Infrapunan näkeminen CMOS-kameroilla03.12.2025
Nykyiset tehokkaat infrapunan kuvantamisjärjestelmät kohtaavat kuitenkin merkittäviä haasteita, materiaalien, tilankäytön suhteen joten niitä on vaikea pienentää tai tuottaa kohtuullisin kustannuksin. Älypuhelimissa olevat kaikkialla läsnä olevat ja edulliset piipohjaiset CMOS-kamerat eivät kuitenkaan näe infrapunavaloa. Uudessa tutkimusartikkelissa professori Xin Tangin ja tohtori Ge Mun johtama tiedemiesryhmä Pekingin teknillisestä instituutista on kehittänyt käärmeen näköelimistä inspiroituneen keinotekoisen kuvausjärjestelmän, joka kuroo umpeen tämän kuilun. He integroivat infrapunasäteilystä näkyvään valoon muuntavan järjestelmän suoraan piipohjaiseen CMOS-kennoon, mikä mahdollistaa lyhytaaltoisen infrapunasäteilyn (SWIR) ja keskiaaltoisen infrapunasäteilyn (MWIR) erittäin tarkan 4K-kuvantamisen huoneenlämmössä. ”Jotta keinotekoiset järjestelmät saisivat käärmemäisen lämpöhavainnon, meidän piti ratkaista huoneenlämmössä tapahtuvan infrapunahavainnon luontaiset kohinaongelmat”, tutkijat selittivät. He suunnittelivat ainutlaatuisen ”esteheteroliitosrakenteen” käyttäen elohopeatelluridista (HgTe) valmistettuja kolloidisia kvanttipisteitä. Perinteisistä rakenteista poiketen tässä mallissa käytetään sinkkioksidia (ZnO) ja polymeerikerroksia tehokkaan esteen rakentamiseksi. Tämä estää tehokkaasti lämmön aiheuttaman ”pimeän virran” (kohinan) ja sallii samalla signaalinkantajien kulkea läpi varmistaen korkean herkkyyden ilman jäähdytystarvetta. Lisäksi, jotta kaapatut infrapunasignaalit voitaisiin muuntaa CMOS-anturin lukemaksi näkyväksi valoksi, tiimi otti käyttöön "yhteisisännöidyn" valoa emittoiva yksikön. Tämä optimoitu rakenne tasapainottaa elektronien ja aukkojen kuljetusta, mikä parantaa merkittävästi muunnostehokkuutta. Järjestelmä mahdollistaa heikkojen infrapunasignaalien muuntamisen kirkkaiksi, näkyviksi kuviksi. Tuloksena on mullistava kuvaustekniikka. Yhdistämällä tämän ylöspäin muuntavan laitteen tavalliseen 8-tuumaiseen CMOS-kiekkoon tiimi saavutti 3840 × 2160 pikselin (4K) resoluution vain 1,55 mikronin pikselitiheydellä. Järjestelmä pystyy näkemään piikiekkojen läpi ja tuottamaan lämpökuvia lämmönlähteistä, ominaisuuksia, jotka aiemmin olivat vain kalliiden, erikoislaitteiden käytettävissä. ”Tämä teknologia avaa edullisen ja tehokkaan polun infrapunakuvantamiseen”, tutkijat ennustavat. ”Laajentamalla havaitsemisaluetta näkyvästä valosta 4,5 mikroniin – mikä laajentaa spektriä 14-kertaisesti – mahdollistamme sään vaikutuksille soveltuvan näön, joka läpäisee savun ja sumun.” Tällä läpimurrolla on valtava potentiaali älykkäälle valmistukselle, autonomisille ajoneuvoille ja lääketieteelliselle diagnostiikalle, tuoden ”supernäön” eläinkunnasta jokapäiväiseen elämäämme. Aiheesta aiemmin: |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Nyky-yhteiskunnassa kysyntä "nähdä näkymätön" – olipa kyseessä sitten pimeänäkö, autonominen ajaminen sumussa tai teollisuusvirheiden havaitseminen – kasvaa nopeasti.