वैज्ञानिकों ने अभूतपूर्व कोणीय रिज़ॉल्यूशन के साथ 3डी दृश्य निर्माण के लिए एक नया प्रकाश-क्षेत्र सेंसर विकसित किया है

वैज्ञानिकों ने अभूतपूर्व कोणीय रिज़ॉल्यूशन के साथ 3डी दृश्य निर्माण के लिए एक नया प्रकाश-क्षेत्र सेंसर विकसित किया है

समय टिकट: 11 मई, 2023 8:18 पूर्वाह्न
स्रोत नोड: 2651600
11 मई, 2023 (नानावरक न्यूज़) रसायन विज्ञान विभाग के प्रोफेसर लियू शियाओगांग के नेतृत्व में नेशनल यूनिवर्सिटी ऑफ सिंगापुर (एनयूएस) विज्ञान संकाय की एक शोध टीम ने एक 3डी इमेजिंग सेंसर विकसित किया है, जिसमें अत्यधिक उच्च कोणीय रिज़ॉल्यूशन है, जो एक ऑप्टिकल उपकरण की क्षमता है। 0.0018o की छोटी कोणीय दूरी से अलग की गई किसी वस्तु के बिंदुओं को अलग करना। यह अभिनव सेंसर एक अद्वितीय कोण-से-रंग रूपांतरण सिद्धांत पर काम करता है, जो इसे एक्स-रे से दृश्य प्रकाश स्पेक्ट्रम में 3 डी प्रकाश क्षेत्रों का पता लगाने की अनुमति देता है। एक प्रकाश क्षेत्र प्रकाश किरणों की संयुक्त तीव्रता और दिशा को समाहित करता है, जिसे मानव आंखें वस्तुओं के बीच स्थानिक संबंध का सटीक पता लगाने के लिए संसाधित कर सकती हैं। हालाँकि, पारंपरिक प्रकाश संवेदन प्रौद्योगिकियाँ कम प्रभावी हैं। उदाहरण के लिए, अधिकांश कैमरे केवल दो-आयामी छवियां उत्पन्न कर सकते हैं, जो नियमित फोटोग्राफी के लिए पर्याप्त है लेकिन आभासी वास्तविकता, स्व-ड्राइविंग कारों और जैविक इमेजिंग सहित अधिक उन्नत अनुप्रयोगों के लिए अपर्याप्त है। इन अनुप्रयोगों के लिए किसी विशेष स्थान के सटीक 3डी दृश्य निर्माण की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, स्व-चालित कारें सड़कों को देखने के लिए प्रकाश-क्षेत्र संवेदन का उपयोग कर सकती हैं और सड़क के खतरों का अधिक सटीक आकलन कर सकती हैं ताकि उनकी गति को तदनुसार समायोजित किया जा सके। प्रकाश-क्षेत्र संवेदन सर्जनों को अलग-अलग गहराई पर रोगी की शारीरिक रचना की सटीक छवि बनाने में सक्षम बना सकता है, जिससे उन्हें अधिक सटीक चीरे लगाने और रोगी की चोट के जोखिम का बेहतर आकलन करने की अनुमति मिलती है। “वर्तमान में, प्रकाश-क्षेत्र डिटेक्टर कई अलग-अलग कोणों से एक ही स्थान की कई छवियां प्राप्त करने के लिए लेंस या फोटोनिक क्रिस्टल की एक श्रृंखला का उपयोग करते हैं। हालाँकि, व्यावहारिक उपयोग के लिए इन तत्वों को अर्धचालकों में एकीकृत करना जटिल और महंगा है, ”प्रोफेसर लियू ने समझाया। "पारंपरिक प्रौद्योगिकियां केवल पराबैंगनी से दृश्यमान प्रकाश तरंग दैर्ध्य रेंज में प्रकाश क्षेत्रों का पता लगा सकती हैं, जिससे एक्स-रे सेंसिंग में सीमित प्रयोज्यता होती है।" इसके अलावा, माइक्रोलेंस ऐरे जैसे अन्य प्रकाश-क्षेत्र सेंसर की तुलना में, एनयूएस टीम के प्रकाश क्षेत्र सेंसर में 80 डिग्री से अधिक की बड़ी कोणीय माप सीमा होती है, उच्च कोणीय रिज़ॉल्यूशन जो संभवतः छोटे सेंसर के लिए 0.015 डिग्री से कम हो सकता है, और ए 0.002 एनएम और 550 एनएम के बीच की व्यापक वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया सीमा। ये विशिष्टताएं नए सेंसर को उच्च गहराई रिज़ॉल्यूशन पर 3डी छवियों को कैप्चर करने में सक्षम बनाती हैं। एक बड़े पैमाने पर कोण-संवेदन संरचना जिसमें सेंसर का एक प्रमुख घटक नैनोक्रिस्टल फॉस्फोरस शामिल है, जो पराबैंगनी प्रकाश के तहत प्रकाशित होता है एक बड़े पैमाने पर कोण-संवेदन संरचना जिसमें नैनोक्रिस्टल फॉस्फोरस शामिल है, जो सेंसर का एक प्रमुख घटक है, जो पराबैंगनी प्रकाश के तहत प्रकाशित होता है। लाल, हरी और नीली रोशनी पैदा करने वाले तीन प्रकाश उत्सर्जक फॉस्फोर को विस्तृत कोणीय जानकारी प्राप्त करने के लिए एक पैटर्न में व्यवस्थित किया जाता है, जिसका उपयोग 3डी छवि निर्माण के लिए किया जाता है। टीम संरचना के लिए अन्य सामग्रियों के उपयोग पर भी विचार कर रही है। (छवि: एनयूएस) यह सफलता जर्नल में प्रकाशित हुई थी प्रकृति (“X-ray-to-visible light-field detection through pixelated colour conversion”).

पेरोव्स्काइट नैनोक्रिस्टल द्वारा संभव बनाया गया

उपन्यास के मूल में प्रकाश-क्षेत्र सेंसर अकार्बनिक हैं पेरोव्स्काइट नैनोक्रिस्टल - ऐसे यौगिक जिनमें उत्कृष्ट ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुण होते हैं। उनके नियंत्रणीय नैनोस्ट्रक्चर के कारण, पेरोव्स्काइट नैनोक्रिस्टल कुशल प्रकाश उत्सर्जक होते हैं, एक उत्तेजना स्पेक्ट्रम के साथ जो एक्स-रे को दृश्य प्रकाश तक फैलाता है। पेरोव्स्काइट नैनोक्रिस्टल और प्रकाश किरणों के बीच की बातचीत को उनके रासायनिक गुणों को सावधानीपूर्वक बदलकर या थोड़ी मात्रा में अशुद्धता परमाणुओं को पेश करके भी समायोजित किया जा सकता है। एनयूएस शोधकर्ताओं ने एक पारदर्शी पतली-फिल्म सब्सट्रेट पर पेरोव्स्काइट क्रिस्टल को पैटर्न दिया है और उन्हें एक रंग चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) में एकीकृत किया है, जो आने वाले प्रकाश संकेतों को रंग-कोडित आउटपुट में परिवर्तित करता है। इस क्रिस्टल-कन्वर्टर प्रणाली में प्रकाश-क्षेत्र सेंसर की एक बुनियादी कार्यात्मक इकाई शामिल है। जब आपतित प्रकाश सेंसर से टकराता है, तो नैनोक्रिस्टल उत्तेजित हो जाते हैं। बदले में, पेरोव्स्काइट इकाइयाँ अलग-अलग रंगों में अपना प्रकाश उत्सर्जित करती हैं, जो उस कोण पर निर्भर करता है जिस पर आने वाली प्रकाश किरण टकराती है। सीसीडी उत्सर्जित रंग को कैप्चर करता है, जिसका उपयोग 3डी छवि पुनर्निर्माण के लिए किया जा सकता है। एनयूएस रसायन विज्ञान विभाग के रिसर्च फेलो और पेपर के पहले लेखक डॉ. यी लुयिंग ने साझा किया, "हालांकि, त्रि-आयामी अंतरिक्ष में वस्तु की पूर्ण स्थिति निर्धारित करने के लिए एक एकल कोण मान पर्याप्त नहीं है।" "हमने पाया कि पहले डिटेक्टर के लंबवत एक और बुनियादी क्रिस्टल कनवर्टर इकाई को जोड़ने और इसे डिज़ाइन किए गए ऑप्टिकल सिस्टम के साथ संयोजित करने से प्रश्न में वस्तु के संबंध में और भी अधिक स्थानिक जानकारी मिल सकती है।" फिर उन्होंने प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट प्रयोगों में अपने प्रकाश-क्षेत्र सेंसर का परीक्षण किया और पाया कि उनका दृष्टिकोण वास्तव में 3 मीटर दूर रखी वस्तुओं की गहराई और आयाम के सटीक पुनर्निर्माण के साथ 1.5 डी छवियों को कैप्चर कर सकता है। उनके प्रयोगों ने बहुत सूक्ष्म विवरणों को हल करने के लिए नए प्रकाश-क्षेत्र सेंसर की क्षमता का भी प्रदर्शन किया। उदाहरण के लिए, एक कंप्यूटर कीबोर्ड की एक सटीक छवि बनाई गई जिसने अलग-अलग कुंजियों के उथले उभारों को भी कैप्चर किया। चित्र 3डी प्रकाश-क्षेत्र सेंसर का डिज़ाइन (बाएं) और आउटपुट (दाएं) दिखा रहा है चित्र 3डी प्रकाश-क्षेत्र सेंसर का डिज़ाइन (बाएं) और आउटपुट (दाएं) दिखा रहा है। डिज़ाइन किया गया उपकरण (बाएं) प्रकाश क्षेत्र को रंग आउटपुट के रूप में एन्कोड करता है। पैटर्न वाले पेरोव्स्काइट नैनोक्रिस्टल एरे प्रकाश की विभिन्न दिशाओं को अलग-अलग रंगों में परिवर्तित करते हैं, जिसे रंग चार्ज-युग्मित डिवाइस कैमरे द्वारा पता लगाया जा सकता है। दाहिनी छवि कैमरे द्वारा निर्मित मेरलियन मॉडल की पुनर्निर्मित 3डी गहराई वाली छवि दिखाती है। (छवि: यी लुयिंग)

भविष्य की खोज

प्रोफेसर लियू और उनकी टीम अपने प्रकाश-क्षेत्र सेंसर की स्थानिक सटीकता और रिज़ॉल्यूशन में सुधार करने के तरीकों पर गौर कर रहे हैं, जैसे कि उच्च-स्तरीय रंग डिटेक्टरों का उपयोग करना। टीम ने प्रौद्योगिकी के लिए अंतरराष्ट्रीय पेटेंट के लिए भी आवेदन किया है। “हम पारदर्शी सब्सट्रेट पर पेरोव्स्काइट क्रिस्टल को अधिक सघनता से पैटर्न देने के लिए और अधिक उन्नत तकनीकों का भी पता लगाएंगे, जिससे बेहतर स्थानिक रिज़ॉल्यूशन हो सके। प्रोफेसर लियू ने कहा, पेरोव्स्काइट के अलावा अन्य सामग्रियों का उपयोग प्रकाश-क्षेत्र सेंसर के पहचान स्पेक्ट्रम का विस्तार भी कर सकता है।

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