24/02/2021
Door Ad Spijkers
Onderzoekers aan de Bergische Universität Wuppertal hebben een camera ontwikkeld die niet werkt met zichtbaar licht, maar met terahertz-straling.
De Franse natuurkundige en Nobelprijswinnaar Gabriel Lippmann legde al in 1908 de basis voor de lichtveldcamera. Maar pas meer dan een eeuw later worden terahertz-lichtveldcamera's werkelijkheid.
In tegenstelling tot een normale camera registreert een lichtveldcamera behalve de gebruikelijke twee beelddimensies (x, y) ook de richting van invallende lichtstralen. Dankzij deze extra dimensie bevatten dergelijke opnames informatie over de beelddiepte. Hierdoor kan het brandpunt in het opgenomen beeld later worden verschoven. Bij conventionele fotografie is het noodzakelijk om te beslissen welk object scherp moet worden weergegeven voordat de foto wordt gemaakt; objecten verder naar voren / naar achteren gaan in het wazige gebied.
Doorslaggevend voor het later verschuiven van het scherpstelgebied is dat dezelfde scène vanuit meerdere hoeken wordt vastgelegd. Het doet er niet toe of een planaire opstelling van meerdere camera's de scène vastlegt of dat verschillende kijkhoeken binnen de camera worden gegenereerd - bijvoorbeeld door microlenzen voor de beeldsensor.
Terahertz-camera
In het elektromagnetische spectrum bevindt de moeilijk toegankelijke terahertz-band zich tussen radiogolven en infrarood licht in. Al decennia proberen onderzoekers beter gebruik te maken van de weinig gebruikte terahertz-band. In vergelijking met röntgenstraling is terahertz-straling een niet-ioniserende en dus onschadelijke straling. Ze wordt gebruikt om dunne maar ondoorzichtige objecten te doorstralen voor inspectietaken of om de chemische samenstelling van materialen op afstand te bepalen.
De beeldpixels die voor het terahertz-bereik zijn ontwikkeld, zijn ongeveer tien keer zo groot als conventionele beeldpixels. Om tijdens de ontwikkeling chipoppervlak en dus kosten te besparen, moeten camerafabrikanten zoveel mogelijk functies in deze chip integreren. Dit gebeurt bijvoorbeeld door functionele elektronica te creëren achter het eigenlijke opnamepixel.
Als bijzonder kenmerk combineert deze camera aan een antenne gekoppelde ontvangers voor het terahertz-bereik, programmeerbare uitleesversterking, signaaldigitalisering en een seriële data-interface in één enkel monolithisch geïntegreerd circuit. Dit resulteert uiteindelijk in een systeem op een chip (System on Chip - SoC) dat via een usb-poort communiceert met een computer.
In de terahertzcamera werd voor het eerst een 32x32 sensorveld geïntegreerd achter een enkele siliciumlens. Bovendien kan de platte opstelling van deze afzonderlijke modules de beeldresolutie verhogen met behoud van het functionele principe. Dit is uniek in de wereld.
Foto: Bergische Universität Wuppertal, Lehrstuhl für Hochfrequenz- und Kommunikationstechnik