A tudósok egy új fénymező-érzékelőt fejlesztenek ki 3D-s jelenetkészítéshez, példátlan szögfelbontással

11. május 2023. (Nanowerk News) A Szingapúri Nemzeti Egyetem (NUS) Természettudományi Karának kutatócsoportja Liu Xiaogang professzor vezetésével, a Kémiai Tanszékről kifejlesztett egy 3D képalkotó érzékelőt, amelynek rendkívül nagy szögfelbontása van, ami egy optikai műszer kapacitásának felel meg. egy objektum kis, 0.0018o-os szögtávolsággal elválasztott pontjainak megkülönböztetésére. Ez az innovatív szenzor egyedülálló szög-szín konverziós elven működik, lehetővé téve a 3D fénymezők észlelését a röntgensugárzás és a látható fény spektrumában. A fénymező magában foglalja a fénysugarak együttes intenzitását és irányát, amelyet az emberi szem képes feldolgozni, hogy pontosan érzékelje a tárgyak közötti térbeli kapcsolatot. A hagyományos fényérzékelő technológiák azonban kevésbé hatékonyak. A legtöbb fényképezőgép például csak kétdimenziós képeket tud készíteni, ami a szokásos fotózáshoz megfelelő, de nem elegendő a fejlettebb alkalmazásokhoz, beleértve a virtuális valóságot, az önvezető autókat és a biológiai képalkotást. Ezek az alkalmazások egy adott tér precíz 3D-s jelenetépítését igénylik. Például az önvezető autók fénymező-érzékelést használhatnak az utcák megtekintésére és az utak veszélyeinek pontosabb felmérésére, hogy ennek megfelelően állítsák be a sebességüket. A fénymező-érzékelés azt is lehetővé teheti a sebészek számára, hogy különböző mélységekben pontosan leképezzék a páciens anatómiáját, így pontosabb metszéseket hajthatnak végre, és jobban felmérhetik a beteg sérülésének kockázatát. „Jelenleg a fénymező-detektorok lencséket vagy fotonikus kristályokat használnak, hogy ugyanarról a térről több képet készítsenek sok különböző szögből. Azonban ezeknek az elemeknek a félvezetőkbe való integrálása a gyakorlati felhasználás érdekében bonyolult és költséges” – magyarázta Liu professzor. "A hagyományos technológiák csak az ultraibolya és a látható fény közötti hullámhossz-tartományban képesek érzékelni a fénymezőket, ami korlátozottan alkalmazható a röntgensugaras érzékelésben." Ezenkívül más fénymező-érzékelőkkel, például mikrolencsés tömbökkel összehasonlítva a NUS csapat fénymező-érzékelője nagyobb, több mint 80 fokos szögmérési tartományban, nagy szögfelbontással rendelkezik, amely kisebb érzékelők esetén akár 0.015 foknál is kisebb lehet, és szélesebb spektrális választartomány 0.002 nm és 550 nm között. Ezek a specifikációk lehetővé teszik, hogy az új szenzor nagyobb mélységi felbontású 3D-s képeket készítsen. Nagy léptékű szögérzékelő szerkezet, amely ultraibolya fénnyel megvilágított nanokristály-foszforokat, az érzékelő kulcsfontosságú elemét tartalmazza. Három fénykibocsátó fénypor, amelyek vörös, zöld és kék fényt állítanak elő, mintázatba rendeződnek, hogy részletes szöginformációkat rögzítsenek, amelyeket aztán a 3D képalkotáshoz használnak fel. A csapat más anyagok felhasználását is vizsgálja a szerkezethez. (Kép: NUS) A folyóiratban megjelent az áttörés Természet („Röntgen-látható fénymező érzékelés pixeles színkonverzión keresztül”).

Perovszkit nanokristályok tette lehetővé

Az újszerű fénytér-érzékelő magja szervetlen perovszkit nanokristályok – kiváló optoelektronikai tulajdonságokkal rendelkező vegyületek. Szabályozható nanoszerkezetüknek köszönhetően a perovszkit nanokristályok hatékony fénykibocsátók, olyan gerjesztési spektrummal, amely a röntgensugárzást a látható fényig terjed. A perovszkit nanokristályok és a fénysugarak közötti kölcsönhatások kémiai tulajdonságaik gondos megváltoztatásával vagy kis mennyiségű szennyező atomok bejuttatásával is hangolhatók. A NUS kutatói perovszkit kristályokat mintáztak át egy átlátszó vékonyfilm hordozóra, és integrálták őket egy színes töltéscsatolt eszközbe (CCD), amely a bejövő fényjeleket színkódolt kimenetté alakítja. Ez a kristályátalakító rendszer a fénytér-érzékelő alapvető funkcionális egységét tartalmazza. Amikor beeső fény éri az érzékelőt, a nanokristályok izgalomba kerülnek. A perovszkit egységek viszont saját fényüket bocsátják ki különböző színekben, attól függően, hogy a bejövő fénysugár milyen szögben ütközik. A CCD rögzíti a kibocsátott színt, amelyet aztán 3D képrekonstrukcióhoz lehet használni. „Egyetlen szögérték azonban nem elegendő az objektum abszolút helyzetének meghatározásához egy háromdimenziós térben” – osztotta meg Dr. Yi Luying, a NUS Kémiai Tanszékének tudományos munkatársa és a tanulmány első szerzője. "Felfedeztük, hogy az első detektorra merőlegesen egy másik alapvető kristályátalakító egység hozzáadása és egy tervezett optikai rendszerrel való kombinálása még több térbeli információt biztosíthat a kérdéses objektumról." Ezután tesztelték fénymező-érzékelőjüket koncepció-bizonyítási kísérletekben, és megállapították, hogy megközelítésük valóban képes 3D-s képeket készíteni – pontos mélység- és méretrekonstrukcióval – a 1.5 méterrel távolabb elhelyezett tárgyakról. Kísérleteik azt is kimutatták, hogy az újszerű fénymező-érzékelő még nagyon finom részleteket is képes feloldani. Például egy számítógép billentyűzetének precíz képe készült, amely még az egyes billentyűk sekély kiemelkedéseit is megörökítette. Az ábra a 3D fénytér-érzékelő kialakítását (balra) és kimenetét (jobbra) mutatja. A tervezett eszköz (balra) a fénymezőt kódolja színkimenetként. A mintázott perovszkit nanokristály tömbök a különböző irányú fényt különböző színekké alakítják, amit egy színes töltéscsatolt készülékkamerával lehet érzékelni. A jobb oldali képen egy Merlion modell rekonstruált 3D mélységi képe látható, amelyet a kamera készített. (Kép: Yi Luying)

Jövő kutatás

Liu professzor és csapata olyan módszereket keres, amelyekkel javíthatja fénymező-érzékelőik térbeli pontosságát és felbontását, például felső kategóriás színdetektorok használatával. A csapat nemzetközi szabadalmat is kért a technológiára. „További technológiákat is megvizsgálunk majd a perovszkit kristályok sűrűbben való mintázására az átlátszó hordozóra, ami jobb térbeli felbontást eredményezhet. A perovszkittól eltérő anyagok használata szintén kiterjesztheti a fénymező-érzékelő detektálási spektrumát” – mondta Liu professzor.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoAiStream. Web3 adatintelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• A jövő pénzverése – Adryenn Ashley. Hozzáférés itt.
• Részvények vásárlása és eladása PRE-IPO társaságokban a PREIPO® segítségével. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62975.php