Biologisk inspireret ultratyndt opstillet kamera til billeddannelse med høj kontrast og høj opløsning

Visionssystemer i naturen giver spændende optisk designinspiration til ultrakompakte billeddannelsessystemer. Forskere i Sydkorea har nu demonstreret et fuldt pakket ultratyndt insektøjekamera, som tilbyder høj kontrast og super-opløsning billeddannelse ved at bruge nye optiske materialer og teknikker. Dette ultratynde opstillede kamera kan have praktisk brug i mobile enheder, avancerede overvågningskøretøjer, og endoskoper uden teknisk forbehold.

Et insekts sammensatte øje har overlegne visuelle egenskaber såsom bred betragtningsvinkel, høj bevægelsesfølsomhed, og stor dybdeskarphed, samtidig med at et lille volumen af ​​visuel struktur bevares med en lille brændvidde. Blandt dem, Xenos peckii , en endoparasit af papirhvepse, har øjne med hundredvis af fotoreceptorer i en enkelt linse - i modsætning til konventionelle sammensatte øjne med nogle få lysfølende celler i et enkelt øje. Denne unikke struktur giver højere visuel opløsning end andre insektøjne. Det Xenos peckii øjet opfatter også delvise billeder gennem pigmenterede kopper, der blokerer for indkommende lys mellem øjerne.

Inspireret af Xenos peckii øjenstruktur, et KAIST-forskerhold ledet af professor Jeong Ki-Hun demonstrerede et fuldt pakket ultratyndt insektøjekamera. De udviklede en unik og ny konfiguration af mikro-optiske elementer til fuldstændig at undertrykke den optiske støj mellem mikrolinser og samtidig reducere kameratykkelsen. Denne optiske komponent blev integreret med en komplementær metaloxid-halvleder (CMOS) billedsensor, og den endelige tykkelse af den fuldt pakket kameralinse er kun 740 μm.

Det fuldt pakkede ultratynde array-kamera har med succes demonstreret klare array-billeder med høj kontrast opnået fra små mikrolinser. For yderligere at forbedre billedkvaliteten af ​​det optagne billede, de har diskuteret synsprincippet for insektøjne og kombineret array-billederne til ét billede gennem superopløsningsbilleddannelse. Dette arbejde viser også den første demonstration af super-opløsning billeddannelse, som erhverver et enkelt integreret billede med høj kontrast og høj opløsningsevne rekonstrueret fra højkontrast array-billeder.

"Dette arbejde rapporterer den første demonstration af et ultratyndt opstillet kamera til billeddannelse med høj kontrast og superopløsning. Vi er overbeviste om, at vores undersøgelse vil gøre tekniske fremskridt og også have betydelige indvirkninger på multidisciplinære fællesskaber inden for mikro- og nanoteknologi, minedriftsindsigt fra naturlige fotoniske strukturer, " sagde Jeong.