Metasurfaceが顔認識をダウンサイズ

February, 16, 2024, 台湾--台湾の研究者は、既存のプロジェクタベースの技術よりも200倍以上小さい光学系で正確な顔認識を実現できることを実証した(Nano. Lett., doi: 10.1021/acs.nanolett.3c05002)。
流線型のプラットフォームは、いくつかの光学部品をナノピラーの配列でパタン化された平らなメタサーフェスに置き換え、テストでは、現在のスマートフォンシステムと同等の性能を発揮することが示された。

かさばるドットプロジェクタ
ほとんどの顔認識システムは、画面を見ている人の顔に何千もの赤外線ドットを投影することで、安全なデバイスやサービスのロックを解除する。次に、デバイスのカメラを使用してドットのパターンを読み取り、レファランス画像と比較して所有者の身元を確認できる顔マップを生成する。

しかし、これらのドットプロジェクタは、レーザアレイ、複数のコリメータレンズ、光を赤外線ドットに分割する回折光学素子など、複数の光学素子を必要とするため、ハンドヘルド電子機器やウェアラブル電子機器にはかさばる選択肢となる。メタサーフェスベースの超薄型光学素子は魅力的なソリューションであるが、これまでは、コリメート光学系の必要性を回避するのに十分な狭いビームを提供するVCSELsが不足しているため、コンパクトな統合が妨げられてきた。

よりシンプルなメタサーフェスアーキテクチャ
この新しい設計では、研究者は、単一フォトニック結晶面発光レーザ(PCSEL)と連携して機能するメタサーフェスを設計することで、この問題を克服した。メタサーフェスは、ガリウムヒ素基板の表面に正方形のナノピラーパタンをエッチングすることによって作成され、PCSELは、メタサーフェスによって45,000以上の赤外線ドットに散乱されるのに十分なパワーを持つ高度にコリメートされたビームを生成する。従来のシステムと同様に、内蔵カメラを使用してドットのパタンを読み取り、既存の画像と照合することができる。

この簡素化された光学アーキテクチャにより、直径300μm未満、表面積が従来のドットプロジェクタの約230分の1に縮小された統合システムを実現した。また、レーザアレイを1つのPCSELに置き換えることで、全体の消費電力を10倍に削減することができる。

研究チームは、プロトタイプシステムが、デバイスによって生成された赤外線ドットパタンを有名な彫像のオンライン写真と比較することにより、ミケランジェロの「ダビデ像」の3Dレプリカを正確に識別できることを示した。チームによると、同じアプローチにより、ウェアラブル電子機器やロボット工学での普及に必要な小型フォームファクタで電力効率の高いソリューションを提供できる可能性がある。