新型超透镜可大幅提升成像敏感度 智能手机和自动驾驶汽车料受益

财联社（上海，编辑 黄君芝）讯，据报道，根据一项最新的研究，无滤光片成像传感器已取得明显技术进步，有望改善智能手机和自动驾驶汽车在低光和快速移动下的影像成像应用。

日本NTT设备技术实验室的研究人员已经证明，其新设计的像素级超表面透镜——利用纳米结构操纵光线的平面，可以用来制造成像传感器，其灵敏度大约是目前使用的传感器的三倍。这种新的传感器结构可以使数码相机在光线较弱的情况下更快地成像。

该研究团队负责人Masashi Miyata表示，“智能手机、可穿戴设备和自动驾驶汽车中使用的传统成像传感器的灵敏度有限，因为它们依赖于放置在每个像素上的彩色滤色器。我们的新超透镜是由一个高度工程化的表面制成的，它可以在收集光线的同时分离三原色，而不需要任何彩色滤光片，为大幅提高灵敏度开辟了一条道路。”

研究人员报告称，用新的超透镜制作的无滤光片彩色传感器在不牺牲彩色图像质量或空间分辨率的情况下，显著提高了信号水平。而且，由于这种新型超透镜是使用互补式金属氧化物半导体（CMOS）兼容工艺制造的，它们可以很容易地集成到当前的传感器上，以创建无滤光片成像设备。

Miyata说，“我们设想我们的超透镜在开发超过目前灵敏度上限的无滤光片彩色图像传感器方面，将起到重要作用。这些新的传感器有一天可以让人们更容易地用智能手机捕捉夜景，或者使新的相机准确地捕捉高速运动物体，这在安全和自动驾驶方面将是非常有用的。”

据了解，在传统的传感器中，颜色信息是通过使用吸收部分光线的彩色滤光片获得的。例如，红色滤光片只允许红色波长通过，而吸收所有其他波长的光。这意味着只有大约30%的光线被实际检测到。

为了提高灵敏度，NTT的研究人员设计了一种超透镜阵列，通过一种称为颜色分类的过程，可以在不损失光学的情况下获取颜色信息。这需要将光分成红、绿、蓝三种颜色，然后将每种颜色聚焦到不同的像素上。像素级超透镜阵列是通过在1250纳米厚的氮化硅层中蚀刻纳米柱而产生的。

虽然其他像素级分色器已经被实验证明，但它们还没有在消费设备上实用，因为它们要么效率低，受光的偏振影响，要么对从斜角照射到传感器上的光很敏感。然而，新的超透镜是基于色散丰富的超表面平台，使它们对偏振不敏感，并抑制了所有彩色像素的光谱干扰。由于超透镜在聚焦光线方面非常有效，其颜色分类性能不受斜光影响。

研究人员使用光学显微镜来模拟光在到达传感器之前通过超透镜阵列的方式。该实验表明，与基于滤光片的传感器相比，基于超透镜的传感器生成的彩色图像在不牺牲颜色质量的情况下，信号水平提高了2.83倍。

下一步，研究人员计划通过直接将超透镜阵列安装到图像传感器上，来创建和测试一种集成设备。他们说，“我们希望我们的工作将进一步推动基于超表面的实用光学设备和系统的发展。光学超表面不仅可以应用于图像传感器，还可以应用于各种光电子器件，如用于显示器、投影仪和增强或虚拟现实设备的器件。”

（李显杰 ）