超曲面可以改善光学镜头的性能

澳门银河网址立澳门银河国际网站公园制作我们需要和喜爱的完美彩色图像通常需要多个沉重的镜片,以便每种颜色都聚焦在完全相同的平面上。现在澳门银河网址立澳门银河国际网站的工程师开发了一种新理论,该理论使用由梯度折射率材料和变面层组成的单薄透镜来正确地指导光线,从而解决了这个问题。

“如果我们需要高性能的光学系统,那么我们必须克服材料分散,”他说索耶D.坎贝尔,电气工程助理研究教授。 “如果我们不这样做,我们会得到污渍的颜色,这会显着降低图像质量。”

单复消色差透镜正确聚焦红色,蓝色和绿色三种颜色的那些?具有较小曲率并且更薄更轻的设计可以改进手机摄像头并允许制造更薄的手机。他们还可以制造更轻,更好的人体相机,头盔相机,狙击镜,热成像设备和无人驾驶飞行器或无人驾驶飞机。实质上,任何使用镜头成像的东西都可以变得更简单和更轻。

“通常有几个镜头,但这会增加重量,”他说Jogender Nagar,电气工程研究生。 “我们的目标是改善SWaP─减小尺寸和重量,同时提高性能。”

研究人员认为将两种技术结合起来:梯度折射率(GRIN)透镜和变形透镜两种技术。具有以期望的方式操纵波前的亚波长特征的超薄光学层。研究人员报告了他们在当前Optica期刊上的工作成果。

“我们的系统使用一个镜头,”Nagar说。 “我们使用镜片的曲率,镜片中材料的分布以及表面上放置的一种图案,以使镜片更薄,更轻,但仍能正确聚焦。”

大多数镜头使用曲率来控制焦点,但需要三个独立的常规镜头将三种不同的颜色聚焦到一个焦点并产生高质量的图像。通过空间改变镜头内的材料成分,一个GRIN镜头可以完美地聚焦两种颜色。然后,通过在GRIN镜头上增加一个变形表面,一个分层镜头可以完全聚焦所有三种颜色,并完成三个传统镜头的工作。

“透镜中的梯度可以是轴向的→沿光传播方向或光轴方向变化;或者径向→从光轴向外变化”,表示道格拉斯H.维尔纳,John L.和Genevieve H. McCain讲座教授电气工程。 “或者它可能更复杂。”

研究人员开发了一个创建这些镜头的理论模型和模拟框架。

“我们必须使用在实验室中专门开发的一些先进工具,”Werner说。 “我们为解决如此具有挑战性的设计问题而创建的建模,仿真和优化工具。”

理论模型指定了GRIN透镜中适当的表面曲率和梯度以及适合于测量表面的图案,以满足所有三种颜色完美对焦的要求。该模型同时优化镜头和变形表面。

“这个理论非常笼统,涵盖了广泛的条件,”Werner说。 “制造将是最初的挑战,我们希望这一理论的发展将引导制造,使得以低成本和高产量生产这种镜片成为可能。”

国防部高级研究计划局支持这项工作。

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最近更新时间2018年2月8日