Microlentes endoscópicos suministran imágenes tridimensionales

El diseño óptico de los sensores CMOS incluye un microlente cilíndrico que se puede colocar delante de cada una de dos líneas verticales en la configuración de pixeles; un lente superpuesto captura la luz que cae sobre los microlentes, que la enfoca sobre los pixeles. Los sensores CMOS desarrollados en IMS, sin embargo, tienen una característica adicional: un arreglo que incorpora dos aberturas en el lente, permitiendo una visión estereoscópica.

Los dos rayos de luz son capturados por los lentes, enfocados en el sensor contra-direccional (lente izquierdo a sensor derecho y vice-versa; los dos rayos de luz se cruzan por debajo del arreglo del lente. Como resultado, el sensor CMOS recibe dos juegos de datos de imágenes que son procesados separadamente, algo similar a la forma en que el cerebro procesa imágenes provenientes del ojo izquierdo y derecho. Un software divide los datos de entrada y procesa cada juego de manera separada. Dependiendo de las capacidades del sistema de pantalla, el cirujano ve imágenes 3D directamente en la pantalla o las ve cuando usa lentes polarizados.

Esto es posible gracias al microlente, que garantiza que los rayos de luz sean enfocados con precisión en el sensor. Con el fin de fabricar los lentes, los ingenieros de Fraunhofer IMS tuvieron que calcular, primero, la forma óptima mediante simulaciones. Para eliminar los factores externos, tuvieron que garantizar que el lente estuviera separando claramente los canales visuales derecho e izquierdo. En términos concretos esto significa garantizar que no más del 5% de la energía de un rayo de luz es capturado por la línea de sensores que sirven al otro canal, una condición en la transmisión de señales conocida como “lenguaje cruzado”.

La siguiente labor para los investigadores fue adaptar el proceso convencional de fabricación para microlentes a las necesidades de la forma del lente calculado. También tuvieron que cumplir con varios requisitos relacionados con la producción de la cámara en miniatura. El chip resultante es tan pequeño que cabe en un tubo que mide no más de 7,5 mm de diámetro. Juntos, con el manejo de fibras ópticas que sirve como una fuente de luz, el endoscopio mide 10 mm de diámetro, adecuado para las aplicaciones de la cirugía mínimamente invasiva.

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Fraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems