiale, hanno creato stati di trappola elettronica capaci di convertire la luce visibile in segnali elettrici senza compromettere la trasparenza.

      Il sensore risultante converte solo lo 0,005% della luce assorbita in fotocorrente mentre trasmette il 99,995% della luce visibile attraverso ogni strato. Nonostante assorba così poca luce, il dispositivo ha raggiunto una sensibilità di 800 ampere per watt (A/W) – circa 80 volte superiore ai circa 10 A/W tipicamente raggiunti dai sensori d'immagine commerciali. I test di laboratorio hanno anche dimostrato che il prototipo riproduceva immagini a colori completi con la metà del tasso di errore dei sensori delle fotocamere convenzionali.

      Fotocamere più piccole, immagini migliori e una gamma più ampia di applicazioni

      Oltre a migliorare la qualità dell'immagine, la ricerca punta a vantaggi pratici nella produzione. A differenza dei sensori d'immagine convenzionali, i sensori a nanosheet trasparenti possono essere prodotti utilizzando un processo di soluzione a temperatura ambiente, eliminando diversi passaggi complessi di fabbricazione dei semiconduttori e potenzialmente riducendo i costi di produzione.

      I sensori hanno anche dimostrato prestazioni stabili a temperature fino a 400°C e hanno mantenuto un funzionamento affidabile in ambienti a vuoto e umidi. Queste caratteristiche li rendono adatti non solo per smartphone, ma anche per endoscopi medici, veicoli autonomi, sistemi di imaging industriale e persino hardware spaziale, dove la durabilità è critica.

      Immagine rappresentativa Unsplash

      Il professor Osada ha paragonato il funzionamento del sensore all'occhio umano, spiegando che imita il modo in cui la retina separa le informazioni sui colori prima che il cervello ricostruisca un'immagine completa.

      Sebbene la tecnologia rimanga nella fase di ricerca, i risultati delineano un percorso promettente verso sistemi di imaging più piccoli, leggeri e ad alta risoluzione. La prossima sfida sarà tradurre il prototipo di laboratorio in sensori commercialmente fabbricabili che possano competere in termini di costo, affidabilità e produzione su larga scala. Se avrà successo, la tecnologia potrebbe rimodellare il design delle future fotocamere per smartphone e dei dispositivi ottici in diversi settori.