Los investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han desarrollado un sensor de imágenes 3D con una resolución angular extremadamente alta, capaz de distinguir puntos de un objeto separados por una pequeña distancia angular de 0,0018º. Este sensor funciona con un principio único de conversión de ángulo a color, lo que le permite detectar campos de luz 3D en todo el espectro de rayos X a luz visible.
La mayoría de las cámaras solo pueden producir imágenes bidimensionales, lo que es adecuado para la fotografía normal, pero insuficiente para aplicaciones más avanzadas, como la realidad virtual, los automóviles autónomos y las imágenes biológicas. Estas aplicaciones requieren la construcción de escenas 3D precisas de un espacio en particular.
Según los investigadores, actualmente, los detectores de campo de luz utilizan una matriz de lentes o cristales fotónicos para obtener múltiples imágenes del mismo espacio desde muchos ángulos diferentes. Sin embargo, la integración de estos elementos en semiconductores para uso práctico es complicada y costosa.
Además, en comparación con otros sensores de campo de luz, como conjuntos de microlentes, el sensor de campo de luz del equipo de NUS tiene un rango de medición angular más grande, de más de 80º, una alta resolución angular que puede ser potencialmente inferior a 0,015º para sensores más pequeños y un rango de respuesta espectral más amplio de entre 0,002 nm y 550 nm. Estas especificaciones hacen que el novedoso sensor sea capaz de capturar imágenes 3D con una resolución de mayor profundidad.
En el núcleo del nuevo sensor de campo de luz se encuentran los nanocristales de perovskita inorgánicos compuestos que tienen excelentes propiedades optoelectrónicas. Debido a sus nanoestructuras controlables, los nanocristales de perovskita son emisores de luz eficientes, con un espectro de excitación que abarca desde los rayos X hasta la luz visible. Las interacciones entre los nanocristales de perovskita y los rayos de luz también se pueden ajustar alterando cuidadosamente sus propiedades químicas o introduciendo pequeñas cantidades de átomos de impurezas.
Desarrollo del dispositivo acoplado de carga
Los investigadores de NUS han modelado cristales de perovskita en un sustrato de película delgada transparente y los han integrado en un dispositivo acoplado de carga (CCD) de color, que convierte las señales de luz entrantes en una salida codificada por colores. Este sistema de convertidor de cristal comprende una unidad funcional básica del sensor de campo de luz.
Cuando la luz incidente incide en el sensor, los nanocristales se excitan. A su vez, las unidades de perovskita emiten su propia luz en diferentes colores según el ángulo en el que incide el rayo de luz entrante. El CCD captura el color emitido, que luego se puede utilizar para la reconstrucción de imágenes en 3D.
Luego probaron su sensor de campo de luz en experimentos de prueba de concepto y descubrieron que su enfoque puede capturar imágenes en 3D, con reconstrucciones precisas de profundidad y dimensión, de objetos colocados a 1,5 metros de distancia.
Sus experimentos también demostraron la capacidad del novedoso sensor de campo de luz para resolver incluso detalles muy finos. Por ejemplo, se creó una imagen precisa del teclado de una computadora que incluso capturó las protuberancias superficiales de las teclas individuales.