Прорыв в технологии сенсоров камер обещает более четкие изображения без увеличения толщины вашего телефона.

      Исследователи из Университета Нагоя разработали новый тип прозрачного оптического сенсора, который может значительно уменьшить размер камерных сенсоров, улучшая при этом качество изображения. В статье, опубликованной в журнале ACS Nano, показано, как нано-листки оксида цинка с добавлением галлия (GZO) могут обнаруживать красный, зеленый и синий (RGB) свет в одном пикселе, потенциально заменяя устаревший дизайн фильтра Баяра, используемого почти в каждой цифровой камере сегодня.

      Если технология будет коммерциализирована, она может позволить создавать более тонкие камеры для смартфонов, медицинские устройства с высоким разрешением и более компактные сенсоры для автомобильных и аэрокосмических приложений, при этом упрощая процесс производства.

      Новый дизайн сенсора может заменить одно из старейших ограничений цифровой фотографии

      Современные сенсоры изображения полагаются на массив Баяра, где каждый пиксель захватывает только один цвет – красный, зеленый или синий. Полноцветные изображения затем восстанавливаются с использованием информации от соседних пикселей, процесс, который неизбежно жертвует некоторыми деталями изображения и требует миллионов цветных фильтров.

      Команда Университета Нагоя считает, что нашла лучший подход. Их прозрачные нано-листки GZO позволяют укладывать несколько слоев, обнаруживающих свет, вертикально, при этом каждый слой реагирует на разные длины волн видимого света. Это означает, что один пиксель может напрямую захватывать информацию RGB, потенциально уменьшая общее количество необходимых пикселей до 75%, сохраняя при этом разрешение изображения.

      Ультратонкие нано-листки оксида цинка с добавлением галлия позволяют одному пикселю обнаруживать интенсивность красного, зеленого и синего света, оставаясь почти прозрачными. Минору Осада

      Под руководством профессора Минору Осады исследователи изначально столкнулись с проблемой, поскольку нано-листки оксида цинка слабо реагировали на видимый свет. Введя галлий в материал, они создали электронные ловушки, способные преобразовывать видимый свет в электрические сигналы, не нарушая прозрачности.

      Получившийся сенсор преобразует всего 0,005% поглощенного света в фототок, при этом пропуская 99,995% видимого света через каждый слой. Несмотря на то, что он поглощает так мало света, устройство достигло чувствительности 800 ампер на ватт (A/W) – примерно в 80 раз выше, чем примерно 10 A/W, которые обычно достигаются коммерческими сенсорами изображения. Лабораторные испытания также показали, что прототип воспроизводит полноцветные изображения с половиной уровня ошибок по сравнению с обычными камерами.

      Меньшие камеры, лучшее изображение и более широкий спектр применения

      Помимо улучшения качества изображения, исследование указывает на практические преимущества в производстве. В отличие от обычных сенсоров изображения, прозрачные сенсоры на основе нано-листков могут производиться с использованием процесса раствора при комнатной температуре, что исключает несколько сложных этапов производства полупроводников и потенциально снижает производственные затраты.

      Сенсоры также продемонстрировали стабильную работу при температурах до 400°C и сохраняли надежную работу в вакууме и во влажной среде. Эти характеристики делают их подходящими не только для смартфонов, но и для медицинских эндоскопов, автономных транспортных средств, промышленных систем визуализации и даже космического оборудования, где долговечность имеет критическое значение.

      Представительное изображение Unsplash

      Профессор Осада сравнил работу сенсора с человеческим глазом, объяснив, что он имитирует то, как сетчатка разделяет цветовую информацию, прежде чем мозг восстанавливает полное изображение.

      Хотя технология все еще находится на стадии исследования, результаты описывают многообещающий путь к созданию меньших, легких и более высокоразрешающих систем визуализации. Следующей задачей будет перевод лабораторного прототипа в коммерчески производимые сенсоры, которые могут конкурировать по стоимости, надежности и массовому производству. Если это будет успешно, технология может изменить дизайн будущих камер для смартфонов и оптических устройств в различных отраслях.