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Sensor de imágenes de proximidad de alta resolución y alta sensibilidad

Un grupo investigador colaborativo con sede en Japón ha desarrollado un nuevo sensor de imágenes de capacitancia de proximidad que tiene una sensibilidad y resolución tan altas que un escaneo de huellas dactilares muestra más que los remolinos de la punta de un dedo: detecta los poros del sudor entre las crestas. Con esto mejorarían la fiabilidad de los sensores de huellas, cuyos escáneres actuales pueden ser engañados con huellas dactilares falsas o similares.

El prototipo del sensor se presentó por primera vez en diciembre en la reunión internacional de dispositivos electrónicos IEEE 2018 en San Francisco, California y se publicó un documento que describe los detalles del sensor en los Compendios técnicos de 2018 International Electron Devices Meeting. Más recientemente, los autores presentaron nuevos materiales y resultados del estudio en una conferencia organizada por el Instituto de Ingenieros de Información de Imagen y Televisión (ITE) en Japón.

«El punto más significativo del sensor desarrollado es su alta sensibilidad de capacidad», dijo el autor del artículo Shigetoshi Sugawa, profesor de la Escuela de Graduados de Ingeniería de la Universidad de Tohoku.

Muchos teléfonos con pantalla táctil y trackpads de computadora utilizan un sensor de capacitancia menos sensible, donde las diferencias en las propiedades eléctricas entre un sensor y una herramienta conductora (como un dedo) permiten que el dispositivo reaccione al desplazarse o hacer doble clic. La capacitancia aumenta cuando el objeto está más cerca: el doble clic frente a un desplazamiento más ligero. La alta sensibilidad de este sensor de capacitancia se deriva de la tecnología de reducción de ruido recientemente introducida, según Sugawa.

sensor de imágenes de huellas más preciso
Imagen de proximidad de la capacitancia de una huella dactilar. La imagen capturada muestra claramente no solo la huella digital, sino también los poros de la piel. ⒸShigetoshi Sugawa, Universidad de Tohoku

El chip del sensor contiene píxeles para detectar la capacitancia entre la muestra y los electrodos de detección. Cada píxel tiene un electrodo de detección conectado que está acoplado capacitivamente con un cable de tierra. Estas señales eléctricas se convierten en imágenes de las muestras. Anteriormente, las señales captaban el ruido de fondo , como el ruido térmico y el ruido debido a la variabilidad de los componentes eléctricos de los píxeles, lo que daba como resultado imágenes de menor calidad.

Para solucionar esto, los investigadores aplicaron interruptores de reinicio a los electrodos de detección y emplearon un pulso de voltaje para producir un circuito que puede seguir la fuente de ruido. Los interruptores de reinicio permiten que los sistemas detecten el ruido que surge en los electrodos de detección. El pulso de voltaje alterna los dos niveles de voltaje luego de que los interruptores de reinicio se apagan, cancelando y eliminando el ruido del sistema.

Es el equivalente a quitar la nieve blanca y negra de un televisor sin entrada de señal en una pantalla gris suave. Es mucho más fácil detectar cualquier desviación en un fondo sólido.

«Este desarrollo es importante para el público en general porque puede mejorar la eficiencia del análisis y el control en los campos de la industria electrónica, la autenticación, las ciencias de la vida, la agricultura y más», dijo Sugawa.
A continuación, Sugawa y los investigadores planean optimizar el sensor para aplicaciones específicas, como el equipo de inspección sin contacto de placas de circuito impreso y paneles planos, así como un sistema de cámara portátil con el chip de sensor desarrollado.

sensor de imagen más preciso
Imagen de la capacitancia de proximidad de una moneda de diez yenes japonesa medida mediante la repetición del paso y la captura de imágenes en la superficie. El detalle del patrón de superficie del material de cobre conductor se visualiza claramente. ⒸShigetoshi Sugawa, Universidad de Tohoku

El equipo de investigación está formado por Sugawa, así como Rihito Kuroda, profesor asociado, Masahiro Yamamoto, Manabu Suzuki, estudiantes graduados de la Escuela de Ingeniería de Postgrado de la Universidad de Tohoku; Tetsuya Goto, profesor asociado del Centro de Cría de Nueva Industria de Creación de la Universidad de Tohoku; Hiroshi Hamori, presidente, Shinichi Murakami y Toshiro Yasuda, en OHT, Inc.

El prototipo del sensor se presentó por primera vez en diciembre 2018 en la reunión internacional de dispositivos electrónicos IEEE de 2018 en San Francisco, California. Se publicó un documento que describe los detalles del sensor en los Compendios técnicos de la Reunión Internacional de Dispositivos Electrónicos de 2018. El 22 de marzo, los autores presentaron nuevos materiales y resultados del estudio en una conferencia organizada por el Instituto de Ingenieros de Información de Imagen y Televisión (ITE) en Japón.

Publicación: A CMOS Proximity Capacitance Image Sensor with 16μm Pixel Pitch, 0.1aF Detection Accuracy and 60 Frames Per Second 
Authors: Masahiro Yamamoto, Rihito Kuroda, Manabu Suzuki, Tetsuya Goto, Hiroshi Hamori, Shinichi Murakami, Toshiro Yasuda and Shigetoshi Sugawa 
Meeting: Technical Digests of 2018 International Electron Devices Meeting, pp.660-663, 2018.

Fuente: Tohoku University