Инновационная технология обеспечит оптике беспрецедентную зону обзора

Взяв за основу многофасеточную структуру глаза насекомого, группа инженеров университета Висконсин-Мэдисона (США), создала миниатюрные линзы, имеющие обширную зону видения.

Благодаря такому инновационному подходу, впервые в мире, были созданы гибкие микролинзы, включающие зонные пластинки Френеля с широким полем зрения. Данная разработка, позволит любому оптическому устройству охватывать намного большую перспективу обзора.
Группа специалистов, возглавляемая профессором электроники университета Х. Цзяном (HongruiJiang), разработала линзы, со встроенным гибким пластиком, размер которых не превышает размера булавочной головки. При этом, массив, свернутых в цилиндр, миниатюрных линз, может охватывать панорамное изображение в рамках 170о поля зрения.

«Мы скопировали идею составных глаз насекомых, - комментирует работу Х. Цзян в интервью журналу ScientificReports. - зная, что несколько линз, объединенных куполообразной структурой, дадут большее поле зрения».

По желанию исследователей, конфигурация массива линз, может быть свободно изменена, так как вместо обычной оптики, для фокусировки применены зонные пластинки Френеля.

В обычных линзах используется эффект преломления - направление света изменяется, при прохождении через различные вещества (обычно, жесткие, полупрозрачные, к примеру, стекло), фокусирующие его в определенной точке. Зонные пластинки Френеля, названные по имени инженера 19-го века, фокусируют путем дифракции – изгибания света, при прохождении им края препятствия.

Каждая из линз Цзяна, имеющая пол миллиметра в диаметре, напоминает формой круги на воде, которые расходятся от брошенного камня. Словно в яблоке мишени, концентрические кольца (светлые и темные) чередуются. Расстояние между ними и определяет оптические свойства линз, причем эти свойства регулируются для каждой отдельной линзы, путем растягивания и изгибания ее.
Предыдущие попытки создания линз с зонными пластинками Френеля были обречены на провал, вследствие нечеткости видения.

«Это связано с тем, что темные участки необходимо делать очень темными. По сути, свет должен поглощаться ими полностью. Трудно найти материал, совсем не отражающий или не пропускающий свет» - объясняет ученый.

Его команда вышла из положения, использовав черный кремний. Этот минерал состоит из включений кластеров микроскопических вертикально стоящих столбиков - нанопроволок. Входящий свет, прыгает между кремниевыми нанопроводами, но не способен вырваться из подобной сложной структуры. Именно это свойство делает материал особенно темным.

Вместо наложения слоев черного кремния на прозрачный фон, команда исследователей создавала свои линзы буквально «вверх дном». Вначале они установили шаблоны алюминиевых колец в верхней части твердых кремниевых пластин, проведя травление кремниевых нанопроводов. Затем между столбиками кремниевых проводов был залит полимер. После затвердевания пластиковой опоры, была вытравлена кремниевая прокладка, которая оставила «яблочко» с рисунком из черного кремния, который включен в эластичный пластик.

Подобный подход обеспечил новым линзам возможность невероятно четкого фокусирования и гибкость, позволяющую охватывать большее поле зрения.

Теперь, Цзян и члены его команды, заняты изучением способов интеграции новых линз в существующие уже оптические детекторы, а также методов включения кремниевых электронных компонентов непосредственно в сами линзы.