Forskare har visat användningen av staplade, transparenta grafenfotodetektorer i kombination med bildbehandlingsalgoritmer för att producera 3D-bilder och avståndsdetektering.

Forskare vid University of Michigan har bevisat livskraften hos en 3D-kamera som kan tillhandahålla högkvalitativ tredimensionell avbildning samtidigt som man bestämmer hur långt objekt är från objektivet. Denna information är kritisk för 3D-biologisk avbildning, robotik, och autonom körning.

Istället för att använda ogenomskinliga fotodetektorer som traditionellt används i kameror, den föreslagna kameran använder en bunt med transparenta fotodetektorer gjorda av grafen för att samtidigt fånga och fokusera på objekt som är olika avstånd från kameralinsen.

Systemet fungerar på grund av de unika egenskaperna hos grafen, som bara är ett atomskikt tjockt och bara absorberar cirka 2,3% av ljuset. Ett par grafenlager kan användas för att konstruera en fotodetektor som effektivt kan detektera ljus, även om mindre än 5% av ljuset absorberas. När den placeras på ett transparent underlag, till exempel ett kiselchip, detektorerna kan staplas, med var och en i ett annat fokusplan.

Som beskrivs av professor Ted Norris:

"När du har en kamera, du måste ha en fokuseringsjustering på ditt objektiv så att när du fokuserar på ett visst objekt som en persons ansikte, ljusstrålarna som kommer från den personens ansikte är fokuserade på det enda planet på ditt detektorchip. Objekt framför eller bakom objektet är ur fokus.

Men om det var möjligt att stapla olika detektorarrayer var och en i olika fokusplan, då kunde de varje bild exakt en annan plats i objektutrymmet samtidigt. Vad mer, om du kan upptäcka flera fokalplan av data samtidigt du kan använda algoritmer för att rekonstruera objektet i tre dimensioner. Det kallas en ljusfältbild.

Vi har visat hur man använder transparenta fokalstackar för att göra ljusfältbild och bildrekonstruktion. "

Förutom grundläggande objektidentifiering, det aktuella papperet visar hur deras enhet kan upptäcka hur långt borta något är - vilket gör det lämpligt för applikationer inom autonom körning och robotik. Den är också idealisk för biologisk avbildning i fall där det är viktigt att avbilda tredimensionell volym.

För sin ultimata framgång, projektet krävde kompletterande expertis inom tre områden. Professor Zhaohui Zhongs team utvecklade grafenenheterna; Norris grupp arbetade med designfunktionerna för det optiska instrumentet och demonstrerade enheterna i labbet; och professor Jeff Fesslers grupp, som utvecklade algoritmen för bildrekonstruktion.

Fessler ekade den andra fakulteten i att uppge gruppen på nio forskare som består av fakulteter, postdocs och studenter "samlades som ett bra team, alla lär sig av varandra och bidrar med olika aspekter av slutrapporten. "

Inspiration för kameran kom från tidigare forskning av Zhong och Norris om mycket känsliga grafendetektorer, publicerad i Naturnanoteknik under 2014.

De nuvarande transparenta grafensensorerna som tillverkats hittills har för låg upplösning för att avbilda bilder, men de första experimenten visade att linsen fokuserade ljus från olika avstånd på var och en av de två sensorerna.

Arbetet fortsätter med projektet.

Pappret, "Räckvidd och ljusfältavbildning med transparenta fotodetektorer, "av Miao-Bin Lien, Che-Hung Liu, Il Yong Chun, Saiprasad Ravishankar, Hung Nien, Minmin Zhou, Jeffrey A.Fessler, Zhaohui Zhong, och Theodore B. Norris, publicerades i Nature Photonics .