最近，新加坡国立大学 （NUS） 的研究人员开发了一种能够检测 X 射线到可见光波段（0.002–550 nm）的 3D 光场传感器，该传感器的原理是基于钙钛矿纳米晶体阵列像素化色彩转换策略。除了3D光场检测之外，该传感器还支持绝对空间定位、3D成像以及可见光和X射线的相位衬度成像。
光场检测是测量光的强度及其在自由空间中的精确方向。但大多数传感器的像素只能检测电磁波的强度，丢失了物体和衍射光的相位信息。尽管强度信息能够满足二维摄影和显微成像等传统应用，但这种限制阻碍了三维和四维成像应用。
然而，此前的光场检测技术需要复杂的微透镜阵列，而且波长范围也仅限于紫外（UV）到可见光波段。在本项研究中，团队成员提出了一种基于光刻图案化钙钛矿纳米晶体阵列的方法，降低了光场检测的复杂性，同时扩展了可检测的波段。由于使用颜色对比度编码技术，除了检测波长外，光场检测还拥有检测光方向的能力，可应用于生物成像、自动驾驶、虚拟现实、太空探索等其他领域。
由于颜色编码在数据可视化中的多功能性，研究人员推测该方法可用于光方向的可视化。为验证这一假设，研究团队选择使用具有显著光电特性的无机钙钛矿纳米晶体。
钙钛矿纳米晶体组成的大规模角度传感结构是传感器的关键部件。研究人员将钙钛矿纳米晶体光刻图案化到透明基板上，薄膜基板与彩色CCD相机结合，将入射光的角度信息转换为特定的颜色输出。当入射光照射到光场传感器时，可以通过测量基本单元的颜色输出来检测入射光与参考平面之间的方位角。这种纳米晶体阵列传感器能够在0.002~550 nm波段达到0.0018°的角度分辨率，角度测量范围超过80°。
单个角度值还不足以确定物体在三维空间中的绝对位置。但是，通过修改纳米晶体阵列的特定方向，可以实现光源的3D光场检测和空间定位。研究人员发现，添加另一个垂直于第一个探测器的晶体转换器单元，并将其与设计的光学系统相结合，就能够提供有关物体的更多空间信息。
在概念验证实验中，光场传感器从1.5 m外成功捕获物体的3D图像，并准确重构物体的深度和尺寸，解析出非常精细的细节。例如，它能够创建计算机键盘的精确图像，捕获各个键的凸起。在不久的将来，外科医生能够使用新的光场传感器在不同深度准确成像患者的解剖结构，自动驾驶汽车可以使用光场传感器对道路风险情况进行更准确的评估。
研究团队目前正在尝试继续提高光场传感器空间精度和分辨率，例如使用更高端的颜色探测器，并计划探索更先进的技术，将钙钛矿晶体阵列更密集地图案化到透明基板上。同时，该团队也正在探索将其他材料应用于该结构，这也将继续扩大传感器的检测光谱范围。
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