Trong nỗ lực nâng cao độ phân giải, các kỹ sư đã tăng mật độ điểm ảnh, nhồi nhét nhiều đơn vị hơn vào diện tích nhỏ hơn. Tuy nhiên, điểm ảnh càng nhỏ thì lượng ánh sáng thu được càng ít, dẫn đến tín hiệu yếu và nhiễu cao, khiến hình ảnh bị hạt và kém chi tiết, đặc biệt trong điều kiện ánh sáng yếu.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Thanh Hoa (Tsinghua University) vừa giới thiệu một giải pháp mới: tích hợp cảm biến hình ảnh với một thiết bị cơ học siêu nhỏ có khả năng dịch chuyển cảm biến trong quá trình chụp. Nhờ đó, cảm biến thu thập thêm thông tin hình ảnh, nâng cao độ chi tiết.

“Mặc dù việc thu nhỏ điểm ảnh vẫn tiếp diễn, nhưng giới hạn vật lý về tỷ lệ tín hiệu/nhiễu đang cản trở. Trong khi đó, các ứng dụng mới như chụp ảnh trường sáng hay ảnh phổ lại đòi hỏi dung lượng băng thông không gian (SBP) cao hơn nhiều,” tác giả chính Xiaoguang Zhao chia sẻ.

Cảm biến di động tạo ảnh siêu nét

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một cảm biến chip quy mô nhỏ, kết hợp công nghệ MEMS (hệ vi cơ điện tử) để nâng cao SBP. Họ gắn chip DIS lên bộ truyền động MEMS bằng kỹ thuật flip-chip bonding. Bộ truyền động này có thể điều chỉnh vị trí cảm biến ở mức dưới điểm ảnh, giúp tách biệt “chu kỳ lấy mẫu” khỏi “kích thước điểm ảnh”.

Kết quả thử nghiệm cho thấy phương pháp này tăng SBP lên khoảng 33,7 lần, đồng thời giảm chu kỳ lấy mẫu tương đương từ 3,6 μm xuống còn 0,62 μm.

Tiềm năng ứng dụng rộng rãi

Công nghệ mới mở ra hướng đi cho các cảm biến hình ảnh tiên tiến, có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như định vị mục tiêu điểm – ví dụ theo dõi chính xác các ngôi sao hoặc vật thể khó quan sát.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự định tối ưu hóa chiến lược quét (như quét Lissajous) để rút ngắn thời gian phản hồi, đồng thời thử nghiệm các phương pháp lấy mẫu phi tuyến (Monte Carlo sampling) nhằm tăng tính linh hoạt. Họ cũng hướng tới công nghệ sản xuất MEMS-CMOS ở cấp độ wafer để tạo ra các chip MSEIS tích hợp, đáng tin cậy và sản xuất hàng loạt.