مجموعة العدسات الدقيقة المستخدمة في مقياس الطيف
تلفيق
في القرن السابع عشر ، روبرت هوك و أنتوني فان ليفينهوك طور كلاهما تقنيات لصنع عدسات زجاجية صغيرة لاستخدامها مع المجاهر. ذاب هوك خيوط صغيرة من زجاج البندقية وسمح لـ التوتر السطحي في الزجاج المصهور لتشكيل الأسطح الكروية الملساء اللازمة للعدسات ، ثم تركيب وطحن العدسات بالطرق التقليدية.[1] تم تكرار المبدأ من خلال الأداء الليثوغرافيا الضوئية في مواد مثل مقاوم للضوء أو الأشعة فوق البنفسجية قابل للشفاء الايبوكسي وصهر البوليمر لتشكيل مصفوفات من عدسات متعددة.[2][3] تم تصنيع مصفوفات العدسات الدقيقة مؤخرًا باستخدام التجميع الحراري للجسيمات الغروية من التعليق.[4]
مكّن التقدم التكنولوجي من تصميم العدسات الدقيقة وتصنيعها لتقريب التفاوتات من خلال مجموعة متنوعة من الأساليب. في معظم الحالات ، تكون هناك حاجة إلى نسخ متعددة ويمكن تشكيلها بواسطة صب أو النقش من مجموعة عدسة رئيسية. يمكن أيضًا تكرار مصفوفة العدسة الرئيسية من خلال إنشاء ملف اليكتروفورم باستخدام مصفوفة العدسة الرئيسية كملف مغزل. أدت القدرة على تصنيع المصفوفات التي تحتوي على آلاف أو ملايين العدسات المتباعدة بدقة إلى زيادة عدد التطبيقات.[5]
تعتمد الكفاءة البصرية لعدسات الحيود على شكل هيكل الأخدود ، وإذا كان من الممكن تقريب الشكل المثالي بسلسلة من الخطوات أو المستويات المتعددة ، فيمكن تصنيع الهياكل باستخدام تقنية مطورة من أجل دارة متكاملة صناعة مثل البصريات على مستوى الرقاقة. هذه المنطقة[التوضيح المطلوب] معروف ب البصريات الثنائية.[6]
لقد وصلت العدسات الدقيقة في شرائح التصوير الحديثة إلى أحجام أصغر وأصغر. تحتوي كاميرا نظام سامسونج NX1 عديمة المرآة على 28.2 مليون عدسة ميكروية على شريحة التصوير CMOS ، واحدة لكل موقع صورة ، ويبلغ طول كل منها 3.63 ميكرومتر فقط. بالنسبة للهواتف الذكية ، يتم تصغير هذه العملية إلى أبعد من ذلك: يحتوي Samsung Galaxy S6 على مستشعر CMOS مع بكسل فقط 1.12 ميكرومتر لكل منهما. هذه البيكسلات مغطاة بعدسات متناهية الصغر ذات درجة صغيرة متساوية.
يمكن أيضًا صنع العدسات الدقيقة من السوائل.[7] في الآونة الأخيرة ، تم تحقيق عدسات متناهية الصغر شبيهة بالزجاج من خلال تقنية الليزر النانوي ثلاثية الأبعاد فائقة السرعة. المستمر ~ 2 جيجاواط / سم2 تظهر شدة التشعيع النبضي للفيمتوثانية إمكاناتها في تطبيقات عالية الطاقة و / أو البيئة القاسية.[8]
تم تطوير العدسات الدقيقة الحيوية لتصوير العينات البيولوجية دون التسبب في ضرر.[9][10] يمكن صنعها من خلية واحدة متصلة بمسبار ليفي.
بصريات مستوى الرقاقة
بصريات مستوى الرقاقة (WLO) تمكن من تصميم وتصنيع البصريات المصغرة على مستوى الرقاقة باستخدام متقدم أشباه الموصلاتمثل التقنيات. المنتج النهائي عبارة عن بصريات مصغرة منخفضة التكلفة وفعالة من حيث التكلفة تمكن من تقليل عامل الشكل لوحدات الكاميرا أجهزة محمولة.[11]
التكنولوجيا قابلة للتطوير من عدسة CIF / VGA أحادية العنصر إلى عدسة متعددة العناصر ميجا بكسل بنية العدسة ، حيث تتم محاذاة رقاقات العدسة بدقة ، ويتم ربطها معًا ومكعبات لتكوين مجموعات عدسات متعددة العناصر. اعتبارًا من عام 2009 ، تم استخدام التكنولوجيا في حوالي 10 بالمائة من سوق عدسات كاميرات الهواتف المحمولة.[12]
يمكن الآن استخدام منهجية تكديس أشباه الموصلات لتصنيع العناصر البصرية على مستوى الرقاقة في حزمة مقياس الرقاقة. وكانت النتيجة وحدة كاميرا بمستوى الرقاقة بقياس 0.575 مم × 0.575 مم. يمكن دمج الوحدة في قسطرة أو منظار داخلي بقطر صغير يصل إلى 1.0 مم.[13]
التطبيقات
تستخدم العدسات الدقيقة المفردة لمزج الضوء مع الألياف البصرية بينما غالبًا ما تستخدم مصفوفات العدسات الدقيقة لزيادة كفاءة جمع الضوء صفائف CCD. إنهم يجمعون ويركزون الضوء الذي كان من الممكن أن يسقط على المناطق غير الحساسة في CCD. كما تستخدم مصفوفات العدسات الدقيقة في بعض أجهزة عرض رقمية، لتركيز الضوء على المناطق النشطة من شاشة LCD تستخدم لتوليد الصورة المراد عرضها. يعتمد البحث الحالي أيضًا على العدسات الدقيقة من أنواع مختلفة لتعمل كمركزات لكفاءة عالية الخلايا الكهروضوئية لإنتاج الكهرباء.[14]
تم تصميم مجموعات من مصفوفات العدسات الدقيقة التي لها خصائص تصوير جديدة ، مثل القدرة على تكوين صورة في الوحدة التكبير وليس مقلوبًا كما هو الحال مع العدسات التقليدية. تم تطوير مصفوفات العدسات الدقيقة لتشكيل أجهزة تصوير مدمجة لتطبيقات مثل آلات التصوير و جوال الكاميرات.
في المجاهر الضوئية ، يمكن استخدام صفيفين من العدسات الدقيقة لتحقيق إضاءة موحدة.[15] عن طريق وضع صفيفين من العدسات الدقيقة في مسار إضاءة المجهر ، أ معامل الاختلاف يمكن تحقيق انتظام الإضاءة بين 1٪ و 2٪.
تطبيق آخر في التصوير ثلاثي الأبعاد و يعرض. في عام 1902 ، فريدريك إي إيفز اقترح استخدام مصفوفة من أشرطة الإرسال والمعتمة بالتناوب لتحديد اتجاهات العرض لزوج من الصور المتداخلة وبالتالي تمكين المراقب من رؤية صورة ثلاثية الأبعاد صورة مجسمة.[16] تم استبدال الشرائط فيما بعد بـ Hess بمجموعة من عدسات اسطوانية المعروف باسم أ شاشة عدسية، للاستفادة بشكل أكثر كفاءة من الإضاءة.[17]
تمتلك Hitachi شاشات ثلاثية الأبعاد خالية من النظارات ثلاثية الأبعاد باستخدام مصفوفات من العدسات الدقيقة لإنشاء التأثير المجسم.[بحاجة لمصدر]
في الآونة الأخيرة ، تم تمكين توفر صفيفات من العدسات الدقيقة الكروية غابرييل ليبمانفكرة ل تصوير متكامل ليتم استكشافها وعرضها.[18][19] لقد مكنت العدسات الدقيقة الغروية أيضًا من اكتشاف الجزيء الفردي عند استخدامها بالاقتران مع مسافة عمل طويلة ، وعدسات موضوعية ذات كفاءة عالية في جمع الإضاءة المنخفضة.[20]
يتم أيضًا استخدام مصفوفات العدسة الدقيقة بواسطة ليترو لتحقيق تصوير مجال الضوء (كاميرا plenoptic) يلغي الحاجة إلى التركيز الأولي قبل التقاط الصور. بدلاً من ذلك ، يتم تحقيق التركيز في البرنامج أثناء المعالجة اللاحقة.[21]
التوصيف
لتوصيف العدسات الدقيقة ، من الضروري قياس المعلمات مثل البعد البؤري وجودة الإرسال واجهة الموجة.[22] تم تطوير تقنيات خاصة وتعريفات جديدة لهذا الغرض.
على سبيل المثال ، لأنه ليس من العملي تحديد موقع الطائرات الرئيسية من هذه العدسات الصغيرة ، غالبًا ما يتم إجراء القياسات فيما يتعلق بالعدسة أو سطح الركيزة. عند استخدام عدسة لربط الضوء بألياف بصرية ، قد تظهر واجهة الموجة المركزة تفاصيل التحقيق والضوء من مناطق مختلفة من فتحة العدسة الدقيقة يمكن تركيزها على نقاط مختلفة في المحور البصري. من المفيد معرفة المسافة التي يتركز فيها أكبر قدر من الضوء في الألياف فتحة وقد أدت هذه العوامل إلى تعريفات جديدة للبعد البؤري. لتمكين مقارنة القياسات على العدسات الدقيقة وتبادل الأجزاء ، تم تطوير سلسلة من المعايير الدولية لمساعدة المستخدمين والمصنعين من خلال تحديد خصائص العدسات الدقيقة ووصف طرق القياس المناسبة.[23][24][25][26]
البصريات الدقيقة في الطبيعة
توجد أمثلة على البصريات الدقيقة في الطبيعة بدءًا من الهياكل البسيطة لجمع الضوء من أجلها البناء الضوئي في الأوراق ل عيون مركبة في الحشرات. نظرًا لأن طرق تشكيل العدسات الدقيقة ومصفوفات الكاشف يتم تطويرها بشكل أكبر ، فإن القدرة على محاكاة التصميمات البصرية الموجودة في الطبيعة ستؤدي إلى أنظمة بصرية مدمجة جديدة.[27][28]