Новая система, разработанная исследователями из Калифорнийского университета в Беркли, может дистанционно определять объекты на расстоянии до 30 футов, что в 10 раз дальше, чем то, что можно было бы сделать с помощью сопоставимых современных маломощных лазерных систем. При дальнейшем развитии технология может быть использована для создания более мелких и более дешевых систем трехмерной визуализации, которые предлагают исключительный диапазон для потенциального использования в беспилотных автомобилях, смартфонах и интерактивных видеоиграх, таких как Microsoft Kinect, и все это без необходимости в больших громоздких коробках. электроники или оптики.«В то время как рабочее расстояние на уровне метра является достаточным для многих традиционных метрологических инструментов, оптимальное место для новых потребительских и робототехнических приложений составляет около 10 метров» или чуть более 30 футов, — говорит Бехнам Бехрузпур из Калифорнийского университета в Беркли, который представит работу команды на CLEO: 2014 г., который состоится 8-13 июня в Сан-Хосе, Калифорния, США. «Этот диапазон покрывает размер типичного жилого помещения, избегая при этом чрезмерного рассеивания мощности и возможных проблем с безопасностью глаз».Новая система основана на LIDAR («световой радар»), технологии трехмерного изображения, которая использует свет для получения обратной связи об окружающем мире.
Системы LIDAR этого типа излучают лазерный свет, который попадает на объект, а затем может определить, насколько далеко этот объект находится, измеряя изменения частоты света, который отражается обратно. Его можно использовать, чтобы помочь беспилотным автомобилям избегать препятствий на полпути по улице или помочь видеоиграм определить, когда вы прыгаете, качаете кулаками или размахиваете «ракеткой» над воображаемым теннисным мячом через воображаемый корт.Напротив, современные лазеры, используемые для получения изображений LIDAR с высоким разрешением, могут быть большими, энергоемкими и дорогими. По словам Бехрузпура, игровые системы требуют больших и громоздких ящиков с оборудованием, и вы должны стоять в нескольких футах от системы, чтобы они работали должным образом.
Громоздкость также является проблемой для беспилотных автомобилей, таких как Google, которые должны нести большую трехмерную камеру на крыше.Исследователи стремились уменьшить размер и энергопотребление систем LIDAR без ущерба для их производительности с точки зрения расстояния.По словам Бехрузпура, в своей новой системе команда использовала тип лидаров, называемый частотно-модулированным непрерывным (FMCW) лидаром, который, по их мнению, обеспечит хорошее разрешение их тепловизора при более низком энергопотреблении.
Этот тип системы излучает "частотно-чирпированный" лазерный свет (то есть, частота которого либо увеличивается, либо уменьшается) на объект, а затем измеряет изменения частоты света, который отражается обратно.Чтобы избежать таких недостатков, как размер, мощность и стоимость, команда из Беркли использовала класс лазеров, называемый настраиваемыми лазерами VCSEL с МЭМС. Детали MEMS (микро-электромеханические системы) представляют собой крошечные микромасштабные машины, которые в этом случае могут помочь изменить частоту лазерного излучения для чирпирования, в то время как VCSEL (лазеры с вертикальным резонатором, излучающие поверхность) представляют собой тип недорогих интегрируемых полупроводниковых лазеров с низким энергопотреблением. Используя устройство MEMS в его резонансе — собственной частоте, на которой материал вибрирует, — исследователи смогли усилить сигнал системы без больших затрат энергии.
«Как правило, увеличение амплитуды сигнала приводит к увеличению рассеиваемой мощности», — говорит Бехрузпур. «Наше решение позволяет избежать этого компромисса, тем самым сохраняя преимущество низкого энергопотребления VCSEL для этого приложения».Следующие планы команды включают интеграцию VCSEL, фотоники и электроники в единый пакет. Объединение этих частей должно открыть возможности для «множества новых приложений, которые еще даже не были изобретены», — говорит Бехрузпур, — в том числе возможность использовать руку, как Kinect, чтобы заглушить ваш рингтон с расстояния 30 футов.
Презентация AW3H.2, озаглавленная «Метод увеличения рабочего расстояния МЭМС-лидара за пределы ограничения броуновского шума», состоится 11 июня.