Lentes planas vo para dentro dos CCDs para melhorar imagens

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Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 04/01/2022

Lentes planas v

Alm de lentes, as metalentes funcionam como filtros de cor.
[Imagem: Masashi Miyata/NTT Device Technology Labs]

Lentes em escala de pxel

Os progressos alcanados pelas lentes planas, feitas de metamateriais, parecem no ter limites.

Depois de revolucionar a ptica do lado de fora dos aparelhos e cmeras, agora elas deram um passo para entrar no prprio corao dos sensores de imagens, os conhecidos CCDs.

Pesquisadores demonstraram que as lentes de metassuperfcie, que recentemente alcanaram a escala de pxel, podem ser usadas para construir sensores de imagem cerca de trs vezes mais sensveis do que os usados hoje.

A nova arquitetura de sensor pode permitir que cmeras digitais consigam imagens com mais rapidez ou em condies com menos luz.

Metalente

O segredo est em levar essas superfcies planas, que usam nanoestruturas para manipular a luz, para dentro dos prprios chips.

“Os sensores de imagem tradicionais, como os usados em celulares, dispositivos vestveis e veculos autnomos, tm uma sensibilidade limitada porque dependem de filtros de cor colocados sobre cada pxel,” explicou Masashi Miyata, pesquisador da NTT, no Japo. “Nossas novas metalentes so feitas de uma superfcie altamente projetada que pode coletar luz enquanto simultaneamente separa as cores primrias, sem quaisquer filtros de cor, abrindo o caminho para melhorar drasticamente a sensibilidade.”

Os sensores de cor sem filtro, feitos com as novas metalentes, aumentaram significativamente os nveis de sinal sem sacrificar a qualidade da imagem colorida ou sua resoluo espacial.

E, como essas metalentes mais avanadas j so feitas usando um processo compatvel com a tecnologia CMOS – usada para fabricar os chips de computador – elas podem ser facilmente integradas aos sensores das cmeras atuais para criar sensores de imagem que dispensam totalmente os filtros de cor.

“Esses novos sensores podero no futuro permitir que as pessoas capturem mais facilmente as vistas noturnas com celulares, ou habilitar novas cmeras que capturem com preciso objetos em alta velocidade, o que ser til na segurana e na direo autnoma,” disse Miyata.

Lentes planas v

Alm da miniaturizao, esta nova tecnologia melhora as imagens captadas.
[Imagem: Masashi Miyata et al. – 10.1364/OPTICA.444255]

Eliminando filtros

Em um sensor convencional, as informaes de cor so capturadas usando filtros de cores que absorvem uma parte da luz. Um filtro vermelho, por exemplo, deixa passar apenas os comprimentos de onda vermelhos, absorvendo todos os outros comprimentos de onda. Isso significa que apenas cerca de 30% da luz realmente detectada.

Para aumentar a sensibilidade, os pesquisadores projetaram uma matriz de nanoantenas que captura informaes de cores sem perda ptica por meio de um processo conhecido como classificao de cores. A tcnica envolve dividir a luz em vermelho, verde e azul e, em seguida, focar cada cor em pxeis diferentes. A matriz de nanoantenas – a metassuperfcie – foi criada gravando pequenos pilares em uma camada de nitreto de silcio com 1.250 nanmetros de espessura.

E, ao contrrio de demonstraes anteriores, esta nova metassuperfcie adequada para aplicaes prticas, segundo a equipe, porque ela insensvel polarizao da luz e ainda suprime a diafonia espectral para todos os pxeis coloridos – em termos simples, sua capacidade de classificao de cores no afetada pela luz oblqua entrando no sensor.

Bibliografia:

Artigo: Full-color-sorting metalenses for high-sensitivity image sensors
Autores: Masashi Miyata, Naru Nemoto, Kota Shikama, Fumihide Kobayashi, Toshikazu Hashimoto
Revista: Optica
Vol.: 8, Issue 12, pp. 1596-1604
DOI: 10.1364/OPTICA.444255

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