A jövő 3D képalkotása

Dr. Andreas Bablich a munkában a tisztatérben. (Fotó: Heiner Manderbach)

Akár az autóiparban, az orvostechnikában, a biztonsági rendszerekben vagy az okostelefonokban: a 3D-kamerák egyre szélesebb körben terjednek és alkalmazási lehetőségeik bővülnek. Ez egy gyorsan fejlődő technológia. Jövőorientált témaként, magas társadalmi jelentőséggel, a szükséges szenzorok a „Grafén-alapú Nanotechnológia” és a „Legfelső frekvenciatartományú technika és kvantumelektronika” tanszékek központi kutatási területei a Siegeni Egyetemen.

Az egyik eljárás, amely egyre inkább elterjed a felhasználóbarát jellemzői miatt a 3D-kamerarendszerekben, az időalapú mérés (Time-of-Flight, ToF). Ennek során a kibocsátott és az objektum által visszavert fényimpulzus közötti időeltérésből pontos távolságok határozhatók meg, így térbeli mélységű képek készíthetők. Azonban a viszonylag összetett ToF-szenzorok viszonylag sok chipfelületet igényelnek, így drágák, és a magas integrációs fokozatú alkalmazási területeken korlátozottak. Az integrációs fokozat az abszolút fényérzékeny szenzorok számát jelenti egy mikrochipeken.

A Siegeni Egyetem tudósai az új kutatási projektben, az „ULTRA-SENSE 3D”-ben, újszerű, magas precizitású és nagy teljesítményű 3D-kamerarendszereken dolgoznak, amelyek a Focus-Induced Photoresponse (FIP) technológián alapulnak. „A FIP egy viszonylag új technológia, amelynek alapjait intenzív kutatási tevékenységek tették le nálunk a ZESS-ben, a Siegeni Egyetem Szenzor Rendszerek Központjában” – magyarázza Dr. Andreas Bablich, aki Prof. Dr. Peter Haring Bolívarral közösen vezeti a projektet. A kutatás most az amorf szilícium alapú, 3D-képes FIP-szenzorok teljesítménypotenciáljára összpontosít. „Örülök, hogy ilyen projektben bemutathatom az alapkutatás és az innovációs impulzusok szoros és termékeny együttműködését az ipari megvalósítás érdekében” – mondja Prof. Dr. Peter Haring Bolívar. Az ULTRA-SENSE 3D-t a Német Kutatási Közösség (DFG) közel háromnegyed millió euróval támogatja három évre. Dr. Andreas Bablich számára a pályázat első sikeres benyújtása fontos mérföldkő a kutatói pályáján. A DFG támogatásával kifejezetten a fiatal kutatók fejlődését kívánják segíteni.

A FIP-szenzorok sokkal érzékenyebbek, mint a jelenlegi koncepciók, és képesek nagy távolságokra is rendkívül pontos mélységi információkat azonosítani egyetlen képponton belül. Mert a FIP-effektus során nemcsak a beérkező fény mennyiségét mérik a szenzorok, hanem a fényfolt méretét is, ami lehetővé teszi a pontos távolságmérést valós időben, még akkor is, ha a környezeti fény nem különösebben jó. „Azonban a jelenlegi FIP-detektorok olvasási sebessége és érzékenysége jelentősen korlátozott organikus vagy ólomtartalmú anyagokon alapulva” – magyarázza Dr. Andreas Bablich. Az új megközelítésben a Siegeni Kutatócsoport amorf szilícium (a-Si:H) alapú FIP-szenzorokat fejlesztett ki, amelyek a technológiai állapothoz képest körülbelül két nagyságrenddel gyorsabb, érzékenyebb és szabályozhatóbb FIP-effektust mutatnak. Az aktív anyag, az amorf szilícium, vékony rétegként, alacsony hőmérsékleten kerül felvitelre egy chipre. Technikai szempontból ezt a szilícium növekedésének nevezik a chip felületén. A tipikus rétegvastagság 10 nanométer és 1,5 mikrométer között van, utóbbi nagyjából a hajszál egy századmásodrésze. „A szenzorokat nemcsak a tanszéken fejlesztjük, optimalizáljuk és jellemezzük, hanem a jelenlegi tisztatérben is gyártjuk azokat. Továbbá folytatjuk a technológiai megvalósítást ezen és más izgalmas kutatási témákban az újonnan épülő INCYTE Kutatóépületben az Adolf-Reichwein-Straße campuson” – mondja.

A Siegeni tudósok a szenzorokon túl egy újszerű olvasási koncepciót is kidolgoztak, amely jelentősen növelheti az integrált 3D-kamerák képfrissítési sebességét és csökkentheti a zajhatásokat. Bablich: „Az első távolságméréseket már sikeresen elvégeztük, és az eredmények körülbelül 500 mikrométeres felbontást mutatnak, ami jelentős potenciált rejt a FIP-észlelés módszerének jelentős fejlesztésére.” A kutatók jövőorientált alkalmazási területként a nagy érzékenységű 3D-szcenárió felismerést látják például a biztonságtechnika vagy az ipari minőségellenőrzés területén.