US-Militärforscher brauchten ein Unternehmen, um Nachtsichtgeräte zu entwickeln, die kleiner und leichter waren als aktuelle Nachtsichtbrillen, die etwa die gleiche Größe und das gleiche Gewicht wie eine typische Brille haben. Sie fanden eine Lösung von Physical Sciences Inc.
Beamte der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) gaben am Mittwoch einen Vertrag über 6,4 Millionen US-Dollar mit der Physical Sciences Corporation für das Eyewear Form Factor Enhanced Night Vision (ENVision) -Projekt bekannt.
Aktuelle Nachtsichtbrillen sind typischerweise 4 Zoll lang und wiegen 2,2 Pfund. Erzeugt viel Drehmoment am Hals des Trägers. Dies würde die Flexibilität des Trägers einschränken, und eine längere Nutzung dieser optoelektronischen Geräte könnte zu chronischen Verletzungen führen.
Moderne Nachtsichtbrillen belasten den Träger auch mit einem engen Sichtfeld und haben typischerweise ein begrenztes Sichtfeld für die spektrale Bildgebung im nahen Infrarot-Spektralband, was die Szenenwahrnehmung einschränkt.
Dies steht im Gegensatz zu refraktiven Optiken und Bildverstärkerröhren, die für die Bildgebung verwendet werden (die Technologie in beiden modernen Nachtsichtsystemen ist seit ihrer Einführung weitgehend unverändert geblieben). Stattdessen bat das DARPA ENVision-Projekt SRI International, UCSD und Raytheon BBN, diese Einschränkungen durch die Entwicklung eines verbesserten Direct-Vision-Nachtsichtsystems zu überwinden, das sich der Größe und dem Gewicht typischer Brillen annähert.
SRI International gewann am 3. November 2021 einen ENVision-Vertrag in Höhe von 5,2 Millionen US-Dollar, UCSD gewann am 24. September 2021 einen ENVision-Vertrag in Höhe von 3 Millionen US-Dollar und Raytheon BBN gewann am 23. September 2021 einen Vertrag über 230 Millionen US-Dollar.
Die drei Agenturen werden kleine, leichte Nachtsichtbrillen entwickeln, die den Spektralbereich über das nahe Infrarot hinaus erweitern, um kurz-, mittel- und langwellige Infrarot-Spektralbänder durch eine gemeinsame Apertur einzubeziehen und den Benutzern Zugang zum 1,5-12 μm-Spektralbereich zu geben. Darüber hinaus kann diese Nachtsichtbrille das Sichtfeld des Benutzers auf natürliche Sicht um 100° erweitern.
Optikexperten haben versucht, das Sichtfeld von Nachtsichtbrillen zu erweitern, aber Verbesserungen sind auf Kosten einer erhöhten Systemgröße, eines höheren Gewichts und eines höheren Verschleißes für die Benutzer gegangen. Das ENVision-Projekt zielt darauf ab, direktes Infrarotsehen durch Photonen-Upkonversion zu ermöglichen und den nächsten Technologischen Sprung in der Nachtsichttechnologie zu erkunden.
Während aktuelle Nachtsichtsysteme einen mehrstufigen Prozess verwenden, ist die Physik der direkten Umwandlung von Infrarotphotonen in sichtbares Licht seit der Erfindung des Lasers in den 1960er Jahren bekannt. Die direkte Photonen-Upkonversion beinhaltet die Absorption von zwei oder mehr Photonen und die Reemission von Photonen mit höherer Energie.
Derzeit sind diese Prozesse ineffizient und haben eine begrenzte Lichtbandbreite, die gleichzeitig hochkonvertiert werden kann. Jüngste Fortschritte in Materialsystemen, wie polar strukturierten und empfindlichen Kern-Schalen-strukturierten Nanopartikeln, haben jedoch neue Wege zur Erforschung der photonischen Aufwärtskonversion eröffnet.
DARPA-Forscher sagen, dass Nachtsichtsysteme, die auf Photonenaufkonversion basieren, die Notwendigkeit einiger Komponenten eliminieren werden und in Zukunft zu einfacheren rein optischen Nachtsichtsystemen wie Nachtsichtkontaktlinsen führen könnten.
Flache Optiken und flache Bildverstärker ermöglichen die direkte Betrachtung mehrerer Infrarotbänder durch eine gemeinsame Blende. Strukturierte Materialien wie diffraktive optische Elemente und Metamaterialien ermöglichen es, optische Funktionen weit über herkömmliche refraktive Materialien hinaus in ein optisches Element einzubetten.
Während ein breites Sichtfeld, eine große Bandbreite und eine hohe Abbildungsqualität individuell erreicht werden können, bleibt die Kombination dieser Funktionen in der Praxis eine Herausforderung. Neben flachen Optiken kann die Bildverbesserung auch schwaches Infrarotlicht in mit bloßem Auge erkennbare Photonen des sichtbaren Lichts umwandeln.
Das ENVision-Projekt wird vier Jahre dauern, aufgeteilt in zwei Zweijahres, und zwei technische Bereiche umfassen: Prototyp und Upconversion. Die Teilnehmer des ersten Technologiebereichs werden Muster von Brillenformfaktor-verbesserten Nachtsichtsystemen entwickeln; Die Teilnehmer des zweiten Technologiebereichs werden die Breitband-Direkt-Photonen-Aufwärtskonversion untersuchen.
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