Görüntüleme bilişini tazeleyen ultra ince lens ortaya çıkıyor: odaklanma olmadan, yaklaşık 25 mikron kalınlığında geniş bir alan derinliğine sahip
Belki de yakın gelecekte, iPhone'un "Yuba N Kamerasının" ne kadar çirkin olduğundan şikayet etme fırsatımız olmayacak ve artık SLR oynayabilen fotoğrafçıları kıskanmayacağız. O zamanlar cep telefonları daha hafif ve daha güzel olduğu için, herkes kolaylıkla profesyonel düzeyde fotoğraf ve video çekebilirdi. "Çok lensli kameralar" artık mevcut olmayacak ve gelecekteki kameralar algımızı tamamen yenileyecek.
Ve tüm bu olasılıklar, ayrılmaz bir şekilde küçük düz bir mercekle ilgilidir.
Birkaç gün önce, Amerika Optik Topluluğu'nun (OSA) yüksek etkili araştırma dergisi Optica'da yayınlanan bir makalede Utah Üniversitesi'nde elektrik ve bilgisayar mühendisliği doçenti Rajesh Menon liderliğindeki bir araştırma ekibi, çok düzeyli adı verilen bir yöntemi ayrıntılı olarak açıkladı. Çok seviyeli Kırınım Lensli (MDL) yeni bir düz lens türü.
Araştırma ekibi, odaklanma gerektirmeyen bir kamera oluşturmak için bir inçin yalnızca binde biri (0,0254 mm) kalınlığında tek bir düz lens MDL kullandı. Çoğu akıllı telefon kamerası gibi geleneksel kameralarla karşılaştırıldığında, bu kameranın büyük avantajları vardır.
Araştırma makalesine göre, MDL, kameraların ve diğer görüntüleme sistemlerinin ağırlığını, karmaşıklığını ve maliyetini önemli ölçüde azaltırken, onlara yeni işlevler de sağlayabilir. Buna ek olarak, MDL, daha ince akıllı telefon kameralarının gerçekleştirilmesinin yanı sıra endoskoplar gibi biyomedikal görüntülemeyi iyileştirmek ve otomobiller için daha küçük dijital kameralar yapmak için de kullanılabilir. MDL, cam veya plastikten değil nano yapılı malzemelerden yapılmıştır, bu da ışığın hareket etme şeklini kontrol eden önemli optik özelliklere sahip olmasını sağlar.
DeepTech bu amaçla, bu araştırma makalesinin ilgili yazarı Rajesh Menon ile röportaj yaptı. Bize bu buluşun benzersizliğine ve potansiyel uygulama senaryolarına ayrıntılı bir giriş yaptı.
Şekil | Yaklaşık bir inçin binde biri kalınlığında MDL (Kaynak: EurekAlert!)
Rajesh Menon, DeepTech'e, fotoğrafçılığa ek olarak, MDL'nin lidar ve endoskoplar, dronlar ve uydular için verimli aydınlatma oluşturma gibi birçok ilginç uygulamaya sahip olduğunu söyledi.
1 N'den büyük olabilir
İster akıllı telefonlarda ister mikroskoplarda kullanılsın, geleneksel kameraların, nesnenin ayrıntılarının net bir şekilde sunulduğundan emin olmak için odaklanması gerekir.Kameradan farklı mesafelerde birden fazla nesne varsa, her nesnenin ayrı ayrı odaklanması gerekir.
Işığı odaklamak için geleneksel lensler paralel ışık dalgalarını küresel dalgalara dönüştürür ve böylece onları bir odak noktasına dönüştürür. Burada "aberasyon" kavramına değinmek zorundayım. Aberasyon, gerçek görüntülemenin tek lens teorisi tarafından belirlenen ideal görüntülemeden sapmasını ifade eder. Genel olarak, kameralarda, teleskoplarda ve diğer optik cihazlarda, sapmalar birden fazla lens kombinasyonu ile azaltılabilir. Geleneksel kameralarda, genellikle 6 veya 7 lens elemanı vardır.
(Kaynak: Pixabay)
Gerçek optik sistemlerde, teoride sadece düz aynalar ideal görüntüleme özelliklerine sahiptir. Şu anda kullandığımız optik aletlerin çoğu, ideal görüntülemeye yakın olmasını sağlamak için görüntülemeye odaklanmak için birden çok lens kombinasyonu kullanmaktadır. Rajesh Menon, tek bir MDL'nin birden fazla geleneksel lensin üst üste binme etkisini elde edebileceğini veya hatta aşabileceğini söyledi.
MDL, yalnızca tek bir mesafede odak elde edebilen geleneksel lenslerin aksine, geniş bir mesafe aralığında sürekli odak üretebilir. Bu, lensten farklı mesafelerdeki nesneler tarafından yayılan ışığın, tek bir görüntü düzleminde karşılık gelen görüntü noktasına odaklanabileceği anlamına gelir. Tek bir MDL, maviden (450 nanometre) uzun dalga kızılötesine (15 mikron) çalışma bant genişliği üzerinde görüntüler oluşturabilir. Bu bağlamda Rajesh Meno, "Yalnızca bir aralıkta etkili olmasına rağmen, bu aralığın geleneksel lenslere karşılık gelen aralıktan birkaç kat daha büyük olduğu ortaya çıktı" dedi.
Buna ek olarak, geleneksel kameraların aynı anda farklı ışık renklerine odaklanmak için birden fazla lens kullanması gerekir.MDL bu ihtiyacı ortadan kaldırır ve herhangi bir kameranın aynı anda tüm nesnelere odaklanmasına izin verir. DeepTech, tüm renklerin ışığını odaklayarak kameranın tasarımını büyük ölçüde basitleştiren tek bir düz lens bile oluşturabileceklerini biliyor. Örneğin, kalınlığın azalması nedeniyle MDL, kameranın toplam kalınlığını azaltabilir ve MDL, geniş bir çalışma bant genişliğine sahip bir görüntüleme sistemi tasarlamak için kullanılabilir, böylece cep telefonları dahil tüketici elektronik ürünleri için iyi olan birden fazla kameranın yerini alabilir. Hepsi önemlidir.
Geniş bir alan derinliği için en iyi lens tasarımını seçtikten sonra, araştırmacılar bir MDL oluşturmak için nanofabrikasyon teknolojisini kullandılar ve yeni lensi kızılötesi ışık ve nispeten düşük bir sayısal açıklık (lensin ışığı alabileceği açı aralığını gösteren bir sayı) ile gösterdiler. lens. Deneysel sonuçlar beklentilerle uyumluydu ve MDL, eşdeğer geleneksel lensten birkaç kat daha büyük bir alan derinliği elde etti. Lensi daha geniş bir sayısal açıklığa genişletmeyi ve onu tam görünür spektrumda kullanmayı planlıyorlar.
Peki, MDL kullanan kamera ekipmanı Canon, Sony ve Nikon gibi günümüzün SLR kameralarının kamera seviyesine ulaşabilir mi? Bununla ilgili olarak Rajesh Menon, "MDLnin üst düzey ticari lensler düzeyine ulaşan görüntü üretimini sınırlayabilecek temel hiçbir şey yok. Tasarım ve üretimde yeterli ilerlemeler sayesinde, yalnızca en iyi geleneksel lensleri karşılayamayız ve hatta aşamayız. Sistemin performansı. MDL, birden çok geleneksel lensin genel performansına sahip olabilir ve bu nedenle, hassas kamera montajı ihtiyacını ortadan kaldırır. "
(Kaynak: Pixabay)
Tahmin yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak uygulanabilir mi?
Rajesh Menon, kameralardaki uygulamalara ek olarak birkaç başka uygulama vakasına da değindi.
Aşırı alan derinliğine sahip MDL, uzun bir mesafede odaklanmış bir ışın üretebilir. Bu ışın, lidar sistemlerinin aydınlatması için kullanılabilir. Lidar sisteminin genel etkisi ister iyi ister kötü olsun, çalışma sahasının aydınlatma verimliliği önemli bir sınırlayıcı faktördür.
Endoskopide MDL, çok ince olma avantajına sahiptir, bu nedenle küçük hacimli tıbbi ekipmana kolayca yerleştirilebilir.
Ek olarak, ultra ince MDL, daha iyi çözünürlük sağlarken, nispeten daha kalın ve daha ağır mikroskop hedeflerinin yerini alabilir. MDL ayrıca insansız hava araçları, uydular ve diğer havacılık sahaları gibi hava kameraları sahnesinde önemli uygulamalara sahiptir. Hatta bugün var olmayan uygulamaların geliştirilmesine bile yardımcı olur.
Takımın araştırma sonuçlarına göre Rajesh Menon, optik ders kitaplarında anlatılanlardan farklı olarak, araştırmalar ışık iletiminin ideal bir mercekten (öğrenci işlevi adı verilen bir kavram) birden fazla yoldan etkilendiğini gösterdiğine inanıyor. Bu, lensin göz bebeği işlevi için sonsuz olasılıklar açtı ve araştırma ekibi, nihai derin odaklamayı başarmanın bir yolunu buldu.
Rajesh Menon, "Bu çalışma, geleneksel fikirlerin terk edilmesinin daha önce imkansız olduğu düşünülen şeyleri mümkün kılabileceğini gösteriyor. Tarihi sorgulamak için iyi bir hatırlatma. Bu iyi bir örnek." Dedi.
Açıktır ki, tüm laboratuvar ürünleri piyasada iyi satılamaz. Rajesh Menon, ticarileştirmeden önce MDL'nin seri üretilebilmesini sağlamaları gerektiğine inanıyor.
"Laboratuvardan gerçek dünyaya kadar çok zorlu, ancak başarılı deneyimlerimiz oldu. Bu, lensler hakkında yeni bir düşünme şekli olduğu için, bunu başarmak için tasarım ve üretim altyapısı oluşturmamız gerekiyor. Neyse ki, aldık. ABD federal finansman kurumlarının ve endüstri ortaklarının güçlü desteğiyle, bu kuruluşlar ilgili riskleri azaltmamıza yardımcı oluyor. Ayrıca, birkaç ticari proje halihazırda devam ediyor ve biz de MDL ile ilgilenen gruplarla işbirliği yapmaya çok istekliyiz. "
(Kaynak: Pixabay)
Rajesh Menon, MDL'nin mevcut teknik kusurlarına yanıt olarak, "Görüntü kalitesini iyileştirmek için tasarımı hala geliştirmemiz gerekiyor ve daha da önemlisi, bu lensleri gerçekten piyasada üretebiliriz. Ayrıca, yapmak için çok çalışmaya devam etmeliyiz. MDL'miz, geleneksel kameralardaki mevcut görüntü işleme ile uyumludur. "
Gelecek dünyası sonsuz olasılıklarla doludur ve bilim, özgürce hayal etmemize yardımcı olacak en iyi araçtır. MDL veya gelecekte ortaya çıkacak diğer optik ürünler olsun, bu teknolojilerin ve ürünlerin dünyanın gerçek imajını daha iyi görmemize yardımcı olmasını bekliyoruz. Belki gelecekte "Yuba N Fotoğrafı" olmayacak.
