美國加州理工大學(Caltech University)的研究人員最近開發出超薄的無鏡片光學相控陣列(OPA)相機,利用一款8X8的OPA接收器,成功實現可完全由循序反向波束控制影像擷取的途徑,從而取代龐大的相機鏡頭。

加州理工學院的研究人員在日前由美國光學學會(OSA)舉辦的「雷射與電光會議」(CLEO)發表這項名為「8x8外差結構的無鏡片OPA相機」(An 8X8 Heterodyne Lens-less OPA Camera)研究。

這款經概念驗證的小型OPA接收器可透過內建於薄型矽光子SOI基底的外差架構加以控制。它的原理類似於波束成形,但相反地,這款OPA接收器可接收來不同方向的入射光源,但透過精確的訊號擷取時間(可在陣列的不同感測元件上設定飛秒級的延遲)聚焦於一特定的方向。陣列上每一個元素接收到的光波可以和來自不同方向的光波彼此抵消,而其中一組彼此放大而產生聚焦的「凝視」波,可經由電子加以控制。

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這種無需鏡頭的光操縱原理類似於運算攝影,它不需要任何光學元件,即可實現簡單的陣列,可依序著眼於不同的方向,並且有選擇地聚焦於不同的事物上。

加州理工大學電機工程與醫學工程系教授Ali Hajimiri解釋:「我們打造了單層的整合型矽光子元件,它可用於模擬數位相機的鏡片與感測器,還能降低數位相機的厚度和成本。它能模擬一般的鏡頭,但只需簡單地調整列接收光的方式,即可以從魚眼瞬間切換到遠距(長焦)鏡頭。」

參與這項研究的該校研究生Reza Fatemi說:「這款新型相機的原理就像是經由小型吸管觀看並掃描整個視野。透過操縱光源取代移動機械物件的方式,讓我們能以驚人的速度迅速形成影像。」

這項設計採用的64元素陣列是以加州理工學院研究人員先前的1D研究成果為基礎,當時的研究成果僅能偵測一行影像。如今,這款OPA相機雖然只能拍攝低解析度影像,但未來可望擴展成更大尺寸的感測器,屆時,研究人員預計,它將可能淘汰掉相機中所用的鏡頭,從而實現更纖薄輕巧的智慧型手機與平面望遠鏡等。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Ultra-Thin Camera Creates Images Without Lenses)