İnqrid Fadelli , Phys.org tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

MSEIS çipi. Kredit: Xiaoguang Zhao və Rongbo Xie

İşıq nümunələrini elektrik siqnallarına çevirərək şəkilləri çəkən rəqəmsal görüntü sensorları (DIS) cihazları smartfonlar, rəqəmsal kameralar və bəzi tibbi alətlər də daxil olmaqla bir çox müasir elektron cihazlara inteqrasiya edilmişdir. Bu sensorlar parlaqlığı və rəngi qeyd edən piksel adlanan kiçik işığa həssas vahidlərə əsaslanır.

DIS tərəfindən çəkilən görüntülərin qətnaməsini artırmaq üçün mühəndislər piksel sıxlığını artıraraq bu kiçik vahidlərin daha çoxunu daha kiçik sahələrə yerləşdirirlər. Kiçik piksellər daha az işıq topladığı üçün bu yanaşma faydalı siqnalları zəiflədə və təsadüfi dalğalanmaları (yəni səs-küy) artıra bilər. Bu, nəticədə, xüsusən də aşağı işıqlandırma şəraitində, dənəvər və daha az detallı görüntülərə səbəb olur.

Çinxua Universitetinin tədqiqatçıları DIS tərəfindən çəkilən görüntülərin qətnaməsini artırmaq üçün yeni bir yanaşma təqdim ediblər. Onların Nature Electronics jurnalında dərc olunmuş məqalədə təsvir edilən təklif etdiyi metod , görüntü sensorunu görüntü çəkərkən sensorun mövqeyini bir qədər dəyişdirən və daha çox vizual məlumat toplamağa imkan verən kiçik mexaniki cihazla birləşdirməyi nəzərdə tutur.

“Bu əsərin ilham mənbəyi hazırda DIS-in üzləşdiyi kritik bir maneədən qaynaqlanır”, məqalənin baş müəllifi Xiaoguang Zhao Tech Xplore-a bildirib.

“Piksel miqyaslanması davam etsə də, siqnal-səs-küy nisbəti məhdudiyyətləri səbəbindən piksel miniatürləşməsi fiziki limitlərinə yaxınlaşır. Bununla belə, işıq sahəsi və spektral görüntüləmə kimi çoxölçülü sensorlarda ortaya çıxan tətbiqlər , fəza qətnaməsi və baxış sahəsinin məhsulu kimi təyin olunan daha yüksək Məkan Bant Genişliyi Məhsuluna (SBP) eksponensial tələbat yaradır.”

Yüksək qətnaməli şəkillər çəkən hərəkətli sensor

Tədqiqatlarının bir hissəsi olaraq, Zhao və həmkarları əvvəlki DIS cihazlarının məhdudiyyətlərini aşaraq daha yüksək qətnamələrə çatacaq çip miqyaslı görüntü sensoru hazırlamağa başladılar. Bunu etmək üçün onlar əvvəlcə sensorların məkan bant genişliyi məhsulunu (SBP) artırmaq üçün bir yol təqdim edən yeni bir universal görüntüləmə paradiqması hazırladılar.

SBP, görüntü sensorlarının ümumilikdə çəkə biləcəyi vizual detalların zənginliyini göstərən bir xüsusiyyətdir. Bu xüsusiyyəti təkmilləşdirmək üçün komanda piksel miniatürləşməsini mikroelektromekanik sistemin (MEMS) inteqrasiyası ilə birləşdirməyi təklif etdi.

“Bizim hazırladığımız MEMS əsaslı SBP ilə gücləndirilmiş görüntü sensoru (MSEIS), DIS çipini flip-chip bağlantısı vasitəsilə MEMS aktuatoruna inteqrasiya edir”, – deyə Zhao izah etdi.

“MEMS aktuatorunu dəqiq idarə etməklə, DIS-in fokus müstəvisində alt piksel fəza mövqeyi modulyasiyasına nail oluruq. Bu, “nümunə götürmə müddəti”ni “piksel ölçüsü”ndən effektiv şəkildə ayırır. Nümunə götürmə müddəti artıq piksel meydançası ilə məhdudlaşmır, əksinə aktuatorun yerdəyişmə dəqiqliyi ilə müəyyən edilir ki, bu da adətən MEMS aktuatorları üçün nanometr miqyasına çatır.”

Kameraların qətnaməsini yaxşılaşdırmaq üçün digər yanaşmalardan fərqli olaraq, komandanın həlli çip miqyasında da tətbiq oluna bilər və bu da digər elektron komponentlərlə asanlıqla inteqrasiya edilə bilən daha kiçik sensorların hazırlanmasına imkan verir. Tədqiqatçılar öz metodlarından istifadə edərək yeni bir görüntü sensoru hazırladılar və onu bir sıra təcrübələrdə sınaqdan keçirdilər ki, bu da çox ümidverici nəticələr verdi.

“Təcrübələr göstərir ki, yanaşmamız SBP-ni təxminən 33,7 dəfə artıra bilər və mövcud görüntüləmə sistemlərinə sorunsuz şəkildə inteqrasiya edilə bilər”, – deyə Zhao bildirib. “Biz elektrik bağlantısı üçün lehimləmə qabarcıqlarından və DIS-i hərəkətli MEMS platformasına flip-çiplə birləşdirmək üçün istifadə edirik ki, bu da heterojen inteqrasiya üçün yeni bir sxem ola bilər.”

Görüntüləmə texnologiyalarını inkişaf etdirmək üçün yeni bir yol

Komandanın DIS cihazlarının qətnaməsini yaxşılaşdırmaq üçün yeni paradiqması qabaqcıl görüntü texnologiyalarının inkişafı üçün yeni imkanlar aça bilər. Gələcəkdə bu, görüntü sensorları tərəfindən çəkilən görüntülərin qətnaməsini və aydınlığını daha da yaxşılaşdırmaq üçün istifadə edilə bilər.

Zhao dedi: “Biz fəza modulyasiya görüntüləməsinin SBP gücləndirmə effektini kəmiyyətcə təsvir edən fəza modulyasiya görüntüləmə paradiqması üçün Furye optikasına əsaslanan genişləndirilmiş görüntüləmə nəzəri modeli yaratdıq. Bundan əlavə, biz təxminən 33,7 dəfə SBP gücləndirməsinə nail olmaqla və ekvivalent nümunə götürmə müddətini 3,6 μm-dən 0,62 μm-ə endirərək çip miqyaslı fəza modulyasiya görüntü sensoru qurduq.”

Zhao və həmkarları tərəfindən hazırlanmış yeni sensor nəticədə nöqtə hədəfinin lokalizasiyası da daxil olmaqla müxtəlif qabaqcıl görüntüləmə tətbiqləri üçün istifadə edilə bilər. Bu, ulduzların və ya görüntülərdə çəkilməsi çətin olan digər obyektlərin dəqiq izlənməsini nəzərdə tutur.

“Gələcək tədqiqatlarımızın bir hissəsi olaraq, cavab müddətini azaltmaq və daha yüksək sürətli görüntüləmə ssenarilərinə uyğunlaşmaq üçün optimallaşdırılmış skan strategiyalarını (məsələn, Lissajous skaneri) tətbiq etməyi planlaşdırırıq”, – deyə Zhao əlavə edib.

“Həmçinin, SBP-nin təkmilləşdirilməsinin elastikliyini artırmaq üçün Monte Karlo nümunə götürmə kimi qeyri-bərabər nümunə götürmə strategiyalarını araşdırırıq. Nəhayət, yüksək inteqrasiya olunmuş və etibarlı MSEIS çiplərinin kütləvi istehsalına imkan vermək üçün lövhə səviyyəli MEMS-CMOS birgə istehsal texnologiyasını inkişaf etdirmək istəyirik.”