• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Forskare 3D-printar komplex mikrooptik med förbättrad bildprestanda

    I tester av de nya linserna, referenslinsen (vänster) visar färgsömmar på grund av kromatiska aberrationer. De 3D-printade achromatlinserna (mitten) reducerade dessa drastiskt medan bilder tagna med apochromat (höger) helt eliminerade färgförvrängningen. Kredit:Michael Schmid, Universitetet i Stuttgart

    I en ny studie, forskare har visat att 3D-utskrift kan användas för att göra mycket exakta och komplexa miniatyrlinser med storlekar på bara några mikron. Mikrolinserna kan användas för att korrigera färgförvrängning under bildbehandling, möjliggör små och lätta kameror som kan designas för en mängd olika applikationer.

    "Möjligheten att 3D-printa komplex mikrooptik innebär att de kan tillverkas direkt på många olika ytor som CCD- eller CMOS-chips som används i digitalkameror, sa Michael Schmid, en medlem av forskargruppen från universitetet i Stuttgart i Tyskland. "Mikrooptiken kan också skrivas ut på änden av optiska fibrer för att skapa mycket små medicinska endoskop med utmärkt bildkvalitet."

    I tidskriften The Optical Society (OSA). Optik bokstäver , forskare under ledning av Harald Giessen beskriver hur de använde en typ av 3D-utskrift känd som tvåfotonlitografi för att skapa linser som kombinerar brytande och diffraktiva ytor. De visar också att en kombination av olika material kan förbättra den optiska prestandan hos dessa linser.

    "3D-utskrift av mikrooptik har förbättrats drastiskt under de senaste åren och erbjuder en designfrihet som inte är tillgänglig från andra metoder, ", sa Schmid. "Vårt optimerade tillvägagångssätt för 3D-utskrift av komplex mikrooptik öppnar många möjligheter för att skapa nya och innovativa optiska konstruktioner som kan gynna många forskningsområden och tillämpningar."

    Att tänja på gränserna för 3D-utskrift

    Tvåfotonlitografi använder en fokuserad laserstråle för att stelna, eller polymerisera, ett flytande ljuskänsligt material som kallas fotoresist. Det optiska fenomenet känt som tvåfotonabsorption gör att kubiska mikrometervolymer av fotoresisten kan polymeriseras, som möjliggör tillverkning av komplexa optiska strukturer i mikronskala.

    Forskargruppen har undersökt och optimerat mikrooptik gjord med tvåfotonlitografi under de senaste 10 åren. "Vi märkte att färgfel, kända som kromatiska aberrationer, fanns i några av bilderna som skapades med vår mikrooptik, så vi satsade på att designa 3D-printade linser med förbättrad optisk prestanda för att minska dessa fel, sa Schmid.

    Forskare använde 3D-utskrift för att göra mycket exakta och komplexa apokromatiska miniatyrlinser som kan användas för att korrigera färgförvrängning under bildbehandling. Kredit:Michael Schmid, Universitetet i Stuttgart

    Kromatiska aberrationer uppstår på grund av att ljuset böjs, eller bryts, när den kommer in i en lins beror på färgen, eller våglängd, av ljuset. Detta innebär att utan korrigering, rött ljus kommer att fokusera på en annan plats än blått ljus, till exempel, vilket gör att fransar eller färgsömmar dyker upp i bilder.

    Forskarna designade miniatyrversioner av linser som traditionellt används för att korrigera för kromatiska aberrationer. De började med en akromatisk lins, som kombinerar en brytnings- och diffraktiv komponent för att begränsa effekterna av kromatisk aberration genom att fokusera två våglängder på samma plan. Forskarna använde ett kommersiellt tillgängligt tvåfotonlitografiinstrument tillverkat av NanoScribe GmbH för att lägga till en diffraktiv yta till en tryckt slät brytningslins i ett steg.

    De tog sedan detta ett steg längre genom att designa en apokromatisk lins genom att kombinera den refraktiva-diffraktiva linsen med en annan lins gjord av en annan fotoresist med olika optiska egenskaper. Att toppa tvåmaterialslinsen med den brytningsdiffraktiva ytan minskar kromatiska aberrationer ännu mer, vilket förbättrar bildprestandan. Designen utfördes av Simon Thiele från Institute of Technical Optics i Stuttgart, som nyligen snurrade ut företaget PrintOptics som ger kunderna tillgång till hela värdekedjan från design över prototypframställning till en serie mikrooptiska system.

    Testar mikrooptiken

    För att visa att den nya apokromatiska linsen kan minska kromatisk aberration, forskarna mätte brännpunktsplatsen för tre våglängder och jämförde dem med en enkel brytningslins utan färgkorrigering. Medan referenslinsen utan kromatisk korrigering visade brännpunkter separerade med många mikroner, de apokromatiska linserna uppvisade fokala fläckar som var inriktade inom 1 mikron.

    Forskarna använde också linserna för att skaffa bilder. Bilder tagna med den enkla referenslinsen visade starka färgsömmar. Även om den 3D-printade akromaten minskade dessa drastiskt, endast bilder tagna med apochromat eliminerade helt färgsömmarna.

    "Våra testresultat visade att prestandan hos 3D-tryckt mikrooptik kan förbättras och att tvåfotonlitografi kan användas för att kombinera brytande och diffraktiva ytor samt olika fotoresist, sa Schmid.

    Forskarna påpekar att tillverkningstiden kommer att bli snabbare i framtiden, vilket gör detta tillvägagångssätt mer praktiskt. Det kan för närvarande ta flera timmar att skapa ett mikrooptiskt element, beroende på storlek. När tekniken fortsätter att mogna, forskarna arbetar med att skapa nya linsdesigner för olika applikationer.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com