Физики создали камеру, способную видеть все виды излучения!

ria.ru
МОСКВА, 29 мая - РИА Новости. Квантовые точки и графен помогли физикам из Испании создать "всевидящую" камеру, способную получать фотографии одновременно в оптическом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.

"В целом, у наших устройств огромный потенциал. Их можно использовать для самых разных целей, начиная с камер систем безопасности, смартфонов и противопожарных систем и заканчивая системами ночного видения, "зрением" для автомобилей и систем наблюдения за окружающей средой", - Франк Коппенс (Frank Koppens) из Института науки и технологий Барселоны (Испания).

Создание камеры, способной получать картинки в "невидимых" для нас частях электромагнитного спектра, не является чем-то новым для физиков - подобные цифровые устройства, установленные на борту многих спутников и телескопов, появились еще в конце прошлого века. Благодаря им мы каждый день можем видеть новые фотографии галактик, туманностей и прочих объектов, полученных "Чандрой", "Спитцером", "Ферми" и другими космическими обсерваториями.
Проблема, как рассказывает Коппенс, заключается в том, что все эти матрицы изготовлены не из кремния, а из других полупроводников и прочих материалов, производство которых в промышленных масштабах невозможно или крайне дорого. По этой причине современные камеры телефонов и цифровые фотоаппараты не могут получать фотографии в полной темноте или делать ультрафиолетовые фотографии Солнца.

Коппенс и его коллеги решили эту проблему, соединив обычную кремниевую камеру с двумя новыми наноматериалами - графеном, "нобелевским" углеродом, и квантовыми точками из сульфида свинца.

Их камера представляет собой своеобразный "бутерброд" из трех слоев. Первым из них является обычная светочувствительная матрица с разрешением в 388 на 288 пикселей, поверх которой наклеивается пленка из чистого графена, куда, в свою очередь, наносятся квантовые точки. Графен и точки прозрачны для видимого излучения, но они реагируют на инфракрасный и ультрафиолетовый свет и преобразуют его в электрические колебания, "понятные" для матрицы.
"Для изготовления этих матриц не требуется дорогие материалы или сложные методики их выращивания. Наша технология позволяет достаточно дешево и легко создавать их при комнатной температуре, давлении и других параметрах, что заметно снижает цены на производство. Кроме того, эти матрицы легко встраивать в другие кремниевые чипы", - добавляет Стин Гуссенс (Stijn Goossens), коллега Коппенса.

В качестве демонстрации работоспособности этой "всевидящей" камеры ученые получили фотографии ночного неба и показали, что ее можно использовать в качестве устройства ночного видения, не нуждающегося в "подсветке" всех окружающих предметов ИК-излучателем, как современные приборы аналогичного рода. Кроме того, ученые получили снимки различных предметов, подсвеченных ультрафиолетовой лампой, фотографируя их во всех трех диапазонах.

Как отмечают физики, подобные матрицы уже сейчас можно имплантировать в сотовые телефоны и другие виды цифровой техники, значительно расширив их "кругозор" и дав им возможность решать совершенно новые задачи.

В общем, ждём новых и дешёвых устройств!

Как отмечают физики, подобные матрицы уже сейчас можно имплантировать в сотовые телефоны и другие виды цифровой техники, значительно расширив их "кругозор" и дав им возможность решать совершенно новые задачи.

Это было и 10 лет назад - кто про это знал проверяли камерой от сотового телефона работоспособность пульта ДУ от телевизора например.

Это все конечно хорошо, но как быть с объективом для такого "бутерброда"?

TOXA73:

В общем, ждём новых и дешёвых устройств!

Ну это вряд ли.

tarasnov:
Это все конечно хорошо, но как быть с объективом для такого "бутерброда"?

Ага. Преломляются волны разной длины не одинаково. И даже чтобы сделать нормальный объектив в видимом диапазоне, чтобы все волны видимого диапазона фокусировались на одной планке, производители нехило мучаются. А тут диапазон еще больше.

Только если что-то малоразмерное, с глубиной резкости "от метра и до бесконечности". Но это не очень здорово.

Да и прозрачность зависит от частоты. Что прозрачно для одной частоты может вообще не пропускать другую.

В общем им еще работать и работать.

Хотя наверное что-то придумают.

.

Originally posted by tarasnov:

Это все конечно хорошо, но как быть с объективом для такого "бутерброда"?

Об этом начинают думать в ПОСЛЕДНЮЮ очередь.
Примерно такая-же проблема у новых ЭОПов от Фотониса - диапазон широкий, а видно так-же, как и в старые

Да плевать, что нет такого объектива для этой матрицы.
Какой надо тот и поставят под задачу.. . кому тепло, кому фиолетовый

Originally posted by dim99:

Какой надо тот и поставят под задачу...

....ну, или СКАЖУТ, что поставили

Проблема с пропусканием разных длин волн через объектив решается использованием нескольких объективов и программным объединением картинки.

Вот кстати еще один интересный момент - для тепликов сейчас используют объективы из германия, что очень печально сказывается на их цене. Почему не уйдут в еще более длинноволновую часть спектра, где можно использовать линзы из дешевого полиэтилена?

Originally posted by nekobasu:

линзы из дешевого полиэтилена

Из него нельзя изготовить линзы, только их подобие.
Да и пропускная способность у полиэтилена крайне хреновая.

Originally posted by nekobasu:

Почему не уйдут в еще более длинноволновую часть спектра, где можно использовать линзы из дешевого полиэтилена?

А в какую область Вы предлагаете уйти?

Спектр пропускания атмосферы:

Originally posted by skystar2010:

А в какую область Вы предлагаете уйти?

Я, если честно, вообще думал о субмиллиметровом диапазоне (50 - 100 мкм), правда тут возникает закономерный вопрос - какая часть излучения нагретого тела приходится на эту часть спектра и хватит ли ее на то, чтобы "раскачать" болометр.

Originally posted by nekobasu:

правда тут возникает закономерный вопрос

Возникнет еще один, не менее закономерный - а что делать с дифракцией?
Она опять возрастет на порядок и, соответственно, на порядок упадет разрешение.
В чем смысл такой системы?
Плюс - очень сильное поглощение атмосферой.
Т.е. просто пятно будет на любой дистанции (хотя это как раз вяжется с полиэтиленовой оптикой).

Вся соль мультиспектральных устройств - количество сигнала.
Только его надобно весь собрать и в точку сконцентрировать.
Так что нужна оптика, а не скачки по диапазонам.

Originally posted by yevogre:

Возникнет еще один, не менее закономерный - а что делать с дифракцией?

Большая линза + большая площадь сенсора. Если площадь пикселя 100 мкм, то сенсор 32х20 мм даст вполне вменяемую картинку с разрешением 320х200.

Originally posted by yevogre:

В чем смысл такой системы?

По идее в том, чтобы избавиться от дорогих германиевых линз. Было бы конечно здорово, если бы можно было избавиться от них в диапазоне 10 мкм, но известные мне материалы, хорошо пропускающие излучение в этой области спектра, являются или просто дорогими, или ужасно дорогими. Что еще, кроме германия и алмаза, достаточно прозрачно в этом диапазоне?

Originally posted by nekobasu:

Что еще, кроме германия и алмаза, достаточно прозрачно в этом диапазоне?

Много чего, но вот алмаза среди них точно нет.
А так там целая пачка.
Просто германий помимо пропускания обладает еще некоторыми незаменимыми свойствами.

По алмазу, я так понимаю, вас покрытие DLC с пути свернуло?
Так это не алмаз и не графит в чистом виде, это кремний, вообще-то.
Но некоторые его к нитридам титана относют, так что ничего страшного, можно....

у новых ЭОПов от Фотониса

а видно так-же, как и в старые

пока пинакл рулит.

Originally posted by yevogre:

По алмазу, я так понимаю, вас покрытие DLC с пути свернуло?

Нет, меня "свели с пути" мощные CO2 лазеры (λ = 10.6 мкм).

Originally posted by nekobasu:

Нет, меня "свели с пути" мощные CO2 лазеры (λ = 10.6 мкм).

Просветите, каким образом?
Понимаете, алмаз в любом виде есть кристалл.
А оптика кристаллов это саавсем другая область и линзы из них делать весьма проблематично.
А вот объединять/разделять пучки лучей - основная работа.
Это и используют в твердотельниках, ИМХО.

Просто матрицу нужно будет делать с пикселем порядка долей миллиметра.
И подсветка не дешевая будет, но вполне интересный диапазон.

Originally posted by yevogre:

Просветите, каким образом?

Из алмазов иногда делают выводные "окошки" для мощных CO2 лазеров. Излучение они пропускают очень хорошо и при этом имеют отличные тепловые характеристики - могут очень быстро отводить тепло, что в случае большой концентрации энергии приобретает необычайно важное значение. Понятно, что из-за стоимости и трудностей с обработкой подобные "окошки" не сильно распространены - насколько я понял, их используют лишь в особо тяжелых случаях.

И еще одна идея по уменьшению стоимости - почему вместо линз для тепловизоров в традиционном диапазоне не использовать вогнутые зеркала? Германия нужно будет гораздо меньше, стоимость уменьшится и все будут рады.

Originally posted by nekobasu:

почему вместо линз для тепловизоров в традиционном диапазоне не использовать вогнутые зеркала?

Т.е. изобразить мини-Хубль?
Зеркальные системы имеют другие недостатки - центральное экранирование, сложные поверхности (простые сферические работать не будут),
они открытые, ибо защитное окно надо будет делать из того-же германия или подобного.
Можно, конечно, изобразить что-то внеосевое (брахит), но это годится только для единичных дел.

yevogre:
Т.е. изобразить мини-Хубль?
Зеркальные системы имеют другие недостатки - центральное экранирование, сложные поверхности (простые сферические работать не будут),
они открытые, ибо защитное окно надо будет делать из того-же германия или подобного.
Можно, конечно, изобразить что-то внеосевое (брахит), но это годится только для единичных дел.

ну уж...
Нормально можно и со сферой работать при подборе соотношений, да и телскопы не жалуются

Originally posted by unname22:

Нормально можно и со сферой работать при подборе соотношений, да и телскопы не жалуются

Вы уверены, что в телескопах сфера?
Хабл, например, из 2-х асферик состоит (система Риччи-Кретьена).
Другие тоже корректированы (вездесущий Кассегрен, например).
Сферическую оптику (полностью) применил Максутов.
Но там не зеркальная система, а катадиоптрическая - зеркально-линзовая.
В катадиоптриках можно получить практически идеальную картинку.
Но есть одно "НО"
Там есть линзы, преломление - стал быть опять германий, цинкселен или что-то подобное. Т.е. опять дорого.

При определенных соотношениях парабола отлично интерполируется сферой. Это применяется во многих небольших телескопах.
Я в детстве такой делал даже сам, шлифовал это зеркало да серебром покрывал.

Originally posted by unname22:

При определенных соотношениях парабола отлично интерполируется сферой

Не интерполируется. Заменяется.
Только у телескопа относительное где-то в районе 6... 8 для проглатывания этой "интерполяции".
Тогда что-то увидите.
А в теплотехнике относительное больше 1.6 уже матрицу не вытягивает.
И это диапазон 10мкм.
А если уходить дальше, то вообще мазня будет.
В общем, с таким-же успехом можно попробовать камеру обскура.
Какие-то ближние предметы угадаются (может быть).

yevogre:
Не интерполируется. Заменяется.
Только у телескопа относительное где-то в районе 6... 8 для проглатывания этой "интерполяции".
Тогда что-то увидите.
А в теплотехнике относительное больше 1.6 уже матрицу не вытягивает.
И это диапазон 10мкм.
А если уходить дальше, то вообще мазня будет.
В общем, с таким-же успехом можно попробовать камеру обскура.
Какие-то ближние предметы угадаются (может быть).

Что-0то по моему вы не то пишете.
Давайте подробнее, может я не так вас понимаю.

там нужно соотношение диаметра зеркала к его фокусному расстоянию соблюсти, чтобы парабола была очень близкой к сфере. И аппертура тут вовсе не причем.

Originally posted by unname22:

там нужно соотношение диаметра зеркала к его фокусному расстоянию соблюсти, чтобы парабола была очень близкой к сфере. И аппертура тут вовсе не причем.

А диаметр зеркала это что, по вашему?
Или вы имеете в виду камеру Шмитта с вынесенной апертурой?
Так под нее фотопластины гнут....

И понятие "очень близко" используют, в основном, китайские "производители", подбирающие радиусы кривизны из имеющихся.
Сейчас даже альбомами пробников уже не пользуются, все по расчету только.

Originally posted by yevogre:

Зеркальные системы имеют другие недостатки - центральное экранирование, сложные поверхности (простые сферические работать не будут),
они открытые, ибо защитное окно надо будет делать из того-же германия или подобного.

Думаю, что если бы производитель вывел на рынок теплик с зеркалами тысяч за 30 - 50, то ему простили бы все недостатки, присущие зеркальным системам

Originally posted by nekobasu:

Думаю, что если бы производитель вывел на рынок теплик с зеркалами тысяч за 30 - 50, то ему простили бы все недостатки, присущие зеркальным системам

Зачем городить зеркала для этого?
Ну, сэкономите вы на объективе долларов 200 - кор и дисплей все равно остаются.
А если надо дешево - ТермалСеек и к своему мобильнику приаттачить.