Kerneteknologi til ultralille 3-D billedsensor

Et KAIST forskerhold udviklede en silicium optical phased array (OPA) chip, som kan være en kernekomponent til tredimensionelle billedsensorer. Denne forskning blev ledet af ph.d. kandidat Seong-Hwan Kim og Dr. Jong-Bum You fra National Nanofab Center (NNFC).

En 3-D billedsensor tilføjer afstandsinformation til et todimensionalt billede, såsom et foto, at genkende det som et 3-D-billede. Det spiller en afgørende rolle i forskellige elektronik, herunder autonome køretøjer, droner, robotter, og ansigtsgenkendelsessystemer, som kræver nøjagtig måling af afstanden fra genstande.

Mange bil- og dronevirksomheder fokuserer på at udvikle 3-D billedsensorsystemer, baseret på mekanisk lysdetektion og rækkevidde (LiDAR) systemer. Imidlertid, den kan kun blive så lille som en knytnæve og har en høj mulighed for funktionsfejl, fordi den anvender en mekanisk metode til laserstrålestyring.

OPA'er har fået stor opmærksomhed som en nøglekomponent til at implementere solid-state LiDAR, fordi den kan styre lysretningen elektronisk uden bevægelige dele. Siliciumbaserede OPA'er er små, holdbar, og kan masseproduceres gennem konventionelle Si-CMOS processer.

Imidlertid, i udviklingen af ​​OPA'er, der er rejst et stort spørgsmål om, hvordan man opnår bred strålestyring i tværgående og langsgående retninger. I den tværgående retning, en bredstrålestyring er blevet implementeret, relativt nemt, gennem en termo-optisk eller elektro-optisk styring af faseskifterne integreret med et 1D-array. Men den langsgående strålestyring er fortsat som en teknisk udfordring, da kun en smal styring var mulig med det samme 1D-array ved at ændre lysets bølgelængder, hvilket er svært at implementere i halvlederprocesser.

Hvis en lysbølgelængde ændres, karakteristika for elementenheder, der består af OPA'en, kan variere, hvilket gør det svært at styre lysretningen med pålidelighed samt at integrere en bølgelængdejusterbar laser på en siliciumbaseret chip. Derfor, det er vigtigt at udtænke en ny struktur, der nemt kan justere det udstrålede lys i både tværgående og langsgående retninger.

Ved at integrere justerbar radiator, i stedet for tunbar laser i en konventionel OPA, Professor Hyo-Hoon Park fra School of Electrical Engineering og hans team udviklede en ultra-lille, laveffekt OPA-chip, der letter en bred 2-D strålestyring med en monokromatisk lyskilde.

Denne OPA-struktur muliggør minimering af 3-D billedsensorer, så lille som en guldsmedeøje.

Ifølge holdet, OPA'en kan fungere som en 3-D billedsensor og også som en trådløs sender, der sender billeddataene i en ønsket retning, gør det muligt frit at kommunikere billeddata af høj kvalitet mellem elektroniske enheder.

Kim sagde, "Det er ikke en let opgave at integrere en justerbar lyskilde i OPA-strukturerne i tidligere værker. Vi håber, at vores forskning, der foreslår en justerbar radiator, tager et stort skridt i retning af kommercialisering af OPA'er."

Dr. Du tilføjede, "Vi vil være i stand til at understøtte applikationsundersøgelser af 3-D billedsensorer, især til ansigtsgenkendelse med smartphones og augmented reality-tjenester. Vi vil forsøge at forberede en behandlingsplatform i NNFC, der leverer kerneteknologier til fremstilling af 3D-billedsensorer."