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基于納米結(jié)構(gòu)的超表面光學(xué)技術(shù)，微型相機(jī)縮小至鹽粒大小

來(lái)源：時(shí)間：2022-08-22 10:59:34 瀏覽：2272次

近幾十年來(lái)，相機(jī)不斷小型化，使其不僅在日常生活中更便攜，還能夠廣泛用于科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)成像、安全技術(shù)、智能手機(jī)、機(jī)器人和自動(dòng)駕駛汽車(chē)等。而更小的微型相機(jī)還可以在微創(chuàng)醫(yī)學(xué)、納米機(jī)器人、可穿戴設(shè)備或 AR 和 VR 中實(shí)現(xiàn)許多新應(yīng)用。不過(guò)，現(xiàn)有的小型相機(jī)方案受到基本的光學(xué)技術(shù)局限，比如透鏡體積還是難以縮小。

超表面光學(xué)微型相機(jī)

一些無(wú)鏡頭相機(jī)設(shè)計(jì)通過(guò)振幅掩膜來(lái)替換光學(xué)元件，以縮小相機(jī)尺寸，缺點(diǎn)是空間分辨率有限，圖像采集時(shí)間長(zhǎng)。

而為了解決上述問(wèn)題，近期普林斯頓和華盛頓大學(xué)組成的科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出粗鹽粒大小的相機(jī)。其原理基于超表面人工光學(xué)材料，其特點(diǎn)是厚度小于波長(zhǎng)，可靈活控制電磁波振幅、相位、極化方式、傳播模式。

目前，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)受到關(guān)鍵機(jī)構(gòu)和科技巨頭關(guān)注，包括獲得美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、美國(guó)國(guó)防部、UW Reality Lab支持，其中UW Reality Lab的資助方包括Futurewei（前身為華為在美國(guó)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)）、Meta、谷歌、亞馬遜等。

細(xì)節(jié)方面，該方案將神經(jīng)算法與納米結(jié)構(gòu)集成。利用微型圓柱結(jié)構(gòu)取代透鏡。偏振不敏感的納米光學(xué)成像方案，色域在400到700納米之間，成像范圍40°，最大光圈f2。

在《自然》期刊中，科研人員發(fā)表了一篇名為“應(yīng)用于高質(zhì)量薄透鏡成像的神經(jīng)納米光學(xué)方案”的論文，詳細(xì)闡釋了這款微型相機(jī)的原理和拍攝效果，并指出如果用數(shù)千個(gè)這樣的微型攝像頭組成陣列，則可實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景感知，為物理表面帶來(lái)成像功能。

據(jù)了解，超表面技術(shù)可制造薄如發(fā)絲的微型透鏡（Metalens），應(yīng)用于攝像頭、醫(yī)療器械、車(chē)載傳感器/雷達(dá)、AR/VR、全息顯示等場(chǎng)景。超表面工藝有望成為未來(lái)創(chuàng)新光學(xué)的基礎(chǔ)，就像晶體管縮小電子產(chǎn)品體積那樣，對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)小型化具有重要意義。

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