(a) 只能檢測光強度的傳統(tǒng)傳感器和 (b) 納米結構多模態(tài)傳感器的示意圖，該傳感器可以通過亞波長尺度的光與物質相互作用檢測各種質量的光。圖片來源：Yurui Qu 和 Soongyu Yi

圖像傳感器測量光強度，但還是要提取光的角度、光譜和其他方面，以顯著推進機器視覺。

在應用物理快報中，威斯康星大學麥迪遜分校、圣路易斯華盛頓大學和 OmniVision Technologies 的研究人員著重介紹了集成在圖像傳感器芯片上的新的納米結構組件，這些組件有可能對多模態(tài)成像產生影響。

這些發(fā)展可以使自動駕駛汽車能夠看到拐角處，而不僅僅是直線，生物醫(yī)學成像可以檢測不同組織深度的異常，望遠鏡可以看穿星際塵埃。

威斯康星大學麥迪遜分校的合著者 Yurui Qu 說：“圖像傳感器將逐漸轉變?yōu)闄C器的理想人工眼睛。” “利用現(xiàn)有成像傳感器的顯著成就的進化可能會產生更直接的影響。”

將光轉換為電信號的圖像傳感器由單個芯片上的數(shù)百萬像素組成。挑戰(zhàn)在于如何將多功能組件組合并小型化作為傳感器的一部分。

在他們自己的工作中，研究人員詳細介紹了一種通過制造片上光譜儀來檢測多波段光譜的有前途的方法。他們將由硅制成的光子晶體濾光片 直接沉積在像素頂部，以在入射光和傳感器之間產生復雜的相互作用。

薄膜下方的像素記錄了光能的分布，從中可以推斷出光譜信息。該設備尺寸不到百分之一平方英寸，可編程以滿足各種動態(tài)范圍、分辨率水平以及從可見光到紅外的幾乎任何光譜狀態(tài)。

研究人員構建了一個組件，可檢測角度信息以測量深度并在亞細胞尺度上構建 3D 形狀。他們的工作受到了在壁虎等動物身上發(fā)現(xiàn)的定向聽覺傳感器的啟發(fā)，壁虎的頭部太小，無法像人類和其他動物一樣確定聲音的來源。相反，他們使用耦合耳膜來測量聲音的方向，其尺寸比相應的聲波波長小幾個數(shù)量級。

類似地，成對的硅納米線被構造為諧振器以支持光學諧振。存儲在兩個諧振器中的光能對入射角很敏感。離燈近的電線發(fā)出比較強的電流。通過比較來自兩根導線的強和弱電流，可以確定入射光波的角度。

數(shù)以百萬計的這些納米線可以放置在一個 1 平方毫米的芯片上。該研究可以支持無鏡頭相機、增強現(xiàn)實和機器人視覺的進步。

《多模態(tài)光感像素陣列》一文由Yurui Qu、Soongyu Yi、Lan Yang、Zongfu Yu撰寫。這篇文章將出現(xiàn)在2022 年 7 月 26 日 的應用物理快報上。