加州理工科学家研发出廉价3D成像芯片

    摘要: 三维成像技术在生物医药、纳米颗粒表征、安全、机器人技术和手势识别等方面都有应用。在过去，这样的系统通常是用单像素探测器或台式装置组成的探测器阵列组成的。 近日，加州理工学院的研究人员开发出一种新型3D成 ...
    三维成像技术在生物医药、纳米颗粒表征、安全、机器人技术和手势识别等方面都有应用。在过去，这样的系统通常是用单像素探测器或台式装置组成的探测器阵列组成的。


    近日，加州理工学院的研究人员开发出一种新型3D成像芯片，这芯片很小，可以装到智能手机中，使其可以快速抓取对象的3D影像，然后用3D打印机将其复制出来。

加州理工科学家研发出廉价3D成像芯片

    据加州理工工程与应用科学分布的Ali Hajimiri教授称，该技术主要基于一种便宜的微型高精确度设备——纳米光子相干成像器（NCI）。


    NCI是一种表面积不超过1平方毫米的廉价硅芯片，但是它们能够提供极精确的深度测量信息，并且这种硅光子是具有高解析度和像素数的相干3D成像和投影系统的理想平台。


    “芯片上的每个像素就是一个独立的干涉仪——使用光波的干涉来获得精确测量数据的仪器——它除了信号的强度之外还检测信号的相位和频率。”该芯片的开发者Hajimiri教授表示。


    这种新的芯片使用激光雷达技术（LIDAR），该技术使用扫描激光束照射扫描对象。当获得从扫描对象上反射回来的光之后，它会根据使用激光的波长进行分析，这个LIDAR系统主要用来收集关于对象大小、距离的信息。


    “在我们的相干成像器上就安置了这种微小的激光雷达阵列，就可以同时对一个对象场景的不同部分进行成像而无需进行任何机械运动。”Hajimiri说。“通过在硅芯片的小管里耦合、围、并处理反射光，我们将每个LIDAR元件缩小到只有几百微米大小——直到可以在一个300微米×300微米的有源区内形成由16个独立的干涉检测仪组成的阵列。”


    这种IR波长能够有效地通过集成的硅绝缘体（SOI）纳米光子平台来处理。据研究人员说，他们有可能最终会集成硅电子创造出可在很小的区域容纳相当大数量像素的NCI，而且成本非常低。


    Hajimiri和他的同事们使用这种设备扫描并构建了半米远的1便士硬币上浮雕的3D影像，分辨率可达微米级。

加州理工科学家研发出廉价3D成像芯片

    Hajimiri说当前16个像素的阵列将很快扩大到几十万像素，最终形成一个巨大的LIDAR阵列。


    “这种小体积、高质量的新型芯片式成像器将会导致成本的显著降低，并能够很容易地融入像智能手机这样的个人设备。”他说。


    这项研究名为《纳米光子相干成像仪（Nanophotonic Coherent Imager）》，已发表在《光学快报（Optics Express）》2月刊上，作者为Hajimir、Firooz Aflatouni、Behrooz Abiri和Angad Rekhi。

加州理工科学家研发出廉价3D成像芯片

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文/天 工 社