集成成像
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
集成成像的實例教程
威斯康辛大學的系統結合了同步x射線成像和衍射——一種利用材料散射x射線的方式來重建形狀的過程。高能同步輻射x射線使研究人員能夠在打印系統工作時，以前所未有的細節觀察材料隱藏的內部是如何工作的。熱成像相機可以讓他們研究工藝過程中監控溫度的變化，而可見光相機可以讓他們研究零件表面結構的變化。
“這項技術非常令人著迷，”該小組的機械工程研究生Luis Izet Escano說?！爸恍柙谖覀兊臋C器上運行一次，我們就能同時看到打印過程的多個關鍵點?！?△2019年，他們的Al-10Si-Mg激光粉末床熔合過程的高x射線圖像。激光功率設定為520 W，掃描速度為0.6 m/s。在30,173 Hz下記錄x射線圖像，有效曝光時間為100 ps。在圖像中，定量測量了熔體池和汽壓形態、凝固速率、熔體流動速度和粒子濺射速度。還揭示了不同缺陷的產生機制。圖片來IZET ESCANO
該團隊克服了在研究電子束粉末床融合過程遇到的幾個關鍵技術難題。例如，保持了過程所需的高真空，減輕了測量中真空泵的振動，制造特殊的觀察口，使同步加速器的x射線能夠有效地穿透。
他們宣稱，該技術不僅是世界上第一個可以多方面觀察電子束粉末床熔融打印過程的“窗口”，而且未來具有更為廣闊的用途。
“系統的開發和集成一直是一個巨大的挑戰，因為它需要多個工程領域的專業知識，”Escano說。“現在，我們機器的靈活性使我們能夠非?？焖俚剡M行實驗和收集數據——這將加速我們對這種3D打印技術的基本理解和研究。”
展開 周期型懸浮圖樣案例分析
簡介
周期型懸浮圖樣基于集成成像技術實現，該技術作為自動立體與多視角三維成像方法的核心，通過二維微透鏡陣列捕獲并重現光場，最早由 Gabriel Lippmann 于 1908 年提出。目前，周期型懸浮圖樣廣泛應用于裸眼 3D 顯示、消費電子智能背板、車載 HUD 顯示等領域，可顯著提升視覺交互的逼真度與沉浸感。OAS 光學軟件憑借其高精度幾何光學建模、非序列光線追跡及光場分析能力，成為周期型懸浮圖樣設計與優化的專業工具。
案例設置與操作
參數設置
在 OAS 軟件中定義微透鏡陣列參數，設置單透鏡焦距為 200μm、陣列周期 50μm，透鏡面型為球面；字符陣列選用 “OAS” 圖案中的字母A，像素尺寸 10μm×10μm，陣列周期小于透鏡周期。
探測器設置
設置探測面與基板的垂直距離范圍為 5-15mm，采樣精度設為 1μm，以捕獲細微光場分布。
模型構建
在玻璃基板兩側分別生成微透鏡陣列與字符陣列：微透鏡陣列構建球面輪廓，字符陣列完成圖案化；調用OAS的表面散射功能設置微透鏡表面反射率。
光線追跡
選擇軟件非序列模式追跡，該模式可精準捕捉光在微透鏡折射、基板透射、字符陣列反射 / 透射的完整路徑，避免傳統序列追跡對光場重現的信息丟失；追跡次數設為 100 萬條光線，確保統計精度。
周期型懸浮圖樣
總結
本案例通過 OAS 軟件完成周期型懸浮圖樣的建模、追跡與分析。未來，OAS 可進一步拓展該技術在 AR 眼鏡顯示、智能座艙交互面板等領域的應用，為集成成像類產品的快速迭代提供專業光學仿真支撐。
展開 微透鏡陣列是由微米級或亞毫米級透鏡按一定規律排列而成的陣列，被廣泛應用于光學和光子學領域，包括立體顯示、光均勻化、光束整形和三維成像等。與單個透鏡相比，微透鏡陣列可以收集每一點上的信息，如入射光線的強度和角度。在集成成像系統中，微透鏡陣列上的透鏡從不同的觀察角度在不同的空間位置捕捉一組子圖像，而這些圖像可以被重建在一起以提供一個偽視覺。此外，在光場成像系統中，位于物鏡和圖像傳感器之間的微透鏡陣列能夠在單次攝影曝光下收集空間和方向信息，無需聚焦于3D物體。大多數的微透鏡陣列中，所有透鏡的焦距都是相同的，這導致景深狹窄、深度感知能力有限。因此，這些微透鏡陣列不能直接獲取距離不同的物體的清晰圖像。
近日，上海理工大學張大偉教授課題組提出了一種多焦距微透鏡陣列的制作方法。該微透鏡陣列制造過程具體如下：首先，利用摩方精密面投影微立體光刻3D打印技術（nanoArch P140，BMF Precision，Shenzhen, China）制備出孔壁呈不同傾斜角度的微孔陣列，再采用旋涂的方法使微孔中殘留部分光敏樹脂并得到不同曲率的液面，最后經過PDMS翻模即可得到多焦距微透鏡陣列。該多焦距透鏡陣列能夠擴展成像景深，具有感知物體深度的能力。該成果以“Fabrication of uniform-aperture multi-focus microlens array by curving microfluid in the microholes with inclined walls”為題發表在光學期刊Optics Express上。
展開 為了實現手機外觀設計的差異化，各家廠商開始在手機背殼上越來越多地應用新型光學成像技術。當前，使用集成成像技術的懸浮成像技術開始被多家手機廠商應用于其高端型號的背板設計上。
懸浮成像技術，又稱空中成像技術，是一種通過特殊的光學裝置將圖像投射到空中，形成懸浮在空中的三維立體影像技術。作為一種全新的顯示和交互技術，懸浮成像技術的獨特魅力體現在其能夠在無實體接觸的情況下實現立體、真實的空中成像，并支持直觀的人機交互體驗。
近年來，在相關企業的積極推動下，搭載這一先進技術的產品正在逐步從實驗室走向市場，實現商業化落地。例如，部分智能座艙、懸浮精靈以及車載顯示產品已成功實現了規模化量產。但由于懸浮成像技術的設計和仿真難度，供應商通常要耗費比通常設計更多的時間成本和打樣次數來獲得理想的產品效果。因此，供應商們需要通過光學仿真軟件來實現最優的產品解決方案。
作為一款專業用于光學設計、環境與視覺模擬系統、成像應用的光學仿真軟件，Ansys Speos提供完美的可視化光學系統和直觀的人機交互平臺。基于三維模型CAD數據，Ansys Speos進行人眼視覺分析和人因環境評估，在產品設計階段對方案可行性進行驗證，在設計前期發現、反饋和處理問題，實現最優的產品解決方案。
基于此，7月18日，Ansys 系列網絡研討會將推出「Ansys 光學在手機背殼立體成像中的應用」主題。在本次研討會中，將介紹通過Ansys Speos搭建和仿真懸浮成像技術的方法，幫助設計者預測產品成像效果，定位設計錯誤，降低打樣次數從而降低設計成本。另外Ansys Speos 支持在VR頭顯中直接觀察懸浮成像效果，相比于普通屏幕，通過VR頭顯，設計者可以直接觀察到產品的懸浮效果，實現對設計更加高效的評估。
展開 然而，盡管有這些系統改進，傳統的PμSL方法使用的成像平臺依賴于單孔徑成像系統，在該系統中，入射圖像直接聚焦在單個平面區域。因此，像素化數字投影系統的空間帶寬乘積(SBP)，從根本上限制了空間信息的傳輸量。SBP定義為實現最大信息容量所需的像素數。無論成像光學的數值孔徑(NA)或放大倍數(M)如何，傳統PμSL平臺的收縮壓一般都在百萬像素范圍內。這導致了可實現的最小特征大小和總圖像面積之間的權衡。為了進一步推進微結構3D打印在生產中的應用，必須消除這種權衡。
這個問題可以潛在地通過使用圖像倍增策略(即，數字增加)結合平面微光學成像系統來解決。隨著低成本和大規模微透鏡陣列制造技術的不斷發展，微光學器件已成為集成成像3D顯示器等大面積顯示應用的有前途的工具。這些制造技術的一個好處是它們是可伸縮的。微光學成像設備的圖像倍增，已經在塔爾博特陣列照明和微透鏡投影光刻中得到了證明，可用于制造亞微米的二維晶格結構。然而，靜態掩模的使用，將成像功能限制在單個物體的簡單復制上，不能滿足二維平面結構之外的多層復雜建筑的設計要求。
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集成成像的最新內容
3.3 光譜傳感：片上集成與快照成像
光譜維度的片上集成是近年來發展最為迅速的領域之一。
AI增強片上光譜儀方面，2025年的一項研究展示了一種基于硅平臺的緊湊型抗噪聲重構式片上光譜儀，在640nm至1100nm范圍內達到小于0.05 RMSE和8nm分辨率，占地面積僅0.4mm2。[28] Fraunhofer IST在2025年展示了可直接集成到CMOS圖像傳感器中的干涉濾波器。
超表面計量學的光學屬性4個月前
例如，已展示的基于超表面的全斯托克斯偏振相機，可實現高精度的偏振測量，其示意圖如圖5（a）所示 ；還有將超表面集成到CMOS成像傳感器上的波前分割型偏振計，能以較高精度確定斯托克斯矢量，其示意圖如圖5（b）所示 。
圖5 基于超表面的（a）偏振相機示意圖，（b）偏振計示意圖
超表面在相位表征技術方面也有望帶來變革。
超表面高階微分器助力光學計算突破4個月前
系統集成：4f成像系統仍較復雜，未來可將透鏡功能集成到超表面中，實現全平面光學計算。制造工藝：納米結構的加工精度和一致性需進一步提升，以支持大規模應用。
研究團隊表示，這項技術有望在5-10年內走向實用化，率先應用于高端顯微鏡和半導體制造設備。正如論文通訊作者陳立湘教授所言：“超表面正在重新定義光學的可能性，從計算到成像，我們才剛剛開始?！?/div>
未來，OAS 可進一步拓展該技術在 AR 眼鏡顯示、智能座艙交互面板等領域的應用，為集成成像類產品的快速迭代提供專業光學仿真支撐。
當前，使用集成成像技術的懸浮成像技術開始被多家手機廠商應用于其高端型號的背板設計上。
懸浮成像技術，又稱空中成像技術，是一種通過特殊的光學裝置將圖像投射到空中，形成懸浮在空中的三維立體影像技術。作為一種全新的顯示和交互技術，懸浮成像技術的獨特魅力體現在其能夠在無實體接觸的情況下實現立體、真實的空中成像，并支持直觀的人機交互體驗。
我們認為，在這一領域的太赫茲電路未來還有較大的上升空間，包括集成更復雜的成像算法（例如壓縮感知等），集成更復雜的陣列系統等等。成像技術將與6G通信一起成為太赫茲在未來最關鍵的應用，從而推進太赫茲芯片和系統的進一步發展。太赫茲將成為毫米波之后另一個充滿潛力的頻段，相關的芯片技術和市場應用值得期待。
文章來源：半導體行業觀察
電子束粉末床熔融（EB-PBF）金屬3D打印技術利用電子束對粉末床進行預熱和選擇性熔化，逐層堆積制造三維零件。由于電子束的能量轉換率高，不同材料對電子束能量的吸收率都很高，利用電子束掃描粉末床，可以預熱到1000℃，大大減小了熔融沉積過程的熱應力。
△Luis Izet Escano使用團隊開發的設備研究3D打印制造的金屬零件結構。圖片來IZET ESCANO
隨著低成本和大規模微透鏡陣列制造技術的不斷發展，微光學器件已成為集成成像3D顯示器等大面積顯示應用的有前途的工具。這些制造技術的一個好處是它們是可伸縮的。微光學成像設備的圖像倍增，已經在塔爾博特陣列照明和微透鏡投影光刻中得到了證明，可用于制造亞微米的二維晶格結構。
關鍵內核包括具有標量和矢量內核的下一代DSP、專用深度學習和傳統算法加速器、用于通用計算的最新Arm 和GPU 處理器、集成式下一代成像子系統（ISP）、視頻編解碼器、以太網集線器以及隔離式MCU 島。所有這些都由汽車級安全硬件加速器提供保護。
集成小孔成像及柔性材質使得傳感器厚度控制在0.3mm以下，為光學式FOD業界最薄，且極大緩解困擾業界已久的大面積指紋貼屏幕技術難度高、返工困難等問題。
