Onderzoekers hebben een nieuwe compactcamera ontworpen die groothoekbeelden van hoge kwaliteit maakt met behulp van een reeks metalenses - platte oppervlakken met nanopatroon die worden gebruikt om licht te manipuleren. Door het elimineren van de omvangrijke en zware lenzen die normaal gesproken nodig zijn voor dit soort beeldvorming, zou de nieuwe aanpak het mogelijk kunnen maken om groothoekcamera's te integreren in smartphones en draagbare beeldapparatuur voor voertuigen zoals auto's of drones.

Tao Li en collega's van de Nanjing University in China rapporteren hun nieuwe ultradunne camera in Optica . De nieuwe camera, die slechts 0,3 centimeter dik is, kan heldere beelden produceren van een scène met een kijkhoek van meer dan 120 graden.

Groothoekbeeldvorming is handig voor het vastleggen van grote hoeveelheden informatie die verbluffende beelden van hoge kwaliteit kunnen creëren. Voor machine vision-toepassingen zoals autonoom rijden en op drones gebaseerde bewaking, kan groothoekbeeldvorming de prestaties en veiligheid verbeteren, bijvoorbeeld door een obstakel te onthullen dat u anders niet zou kunnen zien terwijl u achteruitrijdt in een voertuig.

"Om een ​​extreem compacte groothoekcamera te maken, hebben we een reeks metalenses gebruikt die elk bepaalde delen van de groothoekscène vastleggen", zei Li. "De afbeeldingen worden vervolgens aan elkaar genaaid om een ​​groothoekbeeld te creëren zonder enige verslechtering van de beeldkwaliteit."

De groothoeklens verkleinen

Groothoekbeeldvorming wordt meestal bereikt met een samengestelde visooglens of een ander type meerlagige lens. Hoewel onderzoekers eerder hebben geprobeerd metalenses te gebruiken om groothoekcamera's te maken, hebben ze vaak last van een slechte beeldkwaliteit of andere nadelen.

In het nieuwe werk gebruikten de onderzoekers een reeks metalenses die elk zorgvuldig zijn ontworpen om een ​​ander bereik van verlichtingshoeken te focussen. Hierdoor kan elke lens een deel van een groothoekobject of scène duidelijk in beeld brengen. De duidelijkste delen van elke afbeelding kunnen vervolgens rekenkundig aan elkaar worden genaaid om de uiteindelijke afbeelding te maken.

"Dankzij het flexibele ontwerp van de meta-oppervlakken kunnen de scherpstellings- en beeldprestaties van elke lens afzonderlijk worden geoptimaliseerd", zegt Li. "Dit leidt tot een uiteindelijk groothoekbeeld van hoge kwaliteit na een hechtproces. Bovendien kan de array worden vervaardigd met slechts één laag materiaal, waardoor de kosten laag blijven."

Meer zien met platte lenzen

Om de nieuwe aanpak te demonstreren, gebruikten de onderzoekers nanofabricage om een ​​metalens-array te maken en deze rechtstreeks op een CMOS-sensor te monteren, waardoor een vlakke camera ontstond die ongeveer 1 cm × 1 cm × 0,3 cm meet. Vervolgens gebruikten ze deze camera om een ​​groothoekscène in beeld te brengen, gecreëerd door twee projectoren te gebruiken om een ​​gebogen scherm rond de camera op een afstand van 15 cm te verlichten.

Ze vergeleken hun nieuwe vlakke camera met een camera op basis van een enkele traditionele metalens, terwijl ze de woorden "Nanjing University" afbeeldden die over het gebogen scherm werden geprojecteerd. De vlakke camera produceerde een beeld dat elke letter duidelijk liet zien en had een kijkhoek groter dan 120°, meer dan drie keer groter dan die van de camera op basis van een traditionele metalens.

De onderzoekers merken op dat de vlakke camera die in dit onderzoek werd aangetoond, individuele metalenses gebruikte met een diameter van slechts 0,3 millimeter. Ze zijn van plan deze te vergroten tot ongeveer 1 tot 5 millimeter om de beeldkwaliteit van de camera te verbeteren. Na optimalisatie kan de array in massa worden geproduceerd om de kosten van elk apparaat te verlagen. + Verder verkennen

Kleursorterende metalenses verhogen de beeldgevoeligheid