Onderzoekers van ETH Zürich hebben een nieuw type pixel ontwikkeld dat zowel beelden kan vastleggen als weergeven. In de toekomst zou deze nieuwe pixel kunnen worden toegepast in hybride camera-/beeldschermapparaten.
Bijna honderd jaar geleden verscheen de term “picture element,” later verkort tot “pixel,” in het Amerikaanse technologie-tijdschrift Wireless World. Zoals ETH Zürich opmerkt, zijn pixels tegenwoordig overal. Op schermen, zoals telefoons, computers en televisies, geven pixels lichtinformatie weer. In camera’s registreren de pixels juist licht. Pixels konden vroeger niet beide; ze konden slechts één van de twee doen.
Een onderzoeksteam onder leiding van David Norris, professor aan het Optical Materials Engineering Laboratory van ETH Zürich, heeft dat veranderd door pixels te ontwikkelen die zowel licht kunnen genereren als vastleggen. Dit is een baanbrekende prestatie.
“Deze pixels kunnen zowel het licht sturen als analyseren. Niet alleen de intensiteit van het licht, maar ook de oscillatiefase en polarisatie kunnen worden gecontroleerd en geanalyseerd,” schrijft ETH Zürich. “In de toekomst zouden zulke zogenoemde bidirectionele pixels ertoe kunnen leiden, bijvoorbeeld tot de ontwikkeling van camera-beeldschermen die de twee functies in één apparaat combineren.”
Het onderzoek wordt uiteengezet in een nieuw artikel gepubliceerd in Nature, en berust op de interferentie van lichtgolven.
“Wanneer licht door een oppervlak wordt verstrooid, overlappen de golven die vanuit verschillende punten op het oppervlak ontstaan. De vorm van het oppervlak bepaalt de oscillatiefasen waarmee de golven verder voortbewegen. Als de fasen gelijk zijn, versterken de lichtgolven elkaar, maar als ze tegenstrijdig zijn, dempen de golven uit,” schrijft ETH Zürich.
Norris en de rest van zijn team hebben dit natuurkundige verschijnsel gebruikt om licht te controleren met behulp van golfformige bewerkte oppervlakken. De pixel zet inkomend licht om in een oppervlaksgolf die zich over het oppervlak van de chip voortplant.
“Op een andere positie binnen de pixel wordt de oppervlaksgolf terug uit het materiaal gescatteerd als een lichtgolf. Door interferentie van de lichtgolven kunnen patronen en beelden worden gecreëerd,” zegt ETH Zürich.
Door Fourier-analyse kunnen de onderzoekers bepalen hoe de beelden eruit zullen zien en welk specifiek oppervlakpatroon nodig is voor een bepaalde afbeelding.
“Onze nieuwe pixels voor controle en analyse zouden daarom een nuttig hulpmiddel kunnen worden in vele vakgebieden,” zegt Norris.
Zoals ETH Zürich uitlegt, zouden de nieuwe pixels van het team kunnen reageren op een vastgelegd beeld en zonder tussenkomst van een computer het bijbehorende licht produceren.
Op korte termijn is een praktischer doel het creëren van een matrix van Fourier-pixels. Dit type matrix zou complexe camera-/beeldschermapparaten mogelijk maken.
Dit is serieus baanbrekende research die al heeft geleid tot een octrooiaanvraag en is in de race voor de Spark Award van dit jaar.
