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短波紅外傳感器+半導(dǎo)體激光器擴展短波紅外成像生態(tài)系統(tǒng)

MEMS ? 來源:MEMS ? 2023-11-28 09:51 ? 次閱讀
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據(jù)麥姆斯咨詢介紹,從醫(yī)療診斷到自動駕駛汽車和機器人,光子學(xué)正在改變我們感知世界以及與世界互動的方式,使光學(xué)相機能夠捕捉到前所未有的細節(jié)水平的圖像。這些先進的光學(xué)相機利用壓縮感知和計算成像算法等原理,從不同角度捕獲多張低分辨率圖像,并將它們組合成一張高分辨率圖像。由此產(chǎn)生的圖像展示了光子學(xué)如何增強分辨率能力,超越傳統(tǒng)相機的分辨率。

麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員已經(jīng)證明了光子學(xué)在改善醫(yī)學(xué)成像方面的作用,他們采用激光誘導(dǎo)超聲技術(shù)在無需侵入性操作或電離輻射暴露的情況下創(chuàng)建生物組織的細致圖像。該技術(shù)使用激光脈沖照射生物組織,通過光吸收產(chǎn)生聲脈沖(可被傳感器檢測),在組織內(nèi)誘導(dǎo)熱彈性應(yīng)力和弛豫。通過調(diào)節(jié)光學(xué)波長,可以對生物組織有選擇性的成像。像這樣的光子學(xué)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)在早期疾病檢測、更準(zhǔn)確地指導(dǎo)手術(shù)干預(yù)和監(jiān)測治療效果方面具有巨大潛力。

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麻省理工學(xué)院的激光超聲系統(tǒng)及成像效果

與此同時,汽車和機器人領(lǐng)域的新興解決方案包括TriEye的CMOS短波紅外(SWIR)圖像傳感器和Coherent的固態(tài)激光二極管。這兩家公司最近聯(lián)手展示了基于激光照明的短波紅外成像系統(tǒng),適用于汽車前置攝像頭和后置攝像頭,以及工業(yè)和自主機器人中的視覺系統(tǒng)等。

基于光子學(xué)的短波紅外圖像傳感器

TriEye正在通過Raven(一種高清短波紅外圖像傳感器)和UltraBlaze(一種對人眼安全的短波紅外脈沖激光照明源)將短波紅外成像帶入量產(chǎn)應(yīng)用。TriEye聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官(CEO)Avi Bakal表示:“Raven經(jīng)過近十年的納米光子學(xué)研究而開發(fā),利用現(xiàn)有的大批量制造設(shè)備來構(gòu)建可擴展且具有成本效益的CMOS高分辨率紅外圖像傳感器?!?/p>

與此同時,據(jù)TriEye稱,UltraBlaze可以實現(xiàn)遠距離夜視和深度測量,同時保持對人眼的安全,其每脈沖光功率可比傳統(tǒng)的可見光或近紅外(NIR)照明源高得多。

TriEye的SEDAR(頻譜增強探測和測距)平臺將短波紅外光源和成像傳感器集成于一體,能夠?qū)囕v環(huán)境進行成像和3D傳感,作為目前自主控制系統(tǒng)或高級駕駛輔助系統(tǒng)所采用的激光雷達(LiDAR)的替代方案。

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TriEye聲稱SEDAR平臺可在所有天氣和照明條件下提供高清成像和確定性3D信息。SEDAR平臺與傳統(tǒng)激光雷達系統(tǒng)的不同之處在于,其顯著更高的分辨率使得能夠在更遠的距離處檢測和分類物體。在短波紅外光譜中工作使SEDAR平臺能夠穿透霧、霾和雨,同時保持對環(huán)境噪聲的適應(yīng)能力。此外,該公司表示,SEDAR平臺的每像素深度計算方法增強了感知系統(tǒng)準(zhǔn)確評估相對距離的能力,并且無需任何移動部件。

“SEDAR平臺使大眾消費市場能夠利用短波紅外傳感的優(yōu)勢,獲得以前由于成本高昂而無法獲得的先進功能?!盇vi Bakal說道,“SEDAR平臺是高度可定制的,可以量身定制來解決汽車、工業(yè)、機器人等領(lǐng)域的傳感挑戰(zhàn)?!?/p>

汽車和機器人應(yīng)用的一個關(guān)鍵考慮因素是功效。TriEye表示其已經(jīng)解決了這一問題,確保短波紅外圖像傳感器能夠在極低的功耗水平下運行,可與其它商用CMOS圖像傳感器相媲美。該公司表示,這可以確保最佳性能,而不會顯著影響移動系統(tǒng)的電池壽命。

在談到TriEye與Coherent的合作時,Avi Bakal表示:“短波紅外傳感可以提供定位、測繪、識別、防撞等功能,使我們能夠以更加智能的方式與環(huán)境進行交互。”

基于激光照明的短波紅外成像

在光通信領(lǐng)域,半導(dǎo)體激光二極管在數(shù)據(jù)中心和電信網(wǎng)絡(luò)中占有一席之地。光子學(xué)和化合物半導(dǎo)體解決方案提供商Coherent與TriEye合作,提供專為SEDAR平臺定制的半導(dǎo)體激光二極管。短波紅外激光照明模塊解決了當(dāng)前基于LED的照明模塊的局限性,擴展了短波紅外成像解決方案的功能。

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Coherent使用砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)和銻化鎵(GaSb)材料制造半導(dǎo)體激光二極管,其波長范圍涵蓋750 nm至3 μm的近紅外、短波紅外和中紅外(MIR)光譜。Coherent提供一系列激光二極管架構(gòu),包括邊緣發(fā)射激光器(EEL)和垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。

“我們認(rèn)識到短波紅外傳感技術(shù)帶來了許多好處?!盋oherent消費電子產(chǎn)品營銷高級總監(jiān)Gerald Dahlmann表示,“例如,SEDAR平臺在1300 nm至1400 nm的短波紅外波長范圍內(nèi)工作,與傳統(tǒng)激光雷達系統(tǒng)相比,具有的優(yōu)勢包括改善戶外環(huán)境中的信噪比、提高眼睛安全性、增強透過霧氣或灰塵的可見度等。”

“與近紅外光相比,短波紅外光與物質(zhì)的相互作用不同。”Gerald Dahlmann繼續(xù)說道,“這種獨特的特性可以增強透過薄霧或灰塵的可見度,使在近紅外光譜范圍內(nèi)原本看不見的物體變得可見?!?/p>

傳統(tǒng)短波紅外系列LED效率低且光輸出功率低。Coherent聲稱,其激光照明模塊可提供緊湊、可靠且高效的光源,可提供2 W的光學(xué)輸出,從而有助于擴展短波紅外生態(tài)系統(tǒng)。

Coherent和TriEye相信他們的合作將為短波紅外成像開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。在機器人應(yīng)用中,短波紅外成像在定位、測繪、避免碰撞和整體安全方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其實,各行業(yè)都可以受益于短波紅外成像,包括優(yōu)化農(nóng)業(yè)和工程機械的性能和效率,以及安全系統(tǒng)可以提高準(zhǔn)確性和可靠性。

在汽車和機器人等電源限制性應(yīng)用中,效率是一個關(guān)鍵因素。短波紅外激光器目前的效率為20%至30%。Coherent表示,其首要任務(wù)是最大限度地提高激光器的效率,隨著技術(shù)的進步以及與近紅外激光器的差距不斷縮小,短波紅外激光器性能正在不斷提高,應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣闊。






審核編輯:劉清

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原文標(biāo)題:短波紅外傳感器+半導(dǎo)體激光器,擴展短波紅外成像生態(tài)系統(tǒng)

文章出處:【微信號:MEMSensor,微信公眾號:MEMS】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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