工程师开发新型相机 用超薄光相控阵列代替镜头

传统的相机-即使是手机中最薄的相机-由于其光学元件而不可能是真正的扁平的：镜头需要一定形状和尺寸才能实现功能。在加州理工学院，工程师们开发了一种新的相机设计，用超薄光相控阵列（OPA）代替镜头。OPA在计算上是使用大片玻璃来实现镜头的功能：它操纵入射光以捕获图像。 +P. }<  
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透镜具有一个聚焦曲线，该曲线弯折入射光的路径并将其聚焦到一片胶片上，或者在数码相机中，将光线聚焦到图像传感器上。OPA具有一个大的光接收器阵列，每个光接收器可以分别对其接收到的光线进行精确控制的时间延迟（或相移），使照相机能够选择性地观察不同的方向，并聚焦在不同的事物上。 8S_v} NUm  
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“在这里，像生活中的大多数其他事情一样，时间即是一切，通过我们的新系统，你能够在任何给定的时间选择性地观察预定方向，并观察在你面前的图片的很小一部分，这需要在飞秒-千万亿分之一秒的精度控制时间。” 加州理工学院工程与应用科学系电气工程与医学工程系的阿里·哈吉米瑞，布朗教授和一个介绍这种新相机的论文的主要研究员这样说道。该论文在美国光学学会（OSA）激光和电光学会议（CLEO）上发表，并于2007年3月在OSA技术文摘中由OSA在线公布。 UF ]g6u  
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“我们已经创建了一个单层的集成硅光子学薄层，这种薄层模拟镜头和数码相机的传感器，这降低了数码相机的厚度和成本。这种薄层可以模仿一个普通的镜头，但可以瞬间从鱼眼镜头切换到长焦镜头-只需简单的调整阵列接收光线的方式。”哈吉米瑞说道。 `K^j:fE7n  
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在无线通信和雷达中使用的相控阵列是多个独立发射机的集合，所有发射机均以波形的方式发射相同的信号。这些波形建设性和破坏性地相互干扰，在一个方向上放大信号，同时在其他方向上削弱信号。因此，阵列可以产生紧密聚焦的信号波束，可以通过阵列上的多个点在时域上交错地发射来实现信号波束的不同方向传输。 ADQ#qA,/  
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一个类似的原理反过来应用在光学相控接收器阵列上，光学相控接收器阵列是这种新相机的基础。阵列上的每个像素接收到的光波在除了一个方向上外的所有方向上彼此抵消。在这个方向上，光波叠加放大，以产生可以电子控制的聚焦的“注视”。 K^'NG!  
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该OSA论文的第一作者，研究生雷扎·法特米（MS '16）说：“照相机的作用就像穿过很薄的一层稻草看东西，并扫描这层稻草以找到视角，我们可以通过操控光而不是移动机械物体以实现非常快的速度形成图像。” ?Q XS?  
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去年，哈吉米瑞的团队推出了一种能够在一条线上探测图像的一维版本的相机，使其像无镜头的条形码读取器那样运作，这种一维相机没有机械移动的部件。今年的进步是建立了首个能够创建完整图像的二维阵列。该首个2D无镜头相机具有一个由8×8网格中的64个光接收器组成的阵列。所获得图像的分辨率低。但是，这个系统代表了对相机技术的根本反思的概念证明，哈吉米瑞和他的同事说道。 }JKK"d}U  
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“应用是无止境的”，该OSA论文的共同作者的研究生贝赫鲁兹·阿比瑞（MS '12）说道。“即使在今天的智能手机中，相机也是限制手机能够达到多薄的组件，一旦升级换代，这种技术可以使得镜头和尺寸厚的相机过时。甚至可以通过在地面或太空中采用超轻，超薄的巨大的平面望远镜将这种技术应用到天文学中”。 xJ(4RaP  
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“使用低成本硅光子学的如纸般薄的薄层来电子控制相机的所有光学特性，这种控制不采用任何机械运动、镜头或镜子，这开启了一个成像器件新大陆，这种成像器件可以看起来像壁纸，百叶帘甚至可穿戴的织物。”哈吉米瑞说道。接下来，该团队将通过设计芯片来升级这种相机，设计的芯片能够使相机具有更多的接收器，使相机具有更高分辨率和灵敏度。 P}Ud7Vil;l  
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文章来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2017/06/170622104049.htm