วิศวกรผลิตเลนส์ฟิชอายที่แบนสนิท กระจกชิ้นเดียวให้ภาพพาโนรามาที่คมชัด

ในการจับภาพทิวทัศน์แบบพาโนรามาในภาพเดียว ช่างภาพมักจะใช้เลนส์ฟิชอาย ซึ่งเป็นเลนส์มุมกว้างพิเศษที่ทำจากกระจกโค้งหลายชิ้น ซึ่งจะบิดเบือนแสงที่เข้ามาเพื่อให้ได้ภาพที่กว้างและเหมือนฟองสบู่ การออกแบบหลายชิ้นทรงกลมทำให้ เลนส์ ฟิชอายมีขนาดใหญ่และมักมีต้นทุนสูงในการผลิต  ตอนนี้วิศวกรของ MIT และมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ที่ Lowell ได้ออกแบบเลนส์มุมกว้างที่แบนสนิท เป็นเลนส์ฟิชอายแบบแบนตัวแรกที่ให้ภาพพาโนรามา 180 องศาที่คมชัด การออกแบบนี้เป็นประเภทของ "เมทัลเลนส์" ซึ่งเป็นวัสดุแผ่นเวเฟอร์ที่มีลวดลายด้วยคุณสมบัติระดับจุลภาคที่ทำงานร่วมกันเพื่อควบคุมแสงในลักษณะเฉพาะ ในกรณีนี้ เลนส์ฟิชอายใหม่ประกอบด้วยกระจกแผ่นเดียวแบนบางมิลลิเมตรที่ปิดด้านหนึ่งด้วยโครงสร้างขนาดเล็กที่กระจายแสงที่เข้ามาอย่างแม่นยำเพื่อสร้างภาพพาโนรามา เช่นเดียวกับเลนส์ฟิชอายแบบหลายองค์ประกอบแบบโค้งทั่วไป เลนส์ทำงานในส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัม แต่นักวิจัยกล่าวว่าสามารถปรับเปลี่ยนเพื่อจับภาพโดยใช้แสงที่มองเห็นได้เช่นกัน การออกแบบใหม่นี้อาจปรับให้เหมาะกับการใช้งานที่หลากหลาย ด้วยเลนส์มุมกว้างพิเศษแบบบางที่ติดตั้งในสมาร์ทโฟนและแล็ปท็อปโดยตรง แทนที่จะติดเป็นอุปกรณ์เสริมขนาดใหญ่ เลนส์รายละเอียดต่ำอาจรวมเข้ากับอุปกรณ์สร้างภาพทางการแพทย์ เช่น กล้องเอนโดสโคป เช่นเดียวกับในแว่นตาเสมือนจริง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ และอุปกรณ์การมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์อื่นๆ Juejun Hu รองศาสตราจารย์จากภาควิชาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมของ MIT กล่าวว่า "การออกแบบนี้เป็นเรื่องที่ค่อนข้างน่าประหลาดใจ เพราะบางคนคิดว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างโลหะด้วยมุมมองกว้างพิเศษ" "ความจริงที่ว่าสิ่งนี้สามารถทำให้เกิดภาพฟิชอายได้นั้นเป็นสิ่งที่เหนือความคาดหมายอย่างสิ้นเชิง นี่ไม่ใช่แค่การโค้งงอเบาๆ เท่านั้น แต่ยังเป็นการหักห้ามใจอีกด้วย" Hu และเพื่อนร่วม งานของเขาได้เผยแพร่ผลงานของพวกเขาในวารสารNano Letters ผู้เขียนร่วมของ MIT ของ Hu ได้แก่ Mikhail Shalaginov, Fan Yang, Peter Su, Dominika Lyzwa, Anuradha Agarwal และ Tian Gu พร้อมด้วย Sensong An และ Hualiang Zhang จาก UMass Lowell ออกแบบด้านหลัง Metalenses ในขณะที่ส่วนใหญ่ยังคงอยู่ในขั้นตอนการทดลองมีศักยภาพในการปรับรูปร่างของเลนส์อย่างมีนัยสำคัญ ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ออกแบบโลหะเลนส์ที่ให้ภาพที่มีความละเอียดสูงและมุมกว้างถึง 60 องศา หากต้องการขยายขอบเขตการมองเห็นให้มากขึ้น ตามธรรมเนียมแล้วจะต้องมีส่วนประกอบออปติกเพิ่มเติมเพื่อแก้ไขความคลาดเคลื่อนหรือความพร่ามัว ซึ่งเป็นวิธีแก้ปัญหาที่จะเพิ่มจำนวนมากให้กับการออกแบบเลนส์โลหะ Hu และเพื่อนร่วมงานของเขากลับมาพร้อมกับการออกแบบที่เรียบง่ายซึ่งไม่ต้องการส่วนประกอบเพิ่มเติมและคงจำนวนองค์ประกอบขั้นต่ำไว้ Metalens ใหม่ของพวกเขาเป็นชิ้นส่วนโปร่งใสชิ้นเดียวที่ทำจากแคลเซียมฟลูออไรด์โดยมีฟิล์มบาง ๆ ของตะกั่วเทลลูไรด์เคลือบอยู่ด้านหนึ่ง จากนั้นทีมใช้เทคนิคภาพพิมพ์เพื่อแกะสลักรูปแบบของโครงสร้างออปติกลงในฟิล์ม แต่ละโครงสร้างหรือ "เมตา-อะตอม" ตามที่ทีมงานอ้างถึงนั้น มีรูปร่างเป็นรูปทรงเรขาคณิตระดับนาโนหลายรูปทรง เช่น รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าหรือรูปกระดูก ซึ่งจะหักเหแสงในลักษณะเฉพาะ ตัวอย่างเช่น แสงอาจใช้เวลานานขึ้นในการกระเจิง หรือกระจายออกจากรูปร่างหนึ่งไปยังอีกรูปร่างหนึ่ง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการหน่วงเฟส ในเลนส์ฟิชอายทั่วไป ความโค้งของกระจกจะสร้างการกระจายของเฟสดีเลย์ตามธรรมชาติ ซึ่งจะทำให้ได้ภาพพาโนรามาในที่สุด ทีมงานได้กำหนดรูปแบบที่สอดคล้องกันของเมตาอะตอมและแกะสลักรูปแบบนี้ไว้ที่ด้านหลังของกระจกแผ่นเรียบ 'เราได้ออกแบบโครงสร้างด้านหลังในลักษณะที่แต่ละส่วนสามารถโฟกัสได้อย่างสมบูรณ์แบบ" Hu กล่าว ที่ด้านหน้า ทีมงานได้ติดตั้งช่องรับแสงหรือช่องเปิดรับแสง Shalaginov อธิบายว่า "เมื่อแสงผ่านเข้ามาทางรูรับแสงนี้ มันจะหักเหที่พื้นผิวแรกของกระจก จากนั้นจะกระจายตัวเป็นมุม" Shalaginov อธิบาย "จากนั้นแสงจะตกกระทบส่วนต่าง ๆ ของด้านหลัง จากมุมที่แตกต่างกันแต่ต่อเนื่อง ตราบใดที่คุณออกแบบด้านหลังอย่างเหมาะสม คุณก็มั่นใจได้ว่าจะได้ภาพคุณภาพสูงทั่วทั้งมุมมองพาโนรามาทั้งหมด" ข้ามแบบพาโนรามา ในการสาธิตครั้งหนึ่ง เลนส์ใหม่ได้รับการปรับให้ทำงานในย่านอินฟราเรดกลางของสเปกตรัม ทีมงานใช้การตั้งค่าการถ่ายภาพพร้อมกับเลนส์โลหะเพื่อถ่ายภาพเป้าหมายที่เป็นลายทาง จากนั้น พวกเขาเปรียบเทียบคุณภาพของภาพที่ถ่ายจากมุมต่างๆ ทั่วทั้งฉาก และพบว่าเลนส์ใหม่นี้ให้ภาพของแถบที่คมชัดและชัดเจน แม้ที่ขอบของมุมมองกล้อง ซึ่งครอบคลุมเกือบ 180 องศา "มันแสดงให้เห็นว่าเราสามารถบรรลุประสิทธิภาพการถ่ายภาพที่สมบูรณ์แบบในมุมมองเกือบ 180 องศาได้ทั้งหมดโดยใช้วิธีการของเรา" Gu กล่าว ในการศึกษาอื่น ทีมงานได้ออกแบบให้เมตาเลนส์ทำงานที่ความยาวคลื่นใกล้อินฟราเรดโดยใช้นาโนโพสต์ซิลิคอนอสัณฐานเป็นเมตาอะตอม พวกเขาเสียบโลหะเข้ากับแบบจำลองที่ใช้ในการทดสอบเครื่องมือถ่ายภาพ ต่อจากนั้น พวกเขาป้อนฉากจำลองของกรุงปารีส ซึ่งประกอบด้วยภาพขาวดำที่ต่อเข้าด้วยกันเพื่อสร้างมุมมองแบบพาโนรามา จากนั้นพวกเขาก็ทำการจำลองเพื่อดูว่าเลนส์ใหม่จะสร้างภาพประเภทใด "คำถามสำคัญคือ เลนส์ครอบคลุมขอบเขตการมองเห็นทั้งหมดหรือไม่ และเราเห็นว่ามันจับภาพทุกอย่างในพาโนรามา" Gu กล่าว "คุณมองเห็นอาคารและผู้คนได้ และความละเอียดก็ดีมาก ไม่ว่าคุณจะดูตรงกลางหรือขอบก็ตาม" ทีมงานกล่าวว่าเลนส์ใหม่นี้สามารถปรับให้เข้ากับความยาวคลื่นแสงอื่นๆ ได้ ตัวอย่างเช่น ในการสร้างเลนส์ฟิชอายแบบแบนที่คล้ายกันสำหรับแสงที่มองเห็นได้ Hu กล่าวว่าคุณสมบัติทางแสงอาจต้องทำให้เล็กลงกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน เพื่อให้หักเหช่วงความยาวคลื่นนั้นได้ดียิ่งขึ้น วัสดุเลนส์ก็จะต้องเปลี่ยนเช่นกัน แต่สถาปัตยกรรมทั่วไปที่ทีมออกแบบไว้จะยังคงเหมือนเดิม นักวิจัยกำลังสำรวจการใช้งานสำหรับเลนส์ใหม่ของพวกเขา ไม่เพียงแค่เป็นกล้องฟิชอายขนาดกะทัดรัดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโปรเจ็กเตอร์พาโนรามา เช่นเดียวกับเซ็นเซอร์ความลึกที่ติดตั้งโดยตรงในสมาร์ทโฟน แล็ปท็อป และอุปกรณ์สวมใส่ “ปัจจุบัน เซ็นเซอร์ 3 มิติทั้งหมดมีขอบเขตการมองเห็นที่จำกัด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเมื่อคุณละใบหน้าออกจากสมาร์ทโฟน ระบบจะจำคุณไม่ได้” Gu กล่าว "สิ่งที่เรามีอยู่ตอนนี้คือเซ็นเซอร์ 3D ใหม่ที่เปิดใช้งานการทำโปรไฟล์เชิงลึกแบบพาโนรามา ซึ่งอาจเป็นประโยชน์สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค"

โพสต์โดย : ppp เมื่อ 18 ก.พ. 2566 15:48:23 น. อ่าน 90 ตอบ 1