Исследовательская группа из Университета Штутгарта, используя 3D-принтер, сумела напечатать серию одно-, двух- и трехлинзовых функциональных объективов со сложной геометрией линз, диаметр которых составил от 100 до 200 микрон. Полное описание исследования и технологической цепочки опубликовано в журнале Nature Photonics, сокращенная версия представлена на страницах Phys.org.
Схемы объективов и хода лучей, падающих под разными углами. Снизу — смоделированные фотографии тестовой таблицы
Timo Gissibl et al. / Nature Photonics, 2016
Мульти-объективы с элементами не сферической формы оказываются востребованы там, где решающее значение приобретает высокая оптическая производительность и эффективная коррекция хроматических аберраций. Авторы разработки сумели представить новую концепцию микро- и нано-оптики со сложными конструкциями линз, отпечатать которые они сумели на 3D-принтере. В отчете на страницах Nature Photonics детально описывается полная технологическая цепочка создания мульти-объектива, начиная со стадии проектирования оптического элемента — до стадии производства с использованием фемтосекундного двухфотонного лазера и последующего тестирования в определенных целях комбинаций из нескольких линз, диаметром около 100 мкм.
Для создания объективов исследователи задействовали возможности 3D-печати и технологии литографии. Будущий материал для линзы наносился послойно, по 100 нанометров в слое, после чего подвергался воздействию фемтосекундных импульсов лазера. такая последовательность операций позволила обеспечить направленное изменение химических свойств поверхности материала, устранение физических дефектов и получение линзы заданной геометрической формы. Для того, чтобы повысить точность печати исследователи использовали эффект двухфотонного поглощения.
Серия объективов, напечатанных физиками (сверху). Изображения, полученные на светочувствительной матрице с их помощью (снизу)
Timo Gissibl et al. / Nature Photonics, 2016
Ученые подчеркнули, что вся технологическая цепочка, от разработки макета — до непосредственно создания объектива, заняла всего несколько часов. В частности был изготовлен трехлинзовый «объектив-триплет», располагаемый на оптоволоконном кабеле. Такая конструкция позволяет фокусироваться на объектах, расположенных в трех миллиметрах от объектива и транслировать изображение практически без потери качества по оптоволокну, длиной до 1,7м.
Слева снизу — постановка эксперимента по съемке с помощью оптоволокна. Слева сверху — снимок волокна в профиль. Справа — примеры снимков, полученных при помощи объективов
Разрешение в центральной части полученного изображения, сформированного с помощью напечатанных объективов составило в ходе эксперимента 400 линий на миллиметр. Вместе с тем, как показало компьютерное моделирование, используя созданные в лаборатории объективы этот показатель возможно увеличить на 25%. Еще один способ улучшения качества изображения, рассматриваемый авторами предложенной технологии, состоит в нанесении на поверхность линз антиотражающего покрытия.
Миниатюрные камеры, созданные специалистами Университета Штутгарта найдут применение в эндоскопических исследованиях, причем как в промышленной сфере, так и в медицине. Одним из перспективных сфер приложения технологии в ее дальнейшем развитии, по мнению авторов изобретения, может стать использование миниобъективов в крошечных микроскопах, которые, в режиме реального времени, позволят изучать активность групп нейронов.
Печатный объектив, совмещенный с оптоволоконным кабелем
Сегодня, когда миниатюризация камер и объективов с сохранением качества изображения оформилась в устойчивый тренд, инженеры ищут и находят разные технологические подходы в решении этой проблемы. Так, к примеру, группа исследователей из Гарварда, используя метаматериалы создала плоские линзы, не уступающие по качеству современным объективам микроскопов. Еще одним, более радикальным подходом к решению проблемы стал полный отказ от использования объективов.
Одно из уникальных преимуществ предложенного метода — его гибкость, позволяющая создавать миниатюрные оптические приборы, такие, как эндоскопы, оптические средства для клеточной биологии, инновационные системы освещения, миниатюрные волоконно-оптические ловушки и камеры слежения, интегрированные квантовые излучатели и детекторы, миниатюрных БПЛА и миниботов с автономным зрением.
На этом всё, с вами был Dronk.Ru. Не забывайте возвращать деньги за покупки в Китае и подписываться на наш блог, будет ещё много интересного.
Рекомендуем:
— Экономим до 8% с каждой покупки на AliExpress и других интернет-магазинах Китая
— Почему интернет-магазины отдают деньги за покупки?
— Верните свои деньги — Выбираем кэшбэк-сервис для Aliexpress
— История развития Dronk.ru — от выбора квадрокоптеров до возвращения денег за покупки на AliExpress и не только
— Лучший кэшбэк сервис или 5 основных критериев оценки кэшбэк-сервиса
