محققان دریافتند

لنز‌های «چشم ماهی» گستره دید شما را افزایش می‌دهند

محققان دانشگاه ماساچوست برای ثبت تصاویری با وضوح بیشتر با استفاده از متامواد لنز‌هایی را ساخته‌اند که دید را تا ۱۸۰ درجه افزایش می‌دهد.

کد خبر: ۸۷۷۴۷۳

دوشنبه - ۳۱ شهريور ۱۳۹۹ / September 21, 2020

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، عکاسان برای ثبت نما‌های پارنوراما در یک عکس، معمولا از لنز چشم ماهی استفاده می‌کنند. لنز‌هایی با زاویه فوق عریض که از چندین قطعه شیشه انحنادار درسته شده‌اند و نور ورودی را برای تولید تصاویر عریض و حباب مانند می‌شکنند. طراحی کروی و چند قطعه‌ای آن‌ها باعث می‌شود لنز‌های چشم ماهی ذاتاً حجیم بوده و تولید آن‌ها اغلب هزینه بر باشد.

اکنون مهندسان موسسه فناوری ماساچوست و دانشگاه ماساچوست در لوول یک لنز با زاویه دید عریض طراحی کرده‌اند که کاملاً مسطح است. این اولین لنز چشم ماهی تخت است که تصاویر پانوراما واضح و ۱۸۰ درجه‌ای تولید می‌کند. طراحی آن نوعی از «متالنز»‌ها است. ماده نازک ویفر که با ویژگی‌های میکروسکوپی طراحی شده و نور را در مسیر خاصی هدایت می‌کند.

در این نوع، لنز چشم ماهی جدید شامل یک قطعه شیشه تخت و نازک میلیمتری است که از یک طرف با ساختار‌های ریزی پوشانده شده و بطور دقیق نور ورودی را پراکنده کرده تا تصاویر پانوراما تولید کند، درست همانطور که لنز‌های چشم ماهی چندعنصری و انحنادار معمولی کار می‌کنند. این لنز در قسمت فروسرخ طیف کار می‌کند، اما محققان معتقدند می‌توان آن را تغییر داد تا تصاویر را با استفاده از نور مرئی نیز ثبت کند.

طراحی جدید می‌تواند بطور بالقوه برای طیف وسیعی از برنامه‌ها در تلفن‌های هوشمند و لب‌تاپ‌ها، به جای قطعه‌های بزرگ استفاده شود. لنز‌های کم عرض می‌توانند در دستگاه‌های تصویربردای پزشکی مانند دستگاه اندوسکوپی به اندازه عینک‌های واقعیت-مجازی، الکترونیک‌های پوشیدنی و دیگر دستگاه‌های دیداری کامپیوتری کاربرد داشته باشند.

اگرچه هنوز متالنز‌ها در مرحله آزمایشی هستند، اما توانایی تغییر چشمگیری را در زمینه اپتیک دارند. قبلا، دانشمندان متالنز‌هایی طراحی کرده بودند که تصاویر با وضوح بالا و نسبتا عریض تا زاویه ۶۰ درجه تولید می‌کرد. برای گسترش بیشتر میدان دید بطور سنتی، به اجزای نوری اضافی برای اصلاح انحراف یا وضوح نیاز است که این موضوع باعث طراحی متالنز‌های بزرگتر می‌شود.

جئوجون هو دانشیار دپارتمان مواد و علوم موسسه فناوری ماساچوست و همکارانش طرحی ساده ارائه دادند که نیازی به اجزای اضافی ندارد و حداقل تعداد عناصر را حفظ می‌کند. متالنز جدید آن‌ها یک قطعه شفاف است که از فلوراید کلسیم ساخته شده و یک لایه نازک از تلورید سرب در یک طرف آن قرار دارد. این گروه با استفاده از تکنیک‌های لیتوگرافی الگو‌هایی از ساختار‌های نوری را در فیلم حک کرده است.

هر سازه یا «متا اتم»، به یکی از چندین شکل هندسی در مقیاس نانو، شکل گرفته است که نور را به روشی خاص شکست می‌دهد. به عنوان مثال ممکن است نور پراکنده شده یا دچار تاخیر فاز شود. در لنز‌های چشم ماهی معمولی، انحنای شیشه بطور طبیعی تاخیر فاز را ایجاد می‌کند و در نهایت یک تصویر پانوراما می‌سازد. این گروه تحقیقاتی الگوی متناظری از متا اتم‌ها مشخص کرده و این الگو‌ها را پشت شیشه مسطح حکاکی کردند. قسمت‌های پشتی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که هر قسمت بتواند فوکوس کامل را ایجاد کند. در قسمت جلویی نیز یک دیافراگم نوری یا دریچه برای نور قرار داده شده است.

این گروه توضیح می‌دهد وقتی نور از این دیافراگم وارد شود، در اولین سطح شیشه شکسته شده و سپس در قسمت زاویه‌دار پراکنده می‌شود. بعد از آن نور از زوایای مختلف و مداوم، به قسمت‌های مختلف پشت برخورد خواهد کرد. وقتی قسمت پشتی به درستی طراحی شود، می‌توان به تصویربرداری با کیفیت بالا و در کل نمای پانوراما دست پیدا کرد.

در یک آزمایش، لنز‌های جدید برای عمل در ناحیه فروسرخ میانی تنظیم شدند. این گروه از تجهیزات تصویربرداری با متالنز‌ها استفاده کرد تا تصویر یک هدف مستقیم را ثبت کند. آن‌ها سپس کیفیت عکس‌های گرفته شده در زوایای مختلف مقایسه کردند و دریافتند که تصاویر جدید حتی در لبه‌های دید دوربین نیز واضح هستند و تقریبا در کل نمای ۱۸۰ درجه توانستند به تصویربرداری کاملی دست پیدا کنند.

این گروه معتقد است لنز جدید را می‌توان با طول موج‌های دیگر نور نیز سازگار کرد. به عنوان مثال، برای ایجاد یک لنز چشم ماهی تخت مشابه در نور مرئی، ویژگی‌های نوری باید کمتر از لنز کنونی باشد تا طیف خاصی از طول موج را بهتر بازتاب دهد. اما طراحی کلی که گروه در نظر گرفته ثابت می‌ماند.

در حال حاضر، تمام سنسور‌های سه‌بعدی دارای دید محدود هستند، به همین دلیل است که وقتی گوشی هوشمند را از چهره خود دور می‌کنید، شما را تشخیص نمی‌دهد. سنسور سه بعدی جدید امکان نمایه سازی عمیق پانوراما را فراهم می‌کند، که می‌تواند برای دستگاه‌های الکترونیکی مفید باشد.

محققان در حال بررسی کاربرد‌های لنز جدید خود هستند، تا نه فقط به عنوان دوربین‌های فشرده چشم ماهی، بلکه به عنوان پروژکتور‌های پانوراما و همچنین سنسور به طور مستقیم در تلفن‌های هوشمند، لپ تاپ‌ها و دستگاه‌های پوشیدنی استفاده شوند.