Lentes planas vão para dentro dos CCDs para melhorar imagens

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/01/2022

Além de lentes, as metalentes funcionam como filtros de cor.
[Imagem: Masashi Miyata/NTT Device Technology Labs]

Lentes em escala de píxel

Os progressos alcançados pelas lentes planas, feitas de metamateriais, parecem não ter limites.

Depois de revolucionar a óptica do lado de fora dos aparelhos e câmeras, agora elas deram um passo para entrar no próprio coração dos sensores de imagens, os conhecidos CCDs.

Pesquisadores demonstraram que as lentes de metassuperfície, que recentemente alcançaram a escala de píxel, podem ser usadas para construir sensores de imagem cerca de três vezes mais sensíveis do que os usados hoje.

A nova arquitetura de sensor pode permitir que câmeras digitais consigam imagens com mais rapidez ou em condições com menos luz.

Metalente

O segredo está em levar essas superfícies planas, que usam nanoestruturas para manipular a luz, para dentro dos próprios chips.

"Os sensores de imagem tradicionais, como os usados em celulares, dispositivos vestíveis e veículos autônomos, têm uma sensibilidade limitada porque dependem de filtros de cor colocados sobre cada píxel," explicou Masashi Miyata, pesquisador da NTT, no Japão. "Nossas novas metalentes são feitas de uma superfície altamente projetada que pode coletar luz enquanto simultaneamente separa as cores primárias, sem quaisquer filtros de cor, abrindo o caminho para melhorar drasticamente a sensibilidade."

Os sensores de cor sem filtro, feitos com as novas metalentes, aumentaram significativamente os níveis de sinal sem sacrificar a qualidade da imagem colorida ou sua resolução espacial.

E, como essas metalentes mais avançadas já são feitas usando um processo compatível com a tecnologia CMOS - usada para fabricar os chips de computador - elas podem ser facilmente integradas aos sensores das câmeras atuais para criar sensores de imagem que dispensam totalmente os filtros de cor.

"Esses novos sensores poderão no futuro permitir que as pessoas capturem mais facilmente as vistas noturnas com celulares, ou habilitar novas câmeras que capturem com precisão objetos em alta velocidade, o que será útil na segurança e na direção autônoma," disse Miyata.

Além da miniaturização, esta nova tecnologia melhora as imagens captadas.
[Imagem: Masashi Miyata et al. - 10.1364/OPTICA.444255]

Eliminando filtros

Em um sensor convencional, as informações de cor são capturadas usando filtros de cores que absorvem uma parte da luz. Um filtro vermelho, por exemplo, deixa passar apenas os comprimentos de onda vermelhos, absorvendo todos os outros comprimentos de onda. Isso significa que apenas cerca de 30% da luz é realmente detectada.

Para aumentar a sensibilidade, os pesquisadores projetaram uma matriz de nanoantenas que captura informações de cores sem perda óptica por meio de um processo conhecido como classificação de cores. A técnica envolve dividir a luz em vermelho, verde e azul e, em seguida, focar cada cor em píxeis diferentes. A matriz de nanoantenas - a metassuperfície - foi criada gravando pequenos pilares em uma camada de nitreto de silício com 1.250 nanômetros de espessura.

E, ao contrário de demonstrações anteriores, esta nova metassuperfície é adequada para aplicações práticas, segundo a equipe, porque ela é insensível à polarização da luz e ainda suprime a diafonia espectral para todos os píxeis coloridos - em termos simples, sua capacidade de classificação de cores não é afetada pela luz oblíqua entrando no sensor.

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