Инженеры Мичиганского университета разработали датчик изображения для создания автономной камеры.

Солнечные батареи преобразуют свет в электричество, датчики изображения также преобразуют свет в электричество. Если попытаться объединить их в одном чипе, это позволит создать полностью автономную камеру. Инженеры из Мичиганского университета Euisik Yoon и Sung-Yun Park недавно придумали именно это – микроскопический датчик, который одновременно захватывает изображение и аккумулирует энергию из падающего на него света. Технология была подробно описана в исследовании, опубликованном в IEEE Xplore.

Image: University of Michigan

Это не первая попытка создания подобного датчика, однако, первые прототипы были трудозатратны и имели малую эффективность. Одна из технологий изготовления предполагала размещение на светочувствительной поверхности дополнительных фотодиодов для аккумулирования энергии, что уменьшало количество света, используемого для формирования изображения.

Прототип датчика, созданный Юном и Парком, лишён всех этих недостатков. Продолжая исследования, инженеры заметали, что некоторые фотоны проскальзывают через светочувствительный диод (Photo-Detection diode), не вызывая при этом накопления заряда. Поэтому под этим диодом они поместили дополнительный фотоэлектрический диод (Photo-Voltaic diode), который использовал проскользнувшие фотоны для накопления энергии. «Это не повторное использование, это больше похоже на сбор остатков» - говорит Юн – «Это фактически свободная энергия»

Качество изображения при 15 к/с (слева) и при 7.5 к/с (справа)

Image: University of Michigan.

Поскольку слой из фотоэлектрических диодов находится под светочувствительным слоем, почти вся область сенсора используется для формирования изображения. Одновременно с этим фотоэлектрический слой улавливает неиспользуемые фотоны, преобразуя их в электричество. Итоговая микросхема, построенная по данному принципу, имеет ширину 5 микрометров и обеспечивает мощность равную 998 pW /klx /mm2. При интенсивном дневном свете в 60000 люкс, этого достаточно для захвата изображений со скоростью 15 к/с. При обычном дневном свете от 20000 до 30000 люкс это значение снижается до 7.5 к/с.

В первую очередь датчик был сделан для подтверждения работы самой концепции и в дальнейшем может быть оптимизирован для повышения частоты кадров или улучшения работы в условиях низкой освещённости. Продолжение проекта может привести в будущем к созданию автономной камеры на основе новейшего сенсора, который будет питать крошечный микропроцессор и беспроводной приёмопередатчик.