Forskare har designat en ny kompaktkamera som tar vidvinkelbilder av hög kvalitet med hjälp av en rad metaller – platta nanomönstrade ytor som används för att manipulera ljus. Genom att eliminera de skrymmande och tunga linserna som vanligtvis krävs för denna typ av bildåtergivning, kan det nya tillvägagångssättet möjliggöra att vidvinkelkameror integreras i smartphones och bärbara bildenheter för fordon som bilar eller drönare.

Tao Li och kollegor från Nanjing University i Kina rapporterar sin nya ultratunna kamera i Optica . Den nya kameran, som bara är 0,3 centimeter tjock, kan producera tydliga bilder av en scen med en betraktningsvinkel på mer än 120 grader.

Vidvinkelbilder är användbart för att fånga stora mängder information som kan skapa fantastiska bilder av hög kvalitet. För maskinseendetillämpningar som autonom körning och drönarbaserad övervakning kan vidvinkelbilder förbättra prestanda och säkerhet, till exempel genom att avslöja ett hinder som du annars inte skulle kunna se när du backar i ett fordon.

"För att skapa en extremt kompakt vidvinkelkamera använde vi en rad metallobjektiv som var och en fångar vissa delar av vidvinkelscenen," sa Li. "Bilderna sys sedan ihop för att skapa en vidvinkelbild utan att bildkvaliteten försämras."

Miniatyrisera vidvinkelobjektivet

Vidvinkelavbildning åstadkoms vanligtvis med en lins med fisköga eller annan typ av flerskiktslins. Även om forskare tidigare har försökt använda metalenses för att skapa vidvinkelkameror, tenderar de att lida av dålig bildkvalitet eller andra nackdelar.

I det nya arbetet använde forskarna en rad metaller som var och en är noggrant designad för att fokusera olika belysningsvinklar. Detta gör det möjligt för varje objektiv att tydligt avbilda en del av ett vidvinkelobjekt eller en scen. De tydligaste delarna av varje bild kan sedan sys samman för att skapa den slutliga bilden.

"Tack vare metasytornas flexibla design kan fokuserings- och bildprestandan för varje lins optimeras oberoende", sa Li. "Detta ger upphov till en slutlig vidvinkelbild av hög kvalitet efter en sömnadsprocess. Dessutom kan arrayen tillverkas med bara ett lager material, vilket hjälper till att hålla kostnaderna nere."

Se mer med platta linser

För att demonstrera det nya tillvägagångssättet använde forskarna nanotillverkning för att skapa en metalens-array och monterade den direkt på en CMOS-sensor, vilket skapade en plan kamera som mätte cirka 1 cm × 1 cm × 0,3 cm. De använde sedan denna kamera för att avbilda en vidvinkelscen skapad genom att använda två projektorer för att belysa en böjd skärm som omger kameran på ett avstånd av 15 cm.

De jämförde sin nya plana kamera med en baserad på en enda traditionell metalen medan de avbildade orden "Nanjing University" projicerade över den böjda skärmen. Den plana kameran producerade en bild som visade varje bokstav tydligt och hade en betraktningsvinkel större än 120°, mer än tre gånger större än kamerans baserad på en traditionell metalens.

Forskarna noterar att den plana kameran som visades i denna forskning använde individuella metallenser bara 0,3 millimeter i diameter. De planerar att förstora dessa till cirka 1 till 5 millimeter för att öka kamerans bildkvalitet. Efter optimering kunde arrayen massproduceras för att minska kostnaden för varje enhet. + Utforska vidare

Färgsorterande metallenses ökar bildkänsligheten