Линзы для глаз с диодами

Человеческий глаз – это центр восприятия. Он может видеть миллионы цветов, свободно подстраиваться под смену освещения и транслировать информацию в мозг со скоростью превышающей скорость интернет соединения.

Современная биомедицина

В фильме Терминатор персонаж Арнольда Шварцнеггера видел мир с помощью визуального преобразователя данных в виде виртуальных субтитров, которые возникали во время сканирования киборгом окружающего мира.

В научно-фантастических историях, написанных фантастом Вернором Винджем (Vernor Vinge), персонажи используют электронные контактные линзы, а не смартфоны и мозговые импланты, для беспрепятственного доступа к информации, возникающей прямо перед глазами.

Эти так называемые визоры могут показаться чем-то невозможным, но контактные линзы со встроенной простейшей электроникой уже используются. Как факт, Бабак Парвиз, доцент кафедры электротехники, и его студенты уже создали такие приспособления, в небольшом количестве в лаборатории Вашингтонского университета в Сиэтле. Эти линзы не дают орлиного зрения или бегущих субтитров, описывающих все, что нас окружает, но они создали линзы с одним диодом и с беспроводным радиочастотным питанием. Хотя их сегодняшние технологические достижения – это всего лишь малая доля того потенциала, который будет доступен в будущем.

Обычные контактные линзы являются полимерами специальной формы для корректировки изъянов зрения. Что бы расширить функциональность таких линз, Парвиз и его студенты интегрировали схему управления, схему коммуникации и миниатюрные антенны в линзу, используя специальные оптоэлектронные компоненты. Эти компоненты в конечном счете будут включать в себя тысячи диодов, которые будут формировать картинки, прямо перед глазом, будь то слова, диаграммы или фотографии. Большая часть составных частей линзы должна быть полупрозрачна, чтобы не дезориентировать пользователей. По всей вероятности, отдельные портативные устройства будут выводить отображаемую информацию, обработанную оптоэлектроникой, на контрольную панель линзы.

При использовании этих линз не возникает особых сложностей. Даже с одним пикселем линза уже способна помочь людям с ослабленным слухом или может использоваться в качестве индикатора в компьютерных играх. С большим количеством цветов и разрешений, ее возможности могут быть расширены, включая отображение текста, перевод с языка на язык в реальном времени в виде субтитров или вывод визуальных сигналов навигационной системы. С базовой обработкой изображений и доступом в интернет, дисплеи контактных линз смогут открыть целый новый мир визуальной информации без необходимости использования обычного дисплея.

Наряду с визуальной модернизацией, устройство осуществляющее неинвазивный мониторинг биомаркеров пользователя и выводящее показатели его здоровья может стать распространенным продуктом на рынке будущего. Бабак Парвиз и его студенты сконструировали несколько примеров сенсоров, которые могут определять концентрацию молекул, таких как глюкоза. Датчики, встроенные в линзы, позволят диабетикам контролировать уровень сахара в крови без необходимости прокалывать палец. Сейчас определитель глюкозы это не более чем отблеск того, что станет возможным через пять-десять лет.

Контактные линзы используются повседневно миллионами людей и они являются одним из самых доступных массовых продуктов, которые пребывают в постоянном контакте с телом на протяжение долгого времени. Когда вы проходите анализ крови, ваш доктор вероятно измеряет множество одинаковых биомаркеров, которые найдены в живых клетках на поверхности вашего глаза, концентрация которых близко коррелирует с их уровнем в вашем кровотоке. Специально настроенные контактные линзы могут контролировать уровень холестерина, натрия и калия, для определения нескольких потенциальных угроз. В паре с беспроводной антенной, линза может транслировать информацию медицинскому персоналу мгновенно, без использования игл и химической лаборатории и с очень низким процентом ошибок.

Три фундаментальных проблемы стоят на пути создания многофункциональной контактной линзы. Первая – процесс изготовления многих частей линзы и различных деталей несовместимы друг с другом и с хрупким полимером линзы. Чтобы обойти эту проблему, Бабак Парвиз со своими студентами создают свои устройства с нуля. Чтобы произвести компоненты для кремниевых микросхем и диодов ими используются высокие температуры и едкие химикаты – это означает, что эти компоненты нельзя изготавливать прямо на линзе. Это приводит ко второй проблеме: все компоненты линзы должны быть миниатюрными и встроенными в прозрачный гибкий полимер площадью полтора квадратных сантиметра.

Пока что ученые полностью не решили эту проблему, но они уже разработали свой собственный процесс сборки, позволяющий интегрировать несколько различных компонентов в линзу. Последнее, но не менее важное требование – устройство должно быть абсолютно безопасным для глаза. Возьмем, например, диод. Большинство красных диодов сделаны из алюминия и арсенида галлия, которые весьма токсичны. Поэтому перед соприкосновением диода с глазом, он должен находиться в биосовместимой субстанции.

На данный момент, кроме измерителя количества глюкозы, Бабак Парвиз и его студенты смогли изготовить несколько других наноразмерных биосенсоров, которые отвечали электрическим сигналом при контакте с определенными молекулами. Ученые также создали несколько микрокомпонентов, включая однокристальные кремниевые транзисторы, радиочипы, антенны, диффузионные резисторы, диоды и кремниевые фотодетекторы. Помимо этого ими были сконструированы все микронные металлические соединения, необходимые для формирования схемы контактной линзы.

К тому же, ученые показали, что эти микрокомпоненты могут быть объединены путем процесса самосборки на других специальных субстратах, таких как тонкий, гибкий и прозрачный пластик или стекло. Бабак Парвиз и его студенты создали прототип линз с диодом, маленьким радиочипом и антенной и передавали энергию в линзу, используя беспроводную систему для работы светодиода. Чтобы продемонстрировать, что такие линзы могут быть безопасны, они инкапсулировали их в биосовместимый полимер и успешно протестировали их на живых кроликах.

Наблюдение излучаемого светодиодом света – это большое достижение. Но первоначальная цель – увидеть что-то полезное через эту линзу. К счастью, человеческий глаз является невероятно чувствительным фотодетектором. Точно в полдень безоблачным днем через наш зрачок проходит много потоков света и мир становится несомненно ярче. Но глазу не нужна оптическая поддержка, он может воспринимать картинки с лишь несколькими микроваттами оптической мощности, проводимой через его линзу. ЖК монитор компьютера также расточителен. Он посылает большое количество фотонов, но лишь небольшая их часть попадает в ваш глаз, и достигая сетчатки, формирует картинку. Но, когда дисплей расположен прямо на вашей роговице, каждый фотон, генерируемый этим дисплеем помогает формировать картинку.

Привлекательность такого подхода очевидна: со светом исходящим из линзы непосредственно в ваш зрачок, а не из внешнего источника, для формирования картинки вам потребуется затрачивать гораздо меньше энергии. Но как получить свет из линзы? Ученые рассмотрели два основных подхода. один из вариантов – сконструировать в линзе дисплей, основанный на наборе светодиодных пикселей, так называемый активный дисплей. Альтернативой этому является использование пассивных пикселей, которые скорее просто преломляют входящий свет, а не излучают свой собственный.

По сути, они формируют изображение, изменяя свой цвет и прозрачность, реагируя на источник света. Они похожи на ЖК-дисплеи, в которых крошечные жидкокристаллические «барьеры» блокируют белый свет, либо пропускают его через красный, зеленый или голубой фильтры. Для пассивных пикселей функциональной контактной линзы источником света должна быть окружающая среда, цвета не будут такими же точными, как у ЖК-дисплея со светодиодной подсветкой, но изображения будут такие же отчетливые и в хорошем разрешении.

Бабак Парвиз и его студенты в первую очередь проявили активный подход и сделали линзы, на которых может разместиться набор светодиодов восемь на восемь. Пока что активные пиксели проще прикреплять к линзам. Но если ученые смогут понять как сделать пассивные пиксели меньше, с высокой контрастностью и способными быстро реагировать на внешние сигналы, то с их использованием значительно снизится потребность питания.

Сейчас вы наверное удивитесь, как человек, носящий одну из подобных контактных линз, сможет фокусироваться на изображении возникшем на поверхности его глаза. Тем не менее, здоровый глаз не может фокусироваться на объекте, который находится ближе, чем на 10 см от поверхности роговицы. Светодиод сам по себе лишь размытое цветное пятно в поле зрения пользователя. Так или иначе, изображение должно отталкиваться от роговицы. Единственный способ сделать это – использовать набор более мелких линз, расположенных на поверхности контактной линзы. Набор таких микролинз уже использовался ранее для фокусировки лазеров в фотолитографии для расположения световых узоров на фоторезист. На контактной линзе каждый пиксель или небольшая группа пикселей должны соответствовать микролинзе, расположенной между глазом и пикселями. Расположение пикселя и микролинз на 360 микрометров друг от друга вполне достаточно для того, чтобы виртуальное изображение отталкивалось от роговицы, упрощая процесс фокусировки глаза. Пользователю будет казаться, что изображение возникает в пространстве на расстоянии полуметра от него, в зависимости от микролинзы.

Другой вариант сделать изображение четким – использовать сканирующий микролазер или набор микролазеров. Лазерные лучи рассеиваются гораздо меньше, чем свет светодиодов, поэтому изображение будет четче. А что-то вроде зеркала будет сортировать красные, зеленые и голубые лучи, генерируемые лазером, для получения изображения. Разрешение картинки будет ограничено в первую очередь толщиной луча и лазер будет очевидно очень маленьким, что в свою очередь, может стать серьезной проблемой. Как бы там ни было, использование лазеров станет гарантией того, что изображение всегда будет в фокусе и это исключит необходимость использования микролинз.

Вне зависимости от того, что используется в дисплеях линз – светодиоды или лазеры, площадь доступная для оптоэлектроники на поверхности контактной линзы будет очень мала, примерно, 1,2 миллиметра в диаметре. К тому же дисплей должен быть полупрозрачным, чтобы пользователь мог видеть все, что его окружает. Это серьезное требование, но ведь нет ничего невозможного.

Диаметр светодиодных чипов, созданных Бабаком Парвизом, составляет 300 микрометров, а светоизлучающая зона каждого чипа равна 60 микрометрам, с радиусом 112 микрометров. Команда Парвиза старается значительно сократить размеры и их цель состоит в создании набора из 3600 пикселей шириной 10 микрометров, расположенных на расстоянии 10 мкм друг от друга.

Самое сложное поместить этот дисплей на глазу таким образом, чтоб, он не мешал при этом подвижности зрачка. Обычные контактные линзы, исправляющие астигматизм, утяжелены книзу, для поддержания специального положения линзы, плюс-минус несколько градусов.

Как и портативная электроника, эти линзы подпитываются от специальных источников, но среди предложенных опций, пока ни одна не подошла. Например, батареи сложно уменьшить чтоб они помещались в таком ограниченном пространстве, а использование литий-ионных батарей опасно для глаза. Лучшими вариантами пока остаются сбор инертной энергии от окружающей среды, путем преобразования окружающих колебаний в энергию, либо подпитка от солнечной или радиочастотной энергии. Большинство инерционных подпиток имеют очень низкий показатель мощности, поэтому ученые сфокусировались на подпитке линз от солнечной или радиочастотной энергии.

Давайте представим, что 1 кв.см. линзы – площадь предназначенная для энергоснабжения, и скажем, что эта область будет занята солнечными батареями. Это означает, что почти 300 микроватт поступающей энергии будут доступны внутри и гораздо больше будет доступно снаружи. C коэффициентом преобразования в 10 процентов эти данные будут передавать до 30 микроватт доступной электроэнергии, в том случае, если все подсистемы контактной линзы функционируют внутри.

Сбор радиочастотной энергии из источника в кармане пользователя даст несущественный эффект. При таком положении линза скорее будет содержать антенны, а не фотоэлектрические клетки. Вывод антенн будет ограничен полями силы допустимыми на разных частотах в пучках микроволн между 1.5 и 100 Ггц, в то время как допустимый для человека уровень равен 1 милливатту на квадратный сантиметр. Для наших прототипов мы создали первое поколение антенн, которые транслируют в диапазоне от 900 мегагерц, до 6 Ггц и мы работаем над более эффективными версиями. Так из участка линзы в один квадратный сантиметр мы можем получить 100 микроватт, в зависимости от производительности антенны и схемы преобразования.

Если все эти подсистемы будут работать, то последней задачей станет их объединение на одном тонком, полимерном диске. Напомним те части, которые надо уместить в линзе: металлические микроструктуры, для формирования антенн; составной полупроводник, для создания оптоэлектронных устройств; дополнительный, улучшенный металл-оксид-проводник кремниевых схем для маломощных настроек и радиочастотных коммуникаций; микроэлектромеханическая система (МЭМС) датчиков и резонаторов для настройки частот РЧ коммуникаций; и покрытие сенсоров находящихся в реакции с биохимической средой.

В процессе создания полупроводника большая часть компонентов, которые использовал Парвиз, не будет работать, потому что они термически и химически несовместимы с гибкой полимерной основой линзы. Что бы обойти эту проблему Парвиз и его студенты отдельно создали большинство микрокомпонентов на КНИ (кремний на изоляторе) – пластинах и изобрели светодиоды и некоторые биосенсоры на других основах. Каждая часть имеет металлические соединения и травится в уникальной форме. Конечный продукт представляет собой набор частей, похожих на мелкозернистый порошок, который в дальнейшем внедряется в линзу.

Парвиз и его студенты уже начали готовить субстрат, который будет держать все микрокомпоненты. Слой полиэтилентерефталата толщиной 100µm. Субстрат имеет определенные фотолитографические металлические линии соединения и связующие области. Эти области слегка вдавлены на глубину около 10 µm, в местах, где будут проходить электрические соединения между компонентами и матрицей. На дне каждого углубления есть микробассейн со сплавами низкой температуры плавления, который позже будет соединять два межсоединения, где будет осуществляться микроспайка.

Затем пластиковая основа линзы погружается в жидкую среду и на нее напыляется набор микрокомпонентов. Узлы связи разрезаются, чтобы соответствовать геометрии отдельных частей, так что треугольный компонент находится в треугольном углублении. Маленькая металлическая прокладка на поверхности компонента способствует контакту со сплавами на дне углубления, а капиллярная сила закрепит компонент на нужном месте. После того, как, все части расположатся в нужных ячейках, ученые понижают температуру до затвердевания сплава. Этот этап фиксирует механический и электрический контакт между компонентами, соединениями и субстратом.

Далее важно убедиться, что все потенциально вредные компоненты, которые были собраны воедино, полностью безопасны для глаза. Линзы, которые разработали Парвиз с командой студентов, напоминают уже существующие контакты с небольшими участками воздухонепроницаемого материала, вокруг электронных компонентов. Они герметизировали функциональные части полиметилметакрилатом, в то время, как полимер использовался для создания более раннего поколения контактных линз.

Дальше возникает вопрос взаимодействия тепла и света с глазом. Важно не только снизить электропотребление системы для экономии энергии, но и так же важно, чтобы тепло выделяемое линзой не вредило глазу, так что температура должна быть не выше 45°C. Ученым предстоит полностью исследовать эту проблему, но предварительный анализ показал, что нагрев линзы не будет большой проблемой.

Все основные технологии, необходимые для создания функциональной контактной линзы, уже существуют. Бабак Парвиз и его студенты опробовали несколько прототипов на животных и доказали, что платформа может быть безопасной. Что им необходимо сделать сейчас, так это показать, что все подсистемы работают вместе, сделать некоторые компоненты еще меньше и увеличить радиочастотную мощность для улучшения производительности продукта и увеличения дистанции на расстояние больше, чем несколько сантиметров, которые сейчас имеются. Также они должны сделать сопутствующее устройство, которое будет делать все необходимые вычисления или обработку изображений, чтобы точно доказать, что система может формировать изображения по требованию. Ученые начали с простого продукта – контактной линзы с одним источником света и они намерены разработать более сложные линзы, которые будут накладывать генерируемую компьютером цветную графику высокого разрешения на поле зрения пользователя.

Обзор 8 светодиодных линз, часть №1

Каждый автолюбитель хочет максимально улучшить головной свет своего автомобиля, чтобы повысить безопасность своего движения. В настоящее время популярность набирают светодиодные линзы (модули, билинзы) с установленными Лед диодами. Это позволяет более тонко настраивать световой поток на выходе модуля, то есть получить освещенность выше, чем у ксенона почти в 2 раза. Светодиоды можно расположить любым способом в любом месте, хоть кругом, хоть параллелепипедом.

• 1. Конструкция билинз и биледов
• 2. Измерительное оборудование
• 3. Внешний вид образцов
• 4. Мощность и световой поток
• 5. Параметры светодиодов
• 6. Цветовая температура
• 7. Драйвера
• 8. Шторки
• 9. Нагрев
• 10. Что лучше выбрать ?
• 11. Сравнение по освещенности

В обзоре и тестировании участвуют 8 диодных билинз диаметром 3 дюйма, предоставленных компанией Автопризма, сайт www.biled.ru Была ещё одна отечественного производителя под названием Lossew, но по техническим причинам она не участвует в тестах. Фирменные биледы представлены последними моделями Bi Led Koito и Optima.

Существует много вариантов названий билинз, чаще всего называют:

1. светодиодные линзы в фары;
2. bi led линзы;
3. bi led модули;
4. би лед линзы.
5. эти синонимы помогут вам при поиске дополнительной информации.

Тестирование по ГОСТ и сравнение размещены во второй части

Тест 8 светодиодных линз, часть №2

Конструкция билинз и биледов

Биледы относятся к классу билинз, которые сочетают в себе одновременно ближний и дальний свет. Режим работы переключается при помощи шторки, которую передвигает соленоид.

Конструктивно светодиодные линзы схожи с биксеноном и бигалогеном. Только у Bi Led модуля свет направлен в верхнюю часть отражателя. Край шторки задаёт светотеневую границу.

Светотеневая граница (сокращённо СТГ) ближнего света задаётся краем шторки.

Измерительное оборудование

Чтобы у читателей не было сомнений в результатах, предоставлю основное используемое оборудование:

1. тепловизор Thermal Seek Compact Pro 240 на 320 точек;
2. измеритель пульсаций светового потока Radex Lupin;
3. спектрометр UPRtek MK350;
4. большая и малая фотометрическая сфера.

На тепловизор Thermal Seek Compact Pro и спектрометр UPRtek MK350 написал подробные обзоры с примерами измерения галогенок, ксенона, прожекторов, светильников и автоламп.

Малый фотометрический шар, диаметром 20 см

Большой фотометрический шар, диаметром 40 см

Внешний вид образцов

В таблице указаны производители каждого образца. Даже если вы увидите в магазине похожую, то параметры у не могут быть совершенно другие. Каждую партию производитель комплектует по желанию заказчика, то есть начинка может быть совершенно разной.

Все представленные Би Лед модули с активным охлаждением, в нижней части установлен вентилятор, закрытый решёткой. В условиях отсутствия пыли в плотно закрытой фаре ресурс вентилятора будет большой. В домашних условиях вентилятор в системном блоке компьютера обычно забивается нитевидными пылинками, которые образуют целый ковёр.

Образцы №1, №4, №5, №8 имеют практически одинаковую конструкцию, которая хорошо зарекомендовала себя и используется в Bi Led Optima. Драйвер у них внешний, больших габаритов с отверстиями для крепления. Блок питания малых габаритов у №2 и №7, он сможет легко разместится внутри фары.

Почти на всех образцах установлена линза диаметром 3 дюйма из стекла, только Bi led Koito имеет пластиковую. Цена Koito почти в 2 раза выше аналогов, таким образом они пытаются снизить стоимость, у пластика нет преимуществ по сравнению со стеклом. На Който установлен вентилятор Panasonic и другие фирменные комплектующие, что должно максимально продлевать срок службы.

Мощность и световой поток

Сначала у образцов были измерены все технические параметры, в том виде, как они были собраны на заводе. По мере тестирования образцы разбирались и замерялись остальные параметры. Для наглядного сравнения используется популярная биксеноновая линза Hella 3R, китайская копия Хеллы.

Перед замером мощности прогреваем каждый образец в течение 60 минут. Мощность непосредственно на светодиоде измерялась отдельно, это позволяет выявить КПД драйвера.

Для замера светового потока образец разбирался, чтобы остались только диоды и система охлаждения, затем помещался в большую фотометрическую сферу. Максимальный светопоток получился у №2, собранном на 4 Cree XHP35.

Количество люмен и мощность не являются главным фактором определения эффективности на дороге. Любая оптическая система имеет свою эффективность и определенное фокусирование в зависимости от назначения.

Параметры светодиодов

В светодиодных линзах для автомобильных фар установлены светодиоды разных производителей. Кроме фирменных Osram, LG, Cree есть малоизвестный китайский вариант Zeus 7070. Он относится к специализированным, рассчитанным на ближний и дальний свет свет. Производитель http://www.gpiled.com/cob обещает приличные характеристики на него, но спецификации не раскрывает.

На качество отвода тепла влияет материал подложки, на которой размещён светодиод. Теплопроводность меди в 2 раза выше алюминия и стоит дороже. Но если сборка некачественная и контакт с радиатором плохой, то никакая медь не поможет.

Пульсации светового потока показывают, насколько хорошо блок питания справляется с нагрузкой. Если драйвер не справляется, светопоток будет пульсировать, и сильно нагружать ваши глаза и гораздо быстрее будет наступать утомление. У лампы накаливания этот показатель равен 15%. При результате 1-2% пульсации полностью отсутствуют, учитывая погрешность самого измерительного прибора.

№2, Cree XHP35 4 штуки

№3, Osram

№4, Zeus

№5, LG Innotek

№6, Koito

№7, Osram

№8, Bi led Optima, LG Innotek.

Цветовая температура

Самая распространённая цветовая температура у ксенона это 4500К – 5500К, свет приближенный к нейтрально-белому, дневному свету. По сравнению с желтоватым галогеном вы увидите чёткое отличие по оттенку.

Во время нагрева параметры кристалла диода меняются, цветовая температура изменяется в среднем до 300К. Поэтому сначала греем до стабильных показателей и включаем спектрометр.

В хорошей компании по установке автосвета всегда должен быть спектрометр, чтобы подбирать лампы и головной свет одного оттенка. На дороге часто встречаю престижные автомобили, у которых лампы светят в разнобой, как будто куплен ширпотреб у китайцев. Гарантировать точную цветовую температуру производители обычно не могут, потому что на этот показатель есть свой допуск по отклонению от заявленной нормы.

Значение индекса цветопередачи CRI обозначает насколько точно такое освещение будет передавать цвета. У всех образцов он примерно на одном уровне, чем выше CRI, тем дороже диод.

Блоки питания Би Лед модулей обеспечивают хорошую стабилизацию тока, пульсации светового потока на уровне 1-2%, то есть практически равны нулю. Китайские производители не любят изобретать и предпочитают использовать стандартные и проверенные решения. Половина корпусов одинаковые, но начинка разная, это видно по разным проводам и типам коннекторов.

Для внешней установки драйвера желательно использовать герметичный разъём питания. Иначе влага, соль, конденсат будут разъедать контакты, повышая их сопротивление и нагревая их. Часто в обычных автомобильных фарах контакты подключения галогенки окисляются и разрушаются, нарушается контакт и лампочка может часто перегорать.

У Koito драйвер экранирован железной пластинкой с надписями Lexus, Toyota и другими буквами цифрами. Пластину снимать не стал из-за экономии времени, всё равно там установлены фирменные комплектующие с высоким ресурсом.

У моделей похожих на би лед модуль Optima №8 конструкция шторок одинаковая. Мощность соленоидов представлена в таблице, напряжение 13,2 Вольт. Для каждой модели замеряем массу без драйвера, если он отдельный.

Температуру нагрева светодиода замеряем тепловизором после прогрева в течение 1 часа. Коэффициент эмиссии на тепловизоре установлен 0,8. По спецификациям от Cree показатель излучения для силикона составляет 0,85. По особенностям замера консультировался у Osram, Cree и других производителей. Коэффициент может отличатся в большую или меньшую сторону в зависимости от изготовителя, поэтому в таблице представлены усреднённые результаты. Конструкция состоит из разных материалов с разным значением теплового излучения, поэтому выложу только снимки диодов.

Температура нагрева светодиода косвенно характеризует эффективность системы охлаждения, так же влияют и особенности конструкции светодиодной линзы. У каждой модели светодиодов разная допустимая температура нагревания, при которых сохраняются заявленные параметры по спецификациям.

Что лучше выбрать ?

Если вы хотите поставить лучшие светодиодные линзы (би линзы, биледы), то обращайтесь к специалистам из компании Автопризма, официальный сайт www.biled.ru , Они являются заказчиком этого обзора и других исследований по автосвету для выявления лучшего головного света для фар авто.

Сравнение по освещенности

Обзор получился достаточно большим со множеством фотографий и иллюстраций, поэтому результаты разделил на 2 части. Продолжение во второй части, тесты по ГОСТ и сравнение освещенности по таблице.

Контактные линзы со встроенным дисплеем

Xakep #241. Взлом игр

Кому нужны очки Google Glass, если можно вмонтировать дисплей прямо в контактную линзу, да ещё получить дополнительные бонусы вроде отслеживания состояния здоровья. Когда-нибудь мы сможем печатать такие линзы на 3D-принтере, считают изобретатели из Принстона.

Большинство современных принтеров работают с пластиком или металлом, но в Принтстоне разработали 3D-принтер, печатающий 5-слойные контактные линзы, в котором один из слоёв испускает световые волны в глаз. То есть работает как дисплей.

Линзы изготавливаются из прозрачного полимера с несколькими компонентами. Дисплей состоит из светодиодов наноразмера (около 0,1 нм) на квантовых точках. Вроде тех, что используются в LED-телевизорах последнего поколения, как Sony Triluminos.

На других слоях наносят электроцепи из наночастиц серебра и органические полимеры, которые тоже могут работать в цепи.

Одна из проблем, которую решили учёные, — подстройка формы контакт-линзы под уникальную форму глазного яблока человека. Пришлось тщательно подстраиваться с помощью двух камер. Похоже, что в будущем такие линзы будут изготавливаться по индивидуальным заказам.

Научное исследование выполнялось по заказу и при финансовой поддержке Военно-воздушных сил США. Очевидно, те рассчитывают применять такие линзы для удобной трансляции лётных данных в глаз пилота. К тому же, линзы могут отслеживать состояние здоровья пилота без применения инвазивных имплантатов, в том числе проверять наличие биомаркеров, связанных с усталостью, говорит один из авторов научной работы.

Остаётся ещё небольшая проблема с токсичностью химикатов, из которых делают квантовые точки (селенид кадмия и проч.).

Автопризма › Блог › КАКИЕ BI-LED ЛИНЗЫ ЛУЧШЕ?! ОБЗОР 8-МИ СВЕТОДИОДНЫХ ЛИНЗ И СРАВНЕНИЕ С БИКСЕНОН ЛИНЗОЙ HELLA 3R.

Друзья,
Выкладываем долгожданный тест светодиодных Bi LED линз, подготовленный по нашему заказу ребятами с сайта led-obzor.ru. Начало тестирования
Оригинал статей можете найти на их, или на нашем сайте biled.ru Обзор состоит из двух частей, фото очень много, в рамках одной статьи на DRIVE2 не получается выложить, есть ограничение по кол-ву фотографий.
По результатам теста, нам понравились 2 типа линз.
— Лидер теста — Линза №3 Lumisfera- FAR, эта линза «сердцем» которой является led чип от OSRAM. Она имеет наиболее сбалансированные показатели: максимальную дальность и среднюю ширину освещения (шире и дальше чем популярные Optima и GTR),
— А также линза с самым широким освещением №1 Lumisfera-Wide. Хотя led-obzor, обозначил что у линзы Lumisfera-Wide из-за слишком высокой яркости и нахождения светового пятна в ближней зоне может возникнуть самоослепление, мы это не заметили при тестировании данной линзы и были очень впечатлены светом, который выдает данный образец, будем тестировать ее дальше и делать выводы.
Бренд Lumisfera, это наше внутреннее название, мы пока не раскрываем реальных производителей данной продукции, единственное можем сказать, что на Российском рынке данные линзы не продаются, мы возможно включим их в наш ассортимент, если они покажут в дальнейшем хорошие результаты. Большие надежды на Lumisfera-Wide, это действительно качественный продукт, с впечатляющими показателями при цене немного дороже чем известные bi led линзы от Optima.

ЧАСТЬ №1. КОНСТРУКЦИЯ ЛИНЗ.

Каждый автолюбитель хочет максимально улучшить головной свет своего автомобиля, чтобы повысить безопасность своего движения. В настоящее время популярность набирают светодиодные линзы (модули, билинзы) с установленными Лед диодами. Это позволяет более тонко настраивать световой поток на выходе модуля, то есть получить освещенность выше, чем у ксенона почти в 2 раза. Светодиоды можно расположить любым способом в любом месте, хоть кругом, хоть параллелепипедом.

В обзоре и тестировании участвуют 8 диодных билинз диаметром 3 дюйма. Была ещё одна отечественного производителя под названием Lossew, но по техническим причинам она не участвует в тестах. Фирменные биледы представлены последними моделями BiLedKoito и Optima.

Существует много вариантов названий билинз, чаще всего называют:
— светодиодные линзы в фары;
— biled линзы;
— biled модули;
— би лед линзы.
эти синонимы помогут вам при поиске дополнительной информации.

Тестирование по ГОСТ и сравнение будут размещены во второй части.

Конструкция билинз и биледов

Биледы относятся к классу билинз, которые сочетают в себе одновременно ближний и дальний свет. Режим работы переключается при помощи шторки, которую передвигает соленоид.

Конструктивно светодиодные линзы схожи с биксеноном и бигалогеном. Только у BiLed модуля свет направлен в верхнюю часть отражателя. Край шторки задаёт светотеневую границу.

Светотеневая граница (сокращённо СТГ) ближнего света задаётся краем шторки.

Чтобы у читателей не было сомнений в результатах, предоставлю основное используемое оборудование:
1. тепловизор Thermal Seek Compact Pro 240 на 320 точек;
2. измеритель пульсаций светового потока RadexLupin;
3. спектрометр UPRtek MK350;
4. большая и малая фотометрическая сфера.

На тепловизор ThermalSeekCompactPro и спектрометр UPRtek MK350 написаны подробные обзоры с примерами измерения галогенок, ксенона, прожекторов, светильников и автоламп.

Внешний вид образцов

Бренд производителя
№1 Lumisfera — Wide
№2 i-Lens
№3 Lumisfera — Far
№4 DLand
№5 GTR-Mini
№6 Koito (Оригинал)
№7 AYD (в России BILED HELLA R)
№8 Optima
Hella 3R Би-Ксенон. Копия Hella 3

Мощность и световой поток

Сначала у образцов были измерены все технические параметры, в том виде, как они были собраны на заводе. По мере тестирования образцы разбирались и замерялись остальные параметры. Для наглядного сравнения используется популярная биксеноновая линза Hella 3R, китайская копия Хеллы.

Перед замером мощности прогреваем каждый образец в течение 60 минут. Мощность непосредственно на светодиоде измерялась отдельно, это позволяет выявить КПД драйвера.

Для замера светового потока образец разбирался, чтобы остались только диоды и система охлаждения, затем помещался в большую фотометрическую сферу. Максимальный светопоток получился у i-Lens, собранном на 4 Cree XHP35.

ВАЖНО! Количество люмен и мощность не являются главным фактором определения эффективности на дороге. Любая оптическая система имеет свою эффективность и определенное фокусирование в зависимости от назначения. Поэтому не стоит смотреть только на Люмены!

В светодиодных линзах для автомобильных фар установлены светодиоды разных производителей. Кроме фирменных Osram, LG, Cree есть малоизвестный китайский вариант Zeus 7070. Он относится к специализированным, рассчитанным на ближний и дальний свет свет. Производитель www.gpiled.com/cob обещает приличные характеристики на него, но спецификации не раскрывает.

На качество отвода тепла влияет материал подложки, на которой размещён светодиод. Теплопроводность меди в 2 раза выше алюминия и стоит дороже. Но если сборка некачественная и контакт с радиатором плохой, то никакая медь не поможет.

Пульсации светового потока показывают, насколько хорошо блок питания справляется с нагрузкой. Если драйвер не справляется, светопоток будет пульсировать, и сильно нагружать ваши глаза и гораздо быстрее будет наступать утомление. У лампы накаливания этот показатель равен 15%. При результате 1-2% пульсации полностью отсутствуют, учитывая погрешность самого измерительного прибора.

Контактные линзы-дисплеи заменят собой Google Glass

Специально для тех, кто стесняется носить цифровые очки Google Glass, исследователи разрабатывают альтернативу в виде контактных линз. Именно они смогут однажды заменить экраны смартфонов. Научные работники нескольких институтов, включая две исследовательские лаборатории Samsung, разработали электронные контактные линзы на основе наноматериалов. Новые материалы помогут сделать надеваемые на глаза дисплеи более практичными, уверены ученые.

Группа исследователей во главе с инженером-химиком Чан-Юн Парком из южнокорейского Национального научно-технологического института Ульсан, встроила в стандартные мягкие контактные линзы светоизлучающий диод. Это удалось сделать благодаря разработанному ими же материалу — прозрачному, высоко проводящему и эластичному соединению графена и серебряных нитей наноразмера, пишет интернет-издание Technology Review.

Тестирование линз проводилось на кроликах, чьи глаза по размеру очень похожи на глаза человека. В ходе пятичасовых испытаний не удалось выявить никаких побочных эффектов. Подопытные животные не терли глаза лапами, не было никаких покраснений, электроника продолжала работать. Исследовательская работа была напечатана в научном журнале Nano Letters, публикуемым Американским химическим обществом ежемесячно.

Стоит отметить, что в данном направлении уже проводились исследования. Например, швейцарская компания Sensimed разработала специальные контактные линзы для круглосуточного мониторинга внутриглазного давления у больных глаукомой. Другие исследователи, в числе которых профессор Вашингтонского университета и основатель проекта Google Glass Бабак Парвиз, разработали дисплей в виде контактной линзы. Однако в основе обоих устройств лежали негибкие или непрозрачные материалы.

Парк намерен сделать мягкие и прозрачные контактные линзы с функционалом носимого компьютера:

Нашей целью является создание носимого дисплея в виде контактных линз, который по своим функциям и возможностям не уступает цифровым очкам Google Glass.

Для этого потребовался прозрачный и гибкий материал с высокой проводимостью. Традиционные несгибаемые дисплеи используют прозрачный проводник из хрупкого соединения оксида индия и олова, наносимый при высокой температуре, что губительно для контактных линз.

Хотя органические проводники, графен и нанонити хорошо пропускают свет и сгибаются, они не обладают достаточной проводимостью.

Работая в команде с учеными из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне, Парк обнаружил, что прокладывание между слоями графенового композита серебряных нанонитей уменьшает электрическое сопротивление проводящего материала. Электрод, полученный путем нанесения жидкого раствора наноматериалов на вращающуюся поверхность при низкой температуре, отличается эластичностью и высокой проницаемостью для света (94 процента).

Исследователи из лаборатории Samsung помогли им покрыть контактную линзу гибким электродом, а затем поместить на нее светодиод. Называть получившееся дисплеем пока рано, хотя бы потому, что он обладает всего одним пикселем, но вполне вероятно, что разработанный материал в будущем будет использоваться для производства так называемых контактных дисплеев, говорит профессор Герберт Де Смет из Гентского университета (Бельгия), не принимавший участие в данной работе.

Сами авторы исследования считают, что электронные контактные линзы намного перспективнее тех же виртуальных очков. Фотографирование и видеосъемка с помощью контактных линз перестает быть фантастикой.