Новости космоса и технологий. » Физика » Инженеры создают полностью плоские линзы типа «рыбий глаз»

Инженеры создают полностью плоские линзы типа «рыбий глаз»

Опубликовал: Admin, 19-09-2020, 16:57, Физика, 155, 0

Инженеры создают полностью плоские линзы типа «рыбий глаз»

Чтобы запечатлеть панорамные виды в одном кадре, фотографы обычно используют линзы «рыбий глаз» - сверхширокоугольные линзы, сделанные из нескольких кусков изогнутого стекла, которые искажают падающий свет и создают широкие, похожие на пузырьки изображения. Их сферическая конструкция из нескольких частей делает линзы типа «рыбий глаз» громоздкими и зачастую дорогостоящими в производстве.

Теперь инженеры Массачусетского технологического института и Массачусетского университета в Лоуэлле разработали широкоугольный объектив линза это совершенно плоский. Это первый плоский объектив типа «рыбий глаз», обеспечивающий четкое панорамное изображение на 180 градусов. Конструкция представляет собой тип «металины», тонкого, как пластина, материала с микроскопическими элементами, которые работают вместе, чтобы управлять свет определенным образом.

В этом случае новая линза «рыбий глаз» состоит из единого плоского, миллиметрового куска стекла, покрытого с одной стороны крошечными структурами, которые точно рассеивают падающий свет для получения панорамных изображений, как это сделала бы обычная изогнутая многоэлементная линза «рыбий глаз». Объектив работает в инфракрасной части спектра, но исследователи говорят, что его можно модифицировать для захвата изображений и с использованием видимого света.

Новый дизайн потенциально может быть адаптирован для ряда приложений с тонкими сверхширокоугольными объективами, встроенными непосредственно в смартфоны и ноутбуки, а не физически прикрепленными как громоздкие надстройки. Низкопрофильные линзы также могут быть интегрированы в медицинские устройства визуализации, такие как эндоскопы, а также в очки виртуальной реальности, носимую электронику и другие устройства компьютерного зрения.

«Этот дизайн стал в некоторой степени неожиданностью, потому что некоторые думали, что будет невозможно создать металинзу со сверхширокоугольным обзором», - говорит Цзюэджун Ху, доцент кафедры материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института. «Тот факт, что это действительно может создавать изображения« рыбий глаз », полностью превосходит ожидания.

Это не просто изгиб света - это изумление».

Ху и его коллеги опубликовали свои результаты сегодня в журнале Нано-буквы . Соавторами Ху в Массачусетском технологическом институте являются Михаил Шалагинов, Фан Ян, Питер Су, Доминика Лизва, Анурадха Агарвал и Тиан Гу, а также Сенсонг Ан и Хуалян Чжан из UMass Lowell.

Дизайн тыльной стороны

Металлы, хотя в значительной степени все еще находятся на экспериментальной стадии, могут существенно изменить область оптики. Ранее ученые разработали металины, которые производили изображения с высоким разрешением и относительно широкоугольными изображениями до 60 градусов. Для дальнейшего расширения поля зрения традиционно потребовались бы дополнительные оптические компоненты для коррекции аберраций или размытости - обходной путь, который добавлял бы объемности конструкции металинзы.

Вместо этого Ху и его коллеги придумали простой дизайн, не требующий дополнительных компонентов и обеспечивающий минимальное количество элементов. Их новая металинза представляет собой цельную прозрачную деталь из фторида кальция с тонкой пленкой теллурида свинца, нанесенной на одну сторону. Затем команда использовала методы литографии, чтобы вырезать узор из оптических структур на пленке.

Каждая структура, или «метаатом», как их называет команда, имеет форму одной из нескольких наноразмерных геометрий, таких как прямоугольная или костная конфигурация, которая определенным образом преломляет свет. Например, свету может потребоваться больше времени, чтобы рассеяться или распространиться от одной формы по сравнению с другой - явление, известное как фазовая задержка.

В обычных линзах типа «рыбий глаз» кривизна стекла естественным образом создает распределение фазовых задержек, которое в конечном итоге дает панорамное изображение. Команда определила соответствующий узор из метаатомов и вырезала этот узор на задней стороне плоского стекла.

«Мы спроектировали структуры задней стороны таким образом, чтобы каждая часть могла обеспечить идеальный фокус», - говорит Ху.

На лицевой стороне группа разместила оптическую апертуру или отверстие для света.

«Когда свет проходит через это отверстие, он преломляется на первой поверхности стекла, а затем рассеивается под углом, - объясняет Шалагинов. - Затем свет будет попадать в разные части тыльной стороны под разными, но непрерывными углами. . Если вы правильно спроектируете заднюю сторону, вы можете быть уверены в том, что получите высококачественное изображение для всего панорамного вида ».

.

По всей панораме

В одной из демонстраций новый объектив настроен на работу в средней инфракрасной области спектра. Команда использовала установку обработки изображений, оснащенную металинзой, для создания снимков. Затем они сравнили качество снимков, сделанных под разными углами по всей сцене, и обнаружили, что новый объектив дает четкие и четкие изображения полос даже по краям поля зрения камеры, охватывая почти 180 градусов.

«Это показывает, что с помощью наших методов мы можем достичь идеального качества изображения практически для всего 180-градусного обзора», - говорит Гу.

В другом исследовании команда разработала металинзу для работы в ближнем инфракрасном диапазоне. длина волны с использованием наностержней аморфного кремния в качестве метаатомов. Они подключили металинзу к моделированию, используемому для тестирования инструментов визуализации. Затем они загрузили в симуляцию сцену Парижа, состоящую из черно-белых изображений, сшитых вместе, чтобы создать панорамный вид. Затем они провели симуляцию, чтобы увидеть, какое изображение даст новый объектив.

«Ключевой вопрос заключался в том, покрывает ли объектив все поле зрения? И мы видим, что он захватывает все, что попадает в панораму», - говорит Гу. «Вы можете видеть здания и людей, и разрешение очень хорошее, независимо от того, смотрите ли вы в центр или по краям».

Команда говорит, что новый объектив можно адаптировать к другим длинам волн света. Например, чтобы сделать подобную плоскую линзу типа «рыбий глаз» для видимого света, Ху говорит, что оптические элементы, возможно, придется сделать меньше, чем сейчас, чтобы лучше преломлять этот конкретный диапазон длин волн. Материал линзы также придется изменить. Но общая архитектура, разработанная командой, останется прежней.

Исследователи изучают возможности применения своего нового объектива не только в качестве компактных камер «рыбий глаз», но и в качестве панорамных проекторов, а также датчиков глубины, встроенных непосредственно в смартфоны, ноутбуки и носимые устройства.

«В настоящее время все 3-D датчики имеют ограниченное поле зрения, поэтому, когда вы убираете лицо от смартфона, он вас не узнает», - говорит Гу. «У нас есть новый 3-D датчик, который обеспечивает панорамное профилирование глубины, что может быть полезно для бытовых электронных устройств».


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии