向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了
广告

仿生人工眼让人类夜间视力提升10倍

低光成像通常需要更好的图像传感器像素设计,或者寻找感亮度更好的光转换材料。科学家从自然界中得到了灵感,设计出一种可大幅提高传感器光输入…

低光成像通常需要更好的图像传感器像素设计,或者寻找感亮度更好的光转换材料。如今,美国威斯康辛大学麦迪逊分校(University of Wisconsin–Madison;UW Madison)的工程师从自然界中得到了灵感,设计出一种可大幅提高传感器光输入的独特光学透镜,能够进一步打造出可夜视的人工眼。4TAesmc

研究人员的灵感来自于龙虾的重迭复眼以及小型象鼻鱼视网膜结构的组合。象鼻鱼的视网膜内覆充满数千个结晶的微杯。
20160324-NV-1 象鼻鱼的眼睛与人工眼示意图(来源:UW Madison)4TAesmc

在一篇主题为《仿生全光感光增强器打造夜视人工眼》(Artificial eye for scotopic vision with bioinspired all-optical photosensitivity enhancer)的研究报告中,研究人员发现一种由数千个微型光收集器(μ-PC)制造的光学透镜,每一个μ-PC都包含具有抛物线反射侧壁的玻璃微柱,可透过微小的输出埠聚集微弱的入射光。4TAesmc

微型的光收集器采用圆顶形结构排列,因而可仿真龙虾的重迭复眼,让多个光输入埠汇聚入射光线至个别传感器像素中。4TAesmc

研究人员使用这种独特的镜头,使其得以在漆黑环境中让成像物体时的感亮度提高了4倍。4TAesmc

为了制造高度仅120um的抛物线微杯结构,工程师采用混合雷射烧蚀过程。4TAesmc

“首先,我们用雷射烧蚀方式在玻璃上形成抛物线微杯结构。然后,藉由回焊Su-8光阻剂平整侧壁表面,接着涂覆铝作为反射(镜)层,”UW–Madison电子与计算机系以及生物医疗工程系教授江洪睿解释。4TAesmc

这些微杯接着被移植到一个300微米厚的PDMS半球形薄膜,打造出所谓的仿生感光增强器(BPE),实际上就是一个可用于提升任何成像系统的鱼眼镜头,无论是否使用图像传感器。4TAesmc

20160324-NV-2人工眼与BPE的制造过程。(A-F)显示制造步骤;(G、H)是μ-PC横切面图像;(I与J)BPE传送至半球形PDMS薄膜上(比例尺:G-50μm;H-1μm;I-200μm;J-100μm)(来源:UW Madison)4TAesmc

如图所示,每一个μ-PC透过射线追踪模式收集入射光,并透过反射4个抛物线侧壁将光线集中至较窄的输出埠(从77μm输入埠至20μm输入埠)。4TAesmc

由于紧密排列的μ-PC全向式列在全景透镜上,对于成像器上的每个像素来说,整体结构作用就像具有多个入射光埠的重迭复眼一样。4TAesmc

为了验证这个概念,研究人员在一个直径为8mm的虹膜中心设计一个配备球形透镜的完整鱼眼,在一个25mm直径的圆顶(PDMS半球型薄膜)内部以48×48数组排列的μ-PC上,产生半球形的图像层。4TAesmc

20160324-NV-3从分解的人工眼图示可看到微型光收集器结构,以及在多个μ-PC上的图像传感器建置(来源:UW Madison)4TAesmc

他们采用多步图像撷取和超高解析图像重建算法,补偿了重迭复眼原生的模糊,从而产生简洁、清晰的图像。4TAesmc

不过,江洪睿与其研究团队指望仅微缩这些微镜模式来聚集更多的光线吗?4TAesmc

“我们研究过杯状结构的几何效应。其尺寸并非完全优化,但确实考虑了几何效应。结构太小会造生绕射作用,因而效果可能不够好,”江洪睿表示,未来希望能进一步开发该技术以实现商用化,或者透过IP授权。4TAesmc

至于大规模的制造,“模塑制程或许可行。也就是说,使用雷射烧蚀打造主结构,然后用于模塑微杯数组。不过,奈米压印可能不适用,因为我们所谈论的是10x微米宽度和100微米深度,”研究人员表示。4TAesmc

那么,在此全光光线聚集的顶部,在这些微型结构的玻璃中使用掺杂剂使光线扩展成某种形式的作法可行吗?4TAesmc

“这是个有趣的想法。我还没有仔细思考这一点,不过,这可能会十分具有挑战性,”江洪睿表示。4TAesmc

“掺杂玻璃是否有帮助仍值得商榷。我们的机制是以反射与聚光为基础。除非掺杂玻璃能减少散射,否则意义不大。我们的机制并不像雷射一样提高光的强度。入射光并不会像那样地触发。你所形容的情况更像是PMT,但那是全然不同的机制。也就是说,如果结合二者的话,将会十分有趣。”4TAesmc

透过进一步的处理和几何优化,研究人员希望未来能使人工眼的感亮度提高10倍以上。4TAesmc

Edit
本文为国际电子商情原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Julien Happich
暂无简介...
  • 微信扫一扫,一键转发

  • 关注“国际电子商情” 微信公众号

您可能感兴趣的文章

  • 苹果明年推头盔式产品,台系EMS厂商将受益?

    国际电子商情9日讯 2021年1月,有外媒爆料称,苹果将在2022年推出首款AR/VR头显产品。而近日,天风国际分析师郭明錤在最新研报中也表示,苹果在高度投入MR/AR,并计划在2022年年中发布头盔式产品,在2025年发布眼镜式产品,在2030年以后推出隐形眼镜式产品。台系EMS厂商有望受益……

  • “颜值经济”当道,2021年家用美容仪持续火爆

    最近,一位朋友告诉我,她打算购买一个美容仪,不过价格有点贵,要1万多人民币。其实,这不是我身边第一个想买美容仪的朋友。在“颜值经济”“KOL带货”“电商直播”当道的如今,家用美容仪在中国市场持续火爆,深受爱美人士的青睐。但这价格可卖到上万的小机器,真有那么赚钱?家用美容仪的市场现状如何?本期《国际电子商情》为大家一一揭秘。

  • 2021年全球10大半导体产业技术趋势前瞻

    2020年全球新冠疫情的蔓延和中美在半导体领域的冷战升级虽然对全球经济和半导体产业造成了负面影响,但半导体领域的技术进步却没有止步,有些技术甚至加快了市场商用化进程。对比2020年,2021年的10大技术趋势有哪些变化呢?

  • 透明显示屏看起来很高级?其实...

    最近,北京、深圳新开的地铁列车玻璃上出现透明显示屏的新闻挺抓人眼球,这些与车窗融为一体的透明显示屏不仅能够显示天气、站点信息,还能上网、看视频、逛网店。加上小米在前不久的10周年发布会上推出了售价5万元的透明电视,让“透明显示”技术热度升温。那么 ,透明显示算得上是“黑科技”吗?

  • 单指识别有风险,多指纹识别更安全?

    指纹识别功能已经成为智能手机的标准配备,但消费者需要更多技术来安全地进行在线购物、银行交易以及账单支付;为此,法国Isorg开发了多手指指纹识别技术,并希望该技术能成为下一个阶段的智能手机身分验证方法……

  • 能让你“摸到”纹路的新型触觉反馈手机屏幕

    法国新创公司Hap2U在CES发表支持触觉反馈的智能手机显示器Hap2phone,可透过其HD纹理感知接口,让用户在手机的触控屏幕上触摸并感知到所显示的物体…

相关推荐

可能感兴趣的话题