工程師開發(fā)新型相機 用超薄光相控陣列代替鏡頭
傳統(tǒng)的相機-即使是手機中最薄的相機-由于其光學元件而不可能是真正的扁平的:鏡頭需要一定形狀和尺寸才能實現(xiàn)功能。在加州理工學院,工程師們開發(fā)了一種新的相機設計,用超薄光相控陣列(OPA)代替鏡頭。OPA在計算上是使用大片玻璃來實現(xiàn)鏡頭的功能:它操縱入射光以捕獲圖像。 透鏡具有一個聚焦曲線,該曲線彎折入射光的路徑并將其聚焦到一片膠片上,或者在數(shù)碼相機中,將光線聚焦到圖像傳感器上。OPA具有一個大的光接收器陣列,每個光接收器可以分別對其接收到的光線進行精確控制的時間延遲(或相移),使照相機能夠選擇性地觀察不同的方向,并聚焦在不同的事物上。 “在這里,像生活中的大多數(shù)其他事情一樣,時間即是一切,通過我們的新系統(tǒng),你能夠在任何給定的時間選擇性地觀察預定方向,并觀察在你面前的圖片的很小一部分,這需要在飛秒-千萬億分之一秒的精度控制時間。” 加州理工學院工程與應用科學系電氣工程與醫(yī)學工程系的阿里·哈吉米瑞,布朗教授和一個介紹這種新相機的論文的主要研究員這樣說道。該論文在美國光學學會(OSA)激光和電光學會議(CLEO)上發(fā)表,并于2007年3月在OSA技術(shù)文摘中由OSA在線公布。 “我們已經(jīng)創(chuàng)建了一個單層的集成硅光子學薄層,這種薄層模擬鏡頭和數(shù)碼相機的傳感器,這降低了數(shù)碼相機的厚度和成本。這種薄層可以模仿一個普通的鏡頭,但可以瞬間從魚眼鏡頭切換到長焦鏡頭-只需簡單的調(diào)整陣列接收光線的方式!惫兹鹫f道。 在無線通信和雷達中使用的相控陣列是多個獨立發(fā)射機的集合,所有發(fā)射機均以波形的方式發(fā)射相同的信號。這些波形建設性和破壞性地相互干擾,在一個方向上放大信號,同時在其他方向上削弱信號。因此,陣列可以產(chǎn)生緊密聚焦的信號波束,可以通過陣列上的多個點在時域上交錯地發(fā)射來實現(xiàn)信號波束的不同方向傳輸。 一個類似的原理反過來應用在光學相控接收器陣列上,光學相控接收器陣列是這種新相機的基礎。陣列上的每個像素接收到的光波在除了一個方向上外的所有方向上彼此抵消。在這個方向上,光波疊加放大,以產(chǎn)生可以電子控制的聚焦的“注視”。 該OSA論文的第一作者,研究生雷扎·法特米(MS '16)說:“照相機的作用就像穿過很薄的一層稻草看東西,并掃描這層稻草以找到視角,我們可以通過操控光而不是移動機械物體以實現(xiàn)非?斓乃俣刃纬蓤D像! 去年,哈吉米瑞的團隊推出了一種能夠在一條線上探測圖像的一維版本的相機,使其像無鏡頭的條形碼讀取器那樣運作,這種一維相機沒有機械移動的部件。今年的進步是建立了首個能夠創(chuàng)建完整圖像的二維陣列。該首個2D無鏡頭相機具有一個由8×8網(wǎng)格中的64個光接收器組成的陣列。所獲得圖像的分辨率低。但是,這個系統(tǒng)代表了對相機技術(shù)的根本反思的概念證明,哈吉米瑞和他的同事說道。 |