加州理工實現一種新型平板光學鏡片的開發(fā)

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

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

　　“從列文虎克時代以來，直到現在，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家和鏡頭制造商，他創(chuàng)造了第一個顯微鏡。

　　Faraon是加州理工學院工學部應用物理和材料科學專業(yè)助理教授科學，他與加州理工學院的博士后研究員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。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彎曲的形狀特性，并使入射光的路徑彎曲到一個焦點。這是因為光通過透鏡邊緣的較薄的玻璃時比通過在中心的較厚的玻璃會更快地傳播。

　　這種人工結構平面可以完成同樣的任務，使用硅材料納米點，在這種600納米高，且有數百個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)每一個人工結構平面點都有著千萬個這種納米點。光的傳播速度在較小直徑納米點上要比通過直徑較大的納米點要快，所以通過控制納米點的寬度可允許工程師微調光線通過人工結構平面的路徑以創(chuàng)建整個平面鏡片的路徑。

　　早期在人工結構平面上利用納米點的實驗產生的圖像會在透鏡的邊緣變得模糊，就像一個放大鏡。然而，通過把兩個人工結構平面耦合在一起，其結構上納米點的出側方向一致，工程師們能夠創(chuàng)造一個透鏡系統，可以從70度角的范圍內捕捉和聚焦光線，使該技術首次可用于在顯微鏡和攝像機成像應用中。

　　“像這種的人工結構平面可以很容易地進行大量的生產，正像制造大量的計算機芯片的方式，”Arbabi說。“這意味著，這可能是一個便宜和易于擴展的方式，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體)圖像傳感器相集成，因為它們使用相同的材料和制造技術。CMOS圖像傳感器是數碼攝影中所應用的微芯片，并在噴氣推進實驗室進行研究開發(fā)。

　　平面化、低重量、廉價的鏡頭在各種消費類電子產品相機或者醫(yī)療器械如內窺鏡中都有配備的需求，Faraon說。

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