美国加州理工大学(Caltech University)的研究人员最近开发出超薄的无镜片光学相控数组(OPA)相机,利用一款8X8的OPA接收器,成功实现可完全由循序反向波束控制影像撷取的途径,从而取代庞大的相机镜头。

加州理工学院的研究人员在日前由美国光学学会(OSA)举办的“雷射与电光会议”(CLEO)发表这项名为“8x8外差结构的无镜片OPA相机”(An 8X8 Heterodyne Lens-less OPA Camera)研究。

这款经概念验证的小型OPA接收器可透过内建于薄型硅光子SOI基底的外差架构加以控制。它的原理类似于波束成形,但相反地,这款OPA接收器可接收来不同方向的入射光源,但透过精确的信号撷取时间(可在数组的不同感测组件上设定飞秒级的延迟)聚焦于一特定的方向。数组上每一个元素接收到的光波可以和来自不同方向的光波彼此抵消,而其中一组彼此放大而产生聚焦的“凝视”波,可经由电子加以控制。 008ednc20170712 这种无需镜头的光操纵原理类似于运算摄影,它不需要任何光学组件,即可实现简单的数组,可依序着眼于不同的方向,并且有选择地聚焦于不同的事物上。

加州理工大学电机工程与医学工程系教授Ali Hajimiri解释:“我们打造了单层的整合型硅光子组件,它可用于模拟数字相机的镜片与传感器,还能降低数字相机的厚度和成本。它能模拟一般的镜头,但只需简单地调整列接收光的方式,即可以从鱼眼瞬间切换到远距(长焦)镜头。”

展示视频:https://www.youtube.com/watch?v=0qR7SU87So0

参与这项研究的该校研究生Reza Fatemi说:“这款新型相机的原理就像是经由小型吸管观看并扫描整个视野。透过操纵光源取代移动机械对象的方式,让我们能以惊人的速度迅速形成影像。”

这项设计采用的64元素数组是以加州理工学院研究人员先前的1D研究成果为基础,当时的研究成果仅能侦测一行影像。如今,这款OPA相机虽然只能拍摄低分辨率影像,但未来可望扩展成更大尺寸的传感器,届时,研究人员预计,它将可能淘汰掉相机中所用的镜头,从而实现更纤薄轻巧的智能手机与平面望远镜等。

编译:Susan Hong

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