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Oct 30, 2023

듀얼용으로 서로 다른 이미징 특성을 갖춘 이중초점 평면 렌즈

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18996(2022) 이 기사 인용 785 액세스 1 Altmetric Metrics 세부 정보 넓은 시야(FOV) 이미지와 확대 이미지를 동시에 촬영할 수 있습니다.

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18996(2022) 이 기사 인용

785 액세스

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

듀얼 센서 이미징 시스템을 통해 넓은 시야(FOV) 이미지와 확대 이미지를 동시에 촬영할 수 있습니다. 여기서는 두 초점의 서로 다른 이미징 특성을 갖는 이중초점 평면 렌즈를 만드는 방법을 제안합니다. 이를 통해 듀얼 센서 이미징 시스템을 더욱 통합하고 소형화할 수 있습니다. 즉, 서로 다른 두 개의 기존 ZP에서 두 개의 특수 부품을 추출한 다음 두 요소를 특정 방식으로 결합합니다. 따라서 광축을 따라 서로 다른 특성을 갖는 두 개의 초점이 있습니다. 하나는 해상도가 더 높은 장초점이고, 다른 하나는 초점 심도(DOF)가 긴 단초점입니다. 제안된 접근법에 따라 두께 0.6μm의 얇고 가벼운 이중초점 회절렌즈(BDL)가 개발되었다. BDL의 길고 짧은 초점 거리는 각각 ~ 81mm 및 ~ 27mm이며 직경은 6mm입니다. 우리는 BDL의 장초점으로 고해상도 확대 이미지를 촬영할 수 있으며 해상도는 최대 21.90인치에 달한다는 것을 실험적으로 입증했습니다. 단초점은 긴 DOF 이미지로 넓은 FOV를 촬영할 수 있으며, 2880mm 떨어져 있는 두 물체를 선명하게 촬영할 수 있습니다. 실험 결과는 이러한 모든 지표가 기존 굴절 렌즈의 지표보다 우수하다는 것을 보여줍니다.

이미징 시스템에서 더 많은 정보를 얻기 위해서는 확대 이미징과 넓은 시야(FOV) 이미징이 매우 중요합니다1. 확대 영상과 넓은 FOV 영상이 필요한 응용 분야는 감시2 및 의학3,4,5에서 인공 지능6,7에 이르기까지 다양합니다. 기존 이미징 시스템에서는 하나의 초점만으로 확대된 이미지와 넓은 FOV 이미지를 촬영하려면 줌이 필요합니다. 즉, 기존 줌 이미징 시스템으로는 확대된 이미지와 넓은 FOV 이미지를 동시에 촬영할 수 없습니다. 또한 줌 이미징 시스템은 매우 두껍고 부피가 크며 줌 프로세스는 시간이 많이 걸릴 뿐만 아니라 넓은 FOV와 고해상도의 균형을 잘 맞추기도 어렵습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 렌즈 어레이 이미징8,9,10,11,12,13,14 및 중심 이미징15,16,17,18, 듀얼 카메라 시스템19 및 듀얼 센서 이미징 시스템20과 같은 많은 접근 방식이 제안되었습니다. 그러나 이러한 접근 방식의 단점은 두 개 이상의 렌즈로 인해 매우 부피가 크고 복잡하여 넓은 분야에서의 적용이 제한됩니다.

경량, 통합 및 소형화 목적을 위해 초점이 2개인 평면 렌즈는 이중 센서 이미징 시스템을 위한 솔루션을 제공합니다. 즉, 긴 초점은 고해상도 확대 이미징을 가능하게 하고 짧은 초점은 긴 DOF 이미징과 동시에 넓은 FOV를 가능하게 합니다. 평면 렌즈에는 금속렌즈와 회절광학소자(DOE)가 포함되어 있으며 둘 다 빛의 위상을 자유롭게 조작할 수 있습니다. 또한, 편광 조작은 금속렌즈에 의해 달성될 수 있습니다. Metalenses는 최근에 제안된 새로운 광학 장치이며 무색수차 및 편광 이미징을 포함하여 이러한 장치를 주의 깊게 배열하여 설계된 파면을 얻을 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 이는 편광 제어가 아닌 본 논문의 위상 제어 문제이며 DOE27에 비해 더 큰 구성 특징을 가진 금속 렌즈를 설계하고 제작하는 것은 큰 과제입니다. 따라서 DOE는 이러한 요구 사항을 충족하는 데 더 적합하며, 포토리소그래피 기술의 발전 덕분에 제조가 훨씬 간단해 저비용, 대면적 대량 제조가 가능해졌습니다. 주어진 강도 분포 최적화 및 회절 차수 설계를 포함하여 다초점 DOE를 설계하는 데는 두 가지 일반적인 접근 방식이 있습니다. 첫 번째 접근 방식의 경우, 즉 광학 요소를 최적화하여 광축을 따라 주어진 강도 분포를 형성하는 데 일부 알고리즘이 사용됩니다. 두 번째 접근 방식의 경우 일반 렌즈를 이진화하는 것입니다. 즉, 추가 회절 차수가 광축을 따라 나타납니다. 둘 다 오랫동안 연구되어 잘 알려져 있습니다. 그러나 첫 번째 접근 방식의 단점은 광축을 따라 주어진 강도 분포를 최적화하기 위한 최적화 알고리즘이 필요하다는 것입니다. 이는 시간이 많이 걸리고 대형 다초점 DOE를 제조하기가 어렵습니다. 두 번째 접근 방식의 단점은 일련의 추가 초점이 광축에 나타나서 필요한 기본 초점 이미징의 품질이 떨어진다는 것입니다. 게다가 추가 초점을 생성하기 위해 일반 렌즈를 이진화하는 방식으로는 광축을 따라 예상되는 초점 특성을 달성하기가 어렵습니다.