Ingenjörer från University of Michigan utvecklar en bildsensor för en fristående kamera.

Solceller omvandlar ljus till elektricitet, bildsensorer omvandlar också ljus till elektricitet. Försök att kombinera dem på samma chip för att skapa en helt autonom kamera. Ingenjörerna Euisik Yoon och Sung-Yun Park från University of Michigan har nyligen tagit fram en mikroskopisk sensor som både fångar bilder och lagrar energi från infallande ljus. Tekniken har beskrivits i en studie som publicerats i IEEE Xplore.

Bild: University of Michigan

Det är inte det första försöket med en sådan sensor, men de första prototyperna var arbetskrävande och låg effektivitet. En av tillverkningsteknikerna innebar att ytterligare fotodioder placerades på den ljuskänsliga ytan för att lagra energi, vilket minskade mängden ljus som användes för att skapa bilden.

Den prototyp som Yoon och Park har skapat är fri från alla dessa nackdelar. I sin fortsatta forskning upptäckte ingenjörerna att vissa fotoner passerar genom en ljuskänslig diod fotodetektionsdiod utan att orsaka en laddning. Därför har de placerat en extra fotoelektrisk diod Photo-Voltaic diode under den, som använder de glidande fotonerna för att lagra energi. ”Det är inte återanvändning, det är mer som att samla in rester”, säger Yoon, ”Det är faktiskt gratis energi.”

Bildkvalitet vid 15 fps vänster och vid 7.5 fps höger

Bild: University of Michigan.

Eftersom skiktet med fotoelektriska dioder ligger under det ljuskänsliga skiktet används nästan hela sensorns yta för bildframställning. Samtidigt fångar det fotoelektriska skiktet upp oanvända fotoner och omvandlar dem till elektricitet. Den slutliga IC:n som bygger på denna princip har en bredd på 5 mikrometer och ger en effekt på 998 pW /klx /mm2. I intensivt dagsljus vid 60000 lux räcker det för att ta bilder med 15k/s. I normalt dagsljus med 20 000-30 000 lux sjunker detta till 7 %.5 fps.

Sensorn utformades i första hand för att validera själva konceptet och kan optimeras ytterligare för högre bildfrekvenser eller bättre prestanda i svagt ljus. Det fortsatta projektet kan i framtiden leda till en självständig kamera som bygger på en avancerad sensor som driver en liten mikroprocessor och trådlös sändare.