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加州理工实现一种新型平板光学镜片的开发

2017-01-03 09:14
络遇
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加州理工学院的工程师已经开发了一种平板光学镜片,是一种可以很容易地大规模生产和集成的图像传感器系统,为从手机到医疗等设备中所用的一切相机更加廉价和轻便奠定铺平道路。

该技术依赖于两个堆叠的人工结构平面。人工结构平面的材料电磁特性是可以根据需求改变的。在这种情况下,人工结构平面上会星罗棋布小于一微米的硅柱,其构成通道会改变穿过其中的光。

“从列文虎克时代以来,直到现在,我们制造镜头的方式并没有太大的变化。”加州理工的Andrei Faraon说,他指的是安东尼·范·列文虎克,后者是荷兰的一名科学家和镜头制造商,他创造了第一个显微镜。

Faraon是加州理工学院工学部应用物理和材料科学专业助理教授科学,他与加州理工学院的博士后研究员Amir Arbabi和来自三星电子的Seunghoon Han共同开发这种新型的透镜系统。他们的研究工作发表在近日的《自然通讯》杂志上。

一种典型的由塑料或玻璃制成的透镜会有一个弯曲的形状特性,并使入射光的路径弯曲到一个焦点。这是因为光通过透镜边缘的较薄的玻璃时比通过在中心的较厚的玻璃会更快地传播。

这种人工结构平面可以完成同样的任务,使用硅材料纳米点,在这种600纳米高,且有数百个不同直径纳米材料柱上。(而一根头发的大小约是100000纳米宽)每一个人工结构平面点都有着千万个这种纳米点。光的传播速度在较小直径纳米点上要比通过直径较大的纳米点要快,所以通过控制纳米点的宽度可允许工程师微调光线通过人工结构平面的路径以创建整个平面镜片的路径。

早期在人工结构平面上利用纳米点的实验产生的图像会在透镜的边缘变得模糊,就像一个放大镜。然而,通过把两个人工结构平面耦合在一起,其结构上纳米点的出侧方向一致,工程师们能够创造一个透镜系统,可以从70度角的范围内捕捉和聚焦光线,使该技术首次可用于在显微镜和摄像机成像应用中。

“像这种的人工结构平面可以很容易地进行大量的生产,正像制造大量的计算机芯片的方式,”Arbabi说。“这意味着,这可能是一个便宜和易于扩展的方式,来创建直径只有几毫米微小的镜头。”

此外,该镜头可以无缝与CMOS(金属氧化物合金半导体)图像传感器相集成,因为它们使用相同的材料和制造技术。CMOS图像传感器是数码摄影中所应用的微芯片,并在喷气推进实验室进行研究开发。

平面化、低重量、廉价的镜头在各种消费类电子产品相机或者医疗器械如内窥镜中都有配备的需求,Faraon说。

接下来,该小组计划将这些镜头集成到小型化的照相机和显微镜中,并扩展其功能和操作带宽。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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