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  • 消色差超构透镜阵列的全彩光场成像

    作者:颜佳琪 来源:中国激光 时间:2019-11-25 17:42 阅读:1200 [投稿]
    台湾大学蔡定平教授研究组与南京大学祝世宁院士研究组合作,在消色差超构透镜的全彩光场成像的研究中取得了新进展。

    台湾大学蔡定平教授研究组与南京大学祝世宁院士研究组合作,在消色差超构透镜的全彩光场成像的研究中取得了新进展。

    研究中,他们利用由氮化镓纳米天线制成的覆盖全部可见光波段的超构透镜阵列实现了无色差全彩光场成像。这个超构透镜阵列包含60×60个直径为21.65μm的消色差超构透镜。在白光照射下,相机的衍射极限分辨率为1.95μm。使用光场成像技术,从一系列不同聚焦深度的反演图像中,可逐片地重建场景中每个物体的深度。

    通过设计,焦距在400nm至660nm的不同波长下保持相同的值,在可见光区域实现宽带消色差特性。在420nm的波长下,最高效率可高达74.8%±2.6%,而在整个工作带宽内,平均效率约为39.1%±1.8%。


    超构透镜阵列光场成像:a,超构透镜阵列光场成像和渲染图像的示意图。物镜用于收集消色差超构透镜阵列上的圆偏振光,并在消色差超构透镜阵列前面形成中间图像。消色差超构透镜阵列由60×60个单独的超构透镜组成,设计焦距f =49μm,d =21.65μm,数值孔径0.2157。LCP,左旋圆偏振光。b,消色差超构透镜阵列的SEM图像。c,排布GaN基纳米柱和反结构的单个元透镜(b中的红色正方形)的放大SEM图像。d,GaN纳米柱的倾斜视图放大图像。e-g,地球,火箭和土星的组合场景的深度估计。渲染的图像聚焦在火箭上,深度为50 cm(e),54 cm(f)和66.5 cm(g)。

    消色差超构透镜阵列形成各种子图像,这些子图像具有感测平面处的每个子透镜的四维传播信息的能力。将每个子图像中的不同部分信息取出,并拼接再一起,就可以得到成像场景的不同深度的清晰成像。如图e-g中的场景由三个不同深度的物体(地球,火箭和土星)组成。使用超构透镜阵列可以很简单的得到不同深度物体的清晰成像效果。深度信息可以从相邻子图像之间的差异中得出。将火箭设定为线性移动目标,恒定移动速度为1 cm/s。深度信息反演的动态视频也可以得到。结果清楚地表明,使用消色差超构透镜阵列的光场成像具有评估多个彩色物体的深度的能力。

    研究成果以Achromatic metalens array for full-colour light-field imaging为题发表在Nature Nanotechnology[14, 227–231, 2019]上。

    文章链接:https://doi.org/10.1038/s41565-018-0347-0

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