Sferyczny czujnik kamery

Dzisiejsze aparaty cyfrowe to niezwykłe urządzenia, ale nawet najbardziej zaawansowanym aparatom brakuje prostoty i jakości ludzkiego oka. Teraz naukowcy z University of Illinois w Urbana-Champaign zbudowali kamerę sferyczną, która podąża za kształtem i funkcją ludzkiego oka, budując obwód na zakrzywionej powierzchni.

Oczy mają to: Aparat ten składa się z układu fotodetektorów w kształcie półkuli (biały kwadrat ze złotymi kropkami) i pojedynczego obiektywu na szczycie przezroczystej kuli. Zakrzywiony kształt matrycy fotodetektorów zapewnia szerokie pole widzenia i wysokiej jakości obrazy w kompaktowej obudowie.

Zakrzywiony czujnik ma właściwości, które można znaleźć w oczach, takie jak szerokie pole widzenia, którego nie można uzyskać w aparatach cyfrowych bez dużej złożoności, mówi John Rogers , główny badacz projektu. Jedną z najbardziej widocznych [cech ludzkiego oka] jest to, że powierzchnia detektora siatkówki nie jest płaska, jak cyfrowy chip w aparacie, mówi. Konsekwencją tego jest to, że optyka jest dobrze przystosowana do tworzenia wysokiej jakości obrazów nawet przy użyciu prostych elementów obrazowania, takich jak pojedyncza soczewka rogówki.

Urządzenia elektroniczne zostały w większości zbudowane na sztywnych, płaskich chipach. Jednak w ciągu ostatniej dekady inżynierowie wyszli poza sztywne chipy i budowali obwody na giętkich arkuszach. Niedawno naukowcy wyszli o krok poza prostą, giętką elektronikę i umieścili wysokiej jakości obwody krzemowe na rozciągliwych, przypominających gumę powierzchniach. Zaletą rozciągliwego obwodu, mówi Rogers, jest to, że może dopasowywać się do zakrzywionych powierzchni, podczas gdy urządzenia zginające się nie.

Kluczem do kamery sferycznej jest układ czujników, który może wytrzymać krzywiznę około 50 procent swojego pierwotnego kształtu bez pękania, co pozwala na usunięcie go ze sztywnego wafla, na którym został pierwotnie wykonany, i przeniesienie na powierzchnię podobną do gumy. Wymaga to czegoś więcej niż tylko uczynienia detektora elastycznym, mówi Rogers. Nie możesz po prostu owinąć kuli kartką papieru. Aby dokonać transformacji geometrii, potrzebujesz rozciągliwości.

Macierz, która składa się ze zbioru maleńkich kwadratów fotodetektorów krzemowych połączonych cienkimi wstążkami polimeru i metalu, jest początkowo wytwarzana na płytce krzemowej. Następnie jest usuwany z wafla w procesie chemicznym i przenoszony na kawałek gumopodobnego materiału, który został wcześniej uformowany w kształt półkuli. W momencie przenoszenia gumowa półkula jest rozciągnięta na płasko. Po pomyślnym przyklejeniu matrycy do gumy półkula zostaje rozluźniona i przyjmuje swój naturalny zakrzywiony kształt.

Rogers mówi, że ponieważ wstążki łączące maleńkie wysepki krzemu są tak cienkie, że można je łatwo zginać bez pękania. Jeśli dwa silikonowe kwadraty zostaną dociśnięte bliżej siebie, wstążki wyginają się, tworząc mostek. Mówi, że są w stanie przystosować się do naprężeń bez wywoływania jakiegokolwiek rozciągania silikonu.

Aby uzupełnić kamerę, matryca czujników jest połączona z płytką drukowaną, która łączy się z komputerem sterującym kamerą. Tablica jest zamknięta kulistą pokrywą z soczewką. W tej konfiguracji matryca czujników naśladuje siatkówkę ludzkiego oka, podczas gdy soczewka naśladuje rogówkę.

Rozciągliwa siatka: Kwadratowe fotodetektory krzemowe, połączone cienkimi wstążkami z metalu i polimeru, są zamontowane na gumowej powierzchni w kształcie półkuli. Całe urządzenie jest w stanie dostosować się do dowolnego kształtu krzywoliniowego dzięki elastyczności taśm łączących wyspy krzemowe.

Technologia ta zwiastuje nadejście nowej klasy urządzeń obrazowania z szerokokątnymi polami widzenia, niskimi zniekształceniami i kompaktowymi rozmiarami, mówi Takao Someya , profesor inżynierii na Uniwersytecie Tokijskim, który nie był zaangażowany w badania. Uważam, że ta praca jest prawdziwym przełomem w dziedzinie rozciągliwej elektroniki.

Rogers nie jest pierwszym, który używa koncepcji rozciągliwej siatki elektronicznej, ale ta praca wyróżnia się tym, że nie ogranicza się do rozciągania w ograniczonych kierunkach, jak inne rozciągliwe siatki elektroniczne. I co ważne, jest to pierwsza rozciągliwa siatka, która została zaimplementowana w aparacie ze sztucznym okiem.

Rozdzielczość aparatu to 256 pikseli. W tej chwili trudno jest poprawić rozdzielczość ze względu na ograniczenia zakładów produkcyjnych na Uniwersytecie Illinois, mówi Rogers. Na pewnym poziomie jest to trochę frustrujące, ponieważ masz to zgrabne elektroniczne oko i wszystko jest rozpikselowane, mówi. Ale jego zespół ominął problem, czerpiąc kolejną wskazówkę z biologii. Ludzkie oko drży z boku na bok, nieustannie wyłapując fragmenty obrazów; mózg składa fragmenty razem, tworząc pełny obraz. W ten sam sposób zespół Rogersa prowadzi program komputerowy, który sprawia, że ​​obrazy są bardziej wyraziste, interpolując wiele obrazów wykonanych pod różnymi kątami.

Rogers mówi, że najbardziej natychmiastowe zastosowanie tych kamer do gałki ocznej jest najprawdopodobniej w wojsku. Prosta, kompaktowa konstrukcja mogłaby znaleźć zastosowanie w technologii obrazowania w terenie - sugeruje. I chociaż koncepcja elektronicznego oka przywołuje obrazy implantów oka, Rogers mówi, że w tej chwili nie współpracuje z innymi badaczami, aby uczynić te urządzenia biokompatybilnymi. Nie wyklucza jednak takiej możliwości w przyszłości.

ukryć