Att se genom smog och dimma. Kartlägga en persons blodkärl samtidigt som pulsen övervakas samtidigt - utan att vidröra personens hud. Genomskinande av kiselskivor för att inspektera kvaliteten och sammansättningen av elektroniska brädor. Detta är bara några av funktionerna hos en ny infraröd bildkamera som utvecklats av ett team av forskare som leds av elektriska ingenjörer vid University of California San Diego.

Bildenheten detekterar en del av det infraröda spektrumet som kallas kortvågigt infrarött ljus (våglängder från 1000 till 1400 nanometer), som ligger precis utanför det synliga spektrumet (400 till 700 nanometer). Kortvågig infraröd avbildning är inte att förväxla med termisk avbildning, som detekterar mycket längre infraröda våglängder som avges av kroppen.

Bildenheten fungerar genom att lysa kortvågigt infrarött ljus på ett objekt eller intresseområde, och sedan konvertera det lågenergiska infraröda ljuset som reflekteras tillbaka till enheten till kortare, högre energi våglängder som det mänskliga ögat kan se.

"Det gör osynligt ljus synligt, "sa Tina Ng, professor i el- och datorteknik vid UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Medan infraröd bildteknik har funnits i decennier, de flesta system är dyra, skrymmande och komplex, kräver ofta en separat kamera och skärm. De tillverkas också vanligtvis med oorganiska halvledare, som är dyra, stel och består av giftiga element som arsenik och bly.

Den infraröda kameran som Ngs team utvecklat övervinner dessa problem. Den kombinerar sensorerna och displayen till en tunn enhet, gör det kompakt och enkelt. Det är byggt med organiska halvledare, så det är låg kostnad, flexibel och säker att använda i biomedicinska applikationer. Det ger också bättre bildupplösning än några av dess oorganiska motsvarigheter.

Den nya kameran, publicerades nyligen i Avancerade funktionella material , erbjuder ytterligare fördelar. Det ser mer av det kortvågiga infraröda spektrumet, från 1000 till 1400 nanometer - befintliga liknande system ser ofta bara under 1200 nanometer. Den har också en av de största visningsstorlekarna för infraröda bilder hittills:2 kvadratcentimeter i yta. Och eftersom kameran är tillverkad med tunnfilmsprocesser, det är enkelt och billigt att skala upp för att göra ännu större skärmar.

Energiserar infraröda fotoner till synliga fotoner

Bildbehandlaren består av flera halvledande lager, var hundratals nanometer tunna, staplade ovanpå varandra. Tre av dessa lager, var och en tillverkad av en annan organisk polymer, är bildspelarens nyckelspelare:ett fotodetektorlager, en organisk ljusemitterande diod (OLED) displayskikt, och ett elektronblockerande lager däremellan.

Fotodetektorskiktet absorberar kortvågigt infrarött ljus (lågenergifotoner) och genererar sedan en elektrisk ström. Denna ström strömmar till OLED -displayskiktet, där den omvandlas till en synlig bild (hög energi fotoner). Ett mellanlager, kallas elektronblockerande skikt, hindrar OLED -skärmskiktet från att tappa ström. Det är detta som gör att enheten kan producera en tydligare bild.

Denna process för att konvertera lågenergifoton till foton med högre energi kallas uppkonvertering. Det speciella här är att uppkonverteringsprocessen är elektronisk. "Fördelen med detta är att det tillåter direkt infraröd-till-synlig konvertering i ett tunt och kompakt system, "sa författaren Ning Li, en postdoktor i Ngs laboratorium. "I ett typiskt IR -bildsystem där uppkonvertering inte är elektronisk, du behöver en detektormatris för att samla in data, en dator för att behandla dessa data, och en separat skärm för att visa dessa data. Det är därför de flesta befintliga system är skrymmande och dyra. "

En annan särdrag är att kameran är effektiv för att tillhandahålla både optiska och elektroniska avläsningar. "Detta gör det multifunktionellt, "sa Li. Till exempel, när forskarna lyste infrarött ljus på baksidan av ett ämnes hand, kameran gav en bild av patientens blodkärl under inspelningen av patientens puls.

Forskarna använde också sin infraröda bildkamera för att se igenom smog och en kiselskiva. I en demonstration, de placerade en fotomask mönstrad med "EXIT" i en liten kammare fylld med smog. I en annan, de placerade en fotomask mönstrad med "UCSD" bakom en kiselskiva. Infrarött ljus tränger igenom både smog och kisel, gör det möjligt för bildspelaren att se bokstäverna i dessa demonstrationer. Detta skulle vara användbart för applikationer som att hjälpa autonoma bilar att se i dåligt väder och inspektera kiselchips för defekter.

Forskarna arbetar nu med att förbättra bildkamerans effektivitet.