Ra mắt thiết bị chuyển đổi ánh sáng hồng ngoại thành hình ảnh

Một máy ảnh hồng ngoại do các kỹ sư phát triển có thể được sử dụng để nhìn xuyên qua sương mù; dễ dàng xác định vị trí các mạch máu trên bệnh nhân; và xem qua các tấm silicon để kiểm tra chất lượng của bảng điện tử. Nó cũng mỏng, nhỏ gọn và ít tốn kém hơn để chế tạo so với các công nghệ tương tự.

Nhìn xuyên qua khói và sương mù, lập bản đồ mạch máu của một người đồng thời theo dõi nhịp tim - mà không cần tiếp xúc vào da; nhìn qua các tấm silicon để kiểm tra chất lượng và thành phần của bảng điện tử. Đó là một số trong nhiều chức năng của máy ảnh hồng ngoại mới, được phát triển bởi một nhóm các nhà nghiên cứu do các kỹ sư điện tại Đại học California San Diego dẫn đầu.

Máy ảnh phát hiện một phần của quang phổ hồng ngoại được gọi là ánh sáng hồng ngoại sóng ngắn (bước sóng từ 1000 đến 1400 nanomet), nằm ngay bên ngoài quang phổ khả kiến ​​(400 đến 700 nanomet). Hình ảnh hồng ngoại sóng ngắn không giống với hình ảnh nhiệt, phát hiện các bước sóng hồng ngoại dài hơn nhiều do cơ thể phát ra.

Máy ảnh hoạt động bằng cách chiếu ánh sáng hồng ngoại sóng ngắn vào một vật thể hoặc khu vực quan tâm, sau đó chuyển đổi ánh sáng hồng ngoại năng lượng thấp phản xạ trở lại thiết bị thành các bước sóng ngắn hơn, năng lượng cao hơn mà mắt người có thể nhìn thấy.

Tina Ng, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Trường Kỹ thuật UC San Diego Jacobs cho biết: “Nó khiến ánh sáng vô hình có thể nhìn thấy được.

Trong khi công nghệ hình ảnh hồng ngoại đã có từ nhiều thập kỷ, trong đó hầu hết các hệ thống đều đắt tiền, cồng kềnh và phức tạp, thường yêu cầu một camera và màn hình riêng biệt. Chúng cũng thường được chế tạo bằng chất bán dẫn vô cơ, đắt tiền, cứng và chứa các nguyên tố độc hại như asen và chì.

Các nhà nghiên cứu hiện đang làm việc để cải thiện hiệu quả của loại máy ảnh này.

Máy ảnh hồng ngoại mà nhóm của Ng đã phát triển khắc phục được những vấn đề này. Nó kết hợp các cảm biến và màn hình thành một thiết bị mỏng, nhỏ gọn và đơn giản. Nó được chế tạo bằng chất bán dẫn hữu cơ nên có giá thành thấp, linh hoạt và an toàn khi sử dụng trong các ứng dụng y sinh. Nó cũng cung cấp độ phân giải hình ảnh tốt hơn so với một số phiên bản vô cơ của nó.

Máy ảnh được tạo thành từ nhiều lớp bán dẫn, mỗi lớp mỏng hàng trăm nanomet, xếp chồng lên nhau. Ba trong số các lớp này, mỗi lớp được làm bằng một loại polymer hữu cơ khác nhau, là những nhân tố chính của hình ảnh: lớp tách sóng quang, lớp hiển thị đi-ốt phát quang hữu cơ (OLED) và lớp chặn điện tử ở giữa.

Lớp tách sóng quang hấp thụ ánh sáng hồng ngoại sóng ngắn (photon năng lượng thấp) và sau đó tạo ra dòng điện. Dòng điện này chạy đến lớp màn hình OLED, nơi nó được chuyển đổi thành hình ảnh có thể nhìn thấy được (các photon năng lượng cao). Một lớp trung gian, được gọi là lớp chặn điện tử, giữ cho lớp màn hình OLED không bị mất bất kỳ dòng điện nào. Đây là điều cho phép thiết bị tạo ra hình ảnh rõ ràng hơn.

Một tính năng đặc biệt khác là máy ảnh có hiệu quả trong việc cung cấp các chỉ số quang học và điện tử. "Điều này làm cho nó trở nên đa chức năng," Li nói. Ví dụ, khi các nhà nghiên cứu chiếu ánh sáng hồng ngoại vào mu bàn tay của đối tượng, máy ảnh cung cấp hình ảnh mạch máu của đối tượng trong khi ghi lại nhịp tim của đối tượng.

Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng máy ảnh hồng ngoại của họ để nhìn xuyên qua sương mù và một tấm silicon. Trong một lần thử nghiệm, họ đã đặt một bình quang có hoa văn "EXIT" trong một căn phòng nhỏ đầy sương khói. Trong một bối cảnh khác, họ đặt một bình quang có hoa văn "UCSD" phía sau một tấm silicon. Ánh sáng hồng ngoại xuyên qua cả sương khói và silicon, giúp người tưởng tượng có thể nhìn thấy các chữ cái trong các hình minh họa này. Điều này sẽ hữu ích cho các ứng dụng như giúp ô tô tự lái nhìn thấy trong thời tiết xấu và kiểm tra các lỗi silicon.

PV (T/h)