图像传感器深度解析（APL改善机器视觉的图像传感器）

图像传感器测量光线强度，但也必须提取光线的角度、光谱和其他方面，以显著提高机器视觉。

在AIP出版社出版的Applied Physics Letters中，威斯康星大学麦迪逊分校、圣路易斯华盛顿大学和OmniVision技术公司的研究人员探讨了集成在图像传感器芯片上的最新纳米结构组件，这些组件最有可能在多模态成像中产生巨大影响。

这项技术的发展可以让自动驾驶汽车看到拐角处，而不仅仅只看到一条直线，生物医学成像可以检测不同组织深度的异常，以及望远镜可以看穿星际尘埃。

作者说：“图像传感器将逐渐经历转变，成为机器的理想人造眼睛。利用现有成像传感器显著成就的演变可能会产生更直接的影响。”

将光转换为电信号的图像传感器是由一个芯片上的数百万像素组成。挑战在于如何将多功能组件作为传感器的一部分进行组合和小型化。

科研人员详细介绍了一种通过制造片上光谱仪来检测多波段光谱的有前途的方法。他们将由硅组成的光子晶体滤光片直接沉积在像素顶部，以在入射光和传感器之间产生复杂的相互作用。

薄膜下面的像素记录了光能的分布，从中可以推断出光谱信息。该设备的尺寸不到一平方英寸的百分之一，可编程以满足各种动态范围、分辨率水平，以及从可见光到红外的几乎任何光谱范围。

研究人员构建了一个组件，可检测角度信息以测量深度并在亚细胞尺度上构建 3D 形状。他们的工作受到了动物定向听觉传感器的启发，比如壁虎，它们的头太小，无法像人类和其他动物那样确定声音来自哪里。相反，他们使用耦合的耳膜来测量声音的方向，其大小比相应的声学波长小几个数量级。

同样地，将成对的硅纳米线构造为谐振器以支持光学谐振。储存在两个谐振器中的光能对入射角度敏感。离光最近的线发出最强的电流。通过比较两根导线上最强和最弱的电流，就可以确定入射光波的角度。

数以百万计的纳米线可以放置在1平方毫米的芯片上。这项研究可以支持无透镜相机、增强现实和机器人视觉方面的进步。

原文信息

标题：Multimodal light-sensing pixel arrays

期刊号：Appl. Phys. Lett. 121, 040501 (2022)

作者：Yurui Qu, Soongyu Yi, Lan Yang, and Zongfu Yu

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0090138

期刊介绍

Applied Physics Letters (APL) 提供关于应用物理学重要新发现的简明、最新报告。

该期刊强调关键数据和新的物理见解的快速传播。APL及时发表新的实验和理论论文，报告物理现象在科学、工程和现代技术的所有分支中的应用。

期刊封面

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