加州理工實(shí)現(xiàn)一種新型平板光學(xué)鏡片的開發(fā)

　　加州理工學(xué)院的工程師已經(jīng)開發(fā)了一種平板光學(xué)鏡片，是一種可以很容易地大規(guī)模生產(chǎn)和集成的圖像傳感器系統(tǒng)，為從手機(jī)到醫(yī)療等設(shè)備中所用的一切相機(jī)更加廉價(jià)和輕便奠定鋪平道路。

　　該技術(shù)依賴于兩個(gè)堆疊的人工結(jié)構(gòu)平面。人工結(jié)構(gòu)平面的材料電磁特性是可以根據(jù)需求改變的。在這種情況下，人工結(jié)構(gòu)平面上會星羅棋布小于一微米的硅柱，其構(gòu)成通道會改變穿過其中的光。

　　“從列文虎克時(shí)代以來，直到現(xiàn)在，我們制造鏡頭的方式并沒有太大的變化。”加州理工的Andrei Faraon說，他指的是安東尼·范·列文虎克，后者是荷蘭的一名科學(xué)家和鏡頭制造商，他創(chuàng)造了第一個(gè)顯微鏡。

　　Faraon是加州理工學(xué)院工學(xué)部應(yīng)用物理和材料科學(xué)專業(yè)助理教授科學(xué)，他與加州理工學(xué)院的博士后研究員Amir Arbabi和來自三星電子的Seunghoon Han共同開發(fā)這種新型的透鏡系統(tǒng)。他們的研究工作發(fā)表在近日的《自然通訊》雜志上。

　　一種典型的由塑料或玻璃制成的透鏡會有一個(gè)彎曲的形狀特性，并使入射光的路徑彎曲到一個(gè)焦點(diǎn)。這是因?yàn)楣馔ㄟ^透鏡邊緣的較薄的玻璃時(shí)比通過在中心的較厚的玻璃會更快地傳播。

　　這種人工結(jié)構(gòu)平面可以完成同樣的任務(wù)，使用硅材料納米點(diǎn)，在這種600納米高，且有數(shù)百個(gè)不同直徑納米材料柱上。(而一根頭發(fā)的大小約是100000納米寬)每一個(gè)人工結(jié)構(gòu)平面點(diǎn)都有著千萬個(gè)這種納米點(diǎn)。光的傳播速度在較小直徑納米點(diǎn)上要比通過直徑較大的納米點(diǎn)要快，所以通過控制納米點(diǎn)的寬度可允許工程師微調(diào)光線通過人工結(jié)構(gòu)平面的路徑以創(chuàng)建整個(gè)平面鏡片的路徑。

　　早期在人工結(jié)構(gòu)平面上利用納米點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的圖像會在透鏡的邊緣變得模糊，就像一個(gè)放大鏡。然而，通過把兩個(gè)人工結(jié)構(gòu)平面耦合在一起，其結(jié)構(gòu)上納米點(diǎn)的出側(cè)方向一致，工程師們能夠創(chuàng)造一個(gè)透鏡系統(tǒng)，可以從70度角的范圍內(nèi)捕捉和聚焦光線，使該技術(shù)首次可用于在顯微鏡和攝像機(jī)成像應(yīng)用中。

　　“像這種的人工結(jié)構(gòu)平面可以很容易地進(jìn)行大量的生產(chǎn)，正像制造大量的計(jì)算機(jī)芯片的方式，”Arbabi說。“這意味著，這可能是一個(gè)便宜和易于擴(kuò)展的方式，來創(chuàng)建直徑只有幾毫米微小的鏡頭。”

　　此外，該鏡頭可以無縫與CMOS(金屬氧化物合金半導(dǎo)體)圖像傳感器相集成，因?yàn)樗鼈兪褂孟嗤牟牧虾椭圃旒夹g(shù)。CMOS圖像傳感器是數(shù)碼攝影中所應(yīng)用的微芯片，并在噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究開發(fā)。

　　平面化、低重量、廉價(jià)的鏡頭在各種消費(fèi)類電子產(chǎn)品相機(jī)或者醫(yī)療器械如內(nèi)窺鏡中都有配備的需求，F(xiàn)araon說。

　　接下來，該小組計(jì)劃將這些鏡頭集成到小型化的照相機(jī)和顯微鏡中，并擴(kuò)展其功能和操作帶寬。