RU213521U1 - The device of an artificial vision system of the "dragonfly eye" type - Google Patents
The device of an artificial vision system of the "dragonfly eye" type Download PDFInfo
- Publication number
- RU213521U1 RU213521U1 RU2022109519U RU2022109519U RU213521U1 RU 213521 U1 RU213521 U1 RU 213521U1 RU 2022109519 U RU2022109519 U RU 2022109519U RU 2022109519 U RU2022109519 U RU 2022109519U RU 213521 U1 RU213521 U1 RU 213521U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receiving devices
- vision system
- radiation
- lenses
- eye
- Prior art date
Links
- 210000001508 Eye Anatomy 0.000 title claims abstract description 28
- 241000238633 Odonata Species 0.000 title claims abstract description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 8
- -1 compound compound Chemical class 0.000 abstract description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001839 endoscopy Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003278 mimic Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004805 robotic Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 4
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 241000238421 Arthropoda Species 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 3
- 210000003284 Horns Anatomy 0.000 description 2
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N Simethicone Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 2
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 2
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 241000255925 Diptera Species 0.000 description 1
- 241000257303 Hymenoptera Species 0.000 description 1
- 210000000158 Ommatidium Anatomy 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 241001237728 Precis Species 0.000 description 1
- 241000545593 Scolytinae Species 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000255588 Tephritidae Species 0.000 description 1
- 208000000143 Urethritis Diseases 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000010192 crystallographic characterization Methods 0.000 description 1
- 238000000708 deep reactive-ion etching Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 238000004049 embossing Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000001537 neural Effects 0.000 description 1
- 235000001968 nicotinic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 210000000697 sensory organs Anatomy 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002174 soft lithography Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель может найти применение в устройствах наблюдения, робототехнике, устройствах для обнаружения целей, определения местоположения, распознавания и навигации без столкновений наземных и аэрокосмических транспортных средств, инструментах для эндоскопии, цифровых камерах, которые имитируют полусферические сложные фасеточные глаза, известные в биологии.The utility model can find application in surveillance devices, robotics, devices for target detection, positioning, recognition and collision-free navigation of ground and aerospace vehicles, endoscopy instruments, digital cameras that mimic hemispherical compound compound eyes known in biology.
Предложено устройство искусственной системы видения типа «глаз стрекозы», состоящее из матрицы идентичных диэлектрических линз, равномерно расположенных на тонкой полусферической поверхности и приемных устройств, каждое из которых расположено в фокусе линзы, при этом приемные устройства выполнены с возможностью подачи сигналов в обрабатывающее устройство, отличающееся тем, что линзы выполнены в виде мезоразмерных диэлектрических частиц с характерным размером не менее λ, где λ - длина волны используемого излучения, с относительным коэффициентом преломления материала лежащего в диапазоне примерно от 1,4 до 1,7, формирующие на их внешней границе с противоположной стороны от падающего излучения области с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4, а приемные устройства расположены непосредственно на теневой поверхности частицы в этой области с повышенной интенсивностью излучения.A device for an artificial vision system of the “dragonfly eye” type is proposed, consisting of a matrix of identical dielectric lenses evenly spaced on a thin hemispherical surface and receiving devices, each of which is located at the focus of the lens, while the receiving devices are configured to supply signals to a processing device that differs the fact that the lenses are made in the form of mesodimensional dielectric particles with a characteristic size of at least λ, where λ is the wavelength of the radiation used, with a relative refractive index of the material lying in the range from about 1.4 to 1.7, forming on their outer boundary with the opposite side of the incident radiation of the region with increased radiation intensity with transverse dimensions of the order of λ/3 - λ/4, and the receiving devices are located directly on the shadow surface of the particle in this region with increased radiation intensity.
Технический результат состоит в разработке устройства искусственной системы видения типа «глаз стрекозы», имеющей высокую чувствительность приемных устройств и малую толщину системы микролинза – фотоприемное устройство. 2 ил. The technical result consists in the development of a device for an artificial vision system of the "dragonfly eye" type, which has a high sensitivity of the receiving devices and a small thickness of the microlens - photodetector system. 2 ill.
Description
Полезная модель может найти применение в устройствах наблюдения, робототехнике, в устройствах для обнаружения целей, определения местоположения, распознавания и навигации без столкновений наземных и аэрокосмических транспортных средств, инструментах для эндоскопии, в цифровых камерах, которые имитируют полусферические сложные фасеточные глаза, известные в биологии.The utility model can be used in surveillance devices, robotics, devices for target detection, positioning, recognition and collision-free navigation of ground and aerospace vehicles, endoscopy instruments, digital cameras that mimic hemispherical compound compound eyes known in biology.
Известно, что у членистоногих, например, у стрекоз, муравьев, короедов, мух эволюция создала удивительно сложный класс систем визуализации сширокоугольным полем зрения, низкими аберрациями, высокой четкостью движения и бесконечной глубиной поля – фасеточные глаза [А. Сергеев, А. Благодатский. Насекомые и бионика: загадки зрительного аппарата // Природа, № 1, 2015; Руководство по физиологии органов чувств насекомых / Под ред. Г. А. Мазохина-Поршнякова. М., 1983; Warrant, E. &Nillson, D.-E.Invertebrate Vision Ch. 1 (Cambridge Univ. Press, 2006); Dudley, R.The Biomechanics of Insect Flight: Form, Function, Evolution Ch. 5 (Princeton Univ. Press, 2000); Floreano, D., Zufferey, J.-C., Srinivasan, M. V. & Ellington, C. Flying Insects and Robot Ch. 10 (Springer, 2009).].Они представляют собой сильно выпуклые полусферы, разделенные на многие тысячи маленьких линз – фасеток с числом линз от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч. Чем больше фасеток, тем большим разрешением обладает оптическая система. Размеры фасетки обычно лежат в пределах примерно от 10λ до 100λ, где λ - длина волны используемого излучения. Линза (фасетка) имеет очень ограниченный угол зрения и «видит» только тот крошечный участок находящегося перед глазами предмета, на который направлено продолжение оптической оси данной линзы. Так как линзы тесно прилегают друг к другу, а при этом их оси расходятся лучеобразно, то сложный глаз охватывает предмет в целом, причем изображение предмета получается мозаичным (то есть составленным из множества отдельных кусочков). Следствием этого является то, что сложный глаз может точно и одновременно осуществлять визуализацию изображений нескольких объектов в поле зрения, It is known that in arthropods, for example, in dragonflies, ants, bark beetles, flies, evolution has created a surprisingly complex class of imaging systems with a wide-angle field of view, low aberrations, high motion definition and infinite depth of field - compound eyes [A. Sergeev, A. Blagodatsky. Insects and bionics: mysteries of the visual apparatus // Priroda, No. 1, 2015; Guide to the physiology of the sense organs of insects / Ed. G. A. Mazokhina-Porshnyakova. M., 1983; Warrant, E. &Nillson, D.-E. Invertebrate Vision Ch. 1 (Cambridge Univ. Press, 2006); Dudley, R. The Biomechanics of Insect Flight: Form, Function, Evolution Ch. 5 (Princeton Univ. Press, 2000); Floreano, D., Zufferey, J.-C., Srinivasan, M. V. & Ellington, C. Flying Insects and Robot Ch. 10 (Springer, 2009).]. They are strongly convex hemispheres, divided into many thousands of small lenses - facets with the number of lenses from several hundred to several tens of thousands. The more facets, the higher the resolution of the optical system. Facet sizes typically range from about 10λ to 100λ, where λ is the wavelength of the radiation used. The lens (facet) has a very limited angle of view and "sees" only that tiny section of the object in front of the eyes, to which the continuation of the optical axis of this lens is directed. Since the lenses are closely adjacent to each other, and at the same time their axes diverge in a radial manner, the compound eye covers the object as a whole, and the image of the object turns out to be mosaic (that is, composed of many separate pieces). The consequence of this is that the compound eye can accurately and simultaneously render images of multiple objects in the field of view,
Таким образом, основное назначение фасетки – это собрать электромагнитное излучение в узком конусе и передать его чувствительному элементу. В технике аналогом таких устройств могут выступать линзы и рупорные или зеркальные антенны. При этом, например, рупор может иметь большее сечение раскрыва круглой формы или прямоугольной, или шестиугольной, или произвольной форм и с максимальным раскрывом примерно от 5λ до 100λ, а минимальный раскрыв определяется размером чувствительной площадки фотоприемника. Такая система видения позволяет видеть различные объекты одновременно во всех направлениях. Thus, the main purpose of the facet is to collect electromagnetic radiation in a narrow cone and transfer it to the sensitive element. In technology, lenses and horn or reflector antennas can act as analogues of such devices. In this case, for example, the horn can have a larger opening cross section of a round shape or rectangular, or hexagonal, or arbitrary shape and with a maximum opening of about 5λ to 100λ, and the minimum opening is determined by the size of the sensitive area of the photodetector. Such a vision system allows you to see various objects simultaneously in all directions.
Одним из основных компонент системы 3D-визуализации следующего поколения являются матрицы микролинз, поскольку она обладает некоторыми хорошими оптическими свойствами, такими как чрезвычайно большие углы обзора, низкие аберрации и искажения, высокое временное разрешение и бесконечная глубина резкости. Microlens arrays are one of the main components of the next generation 3D imaging system because it has some good optical properties such as extremely large viewing angles, low aberrations and distortions, high temporal resolution and infinite depth of field.
Известно, что в отличие от систем видения на основе объективов «рыбий глаз» система видения с фасеточным глазом имеет почти бесконечную глубину резкости, т.е. эта система позволяет видеть все вокруг, и все, как близко, так и далеко, способностью обнаруживать быстрые движения объектов [ZahraM.Bagheri, StevenD. Wiederman, BenjaminS. Cazzolato, StevenGraingerandDavidC. O'Carroll. Properties of neuronal facilitation that improve target tracking in natural pursuit simulations // The Royal Society Interface, Published:06 July 2015, https://doi.org/10.1098/rsif.2015.0083].It is known that, unlike vision systems based on fisheye lenses, the compound eye vision system has an almost infinite depth of field, i.e. this system allows you to see everything around, and everything, both close and far, with the ability to detect fast movements of objects [ZahraM.Bagheri, StevenD. Wiederman, BenjaminS. Cazzolato, Steven Grainger and David C. O'Carroll. Properties of neuronal facilitation that improve target tracking in natural pursuit simulations // The Royal Society Interface, Published: 06 July 2015, https://doi.org/10.1098/rsif.2015.0083].
Известна система видения на основе искусственного «глаза стрекозы» [Jun Tanida, Tomoya Kumagai, Kenji Yamada, Shigehiro Miyatake, Kouichi Ishida, Takashi Morimoto, Noriyuki Kondou, Daisuke Miyazaki, and Yoshiki Ichioka. Thin observation module by bound optics (TOMBO): concept and experimental verification // Applied Optics, 40(11), P.1806-P.1813], состоящая из матрицы идентичных микролинз, расположенных на плоскости, ПЗС- камеры и системы экранов, расположенных между линзами и ПЗС-камерой.A vision system based on an artificial "dragonfly eye" is known [Jun Tanida, Tomoya Kumagai, Kenji Yamada, Shigehiro Miyatake, Kouichi Ishida, Takashi Morimoto, Noriyuki Kondou, Daisuke Miyazaki, and Yoshiki Ichioka. Thin observation module by bound optics (TOMBO): concept and experimental verification // Applied Optics, 40(11), P.1806-P.1813], consisting of a matrix of identical microlenses located on a plane, a CCD camera and a screen system, located between the lenses and the CCD camera.
В качестве микролинзы применялась диэлектрическая линза диаметром, примерно равным 500λ (на длине волны 500 нм) с фокусным расстоянием 1300λ, изготовленного из листового стекла Nippon.As a microlens, a dielectric lens with a diameter approximately equal to 500λ (at a wavelength of 500 nm) with a focal length of 1300λ, made of sheet Nippon glass, was used.
Недостатком устройства является малый угол обзора, обусловленный размещением матрицы микролинз на плоской поверхности, невысокая чувствительность приемных устройств, обусловленная не эффективностью взаимодействия приемного элемента с оптическим излучением в области фокуса линзы, большая толщина системы микролинза – приемное устройство за счет большой величины фокусного расстояния микролинзы.The disadvantage of the device is a small viewing angle due to the placement of the microlens array on a flat surface, the low sensitivity of the receiving devices due to the inefficient interaction of the receiving element with optical radiation in the lens focus area, the large thickness of the microlens system - the receiving device due to the large value of the focal length of the microlens.
Известна полусферическая камера для сложных глаз (SCECAM), которая аналогична глазу плодовой мушки и состоящая из трех последовательно расположенных подсистем: полусферического сложного глаза, оптической ретрансляционной системы и КМОП-датчика изображения [Chengyong Shi, Yuanyuan Wang, Chenyang Liu, Taisheng Wang, Hongxin Zhang, Wuxia Liao, Zhijun Xu, Weixing Yu. SCECam: a spherical compound eye camera for fast location and recognition of objects at a large field of view // Optics Express, v.25, N 26, 25 Dec. 2017, 32333]. Known hemispherical camera for compound eyes (SCECAM), which is similar to the eye of a fruit fly and consists of three consecutive subsystems: hemispherical compound eye, optical relay system and CMOS image sensor [Chengyong Shi, Yuanyuan Wang, Chenyang Liu, Taisheng Wang, Hongxin Zhang , Wuxia Liao, Zhijun Xu, Weixing Yu. SCECam: a spherical compound eye camera for fast location and recognition of objects at a large field of view // Optics Express, v.25, N 26, 25 Dec. 2017, 32333].
За счет введения промежуточной оптической ретрансляционной системы изогнутая фокальная плоскость после полусферического сложного глаза может быть преобразована и спроецирована на плоскую фокальную плоскость датчика изображения. By introducing an intermediate optical relay system, the curved focal plane after the hemispherical compound eye can be converted and projected onto the flat focal plane of the image sensor.
Полусферическая матрица из 4400 микролинз диаметром около 500 мкм (около 1000λ) и с фокусным расстоянием порядка 1,28 мм, выполненная из материала с показателем преломления равным N=1,49, располагалась на полусфере диаметром 40 мм. Ширина диаграммы направленности каждой линзы 2.4 градуса. Физический размер камеры SCECam составляют 40 мм × 40 мм × 80 мм. A hemispherical array of 4400 microlenses with a diameter of about 500 μm (about 1000λ) and a focal length of about 1.28 mm, made of a material with a refractive index of N=1.49, was located on a hemisphere with a diameter of 40 mm. Beam width of each lens is 2.4 degrees. The physical size of the SCECam is 40 mm × 40 mm × 80 mm.
Достоинством системы видения является большой угол обзора (до 122,4°) с 4400 линзами и приемными элементами, что позволяет обнаруживать и находить быстро движущиеся объекты с очень высокой скоростью.The advantage of the vision system is a large viewing angle (up to 122.4°) with 4400 lenses and receiving elements, which allows you to detect and find fast moving objects at a very high speed.
Известна всенаправленная камера, реализованная путем наложения КМОП-датчиков изображения на поверхность сферической структуры [Hossein Afshari, Laurent Jacques, Luigi Bagnato, Alexandre Schmid, Pierre Vandergheynst, Yusuf Leblebici. The PANOPTIC Camera: A Plenoptic Sensor with Real-Time Omnidirectional Capability // J. Sign Process 2013, 70, pp. 305-328, DOI 10.1007/s11265-012-0668-4], состоящая из идентичных датчиков изображения, расположенных на полусфере. Диаметр полусферы, на которой размещены около 30 приемных элементов, составляет примерно 129 мм.Known omnidirectional camera, implemented by superimposing CMOS image sensors on the surface of a spherical structure [Hossein Afshari, Laurent Jacques, Luigi Bagnato, Alexandre Schmid, Pierre Vandergheynst, Yusuf Leblebici. The PANOPTIC Camera: A Plenoptic Sensor with Real-Time Omnidirectional Capability // J. Sign Process 2013, 70, pp. 305-328, DOI 10.1007/s11265-012-0668-4], consisting of identical image sensors located on a hemisphere. The diameter of the hemisphere, on which about 30 receiving elements are placed, is approximately 129 mm.
Известна система видения [Hansong Zeng, Hassan Borteh, and Yi Zhao. A Bioispired 3D Artifical Compound Eye with Focus-Tunable Single Lenses // 15th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences October 2-6, 2011, Seattle, Washington, USА], состоящая из множества жидких микролинз, расположенных на полусферической поверхности и заключенных в совместимые мембраны, гибкой базовой диафрагмы, интеллектуальной микрофлюидной системы и приемных излучение элементов.A vision system is known [Hansong Zeng, Hassan Borteh, and Yi Zhao. A Bioispired 3D Artifical Compound Eye with Focus-Tunable Single Lenses // 15th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences October 2-6, 2011, Seattle, Washington, USA], consisting of many liquid microlenses located on a hemispherical surface and enclosed in compatible membranes, a flexible base diaphragm, an intelligent microfluidic system and radiation receiving elements.
Матрица микролинз изготовлена из широкодоступного материала PDMS с использованием стандартного процесса мягкой литографии. Микролинзы заполнены преломляющим веществом - минеральное масло (SigmaAldrich®, показатель преломления, равный 1,33, на длине волны λ=532 нм). Фокусирующая способность одиночной линзы регулируется путем регулировки давления, приводящего в действие преломляющую среду.The microlens array is made from widely available PDMS material using a standard soft lithography process. The microlenses are filled with a refractive substance - mineral oil (SigmaAldrich®, refractive index equal to 1.33, at a wavelength of λ=532 nm). The focusing power of a single lens is controlled by adjusting the pressure that drives the refractive medium.
Достоинством устройства является возможность оперативной регулировки фокусного расстояния микролинз. The advantage of the device is the ability to quickly adjust the focal length of the microlenses.
Недостатком полусферических систем видения являются невысокая чувствительность приемных устройств, обусловленная не эффективностью взаимодействия приемного элемента с оптическим излучением в области фокуса линзы, сложностью размещения и юстировки приемной матрицы в фокусах линз, большая толщина системы микролинза – приемное устройство.The disadvantage of hemispherical vision systems is the low sensitivity of the receiving devices, due to the inefficiency of the interaction of the receiving element with optical radiation in the focus area of the lens, the complexity of placing and aligning the receiving matrix in the lens foci, the large thickness of the microlens - receiving device system.
В качестве прототипа выбрано полусферическое устройство построения изображения оптического диапазона длин волн, состоящее матрицы идентичных диэлектрических выпуклых линз на цилиндрическом основании равномерно расположенных на тонкой полусферической поверхности и фотоприемных устройств (кремниевый фотоприемник (фотодиод)), каждое из которых расположено в фокусе линзы, при этом сигналы с приемных устройств подавались в обрабатывающее устройство [YoungMinSong, YizhuXie, ViktorMalyarchuk, JianliangXiao, InhwaJung, Ki-JoongChoi, ZhuangjianLiu, HyunsungPark, ChaofengLu, Rak-HwanKim, RuiLi, KennethB. Crozier, YonggangHuang&JohnA. Rogers. Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye // Nature, 2 MAY 2013, Vol 497, 95-99, doi:10.1038/nature12083.].As a prototype, a hemispherical device for imaging the optical wavelength range was chosen, consisting of a matrix of identical dielectric convex lenses on a cylindrical base evenly spaced on a thin hemispherical surface and photodetectors (silicon photodetector (photodiode)), each of which is located at the focus of the lens, while the signals from receiving devices were fed into the processing device [YoungMinSong, YizhuXie, ViktorMalyarchuk, JianliangXiao, InhwaJung, Ki-JoongChoi, ZhuangjianLiu, HyunsungPark, ChaofengLu, Rak-HwanKim, RuiLi, KennethB. Crozier, Yonggang Huang & John A. Rogers. Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye // Nature, 2 MAY 2013, Vol 497, 95-99, doi:10.1038/nature12083.].
В устройстве использовалось порядка 180 выпуклых диэлектрических линз диаметром 0,4 мм из эластомерного поли(диметилсилоксана) (PDMS, с показателем преломления n < 1,43) на цилиндрическом основании высотой 0,4 мм с шириной диаграммы направленности одиночного элемента порядка 9,7 градусов и равномерно расположенных на полусферической тонкой поверхности с радиусом 6,96 мм. В фокусе линз с фокусным расстоянием 1,35 мм были расположены кремниевые фотодиоды, сигналы с которых подавались в обрабатывающее устройство. The device used about 180 convex dielectric lenses with a diameter of 0.4 mm made of elastomeric poly(dimethylsiloxane) (PDMS, refractive index n < 1.43) on a cylindrical base 0.4 mm high with a single element beamwidth of about 9.7 degrees and evenly spaced on a hemispherical thin surface with a radius of 6.96 mm. Silicon photodiodes were located at the focus of lenses with a focal length of 1.35 mm, the signals from which were fed into the processing device.
Достоинством устройства является широкое поле зрения (порядка 160 градусов) и бесконечная глубина изображаемого пространства.The advantage of the device is a wide field of view (about 160 degrees) and the infinite depth of the depicted space.
Недостатком устройства являются невысокая чувствительность приемных устройств, обусловленная не эффективностью взаимодействия приемного элемента с оптическим излучением в области фокуса линзы, сложностью размещения и юстировки фотоприемной матрицы в фокусах линз, большая толщина системы микролинза – приемное устройство.The disadvantage of the device is the low sensitivity of the receiving devices, due to the inefficiency of the interaction of the receiving element with optical radiation in the focus area of the lens, the complexity of placing and aligning the photodetector matrix in the lens foci, the large thickness of the microlens-receiving device system.
Задачей заявляемой полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно разработка устройства системы видения, аналогичной «глаз стрекозы», имеющего высокую чувствительность приемных устройств, малую толщину системы микролинза – фотоприемное устройство.The objective of the claimed utility model is to eliminate these shortcomings, namely, the development of a vision system device similar to the "dragonfly eye", having a high sensitivity of the receiving devices, a small thickness of the microlens - photodetector system.
Поставленная задача решается тем, устройство системы видения, аналогичной «глазу стрекозы», состоящее из матрицы идентичных диэлектрических линз равномерно расположенных на тонкой полусферической поверхности и приемных устройств, каждое из которых расположено в фокусе линзы, при этом сигналы с приемных устройств подавались в обрабатывающее устройство, новым является то, что линзы выполнены в виде мезоразмерных диэлектрических частиц с характерным размером не менее λ, где λ - длина волны используемого излучения, с относительным коэффициентом преломления материала лежащего в диапазоне примерно от 1,4 до 1,7, формирующие на их внешней границе с противоположной стороны от падающего излучения области с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4, а приемные устройства расположены непосредственно на теневой поверхности частицы в этой области с повышенной интенсивностью излучения.The problem is solved by the fact that the device of the vision system, similar to the “dragonfly eye”, consisting of a matrix of identical dielectric lenses evenly spaced on a thin hemispherical surface and receiving devices, each of which is located at the focus of the lens, while the signals from the receiving devices were fed into the processing device, what is new is that the lenses are made in the form of mesodimensional dielectric particles with a characteristic size of at least λ, where λ is the wavelength of the radiation used, with a relative refractive index of the material lying in the range from about 1.4 to 1.7, forming on their outer boundary on the opposite side of the incident radiation, there are regions with increased radiation intensity with transverse dimensions of the order of λ/3 - λ/4, and receiving devices are located directly on the shadow surface of the particle in this region with increased radiation intensity.
Полезная модель поясняется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.
На Фиг.1 приведена схема устройства системы видения аналогичная «глазу стрекозы».Figure 1 shows a diagram of the device of the vision system similar to the "eye of a dragonfly".
На Фиг. 2 приведены примеры формирования на внешней границе диэлектрической мезоразмерной частицы с противоположной стороны от падающего излучения области с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4 для частиц с характерным размером 3λ сферической формы (а), цилиндрической формы (б), кубоида (в), кругового конуса (г), усеченного конуса (д), пирамиды (е).On FIG. Figure 2 shows examples of the formation on the outer boundary of a dielectric mesodimensional particle on the opposite side of the incident radiation of a region with increased radiation intensity with transverse dimensions of the order of λ / 3 - λ / 4 for particles with a characteristic size of 3λ of spherical shape (a), cylindrical shape (b), cuboid (c), circular cone (d), truncated cone (e), pyramid (f).
Обозначения: 1 - мезоразмерная диэлектрическая частица, 2 – фотоприемное устройство, 3 – обрабатывающее устройство, 4 - область с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4, 5 – полусферическая поверхность.Designations: 1 - mesodimensional dielectric particle, 2 - photodetector, 3 - processing device, 4 - region with increased radiation intensity with transverse dimensions of the order of λ/3 - λ/4, 5 - hemispherical surface.
Известно, что фундаментальный рэлеевский критерий разрешения оптических систем заключается в том, что минимальный размер различимого объекта несколько меньше длины волны используемого излучения и принципиально ограничен дифракцией этого излучения [Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Мир, 1978].Невозможность сфокусировать свет в свободном пространстве в пятно с размерами меньше некоторого дифракционного предела следует и из соотношения типа соотношения неопределенностей Гейзенберга [Minin I.V., Minin O.V. Experimental verification 3D subwavelength resolution beyond the diffraction limit with zoneplate in millimeter wave // Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 56, No. 10, October 2014, 2436-2439].It is known that the fundamental Rayleigh criterion for the resolution of optical systems is that the minimum size of a distinguishable object is somewhat less than the wavelength of the radiation used and is fundamentally limited by the diffraction of this radiation [Born M., Wolf E. Fundamentals of optics. - M.: Mir, 1978]. The impossibility of focusing light in free space into a spot with sizes less than a certain diffraction limit also follows from a relation like the Heisenberg uncertainty relation [Minin I.V., Minin O.V. Experimental verification 3D subwavelength resolution beyond the diffraction limit with zoneplate in millimeter wave // Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 56, no. 10, October 2014, 2436-2439].
Под преодолением дифракционного предела понимается фокусировка излучения в пятно с размерами меньше, чем у пятна Эйри [Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Мир, 1978].By overcoming the diffraction limit refers to the focusing of radiation into a spot with a size smaller than that of the Airy spot [Born M., Wolf E. Fundamentals of optics. - M.: Mir, 1978].
Преодолеть дифракционный предел в оптике можно различными способами, например, с помощью эффекта «фотонной наноструи» (например, см. A.Heifetz et al. Experimental confirmation of backscattering enhancement induced by a photonic jet // Appl.Phys.Lett., 89, 221118 (2006)). Поперечный размер фотонной наноструи составляет 1/3 … 1/4 длины волны излучения, что меньше дифракционного предела классической линзы.There are various ways to overcome the diffraction limit in optics, for example, using the “photonic nanojet” effect (for example, see A.Heifetz et al. Experimental confirmation of backscattering enhancement induced by a photonic jet // Appl.Phys.Lett., 89, 221118 (2006)). The transverse size of a photonic nanojet is 1/3 ... 1/4 of the radiation wavelength, which is less than the diffraction limit of a classical lens.
Термин фотонная струя был введен в 2004 году [Z.G. Chen, A. Taflove, andV. Backman. Photonic nano jet enhancement of back scattering of light by nano particles: a potential novel visible-light ultramicroscopy technique // Optics Express, vol. 12, pp. 1214-1220, Apr 2004] для описания области фокусировки с пространственными размерами менее дифракционного предела и возникающей вблизи диэлектрического цилиндра или сферы, при освещении их оптическим излучением. Указывалось, что усиление поля, наблюдаемое в фотонной струе, не может быть предсказано из приближения геометрической оптики.The term photonic jet was introduced in 2004 by [Z.G. Chen, A. Taflove, and V. backman. Photonic nano jet enhancement of back scattering of light by nano particles: a potential novel visible-light ultramicroscopy technique // Optics Express, vol. 12, pp. 1214-1220, Apr 2004] to describe a focusing region with spatial dimensions less than the diffraction limit and occurring near a dielectric cylinder or sphere when illuminated by optical radiation. It was pointed out that the field enhancement observed in a photonic jet cannot be predicted from the geometrical optics approximation.
При этом формировать локальные области концентрирования электромагнитной энергии вблизи поверхности мезоразмерных диэлектрических частиц возможно с помощью частиц различной формы, например, в форме сферы, усеченной сферы, многоугольной призмы, многоугольной пирамиды, кубоида, кругового конуса, цилиндра и т.д. при облучении их электромагнитной волной с плоским волновым фронтом и т.д. [I.V.Mininand O.V.Minin. Diffractive optics and nano photonics: Resolution below the diffraction limit, Springer, 2016 http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook; И.В. Минин, О.В. Минин. Фотоника изолированных диэлектрических частиц произвольной трехмерной формы - новое направление оптических информационных технологий // Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии, 2014, №4, С.4-10; Minin I.V., Minin O.V., Kharitoshin N.A. Localized high field enhancements from hemispherical 3D mesoscale dielectric particles in the reflection mode // 16th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices June 29 - July 3, 2015; V. Pacheco-Pena, M. Beruete, I. V. Minin, O. V. Minin. Terajets produced by 3D dielectric cuboids // Appl. Phys. Lett. V.105, 084102 (2014)].At the same time, it is possible to form local areas of electromagnetic energy concentration near the surface of mesodimensional dielectric particles using particles of various shapes, for example, in the form of a sphere, a truncated sphere, a polygonal prism, a polygonal pyramid, a cuboid, a circular cone, a cylinder, etc. when they are irradiated with an electromagnetic wave with a plane wave front, etc. [I.V.Mininand O.V.Minin. Diffractive optics and nano photonics: Resolution below the diffraction limit, Springer, 2016 http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook; I.V. Minin, O.V. Minin. Photonics of Isolated Dielectric Particles of Arbitrary Three-Dimensional Shape - a New Direction in Optical Information Technologies // Vestnik NGU. Series: Information Technologies, 2014, No. 4, P. 4-10; Minin I.V., Minin O.V., Kharitoshin N.A. Localized high field enhancements from hemispherical 3D mesoscale dielectric particles in the reflection mode // 16th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices June 29 - July 3, 2015; V. Pacheco-Pena, M. Beruete, I. V. Minin, O. V. Minin. Terajets produced by 3D dielectric cuboids // Appl. Phys. Lett. V.105, 084102 (2014)].
Работа устройства осуществляется следующим образом. Электромагнитное излучение освещает диэлектрическую мезоразмерную частицу 1, которая формирует на своей теневой стороне область с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4 4. Диэлектрические мезоразмерные частицы 1 располагаются равномерно на полусферической поверхности 5. В области с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4 4 размещаются фотоприемные элементы 2, например, фотодиоды или лавинные фотодиоды. Сигналы с фотоприемных элементов поступают в обрабатывающее устройство 3. Фотоприемные элементы 2, например, могут размещаться на полусферической поверхности и непосредственно присоединяться к теневой поверхности мезоразмерных частичек 1. Общее построение изображения следует из точечной выборки приемным элементом 2 изображений, сформированных на каждой мезоразмерной частице 1. Таким образом, каждый омматидий вносит один пиксель в другую область результирующего изображения. Каждая мезоразмерная частица 1 создает свое небольшое изображение объекта (точку). Мезоразмерная частица 1 имеет очень ограниченный угол зрения и «видит» только тот крошечный участок находящегося перед глазами предмета, на который направлено продолжение ее оптической оси. Так как мезоразмерные частицы 1 плотно прилегают друг к другу на полусферической поверхности, а при этом их оси расходятся лучеобразно, то полусферическая система видения охватывает предмет в целом, причем изображение предмета получается мозаичным (то есть составленным из множества отдельных кусочков).The operation of the device is as follows. Electromagnetic radiation illuminates the mesoscale
В результате проведенных исследований было установлено, что диэлектрические мезоразмерные частицы формируют на своей теневой стороне область с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4 при характерном размере частицы от λ до 1000λ, где λ - длина волны используемого излучения.As a result of the studies, it was found that dielectric mesosized particles form on their shadow side a region with increased radiation intensity with transverse dimensions of the order of λ/3 - λ/4 with a characteristic particle size from λ to 1000λ, where λ is the wavelength of the radiation used.
При коэффициенте преломления материала мезоразмерной частицы менее примерно 1.4 поперечный размер локальной области концентрации поля становится порядка и более дифракционного предела и не обеспечивает значительного повышения интенсивности электромагнитного поля на ее границе. При коэффициенте преломления материала мезоразмерной частицы примерно более 1,7 локальная концентрация электромагнитного поля возникает внутри частицы и не может быть использовано для повышения чувствительности приемного устройства.When the refractive index of the material of a mesoscale particle is less than about 1.4, the transverse size of the local region of the field concentration becomes on the order of or more than the diffraction limit and does not provide a significant increase in the intensity of the electromagnetic field at its boundary. When the refractive index of the material of a mesoscale particle is approximately more than 1.7, the local concentration of the electromagnetic field occurs inside the particle and cannot be used to increase the sensitivity of the receiving device.
Повышение чувствительности фотоприемного элемента достигается за счет более эффективного взаимодействия электромагнитного поля в области фокусировки излучения с фотоприемником. Это достигается за счет локализации электромагнитного поля в поперечном размере порядка λ/3 – λ/4.Increasing the sensitivity of the photodetector element is achieved due to more efficient interaction of the electromagnetic field in the area of radiation focusing with the photodetector. This is achieved due to the localization of the electromagnetic field in a transverse dimension of the order of λ/3 - λ/4.
Установлено, что, например, для мезоразмерной частицы с характерным размером порядка длины волны излучения интенсивность света непосредственно на границе частицы превосходит падающую интенсивность примерно в 7-8 раз, для частицы с характерными размерами порядка двух длин волн - примерно в 20 раз. Для частиц большего размера величина этого отношения увеличивается еще сильнее.It has been established that, for example, for a mesoscale particle with a characteristic size of the order of the radiation wavelength, the light intensity directly at the particle boundary exceeds the incident intensity by about 7–8 times, for a particle with characteristic dimensions of the order of two wavelengths, by about 20 times. For larger particles, this ratio increases even more.
По сравнению с линзами эффект увеличения интенсивности электромагнитного излучения в области фокуса составляет 1.5-2 раза, так ка для идеальной линзы поперечный размер области фокусировки равен λ/2.Compared to lenses, the effect of increasing the intensity of electromagnetic radiation in the focus area is 1.5-2 times, since for an ideal lens the transverse size of the focus area is λ/2.
Малая толщина системы микролинза – фотоприемное устройство обеспечивается тем, что область фокусировки излучения располагается на теневой стороне частицы, т.е. фокусное расстояние стремиться к 0.The small thickness of the microlens-photodetector system is ensured by the fact that the radiation focusing area is located on the shadow side of the particle, i.e. focal length tends to 0.
Изготовление мезоразмерных диэлектрических частичек, расположенных на тонкой сферической поверхности возможно, например, методом литья и отверждения полимера в прецизионной алюминиевой форме с микрообработкой [Young Min Song, Yizhu Xie, Viktor Malyarchuk, Jianliang Xiao, InhwaJung, Ki-Joong Choi, Zhuangjian Liu, Hyunsung Park, Chaofeng Lu, Rak-HwanKim, RuiLi, KennethB. Crozier, YonggangHuang&JohnA. Rogers. Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye // NATURE, 2 MAY 2013, VOL 497, 95, doi:10.1038/nature12083.], методамимикрообработкинаосновефемтосекундноголазераиметодетермомеханическогоизгиба [H. W. Liu, F. Chen, Q. Yang, P. B. Qu, S. G. He, X. H. Wang, J. H. Si, and X. Hou, Fabrication of bioinspired omnidirectional and gapless microlens array for wide field-of-view detections // Appl. Phys. Lett. 100, 133701 (2012); Z. Deng, F. Chen, Q. Yang, H. Bian, G. Du, J. Yong, C. Shan, and X. Hou, Dragonfly-Eye-Inspired Artificial Compound Eyes with Sophisticated Imaging // Adv. Funct. Mater. 26, 1995–2001 (2016).], методами мягкой литографии [M. J. Wang, T. S. Wang, H. H. Shen, J. L. Zhao, Z. Y. Zhang, J. L. Du, and W. X. Yu, Subtle control on hierarchic reflow for the simple and massive fabrication of biomimetic compound eye arrays in polymers for imaging at a large field of view // J. Mater. Chem. C Mater. Opt. Electron. Devices 4, 108–112 (2016)] с последующим процессом термического тиснения [H. W. Liu, F. Chen, Q. Yang, P. B. Qu, S. G. He, X. H. Wang, J. H. Si, and X. Hou Fabrication of bioinspired omnidirectional and gapless microlens array for wide field-of-view detections // Appl. Phys. Lett. 100, 133701 (2012); W. K. Kuo, G. F. Kuo, S. Y. Lin, and H. H. Yu, Fabrication and characterization of artificial miniaturized insect compound eyes for imaging // Bioinspir. Biomim.10(5), 056010 (2015)], с использованием ультрафиолетового излучения [J. Chen, J. Cheng, D. Zhang, and S.-C. Chen, Precision UV imprinting system for parallel fabrication of large- area micro-lens arrays on non-planar surfaces // Precis. Eng. 44, 70–74 (2016).]и другими известными методами, обзор которых приведен, например, в [Wei Yuan, Li Hua Li, Wing Bun Lee and Chang Yuen Chan. Fabrication of Microlens Array and Its Application: A Review // J. Mech. Eng. (2018) 31:16 https://doi.org/10.1186/s10033-018-0204-y].The production of mesoscale dielectric particles located on a thin spherical surface is possible, for example, by casting and curing a polymer in a precision aluminum mold with micromachining [Young Min Song, Yizhu Xie, Viktor Malyarchuk, Jianliang Xiao, InhwaJung, Ki-Joong Choi, Zhuangjian Liu, Hyunsung Park, Chaofeng Lu, Rak-HwanKim, RuiLi, KennethB. Crozier, Yonggang Huang & John A. Rogers. Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye // NATURE, 2 MAY 2013, VOL 497, 95, doi:10.1038/nature12083.], micromachining methods based on a femtosecond laser, and the thermomechanical bending method [H. W. Liu, F. Chen, Q. Yang, P. B. Qu, S. G. He, X. H. Wang, J. H. Si, and X. Hou, Fabrication of bioinspired omnidirectional and gapless microlens array for wide field-of-view detections // Appl. Phys. Lett. 100, 133701 (2012); Z. Deng, F. Chen, Q. Yang, H. Bian, G. Du, J. Yong, C. Shan, and X. Hou, Dragonfly-Eye-Inspired Artificial Compound Eyes with Sophisticated Imaging // Adv. Funct. mater. 26, 1995–2001 (2016).], soft lithography methods [M. J. Wang, T. S. Wang, H. H. Shen, J. L. Zhao, Z. Y. Zhang, J. L. Du, and W. X. Yu, Subtle control on hierarchic reflow for the simple and massive fabrication of biomimetic compound eye arrays in polymers for imaging at a large field of view / / J. Mater. Chem. C mater. Opt. electron. Devices 4, 108–112 (2016)] followed by a thermal embossing process [H. W. Liu, F. Chen, Q. Yang, P. B. Qu, S. G. He, X. H. Wang, J. H. Si, and X. Hou Fabrication of bioinspired omnidirectional and gapless microlens array for wide field-of-view detections // Appl. Phys. Lett. 100, 133701 (2012); W. K. Kuo, G. F. Kuo, S. Y. Lin, and H. H. Yu, Fabrication and characterization of artificial miniaturized insect compound eyes for imaging // Bioinspir. Biomim.10(5), 056010 (2015)], using ultraviolet radiation [J. Chen, J. Cheng, D. Zhang, and S.-C. Chen, Precision UV imprinting system for parallel fabrication of large-area micro-lens arrays on non-planar surfaces // Precis. Eng. 44, 70–74 (2016).] and other well-known methods, which are reviewed, for example, in [Wei Yuan, Li Hua Li, Wing Bun Lee and Chang Yuen Chan. Fabrication of Microlens Array and Its Application: A Review // J. Mech. Eng. (2018) 31:16 https://doi.org/10.1186/s10033-018-0204-y].
В качестве материала мезоразмерных частиц могут использоваться различные материалы, например, SiO2 с коэффициентом преломления 1,538 на длине волны 0,7 мкм, полиэстер, с коэффициентом преломления 1,59 на длине волны 0,532 мкм, различные виды стекол, ситаллы, кварц, полиметилметакрилат, полистирол, поликарбонаты [Справочник конструктора оптико-механ. приборов/Под ред. В.А. Панова. - Л.: Машиностроение, 1980.] с относительными коэффициентами преломления материала лежащего в диапазоне от 1,4 до 1,7.Могут использоваться и другие полимеры и материалы, обеспечивающие пропускание излучения в нужном диапазоне.Various materials can be used as the material of mesosized particles, for example, SiO 2 with a refractive index of 1.538 at a wavelength of 0.7 μm, polyester, with a refractive index of 1.59 at a wavelength of 0.532 μm, various types of glasses, glass ceramics, quartz, polymethyl methacrylate, polystyrene, polycarbonates [Handbook of the designer opto-mechan. devices / Ed. V.A. Panov. - L.: Mashinostroenie, 1980.] with relative refractive indices of the material lying in the range from 1.4 to 1.7. Other polymers and materials can be used to ensure the transmission of radiation in the desired range.
Известны полусферические матрицы фотоприемников и методы их изготовления, например, с использованием эластомерной мембраны с пневматической накачкой, метод создания изогнутых монолитных кремниевых структур на основе микроструктурировании монолитной кремниевой матрицы с использованием процесса глубокого реактивного ионного травления; метод изготовления на гибкой кремниевой подложке по технологии CCD на которую мозаично наносятся структуры приемных элементов с минимально возможным размером и т.д. [Heung Cho Ko, Mark P Stoykovich, Jizhou Song, Viktor Malyarchuk, Won Mook Choi, Chang-Jae Yu, Joseph B Geddes 3rd, Jianliang Xiao, Shuodao Wang, Yonggang Huang, John A Rogers. A hemispherical electronic eye camera based on compressible silicon optoelectronics // Nature 454, 748–753 (2008); InhwaJ unga, Jianliang Xiao, Viktor Malyarchuka , Chaofeng Lub, Ming Lic, Zhuangjian Liu, Jongseung Yoon, Yonggan Huangc, and John A. Rogers. Dynamically tunable hemispherical electronic eye camera system with adjustable zoom capability. // Proc. Natl Acad. Sci. USA 108, 1788–1793 (2011); Hung, P. J., Jeong, K., Liu, G. L. & Lee, L. P. Microfabricated suspensions for electrical connections on the tunable elastomer membrane // Appl. Phys. Lett. 85, 6051–6053 (2004), https://doi.org/10.1063/1.1835553 ; Jeong, K., Kim, J. & Lee, L. P. Biologically inspired artificial compound eyes // Science 312, 557–561 (2006); Dinyari, R., Rim, S.-B., Huang, K., Catrysse, P. B. &Peumans, P. Curving monolithic silicon for nonplanar focal plane array applications // Appl. Phys. Lett. 92, 191114 (2008); Xu, X., Davanco, M., Qi, X. F. & Forrest, S. R. Direct transfer patterning on three dimensionally deformed surfaces at micrometer resolutions and its application to hemispherical focal plane detector arrays // Org. Electron. 9, 1122–1127 (2008)].Hemispherical arrays of photodetectors and methods for their manufacture are known, for example, using an elastomeric membrane with pneumatic pumping, a method for creating curved monolithic silicon structures based on microstructuring of a monolithic silicon matrix using a deep reactive ion etching process; manufacturing method on a flexible silicon substrate using CCD technology, on which the structures of receiving elements are mosaically deposited with the smallest possible size, etc. [Heung Cho Ko, Mark P Stoykovich, Jizhou Song, Viktor Malyarchuk, Won Mook Choi, Chang-Jae Yu, Joseph B Geddes 3rd, Jianliang Xiao, Shuodao Wang, Yonggang Huang, John A Rogers. A hemispherical electronic eye camera based on compressible silicon optoelectronics // Nature 454, 748–753 (2008); InhwaJ unga, Jianliang Xiao, Viktor Malyarchuka , Chaofeng Lub, Ming Lic, Zhuangjian Liu, Jongseung Yoon, Yonggan Huangc, and John A. Rogers. Dynamically tunable hemispherical electronic eye camera system with adjustable zoom capability. //Proc. Natl Acad. sci. USA 108, 1788–1793 (2011); Hung, P. J., Jeong, K., Liu, G. L. & Lee, L. P. Microfabricated suspensions for electrical connections on the tunable elastomer membrane, Appl. Phys. Lett. 85, 6051–6053 (2004), https://doi.org/10.1063/1.1835553; Jeong, K., Kim, J. & Lee, L. P. Biologically inspired artificial compound eyes // Science 312, 557–561 (2006); Dinyari, R., Rim, S.-B., Huang, K., Catrysse, P. B. & Peumans, P. Curving monolithic silicon for nonplanar focal plane array applications // Appl. Phys. Lett. 92, 191114 (2008); Xu, X., Davanco, M., Qi, X. F. & Forrest, S. R. Direct transfer patterning on three dimensionally deformed surfaces at micrometer resolutions and its application to hemispherical focal plane detector arrays // Org. electron. 9, 1122–1127 (2008)].
Достигаемый в такой системе видения полезный эффект выражается в разработке устройства системы видения, аналогичной «глазу стрекозы», имеющего высокую чувствительность приемных устройств, малую толщину системы микролинза – фотоприемное устройство.The useful effect achieved in such a vision system is expressed in the development of a vision system device similar to the “dragonfly eye”, which has a high sensitivity of receiving devices, a small thickness of the microlens - photodetector system.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU213521U1 true RU213521U1 (en) | 2022-09-14 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110040377A1 (en) * | 2008-02-05 | 2011-02-17 | Laser Energies, Inc. | Compound micro lens implant |
CN202710182U (en) * | 2012-06-06 | 2013-01-30 | 广州中国科学院先进技术研究所 | Multispectral image capturing system |
RU2613349C1 (en) * | 2016-02-01 | 2017-03-16 | ООО "Научно-производственное объединение программные комплексы реального времени" | Base photodetector of facet view system |
US10362225B2 (en) * | 2010-10-29 | 2019-07-23 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Omnidirectional sensor array system |
US10386654B2 (en) * | 2015-04-15 | 2019-08-20 | Vision Ease, Lp | Ophthalmic lens with graded microlenses |
RU2735901C2 (en) * | 2016-06-30 | 2020-11-09 | Оффис Насьональ Д'Этюд Э Де Решерш Аэроспасьяль | Multichannel spectral device for obtaining images with fourier transformation |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110040377A1 (en) * | 2008-02-05 | 2011-02-17 | Laser Energies, Inc. | Compound micro lens implant |
US10362225B2 (en) * | 2010-10-29 | 2019-07-23 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Omnidirectional sensor array system |
CN202710182U (en) * | 2012-06-06 | 2013-01-30 | 广州中国科学院先进技术研究所 | Multispectral image capturing system |
US10386654B2 (en) * | 2015-04-15 | 2019-08-20 | Vision Ease, Lp | Ophthalmic lens with graded microlenses |
RU2613349C1 (en) * | 2016-02-01 | 2017-03-16 | ООО "Научно-производственное объединение программные комплексы реального времени" | Base photodetector of facet view system |
RU2735901C2 (en) * | 2016-06-30 | 2020-11-09 | Оффис Насьональ Д'Этюд Э Де Решерш Аэроспасьяль | Multichannel spectral device for obtaining images with fourier transformation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cheng et al. | Review of state-of-the-art artificial compound eye imaging systems | |
US10440300B2 (en) | Nanophotonic hyperspectral/lightfield superpixel imager | |
CN109324388B (en) | Projection lens system, projection device, sensing module and electronic device | |
CN109313353B (en) | Device for forming field strength pattern in near zone from incident electromagnetic wave | |
US7376314B2 (en) | Fiber coupled artificial compound eye | |
US9362324B1 (en) | Photodetector focal plane array systems and methods | |
US10440244B2 (en) | Near-field imaging devices | |
US9823453B2 (en) | Catadioptric light-field lens and image pickup apparatus including the same | |
Kim et al. | Biologically inspired artificial eyes and photonics | |
Zhu et al. | Miniaturising artificial compound eyes based on advanced micronanofabrication techniques | |
CN106199997B (en) | Large-view-field super-resolution imaging device | |
CN113807312B (en) | Super surface and fingerprint identification device with same | |
CN216901317U (en) | Artificial bionic compound eye based on superlens | |
Yang et al. | Bioinspired artificial compound eyes: characteristic, fabrication, and application | |
Zhai et al. | Microfabrication of bioinspired curved artificial compound eyes: a review | |
Lee et al. | Recent advances in imaging systems and photonic nanostructures inspired by insect eye geometry | |
RU213521U1 (en) | The device of an artificial vision system of the "dragonfly eye" type | |
TWI703350B (en) | Thin film optical lens device | |
Song et al. | Artificially engineered compound eye sensing systems | |
Zhang et al. | Fabrication of Biomimetic Artificial Compound Eyes | |
Di et al. | An artificial compound eyes imaging system based on mems technology | |
RU173871U1 (en) | Image sensor | |
Sreenivasulu et al. | Enhancing the design by optimizing MTF performance of MLA with overlapping aperture | |
CN216210316U (en) | Visible light near-infrared tomography telescopic imaging system | |
Huang et al. | A reconfigurable optofluidic device for adaptive imaging and position estimation with a wide field of view |