Elektroniikka
Murtamassa Yön Näkymän Rajoja: OLEDit Avaa Tien Kevyille, Korkean Teknologian Ratkaisuille
Oletko koskaan miettinyt, toimivatko ne elokuvissa esiintyvät yönäkölasit? Voitko todella nähdä pimeässä? No, vastaus on kyllä—ne toimivat, mahdollistaen näkemisen pimeässä. Tämä on mahdollista yönäkötekniikalla. Mutta miten se toimii?
Ensiksi meidän on ymmärrettävä, että valoaallon energiamäärä liittyy sen aallonpituuteen. Jos aallonpituus on lyhyempi, energia on suurempi, ja päinvastoin.
Näkyvässä valossa punainen sisältää vähiten energiaa, kun taas violetti eniten. Infrapunasäteily puolestaan koostuu lähi-infrasta (near-IR), jonka aallonpituus on 0,7–1,3 mikrometriä, keski-infrasta (mid-IR) 1,3–3 mikrometriä sekä lämpö-infrasta (thermal-IR), jonka aallonpituus on 3 mikrometriä ylöspäin yli 30 mikrometriin.
Toisin kuin lähi-IR ja keski-IR, jotka käytetään erilaisissa elektronisissa laitteissa, lämpö-IR säteilee esineestä sen sijaan, että se heijastuisi siitä.
Joten yönäkötekniikka mahdollistaa näön pimeässä joko vahvistamalla saatavilla olevaa valoa tai havaitsemalla infrapunasäteilyä. Yönäkölaitteet keräävät valon fotoneja ja vahvistavat niitä luodakseen näkyvän kuvan tai havaitsevat esineiden säteilemän infrapunasäteilyn ja muuntavat sen näkyväksi kuvaksi.
Yönäkölaitteisto—kuten kiikarit, silmälasit ja kamerat—on yleisesti käytössä sotilas-, valvonta-, navigointi-, lainvalvonta-, metsästys-, villieläinhavainnointi-, piilotettujen kohteiden havaitsemis- ja turvallisuussovelluksissa.
Tämän kasvavan kysynnän ja teknologisten edistysaskeleiden johdosta yönäkölaitteiden markkinakoko onennustettu kasvaa 8,68 miljardia dollarista vuonna 2024 12,74 miljardiin dollariin vuoteen 2029 mennessä.
Uusi löytö: Paperin ohut OLED kompaktia, kevyttä yönäköä varten
Tämän keskellä tutkijat University of Michiganista ovat luoneet uudenlaisen OLEDin, joka on ohuempi kuin paperi ja voi mahdollisesti korvata kömpelöt yönäkölasit kevyillä laseilla. Tämä voisi tehdä yönäkölaseista edullisempia ja käytännöllisempiä pitkäaikaiseen käyttöön.
Lähde: University of Michigan
Orgaaniset valoa säteilevät diodit, eli OLEDit, ovat menestyneimpiä orgaanisia elektronisia laitteita ja hallitsevat mobiilinäyttömarkkinoita. Ne laajentuvat myös auto-, kannettaviin laitteisiin ja laajaan valaisinsovellusten valikoimaan. Älypuhelinten näytöt, kuten iPhonessa, käyttävät tätä valoa.
Tätä taustaa vasten tutkimus esitteli uuden luokan orgaanisia valoa säteileviä laitteita, jotka näyttävät bistabiilisuutta positiivisen fotonisen palautteen ansiosta orgaanisen fotodiodin ja tandem-OLEDin välillä, jotka on integroituna samaan kerrospinnoitteeseen.
DARPA:n rahoittama, tutkimus tehtiin yhteistyössä ilmailu- ja puolustuskonsulttiyritys RTX:n ja OLEDWorksin kanssa, joka valmistaa OLED-valaistus tuotteita. OLEDWorks ja Penn State University, jossa tutkimus alun perin syntyi ennen kuin sen vastaava tekijä Chris Giebink siirtyi U-M:lle, työskentelevät parhaillaan teknologian patentoinnin parissa.
Perinteiset yönäköjärjestelmät perustuvat kuvanvahvistimiin vahvistaakseen saapuvaa valoa. Uusi OLED-laite tekee saman—muuntaen lähi-IL:n näkyväksi valoksi ja vahvistaen sitä yli 100-kertaisesti. Kuitenkin OLED-laite toteuttaa kaiken ilman perinteisten kuvanvahvistimien vaatimaa korkeaa jännitettä, painoa ja hankalaa tyhjiökerrosta. Saavuttaakseen korkean vahvistuksen tutkijat keskittyivät sen sijaan laitteen suunnittelun optimointiin.
Giebinkin mukaan, U-M:n sähkö- ja tietokonetekniikan sekä fysiikan professori, uuden lähestymistavan kiehtova ominaisuus on, että valovahvistetaan ohutkalvopinnoitteessa, jonka paksuus on alle mikroni (0,001 mm). Tämä on paljon ohuempi kuin yksittäinen hius, jonka paksuus on noin 50 mikrometriä.
Toimimalla paljon alhaisemmalla jännitteellä kuin perinteinen kuvanvahvistin, laite vähentää virrankulutusta, mikä puolestaan pidentää akun kestoa.
Teknisesti tarkasteltuna uusi OLED-laite toimii yhdistämällä fotonien absorboivan kerroksen viiden kerroksen OLED-pinoon. Fotoniabsorboiva kerros muuntaa IL:n elektroneiksi, kun taas OLED-kerros muuntaa elektronit näkyvän valon fotoneiksi.
Ihannetarkoituksena viisi fotonia syntyy jokaisesta elektronista, joka kulkee OLED-pinon läpi. Osa näistä fotoneista emittoituu käyttäjän silmään, kun taas toiset absorboidaan takaisin fotonabsorboivaan kerrokseen.
Tällä tavoin järjestelmä tuottaa edelleen enemmän elektroneja, jotkauudelleenkulkevat OLEDin läpi, luoden positiivisen palautesilmukan, joka merkittävästi lisää lähtövalon määrää annetusta sisääntulovalosta.
Vaikka OLEDit aiemmissa yrityksissä ovat pystyneet muuntamaan lähi-infrapunasäteilyn näkyväksi valoksi, ei ole saavutettu voittoa. Tämä tarkoittaa, että saimme vain yhden lähtöfotoniin yhdestä sisääntulofotonista. Tutkimuksen pääkirjoittajan, U-M:n sähkö- ja tietokonetekniikan postdoc-tutkijatoverin Raju Lampanden, mukaan:
“Tämä merkitsee ensimmäistä korkean fotonivoiton demonstraatiota ohutkalvolaiteessa.”
Mutta tämä ei ole laitteen kykyjen loppu. Se osoittaa muistikäyttäytymisen, jolla voi olla sovelluksia jopa tietokonenäköjärjestelmissä. Tätä käyttäytymistä kutsutaan hysteresisiksi, jossa valon ulostulo tietyllä hetkellä riippuu menneisyyden valon intensiteetistä ja kestosta.
Joten, ‘epätavallisessa’ liikkeessä uusi OLED-laite pysyy päällä ja muistaa asioita ajan myötä. Tämä eroaa normaalista tilanteesta, jossa upconversion-OLED alkaa tuottaa valoa valaistessa, mutta lopettaa sen, kun valaistus sammutetaan.
Laitteen muistikäyttäytyminen aiheuttaa joitakin haasteita yönäkö-sovelluksissa, mutta se saattaa luoda mahdollisuuden kuvankäsittelyyn, joka toimii enemmän kuin ihmisen näköjärjestelmä. Tässä järjestelmässä biologiset neuronit välittävät signaaleja riippuen saapuvien signaalien ajoituksesta ja voimakkuudesta.
Uuden OLEDin kyky muistaa menneet syötteet voisi myös tehdä siitä hyödyllisen tiettyjen neuronimaisten yhteyksien osalta. Nämä yhteydet mahdollistavat syötekuvan tulkitsemisen ja luokittelun ilman, että dataa prosessoidaan erillisessä laskentayksikössä.
OLED-laitevalmistettiin tutkijoidenkäyttäen materiaaleja ja menetelmiä, jotka ovat jo laajasti käytössä OLED-valmistuksessa. Näin ollen sillä on potentiaalia lähitulevaisuudessa uusiin näyttö- ja upconversion-kuvantamissovelluksiin, sekätarjoten uuden alustan kuvantunnistukselle ja neuromorfiselle optoelektroniikalle.
Nykyisten materiaalien ja prosessien hyödyntäminen, jotka ovat jo saatavilla, voi myös merkittävästi parantaa teknologian kustannustehokkuutta ja skaalautuvuutta tulevaisuuden sovelluksissa.
Muut yönäköinnovaatiot
Käynnissä olevien yönäköinnovaatioiden joukossa insinööriyhteisö on äskettäin saanut inspiraationsa kissojen optisista järjestelmistä kehittääkseen uudenlaisen kameran, joka pystyy tallentamaan kuvia pimeässä. Laite pystyy myös näkemään läpinäkyvän naamion läpi, mikä tekee siitä hyödyllisen pitkän kantaman sovelluksissa, kuten sotilasdronissa.
Kissojen silmät hehkuvat pimeässä huoneessa, koska kissan silmässä on tapetum lucidum – rakenteen, joka heijastaa valoa. Kissan verkkokalvo ei ainoastaan absorboi suoraan siihen osuvaa valoa, vaan myös tapetum lucidumin heijastamaa valoa, jolloin kissoilla on parannettu yönäkö.
Tämäei ole kaikki. Kotikissojen silmissä on vielä yksi ominaisuus, pystysuora pupilli, joka on yleinen väijytyspaikalla metsästävillä pienikokoisilla petoilla. Tämä pystysuora pupilli antaa pienille kissoille parannetun syvyysnäön. Nämä pupillit auttavat niitä tarkentamaan kohdetta suodattaen taustan hälinän.
Joten näiden rakenteiden uudelleenkehittämiseksi insinöörit eri Etelä-Korean yliopistoista, joita johti Young Min Song, professori Gwangju Institute of Science and Technology -laitoksesta, valmistivat pystysuoran kameran aukon. Kun se yhdistettiin hopeareflektoreilla varustettuun piisilaitteiden fotodetektoriarrayhin, se simuloi tapetum lucidumin kaksinkertaista valon absorptiota.
Uuden tutkimuksenuusi tutkimus mukaan, kun laitetta testattiin osoittamalla piilotettua hiirenmuotoista kohdetta eri etäisyyksillä, laite onnistui erottamaan muodon naamion takaa.
Kuitenkin se ei ole virheetön. ihmisen tekemä kuva-anturi ei ole yhtä tarkka kuin kissalla luonnollisesti oleva. Kissan silmäkameran raottomaiset pupillit tarkoittavat, että sen näkökenttä on supistunut. Tämän rajoituksen voittamiseksi insinöörit ehdottavat laitteita, jotka käyttävät tätä kameraa jäljitelläkseen kissan pään ja olkapään lihaksia täyden kissaliikkeen kopioimiseksi.
Tämäei ole ensimmäinen kerta, kun tutkijat ovat saaneet inspiraatiota luonnosta. Biologisesti inspiroitu teknologia on erittäin suosittua ja yleistä. Jopa linssit on luotu tällä tavalla hyödyntäen mustekalan, norsun sarvikuonon ja mantisrävän biologiaa. Erityisesti kissan silmät lupaavat pimeissä olosuhteissa ja “mahdollisuuden helpottaa mobiilirobottien käyttöönottoa monenlaisiin epätavallisiin robottisovelluksiin korvaamalla ihmiset” valvontaroboteissa, miehittämättömät ajoneuvot ja sotilasdronit, tutkimus totesi.
Muutama kuukausi sitten toinen tutkija otti käyttöön täysin optisen lähestymistavan infrapunanäön parantamiseksi, mullistaen yönäkötekniikan. Tämän vuoksi Australian Research Councilin Transformatiivisten Meta-Optisten Järjestelmien (TMOS) huippukeskus loi äärimmäisen ohut infrapunasuotimen.
Olla ohuempi kuin muovikelmu, se voi jopa asettua silmälasien päälle, jolloin käyttäjä näkee samanaikaisesti sekä infrapuna- että näkyvän valon spektrin. Uusi teknologia vähentäisi merkittävästi painoa, alle gramman.
Näiden etujen ansiosta syntynyt teknologia voi löytää merkittäviä mahdollisuuksia biologisen kuvantamisen valvonta- ja autonomisen navigoinnin teollisuuksissa.
Tutkimusta vartentutkimus tiimi käytti upconversion-teknologiaa, joka perustuu metasurfaceen, tarjotakseen helpomman polun valofotonien käsittelyyn. Tässä fotonit kulkevat resonanssi-metapinnan läpi sekoittuen pumpausvaloon.
Ei-lokaalin litiumniobiaatin metasurfaceen käyttö lisää fotonien energiaa, eikä niitä tarvitse ensin muuntaa elektroneiksi, vaan ne vedetään suoraan näkyvän valon spektriin. Tämä poistaa tarvetta kriogeeniselle jäähdytykselle, vähentäen näin ‘kohinaa’ terävämpien kuvien saamiseksi perinteisessä yönäkössä ja lopulta poistaen näiden silmälasien kömpelöyden.
“Tämä on ensimmäinen korkean tarkkuuden up-conversion-kuvantamisen demonstraatio 1550 nm infrapuna- valosta näkyväksi 550 nm valoksi ei-lokaalisessa metasurfaceissä.”
– Rocio Camacho Morales, tutkimuksen tekijä
Puhuttaessa päätöksestä käyttää näitä aallonpituuksia, Camacho totesi, että 1550 nm on tavallisesti käytössä televiestinnässä, kun taas ihmisen silmät ovat erittäin herkkiä toiseen. Tulevassa tutkimuksessaan tiimi laajentaa laitteen herkkyysalueen aallonpituuksia tavoitteenaan “saada laajakaistainen IR-kuvantaminen sekä tutkia kuvankäsittelyä, mukaan lukien reunojen havaitseminen”.
Yritykset, jotka edistävät NV-teknologiaa
Yönäkötekniikan maailmassa yritykset kuten L3Harris Technologies (NYSE: LHX), BAE Systems (OTC: BAESY) ja Leonardo auttavat viemään alaa eteenpäin.
Näistä L3Harris on merkittävä toimija puolustus- ja avaruusteollisuudessa, tuottaen kehittyneitä yönäkölaseja ja -järjestelmiä sotilas- ja lainvalvontakäyttöön. BAE Systems kehittää myös yönäkö- ja infrapukuvausteknologioita sotilassovelluksiin, samoin kuin Leonardo, jonka yönäkölaitteisto—mukaan lukien kuvanvahvistimet ja lämpökamerat—palvelee puolustus-, turvallisuus- ja avaruussektoreita.
Sitten on FLIR Systems, joka on nyt osa Teledyne Technologiesia (NYSE: TDY), ja joka valmistaa lämpökuvaus- ja infrapunakameroita, joita käytetään yönäköjärjestelmissä eri sektoreilla. Raytheon Technologies (NYSE: RTX) on erityisesti tunnettu infrapuna- ja lämpökuvausjärjestelmien tuotannosta, jotka ovat olennaisia NV-kyvyille sotilas- ja ilmailusektoreilla.
Katsotaanpa tarkemmin yrityksiä, jotka auttavat edistämään teknologiaa:
#1. Kopin Corporation (NASDAQ: KOPN)
Keskeinen toimija yönäkötekniikan edistämisessä, Kopin erikoistuu mikro-näyttöjen ja kannettavien teknologioiden kehittämiseen, mukaan lukien heads-up -näytöt (HUD), jotka ovat olennaisia nykyaikaisten NV-järjestelmien komponentteja.
Maaliskuussa yritys sai sopimuksen tuntemattomalta puolustusasiakkaalta kehittääkseen matalan viiveen digitaalisen yönäköjärjestelmän, joka sisällyttää sen OLED-mikronäyttöteknologian. Analogisia yönäkölaseja on käytetty sotilasoperaatioissa yli kahden vuosikymmenen ajan. Hyödyntämällä tehokkaita digitaalisensoreita ja kehittyneitä OLED-mikronäyttöjä, uusi projekti pyrkii parantamaan NV-kykyjä täysin digitaalisella järjestelmällä. Tämä integrointi myös pienentää yönäkölaitteiden kokoa ja projektioita, parantaen niiden operatiivista tehokkuutta.
(KOPN )
Markkina-arvolla 74,23 miljoonaa dollaria yrityksen osakkeet käyvät tällä hetkellä hintaan 0,65 dollaria, mikä on 69,77 % laskua vuoden alusta. Sen EPS (TTM) on -0,40 ja P/E (TTM) -1,53. Vuoden 2024 toisen neljänneksen aikana Kopin raportoi 12,3 miljoonan dollarin liikevaihdon, mikä on 18 % kasvu edellisvuoden vastaavasta neljänneksestä. Yrityksen vuotuinen tuote-liikevaihto nousi 84 %, puolustus tuotteiden liikevaihto kasvoi 5,4 miljoonaa dollaria ja teollisuustuotteiden liikevaihto nousi 0,3 miljoonaa dollaria. Tuotekustannukset olivat 8,7 miljoonaa dollaria, mikä on 79 % nettotuotekohtaisesta liikevaihdosta, alhaisempi kuin 95 % 2Q23:ssa. Neljänneksen aikana nettotappio oli (5,9) miljoonaa dollaria tai (0,05) dollaria osakkeelta.
Toimitusjohtajan Michael Murrayn mukaan:
“(Viisi uutta asiakasta on tehnyt kehitystilauksia, tarjoten) merkittäviä monimiljoonan dollarin vuosittaisia tuotantomahdollisuuksia tulevaisuudessa.”
Hän kertoi lisäksi, että hänelle myönnettiin Yhdysvaltain armeijan seuraavan sukupolven lyhyen kantaman torjuntajärjestelmän (NG-SRI) suunnittelu, kehitys ja tuotanto, joka alkaa vuonna 2027. Muita sopimuksia sisältävät optisten lähestymistapojen tutkiminen Yhdysvaltain armeijan Visual Augmentation -järjestelmiä varten sekä tapa pienentää kehittyneiden anturijärjestelmien optiikan kokoa ja painoa Yhdysvaltain laivastolle.
#2. Elbit Systems (NASDAQ: ESLT)
Tämä puolustusyritys on mukana kehittyneiden yönäkölasien, lämpökuvausjärjestelmien ja muiden elektro-optisten järjestelmien kehittämisessä sekä sotilas- että siviilikäyttöön.
Tässä kuussa Elbit Systems allekirjoitti 28 miljoonan dollarin sopimuksen Yhdysvaltain armeijan kanssa lisävarusteisiin, helmikuulaan kiinnitettävään AN/PVS-14 monokulaariseen yönäkölaitteeseen, joka mahdollistaa sotilaiden liikkumisen nopeasti yöllä. Laite sisältää infrapunasäteilijän ja suurikorkean suurennuksen linssit, jotka tallentavat selkeitä kuvia heikossa valaistuksessa jopa 150 metrin etäisyydelle. Tämä sopimus seuraa 12 miljoonan dollarin sopimusta, jonka yritys teki toimittaakseen tuntemattoman määrän AN/PVS-14 -laitteita armeijalle. Ennen tätä, vuonna 2021, armeija ja Elibit tekivät 54 miljoonan dollarin sopimuksen samoista laitteista.
(ESLT )
Markkina-arvolla 8,5 miljardia dollaria yrityksen osakkeet käyvät hintaan 192,24 dollaria, mikä on 9,85 % laskua vuoden alusta. Sen EPS (TTM) on 5,44, P/E (TTM) 35,35 ja osinkotuotto 1,04 %. Vuoden 2024 toisen neljänneksen aikana Elbitraportoi liikevaihdon 1,6 miljardia dollaria, GAAP-nettotuloksen 78 miljoonaa dollaria, Non-GAAP-nettotuloksen 93 miljoonaa dollaria ja tilausjono 21,1 miljardia dollaria. Kassavirta kuudelta kuukaudelta, joka päättyi 30. kesäkuuta 2024, oli 26,0 miljoonaa dollaria, mikä on vähemmän kuin 210,7 miljoonaa dollaria, joka kirjattiin viime vuoden ensimmäisen puoliskon lopussa varastojen ja myyntisaamisten kasvun vuoksi.
Keskustellessa yrityksen 12 % vuotuista liikevaihdon kasvusta, sen toimitusjohtaja Bezhalel (Butzi) Machlis sanoi:
“Jatkuva suuri kysyntä tuotteillemme ja ratkaisuillemme vahvistaa asemaamme alan johtajina.”
Yhteenveto
Yönäkötekniikka on kasvanut eksponentiaalisesti viime vuosina, tarjoten etuja kuten lisääntynyt kompaktisuus, vähentynyt virrankulutus ja parantunut kuvan tarkkuus. Ohut OLED-pohjaisten laitteiden, kissan inspiroimien kameroiden ja kehittyneiden metasurfacejen kehitys korostaa jatkuvan tutkimuksen tärkeyttä parempien tulosten saavuttamiseksi, mikä voi laajentaa yönäköteknologian mahdollisia sovelluksia entisestään, mukaan lukien syvemmän ymmärryksen saaminen ympäröivästä maailmasta.
