Ученые создали первую плоскую линзу типа «рыбий глаз», обеспечивающую четкость изображения.

Функциональность широкоугольной оптики имеет решающее значение для реализации современных устройств формирования изображений и проецирования изображений. Обычно широкоугольная операция достигается за счет сложной сборки множества визуальных элементов. Последние достижения в области нанофотоники привели к появлению метаповерхностных линз или металентанов, нового класса ультратонких плоских линз, в которых используются субволновые наноантенны для полного контроля фазы, амплитуды и / или поляризации света.

Фотографы часто используют объективы «рыбий глаз», чтобы запечатлеть панорамные виды за один снимок. Эти линзы типа «рыбий глаз» состоят из множества изогнутых кусков стекла, которые искажают падающий свет, создавая широкие, похожие на пузыри изображения.

Но из-за своей сферической конструкции, состоящей из нескольких частей, эти линзы становятся очень громоздкими и зачастую дорогостоящими в производстве.

Инженеры Массачусетского технологического института и Массачусетского университета в Лоуэлле разработали полностью плоский широкоугольный объектив.

Это объектив «рыбий глаз» основного уровня для получения свежих панорамных изображений на 180 градусов. Конструкция представляет собой тип «металины», тонкого как пластина материала, разработанного с микроскопическими элементами, которые взаимодействуют для управления светом определенным образом.

Для этой ситуации новая линза типа «рыбий глаз» представляет собой единый плоский кусок стекла миллиметрового размера, покрытый с одной стороны крошечными структурами, которые рассеивают падающий свет для получения всех панорамных изображений, аналогично тому, как это сделал бы обычный изогнутый многоэлементный объектив «рыбий глаз». Объектив работает в инфракрасной части спектра, но аналитики заявляют, что его можно модифицировать для получения изображений в видимом свете.

Фотография линзы сверху, показывающая изготовленную метаповерхность (зеленая зона). Кредиты: Феличе Франкель

Ученые отметили, «Новый дизайн потенциально может быть адаптирован для целого ряда приложений, с тонкими сверхширокоугольными объективами, встроенными непосредственно в смартфоны и ноутбуки, а не физически прикрепленными в качестве громоздких надстроек. 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 ».

Цзюэджун Ху, доцент кафедры материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института, сказал: «Этот дизайн стал в некоторой степени неожиданностью, потому что некоторые думали, что будет невозможно сделать металинзу со сверхширокоугольным обзором. Тот факт, что это позволяет получать изображения «рыбий глаз», полностью превосходит ожидания. Это не просто изгибание света – это изумление ».

Металлиз представляет собой цельную прозрачную деталь из фторида кальция с тонкой пленкой теллурида свинца, нанесенной на одну сторону. Затем ученые использовали 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.

Ху говорит: «Мы спроектировали заднюю структуру таким образом, чтобы каждая часть могла обеспечить идеальный фокус».

На передней стороне линзы размещена оптическая апертура.

Михаил Шалагинов из MIT объясняет: «Когда свет проходит через это отверстие, он преломляется на первой поверхности стекла, а затем рассеивается под углом. Затем свет будет попадать в разные части тыльной стороны под разными, но непрерывными углами. Если вы правильно спроектируете заднюю часть, вы можете быть уверены, что получите высококачественное изображение по всему панорамному виду. Мы спроектировали заднюю структуру таким образом, чтобы каждая часть могла обеспечить идеальный фокус ».

На передней стороне объектива размещена оптическая апертура.

Шалагинов поясняет, что сказал: «Когда свет проходит через это отверстие, он преломляется на первой поверхности стекла, а затем рассеивается под углом. Затем свет будет попадать в разные части тыльной стороны под разными, но непрерывными углами. Если вы правильно спроектируете заднюю часть, вы можете быть уверены, что получите высококачественное изображение по всему панорамному виду ».

Тиан Гу из Массачусетского технологического института сказал: «Это показывает, что с помощью наших методов мы можем добиться идеального качества изображения практически для всего обзора на 180 градусов».

Ученые принято к сведению, «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, которую разработала команда, останется прежней ».

Ссылка на журнал:
  1. Михаил Юрьевич Шалагинов и др. Однослойная панорамная металинза с дифракционно ограниченным полем зрения> 170 °. arXiv: 1908.03626

Leave a Comment