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动态可调谐的智能透镜可实现杂光学功能

2019-07-27 文章来源:IntelligentThin 阅读原文

导读 

据西班牙光子科学研究所官网近日报道,该研究所与法国巴黎视觉研究所的研究人员密切合作开发出一种动态可调谐的智能透镜,它几乎可以实现任何杂的光学功能。

背景 

移动设备上的摄像头性能,已经被证是大多数终端用户所追求的特性之一。 

改善光学图像质量的重要性,以及智能手机越来越薄的趋势,迫使生产商们增加摄像头的数量,举几个例子来说,可以为手机提供更好的变焦、低曝光高质量摄影、半身。但是向小型化的光学装置增加额外的透镜,并驱动光线通过电子器件聚焦,并不像看起来那么容易,特别是在小尺度上或者如此狭窄的空间中。 

在毫米厚度的手机、微型显微镜或者医疗内窥镜远端集成可动态调节的变焦镜头需要杂的透镜组,这些透镜可以处理全光谱,并在几毫秒内用电改变形状。迄今为止,一种称为“液晶空间光调器”的软材料成为了高分辨率光整形所选择的工具,但是实现这种工具已经被证受到性能、体积和成本的约。 

创新 

近期发表在《自然光子学(Nature Photonics)》期刊上的一项研究中,来自法国巴黎视觉研究所(Institut de la Vision)的 Pascal Berto、Chang Liu、Gilles Tessier 与西班牙光子科学研究所(ICFO)教授 Romain Quidant 领导的研究人员 Laurent Philippet、Johann Osmond、Adeel Afridi、Marc Montagut、Bernat Molero 密切合作,演示了一项在没有任何机械运动的情况下操控光线的可调节技术。

 

安装在光学仪器显微镜中的智能透镜示意图(图片来源:Marc Montagut)

 

技术 

在这个创造“智能透镜(Smartlens)”的新方案中,电流通过经良好优化的微米级电阻,局部地加热,从而改变容纳电阻的透聚合物板的光学特性。如同海市蜃楼(光线通过热空气时发生折射创造出遥远湖泊的幻象)一样,这种微观的热区域能够折射光线。

 

智能透镜的示意图(图片来源:Marc Montagut)

 
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在几毫秒之内,这个简单的聚合物板可以变成一个透镜,也可以变回来。微米级的小型智能透镜加热与冷却得非常迅速,且功耗很小。它们可以造成阵列,论文作者们展示了利用位于每个物体前面的智能透镜,即使场景是彩色的,也可以将位于不同距离的几个物体在一幅图像上聚焦。 

通过对于热扩散和光线传播进行建模,并采用受自然选择法则启发的算法,论文作者们展示了他们可以超越简单的透镜:一个设计得当的电阻能非常高水平地控光线的形状,并实现多种多样的光学功能。例如,如果适当的电阻被压印在聚合物板上,一块聚合物可以随意地“激活”或者“灭活”,以生成给定的“自由形状”,并纠正我们视力中的特殊缺陷,或者光学仪器的像差。 

价值 

Romain Quidant 指出:“引人注目的是,这种智能透镜技术是节约成本并可扩展的,已经被证有望应用于高端技术系统以及面向终端用户的简单成像设备。”这项研究的成果为开发低成本的动态可调谐设备打开了一个新的窗口,这些设备将对于现有光学系统产生很大的影响。 

关键字 

成像、摄像头、光学 

参考资料 

1.Pascal Berto, Laurent Philippet, Johann Osmond, Chang Franois Liu, Adeel Afridi, Marc Montagut Marques, Bernat Molero Agudo, Gilles Tessier, Romain Quidant. Tunable and free-form planar optics. Nature Photonics, 2019; DOI: 10.1038/s41566-019-0486-3

2.http://www.icfo.eu/newsroom/news/4476-shaping-light-with-a-smartlens

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