Solpaneler omdanner lys til elektricitet, og billedsensorer omdanner også lys til elektricitet. Hvis man forsøger at kombinere de to ting i en enkelt chip, kan man skabe et fuldt autonomt kamera. University of Michigan-ingeniørerne Euisik Yoon og Sung-Yun Park har for nylig fundet frem til netop dette – en mikroskopisk sensor, der både optager et billede og lagrer energi fra indfaldende lys. Teknologien blev beskrevet i en undersøgelse offentliggjort i IEEE Xplore.
Billede: University of Michigan
Det er ikke det første forsøg på at skabe en sådan sensor, men de første prototyper var arbejdskrævende og lavt effektive. En af produktionsteknikkerne bestod i at placere ekstra fotodioder på den lysfølsomme overflade for at lagre energi, hvilket reducerede den lysmængde, der bruges til at danne billedet.
Prototypen af den sensor, som Yoon og Park har designet, er fri for alle disse ulemper. Ved at fortsætte deres forskning bemærkede ingeniørerne, at nogle fotoner slipper gennem en lysfølsom diode fotodetektionsdiode uden at forårsage en opladning. Så de satte en ekstra fotoelektrisk diode Photo-Voltaic diode under denne diode, som brugte de glidende fotoner til at lagre energi. “Det er ikke genbrug, det er mere en slags resthøst,” siger Yoon, “Det er faktisk gratis energi.”
Billedkvalitet ved 15 fps venstre og ved 7.5 fps højre
Billede: University of Michigan.
Da laget af fotoelektriske dioder er placeret under det lysfølsomme lag, anvendes næsten hele sensorens areal til billeddannelse. Samtidig opfanger det fotoelektriske lag ubrugte fotoner og omdanner dem til elektricitet. Den endelige IC baseret på dette princip har en bredde på 5 mikrometer og giver en effekt på 998 pW /klx /mm2. I det intense dagslys på 60.000 lux er dette tilstrækkeligt til at optage billeder med en hastighed på 15k/s. I normalt dagslys mellem 20.000 og 30.000 lux reduceres dette til 7.5 fps.
Sensoren blev primært lavet til at validere selve konceptet og kunne optimeres yderligere for at opnå højere billedhastigheder eller bedre ydeevne i dårlige lysforhold. En fortsættelse af projektet kan i fremtiden føre til et autonomt kamera baseret på en avanceret sensor, der kan drive en lille mikroprocessor og en trådløs transceiver.
Det lyder spændende! Kan du beskrive mere detaljeret, hvordan denne billedsensor adskiller sig fra eksisterende kamerateknologi?
Hvordan adskiller billedsensoren udviklet af ingeniørerne fra University of Michigan sig fra eksisterende kameraer på markedet? Er der nogen specifikke funktioner eller forbedringer, der gør det særligt attraktivt som et selvstændigt kamera?