Nanowire-linsen kan omkonfigurere dens billeddannelsesegenskaber

(PhysOrg.com) -- Ved at drage fordel af de unikke optiske egenskaber af materialer i nanoskala, forskere har designet en linse lavet af nanotråde, der kan omkonfigurere dens billeddannelsesegenskaber uden nogen elektronisk eller mekanisk kontrol. Linsen kommer i to forskellige varianter, hvoraf den ene kan aktivere zoom med to forskellige forstørrelser, mens den anden kan skabe stereoskopiske billeder, der viser objekter i tre dimensioner med en enkelt, udelt linse. Disse funktionaliteter kan vise sig nyttige til mikrobilledsystemer, som opererer i en skala, hvor traditionelle zoom- og stereoskopiske billedteknikker ikke virker.

Forskerne, Ethan Schonbrun, Kwanyong Seo, og Kenneth B. Crozier fra Harvard University har offentliggjort deres undersøgelse af de to nye rekonfigurerbare billedbehandlingssystemer i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

For at bygge hver linse, forskerne brugte nanotråde med elliptiske, snarere end den sædvanlige sfæriske, tværsnit. For at gøre nanotrådene elliptiske, forskerne brugte en kombination af elektronstrålelitografi og reaktiv ionætsning til at forme hver nanotråd. De elliptiske nanotråde udviste en tiltalende effekt kaldet "form dobbeltbrydning, ” hvilket betyder, at oplysninger (eller i dette tilfælde, linsefunktioner) kan indkodes holografisk til optiske elementer ved at ændre polariseringen af ​​indkommende lys. Ved at bruge denne effekt, forskerne kunne indkode to forskellige linseindstillinger i hver nanowire array linse.

"Vi har udviklet en metode til at indkode to forskellige linsefunktioner i et enkelt optisk element, ” fortalte Schonbrun PhysOrg.com . "Kodningen er baseret på den polarisationsafhængige respons af siliciumnanotråde i elliptiske tværsnit."

Den første nanowire array linse har evnen til at forstørre et objekt ved to forskellige forstørrelser (1,12 og 0,59), da de to forskellige lyspolariseringer bestemmer linsens brændvidde. På denne måde objektivet fungerer som frontenden af ​​et ikke-mekanisk zoomsystem til små genstande placeret et par hundrede mikrometer væk.

Den anden nanowire array linse har evnen til at optage tredimensionelle stereoskopiske billeder, en bedrift, der normalt kræver to linser placeret i forskellige vinkler eller mindst et enkelt objektiv med delt blænde. I denne linse, brændvidden er den samme for begge polariseringer af lys, men den optiske akse for hver linse ændrer sig lidt afhængigt af polariseringen af ​​indkommende lys. De resulterende billeder har parallakse, som om objektivet havde taget billeder af objekterne fra to forskellige vinkler, selvom objektivet i sig selv ikke bevæger sig og ikke har en delt blænde.

I hver af disse linser, den pågældende egenskab (forstørrelse og stereoskopi) kan have en af ​​to forskellige indstillinger. I fremtiden, forskerne forudser, at det vil være muligt at øge dette til tre indstillinger, selvom det vil kræve at øge antallet af forskellige nanotrådsgeometrier.

Disse linser i nanostørrelse med rekonfigurerbare egenskaber kunne have applikationer i mikrooptiske billeddannelsessystemer, hvor det traditionelt er vanskeligt dynamisk at justere billedgenskaberne. Små kameraer bliver i stigende grad brugt i medicin, såsom til endoskopi, samt inden for forbrugerfotografering og maskinsyn.

"Denne linseteknologi kan implementeres i billedbehandlingsapplikationer, der kræver få bevægelige dele eller reduceret strømforbrug, " sagde Schonbrun. "I fremtiden vil vi planlægger at integrere denne linseteknologi med polarisationsdiversitetsbaserede billedsensorer for at gøre disse systemer fuldstændig ikke-mekaniske."

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.