Elektronika
Pagbabago sa Night Vision: Ang OLEDs Nagbubukas ng Daan para sa Magaan at Mataas na Teknolohiyang Solusyon
Naisip mo na ba kung gumagana nga ba ang mga night vision goggles sa mga pelikula? Maaari mo nga bang makita sa dilim? Ang sagot ay oo—gumagana sila, na nagbibigay-daan sa iyo na makakita sa dilim. Ito ay posible dahil sa teknolohiyang night vision. Pero paano ito gumagana?
Una, kailangan nating maunawaan na ang dami ng enerhiya sa isang alon ng liwanag ay may kaugnayan sa haba ng alon nito. Kapag mas maikli ang haba ng alon, mas mataas ang enerhiya, at kabaligtaran naman.
Sa nakikitang liwanag, ang pulang kulay ang may pinakamababang enerhiya, habang ang lila ang may pinakamataas. Sa kabilang banda, ang infrared na liwanag ay binubuo ng near-infrared (near-IR) na may haba ng alon mula 0.7-1.3 mikron, mid-infrared (mid-IR) na may haba ng alon mula 1.3-3 mikron, at thermal-infrared (thermal-IR) na may saklaw mula 3 mikron hanggang higit sa 30 mikron.
Hindi tulad ng Near-IR at mid-IR, na ginagamit ng iba’t ibang elektronikong aparato, ang thermal-IR ay inilalabas ng isang bagay mismo kaysa naibabalik mula dito.
Kaya, pinapayagan ng teknolohiyang night vision ang pagtingin sa dilim sa pamamagitan ng pagpapalakas ng umiiral na liwanag o pag-detect ng infrared radiation. Kinukuha ng mga night vision device ang mga photon ng liwanag at pinapalakas ito upang lumikha ng nakikitang imahe o dinidetect ang infrared radiation na inilalabas ng mga bagay at kinokonvert ito sa nakikitang imahe.
Ang mga kagamitan sa night vision—kasama ang mga scope, goggles, at kamera—ay karaniwang ginagamit sa militar, surveillance, nabigasyon, pagpapatupad ng batas, pangangaso, pagmamasid ng wildlife, pagtuklas ng nakatagong bagay, at seguridad.
Dahil sa lumalaking pangangailangan sa iba’t ibang aplikasyon at mga pag-unlad sa teknolohiya, ang laki ng merkado ng mga night vision device ay inaasahang lumago mula $8.68 bilyon noong 2024 hanggang $12.74 bilyon pagsapit ng 2029.
Bagong Tuklas: Manipis na OLED para sa Compact, Magaan na NV
Sa gitna nito, ang mga mananaliksik mula sa University of Michigan ay lumikha ng bagong uri ng OLED na mas manipis pa kaysa papel at maaaring pumalit sa malalaking night vision goggles gamit ang magaan na salamin. Ito ay maaaring magpababa ng presyo ng NV glasses at gawing mas praktikal para sa matagal na paggamit.
Pinagmulan: University of Michigan
Ang organic light-emitting diodes, o OLEDs, ay kabilang sa pinaka-matagumpay na organic electronic devices at nangingibabaw sa mobile display market. Pinalalawak din nila ang aplikasyon sa automotive, wearable devices, at malawak na hanay ng lighting applications. Ang mga screen ng smartphone, tulad ng sa iPhone, ay gumagamit ng ganitong uri ng ilaw.
Sa kontekstong ito, ipinakilala ng pag-aaral ang bagong klase ng organic light-emitting devices na nagpapakita ng bistability dahil sa positibong photonic feedback sa pagitan ng isang organic photodiode at tandem OLED na isinama sa parehong layer stack.
Pinondohan ng DARPA, ang pananaliksik ay isinagawa sa pakikipagtulungan sa aerospace at defense contractor na RTX at OLEDWorks, isang kumpanyang gumagawa ng OLED lighting products. Ang OLEDWorks at Penn State University, kung saan nagsimula ang pag-aaral bago lumipat ang kaukulang may-akda, si Chris Giebink, sa U-M., ay kasalukuyang nagtatrabaho sa pag-patente ng teknolohiya.
Ang tradisyonal na night vision system ay umaasa sa mga image intensifier upang palakasin ang papasok na liwanag. Ginagawa rin ito ng bagong OLED device—kinokonvert ang near-IL sa nakikitang liwanag at pinapalakas ito nang higit sa 100x. Gayunpaman, ginagawa ito ng OLED device nang walang mataas na boltahe, bigat, at kumplikadong vacuum layer na kinakailangan sa tradisyonal na image intensifier. Upang makamit ang mataas na amplification, nagtuon ang mga mananaliksik sa pag-optimize ng disenyo ng device.
Ayon kay Giebink, propesor ng electrical and computer engineering at physics sa U-M, isang kamangha-manghang tampok ng bagong pamamaraan ay ang pag-amplify ng liwanag sa loob ng manipis na film stack, na mas mababa sa isang mikron (0.001 mm) ang kapal. Ito ay mas manipis pa kaysa sa isang hibla ng buhok na may kapal na humigit-kumulang 50 mikron.
Sa pamamagitan ng pagpapatakbo sa mas mababang boltahe kumpara sa tradisyonal na image intensifier, binabawasan ng device ang konsumo ng enerhiya, na nagreresulta sa mas mahabang buhay ng baterya.
Sa teknikal na aspeto, ang bagong OLED device ay gumagana sa pamamagitan ng pagsasama ng photon-absorbing layer sa isang stack ng limang layer na OLED. Ang photon-absorbing layer ay nagko-convert ng IL sa mga electron, habang ang OLED layer ay nagko-convert ng mga electron sa mga photon ng nakikitang liwanag.
Sa ideal na kondisyon, limang photon ang nabubuo para sa bawat electron na dumadaan sa OLED stack. Ang ilan sa mga photon ay inilalabas patungo sa mata ng gumagamit, habang ang iba ay muling nasasaloob sa photon-absorbing layer.
Sa ganitong paraan, patuloy na lumilikha ng mas maraming electron ang sistema na muling dumadaan sa OLED, na lumilikha ng positibong feedback cycle na lubos na nagpapalakas ng dami ng output na liwanag mula sa ibinigay na input na liwanag.
Bagamat nakayaang i-convert ng mga OLED sa mga naunang pagsubok ang near-infrared na liwanag sa nakikitang liwanag, walang nakuha na pagtaas. Ibig sabihin, isang output photon lamang ang nakuha mula sa isang input photon. Ayon sa pangunahing may-akda ng pag-aaral, si Raju Lampande, postdoc research fellow sa electrical and computer engineering ng U-M:
“Ito ang unang pagpapakita ng mataas na photon gain sa isang manipis na film device.”
Ngunit hindi dito nagtatapos ang kakayahan ng device. Ipinapakita nito ang memory behavior na maaaring magamit sa mga computer vision system. Ang behavior na ito ay tinatawag na hysteresis, kung saan ang output ng liwanag sa isang sandali ay nakadepende sa intensidad at tagal ng nakaraang pag-iilaw.
Kaya, sa isang “hindi pangkaraniwang” hakbang, ang bagong OLED device ay nananatiling bukas at nagtatanda ng mga bagay sa paglipas ng panahon. Ito ay iba sa normal na sitwasyon kung saan ang upconversion OLED ay nagsisimulang maglabas ng liwanag kapag nailawan, at humihinto kapag pinatay ang ilaw.
Ang memory behavior ng device ay nagdudulot ng ilang hamon para sa mga NV application, ngunit maaari itong magbukas ng oportunidad para sa image processing na mas kahawig ng sistemang biswal ng tao. Sa sistemang iyon, ang mga biological neuron ay nagpapasa ng signal base sa timing at lakas ng papasok na signal.
Ang kakayahan ng bagong OLED na alalahanin ang mga nakaraang input ay maaari ring maging kapaki-pakinabang para sa ilang uri ng neuron-like na koneksyon. Ang mga koneksyong ito ay nagpapahintulot sa isang input na imahe na ma-interpret at ma-klasipika nang hindi na kailangang iproseso ang data sa hiwalay na computing unit.
Ang OLED device ay ginawa ng mga mananaliksik gamit ang mga materyales at pamamaraan na malawak nang ginagamit sa paggawa ng OLED. Dahil dito, may potensyal itong magamit sa malapit na hinaharap sa mga bagong uri ng display at upconversion imaging applications, pati na rin bilang bagong platform para sa image recognition at neuromorphic optoelectronics.
Ang paggamit ng mga umiiral nang materyales at proseso na kasalukuyang available ay maaari ring makabuluhang mapabuti ang cost-effectiveness at scalability ng teknolohiya para sa mga hinaharap na aplikasyon.
Iba pang Inobasyon sa Night Vision
Sa patuloy na mga inobasyon sa larangan ng NV, kamakailan lamang, isang pangkat ng mga inhinyero ang kumuha ng inspirasyon mula sa optic system ng mga pusa upang makabuo ng bagong uri ng kamera na kayang kumuha ng mga larawan sa dilim. Ang device ay kaya ring makita sa likod ng camouflage, na ginagawang kapaki-pakinabang sa malalayong aplikasyon tulad ng mga military drone.
Kaya, ang mga mata ng pusa ay kumikislap sa madilim na silid dahil sa tapetum lucidum, isang estruktura na nagre-reflect ng liwanag. Ang retina ng mata ng pusa ay hindi lamang sumisipsip ng direktang liwanag kundi pati na rin ng liwanag na nire-reflect ng tapetum lucidum, kaya nagkakaroon ng pinahusay na night vision ang mga pusa.
Hindi pa diyan nagtatapos. Ang mga mata ng mga pusa sa bahay ay may isa pang tampok, ang patayong pupil, na karaniwan sa mga ambush predator na may maliit na katawan. Ang patayong pupil na ito ay nagbibigay sa maliliit na pusa ng pinahusay na depth perception. Ang mga pupil na ito ay tumutulong sa kanila na mag-focus sa target habang tinatanggal ang kalat sa background.
Kaya, upang muling likhain ang mga estrukturang ito, ang mga inhinyero mula sa iba’t ibang unibersidad sa South Korea, pinamumunuan ni Young Min Song, propesor sa Gwangju Institute of Science and Technology, ay gumawa ng patayong aperture para sa kamera. Nang pagsamahin ito sa silicon photodetector array na may silver reflectors, na-simulate nila ang dual light absorption ng tapetum lucidum.
Ayon sa bagong pananaliksik, nang subukan ito sa pamamagitan ng pagtutok sa isang nakatagong mouse-shaped na bagay sa iba’t ibang distansya, matagumpay na natukoy ng device ang hugis kahit na may camouflage.
Gayunpaman, hindi ito perpekto. Ang artipisyal na image sensor ay hindi kasing tumpak ng natural na mata ng pusa. Ang mga patayong pupil ng cat eye camera ay nagreresulta sa mas maliit na field of vision. Upang malampasan ang limitasyong ito, iminungkahi ng mga inhinyero ang mga device na gagamitin ang kamera upang tularan ang ulo at balikat ng pusa para sa ganap na pagdoble ng galaw ng pusa.
Hindi ito unang pagkakataon na kumukuha ng inspirasyon ang mga mananaliksik mula sa kalikasan. Ang biologically inspired technology ay lubos na popular at karaniwan. Maging ang mga lente ay nilikha sa paraang ito, gamit ang biology ng cuttlefish, elephant nose fish, at mantis shrimp. Ang mga mata ng pusa, partikular, ay may pangako para sa madidilim na kondisyon at “potensyal para sa pagpapadali ng pag-deploy ng mga mobile robot sa iba’t ibang hindi pangkaraniwang aplikasyon ng robot sa pamamagitan ng pagpapalit sa tao” sa mga surveillance robot, walang tao na sasakyan, at military drone, ayon sa pag-aaral.
Ilang buwan na ang nakalipas, isang guro ang gumamit ng bagong all-optical na pamamaraan upang mapabuti ang infrared vision, na nagbago ng teknolohiya ng night vision. Para dito, ang Australian Research Council Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS) ay lumikha ng napakamanipis na infrared filter.
Dahil mas manipis ito kaysa sa isang piraso ng cling wrap, maaari itong ilagay sa itaas ng eyewear, na nagpapahintulot sa nagsusuot na makita ang infrared at visible light spectrum nang sabay. Ang bagong teknolohiya ay magbabawas nang malaki sa bigat ng teknolohiya, sa mas mababa sa isang gramo.
Sa mga benepisyong ito, ang nagresultang teknolohiya ay maaaring magkaroon ng makabuluhang oportunidad sa mga industriya ng biological imaging surveillance at autonomous navigation.
Para sa pananaliksik, gumamit ang pangkat ng upconversion technology batay sa metasurface upang magbigay ng mas madaling daan sa pagproseso ng mga photon ng liwanag. Dito, ang mga photon ay dumadaan sa isang resonant metasurface, na nakikipaghalo sa isang pump beam.
Ang paggamit ng non-local lithium niobate metasurface ay nagpapalakas ng enerhiya ng mga photon, at sa halip na i-convert muna ito sa mga electron, dinadala ito direkta sa visible light spectrum. Inaalis nito ang pangangailangan ng cryogenic cooling, kaya binabawasan ang ‘noise’ para sa mas malinaw na imahe sa tradisyonal na NV at, bilang resulta, maaaring wakasan ang kabigatan ng mga goggles na ito.
“Ito ang unang pagpapakita ng high-resolution up-conversion imaging mula 1550-nm infrared patungo sa visible 550-nm light sa isang non-local metasurface.”
– Rocio Camacho Morales, ang may-akda ng pag-aaral
Tungkol sa desisyon na gamitin ang mga wavelength na ito, binanggit ni Camacho na ang 1550 nm ay karaniwang ginagamit sa telecommunications habang ang mga mata ng tao ay lubos na sensitibo sa isa pa. Sa kanilang susunod na pananaliksik, palalawakin ng pangkat ang saklaw ng wavelength na sensitibo ang device na may layuning “makakuha ng broadband IR imaging, pati na rin ang pagsasaliksik sa image processing, kabilang ang edge detection.”
Mga Kumpanya na Nagpapaunlad ng Teknolohiyang NV
Sa mundo ng teknolohiyang night vision, ang mga kumpanya tulad ng L3Harris Technologies (NYSE: LHX), BAE Systems (OTC: BAESY), at Leonardo ay tumutulong itulak ang espasyo pasulong.
Kabilang dito, ang L3Harris ay isang pangunahing manlalaro sa depensa at aerospace, na gumagawa ng advanced night vision goggles at mga sistema para sa militar at pagpapatupad ng batas. Ang BAE Systems ay nagde-develop din ng night vision at infrared imaging technologies para sa mga aplikasyon militar, katulad ng Leonardo, kung saan ang night vision equipment—kasama ang mga image intensifier at thermal imaging system—ay nagsisilbi sa mga sektor ng depensa, seguridad, at aerospace.
Mayroon ding FLIR Systems, na ngayon ay bahagi ng Teledyne Technologies (NYSE: TDY), na gumagawa ng thermal imaging at infrared camera na ginagamit sa mga night vision system sa iba’t ibang sektor. Ang Raytheon Technologies (NYSE: RTX) ay kilala sa paggawa ng infrared at thermal imaging system, na mahalaga para sa kakayahan ng NV sa militar at aviation sectors.
Ngayon, tingnan natin nang mas malalim ang mga kumpanyang tumutulong itaguyod ang teknolohiya:
#1. Kopin Corporation (NASDAQ: KOPN)
Isang pangunahing manlalaro sa pagpapalago ng teknolohiyang night vision, ang Kopin ay nagdadalubhasa sa pag-develop ng microdisplays at wearable technologies, kabilang ang heads-up displays (HUDs), na mahalagang bahagi ng mga modernong NV system.
Noong Mayo, nakakuha ang kumpanya ng kontrata mula sa isang hindi kilalang defense customer upang bumuo ng low-latency digital night vision system na gumagamit ng OLED microdisplay technology nito. Ang analog NV goggles ay ginamit sa mga operasyong militar nang higit sa dalawang dekada. Sa pamamagitan ng paggamit ng epektibong digital sensors at advanced OLED microdisplays, layunin ng bagong proyekto na mapabuti ang kakayahan ng NV sa isang ganap na digital na sistema. Ang integrasyong ito ay nagbabawas din ng laki at projection ng mga night vision device, na nagpapahusay sa kanilang operational efficiency.
(KOPN )
Sa market cap na $74.23 milyon, ang mga shares ng kumpanya ay kasalukuyang nagte-trade sa $0.65, bumaba ng 69.77% YTD. Mayroon itong EPS (TTM) na -0.40 at P/E (TTM) na -1.53. Para sa Q2 ng 2024, iniulat ng Kopin ang $12.3 milyon na kita, tumaas ng 18% mula sa kaparehong quarter noong nakaraang taon. Tumalon ng 84% ang YoY product revenue ng kumpanya, kung saan ang kita mula sa defense products ay tumaas ng $5.4mln at $0.3mln ang pagtaas sa industrial product revenues. Ang gastos ng product revenues ay umabot sa $8.7 milyon, na 79% ng net product revenues, bumaba mula 95% noong 2Q23. Sa quarter na iyon, ang net loss ay ($5.9) milyon o ($0.05) kada share.
Ayon kay CEO Michael Murray:
“(Limang bagong customer ang naglagay ng development orders, na nagbibigay) ng makabuluhang multi-million dollar kada taon na production revenue opportunities sa hinaharap.”
Ibinahagi pa niya na nakuha niya ang disenyo, development, at production ng Next Generation-Short Range Interceptor (NG-SRI) system ng US Army, na magsisimula sa 2027. Ang iba pang kontrata ay kinabibilangan ng pananaliksik sa optical approaches para sa Visual Augmentation Systems para sa US Army at paglikha ng paraan upang mabawasan ang laki at bigat ng optics na kailangan sa advanced sensor systems para sa US Navy.
#2. Elbit Systems (NASDAQ: ESLT)
Ang defense company na ito ay kasangkot sa pag-develop ng advanced night vision goggles, thermal imaging system, at iba pang electro-optical system para sa militar at sibilyang gamit.
Sa buwang ito, nilagdaan ng Elbit Systems ang $28mln na kontrata sa US Army para sa karagdagang helmet-mounted, AN/PVS-14 monocular night vision device na nagpapahintulot sa mga sundalo na mabilis na kumilos sa gabi. Ang device ay may kasamang infrared illuminator at high-magnification lenses upang kumuha ng malinaw na imahe sa mababang liwanag at hanggang 150 metro ang layo. Ang kasunduang ito ay sumusunod sa $12mln na kontrata na nilagdaan ng kumpanya para mag-supply ng hindi tinukoy na bilang ng mga AN/PVS-14 device sa hukbong ito. Bago ito, noong 2021, nagkaroon din ng $54mln na kasunduan ang hukbong ito at Elbit para sa parehong mga device.
(ESLT )
Sa market cap na $8.5 bilyon, ang mga shares ng kumpanya ay nagte-trade sa $192.24, bumaba ng 9.85% YTD. Mayroon itong EPS (TTM) na 5.44, P/E (TTM) na 35.35, at dividend yield na 1.04%. Para sa Q2 ng 2024, iniulat ng Elbit ang kita na $1.6 bilyon, GAAP net income na $78 milyon, Non-GAAP net income na $93 milyon, at order backlog na $21.1 bilyon. Ang cash flow para sa anim na buwan na nagtatapos noong Hunyo 30, 2024 ay $26.0 milyon, bumaba mula $210.7 milyon na naitala sa katapusan ng unang kalahati ng nakaraang taon dahil sa pagtaas ng imbentaryo at trade receivables.
Tungkol sa 12% YoY pagtaas ng kita ng kumpanya, sinabi ng CEO nitong si Bezhalel (Butzi) Machlis:
“Ang patuloy na mataas na demand para sa aming mga produkto at solusyon ay nagpapatibay sa aming posisyon bilang mga lider sa industriya.”
Konklusyon
Ang teknolohiyang night vision ay lumago nang eksponensyal sa mga nagdaang taon, na nag-aalok ng mga benepisyo tulad ng mas mataas na compactness, nabawasang konsumo ng enerhiya, at pinahusay na kalinawan ng imahe. Ang pag-develop ng manipis na OLED-based na device, mga kamera na inspirasyon ng pusa, at advanced na metasurface ay nagha-highlight ng kahalagahan ng patuloy na pananaliksik upang makamit ang mas magagandang resulta, na maaaring palawakin pa ang potensyal na aplikasyon ng night vision, kabilang ang pagtulong sa atin na mas maunawaan ang mundo sa paligid natin.
