I-Corps: Non-mechanical scanning for laser ranging
I-Corps:用于激光测距的非机械扫描
基本信息
- 批准号:2244845
- 负责人:
- 金额:$ 5万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-12-01 至 2023-11-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The broader impact/commercial potential of this I-Corps project is the development of an incoherent light detection and ranging (LIDAR) system using non-mechanical beam steering with adaptive optical elements based on electrowetting optics. The proposed technology may enable a new generation of systems that are able to adapt to changing conditions and targets. The team will investigate applications such as mapping, agriculture, energy and environmental studies, and more recently, for autonomous navigation and collision avoidance for self-driving cars, drones, and satellites. These applications are all crucial to societal function today. For example, surveying the snow pack can be important for hydroelectric power and drinking water estimates. Other important applications include mapping coastlines as well as determining the health of agricultural crops and trees to predict yields as well as fire risks. Unlike conventional LIDAR systems, the proposed LIDAR design has operational lifetime orders of magnitude longer due to non-mechanical components. This I-Corps project is based on the development of an incoherent light detection and ranging (LIDAR) system using large angle nonmechanical beam steering with electrowetting optical components. The key innovation uses adaptive electrowetting optics, in which the shape of a liquid droplet to be controlled with applied voltage. This phenomenon enables electrically tunable lenses (variable spot size and divergence), prisms (variable steering), and custom-designed optical surfaces (variable wavefront). Two lenses, or a prism, can provide a small amount of steering (few degrees). When this is followed by a miniature fisheye lens, the result is a beam scanning system suitable for LIDAR. With a typical prism scan range of 5o, results have demonstrated nonmechanical beam steering through 180o in two dimensions using a system design with an adjustable spot size and the ability to make patterned beams at speeds of up to 200 Hz. In addition, the proposed technology uses a small ~mm-scale scanner (electrowetting devices and additional optics), low electrical power consumption (mW typical), good optical quality (comparable to fixed microlenses), ability to match a changing situation by tuning spot size and angle, and aberration compensation and adjustable spot size to track an object.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
I-Corps项目更广泛的影响/商业潜力是开发一种非相干光探测和测距(LIDAR)系统,该系统使用基于电润湿光学的非机械光束转向和自适应光学元件。所提出的技术可能使新一代系统能够适应不断变化的条件和目标。该团队将研究地图、农业、能源和环境研究等应用,最近还将研究自动驾驶汽车、无人机和卫星的自主导航和避碰。这些应用对当今的社会功能都至关重要。例如,测量积雪对水电和饮用水的估计很重要。其他重要的应用包括绘制海岸线,以及确定农作物和树木的健康状况,以预测产量和火灾风险。与传统的激光雷达系统不同,由于采用了非机械部件,该激光雷达的工作寿命延长了几个数量级。I-Corps项目的基础是开发一种非相干光探测和测距(LIDAR)系统,该系统使用带有电润湿光学元件的大角度非机械光束转向。关键的创新是使用自适应电润湿光学,其中液滴的形状可以通过施加的电压来控制。这种现象使电可调透镜(可变光斑大小和发散)、棱镜(可变转向)和定制设计的光学表面(可变波前)成为可能。两个透镜,或一个棱镜,可以提供少量的转向(几度)。当这是一个微型鱼眼镜头,结果是一个光束扫描系统适合激光雷达。在典型的棱镜扫描范围为50度的情况下,使用光斑大小可调的系统设计,并能够以高达200赫兹的速度制造图案光束,结果证明了非机械光束在180度的二维范围内的转向。此外,所提出的技术使用小型~mm级扫描仪(电润湿装置和额外的光学元件),低功耗(典型的毫瓦),良好的光学质量(与固定微透镜相当),能够通过调整光斑大小和角度来匹配不断变化的情况,以及像差补偿和可调光斑大小来跟踪物体。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
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