Схема ультратонкой камеры следующего поколения, которая использует метаповерхности, нанооптическое устройство, для обеспечения световых путей: выравнивая метаповерхности по горизонтали на стеклянной подложке, свет многократно отражается внутри подложки, обеспечивая компактные световые пути в складчатый способ. Фото: Инженерный колледж Сеульского национального университета.
Исследователи из Инженерного колледжа Сеульского национального университета объявили, что они разработали технологию оптического проектирования, которая значительно уменьшает объем камер с помощью системы сложенных линз с использованием «метаповерхностей» — нанооптического устройства следующего поколения.
Размещая метаповерхности на стеклянной подложке так, чтобы свет мог отражаться и перемещаться по стеклянной подложке в сложенном виде, исследователи создали систему линз толщиной 0,7 мм, что намного тоньше существующих систем преломляющих линз. Исследование было опубликовано 30 октября в журнале Достижения науки.
Традиционные камеры предназначены для установки нескольких стеклянных линз для преломления света при съемке изображений. Хотя эта структура обеспечивала превосходное качество изображения, толщина каждой линзы и большое расстояние между линзами увеличивали общий объем камеры, что затрудняло ее применение к устройствам, требующим сверхкомпактных камер, таких как виртуальная и дополненная реальность ( VR-AR), смартфоны, эндоскопы, дроны и многое другое.
Чтобы устранить это ограничение, исследователи разработали ультратонкую систему камер, которая уменьшает толщину обычной системы линз менее чем вдвое, используя новую конструкцию модуля объектива, включающую метаповерхности.
Метаповерхности, которые рекламируются как следующее поколение нанооптических устройств, обладают способностью точно контролировать три свойства света — интенсивность, фазу и поляризацию — на попиксельной основе. Это связано с тем, что наноструктуры, составляющие метаповерхность, расположены с периодами в несколько сотен нанометров (нм), что короче длины волны света.
По словам команды, спроектировав метаповерхность, оптимизированную для определенной длины волны (852 нм), и расположив несколько листов горизонтально на стеклянной подложке, свет может многократно отражаться внутри подложки, тем самым эффективно защищая пути света в сложенном виде. . Команда представила конструкцию миниатюрной камеры, которая снимает изображения с помощью системы тонких сложенных модулей линз, которые регулируют путь света.
(Слева) Сравнение толщины обычного линзового модуля смартфона и разработанного линзового модуля Metasurface. (В центре) Микроскопическое изображение нанофабрикации метаповерхности. (Справа) Изображение наноструктур, составляющих метаповерхность. Кредит: Достижения науки
Система не только преодолевает физические ограничения обычных толстых линзовых модулей, но и обеспечивает превосходное качество изображения. Это связано с тем, что он обеспечивает поле зрения в 10 градусов при очень небольшой занимаемой площади системы толщиной 0,7 миллиметра и обеспечивает изображения с высоким разрешением, близким к дифракционному пределу, при апертуре f/4 и длине волны 852 нм.
Ожидается, что благодаря этим сильным конкурентным преимуществам технология миниатюрных камер, разработанная исследователями, будет широко применяться в различных отраслях передовых оптических устройств, таких как устройства VR-AR, смартфоны, медицинские эндоскопы и миниатюрные дроны.
«Это исследование важно тем, что оно обеспечивает творческий прорыв в инновационном уменьшении толщины камер за счет внедрения нанооптических устройств», — сказал Ёнджин Ким, первый автор статьи.
«Мы продолжим наши исследования, чтобы возглавлять инновации в области тонких и легких камер с метаповерхностями, которые сочетают в себе превосходные характеристики и промышленные преимущества благодаря свободе настройки света в нанометровом масштабе и производству с помощью полупроводниковых процессов».
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса с помощью более чем 100 000 подписчиков которые полагаются на Phys.org для получения ежедневной информации. Подпишитесь на нашу бесплатный информационный бюллетень и получайте обновления о прорывах, инновациях и исследованиях, которые имеют значение —ежедневно или еженедельно.
«Наше исследование сосредоточено на эффективном использовании пространства линзы с помощью метаповерхностей», — сказал Тэвон Чой, соавтор исследования. «Система сложенных линз очень тонкая, в отличие от обычных систем, которые толстые из-за комбинации нескольких линз, поэтому она будет играть важную роль в индустрии виртуальной и дополненной реальности, где миниатюризация и легкий вес устройств имеют важное значение».
Лабораторию оптической инженерии и квантовой электроники, где проводились исследования, в настоящее время возглавляет профессор Юнчан Чон после кончины профессора Бёнхо Ли в ноябре 2022 года. Лаборатория продолжает активные исследования в области 3D-дисплеев, голографии и метаповерхностей. Исследователь Янг Джин Ким продолжит свои исследования по преодолению ограничений устройств обработки изображений, таких как камеры, путем использования метаповерхностей. Тэвон Чхве планирует продолжить исследования по применению метаповерхностей в устройствах VR-AR, датчиках камер, датчиках изображения и других смежных отраслях.
Дополнительная информация:
Ёнджин Ким и др., Система складных линз Metasurface для ультратонких камер, Достижения науки (2024). ДВА: 10.1126/sciadv.adr2319
Предоставлено Инженерным колледжем Сеульского национального университета.
Цитирование: Сверхкомпактная оптическая конструкция расширяет возможности камер устройств виртуальной и дополненной реальности (2024 г., 20 ноября), получено 20 ноября 2024 г. с сайта
Этот документ защищен авторским правом. За исключением любых добросовестных сделок в целях частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержимое предоставлено исключительно в информационных целях.
