Đại học Harvard sử dụng công nghệ nano để phát triển ống kính phẳng chống méo hình

Thảo luận trong 'Khoa học' bắt đầu bởi shinbehv, 25/8/12. Trả lời: 64, Xem: 12483.

  1. image_large.
    Nhóm nghiên cứu tại Đại học Harvard vừa phát minh ra thấu kính phẳng chống méo hình

    Ngoài trừ mục đích tạo hiệu ứng nghệ thuật (ví dụ ống kính mắt cá), tất cả các ống kính quang học trên thị trường (đặc biệt là trên các máy ảnh) đều có gắng giảm độ méo ảnh ở rìa ống kính. Đáng tiếc là do đặc điểm vật lý và quá trình chế tạo, hiện tượng trên không thể được loại bỏ hoàn toàn. Tuy nhiên tình hình có thể thay đổi khi nghiên cứu mới nhất của các nhà khoa học tại Đại học Kỹ thuật và Khoa học ứng dụng, thuộc đại học Harvard vừa cho ra đời một thế hệ ống kính siêu mỏng và gần như nằm trên một mặt phẳng. Nhờ đó, ống kính này có thể hội tụ một chùm sáng mà không làm thay đổi tương quan giữa các pha truyền cho phép nó tạo ra các hình ảnh hoàn hảo trên các tấm phim hay cảm biến sáng.

    Trước khi đi tìm hiểu chi tiết về loại ống kính mới, bạn hãy cùng Tinh Tế xem xét bản chất vật lý của thấu kính và hiện tượng việc hình ảnh bị méo sau khi truyền qua nó.

    Bản chất vật lý của ống kính


    363258_com_dispersion_prism.
    Bản chất của thấu kính là do quá trình khúc xạ ánh sáng qua các lăng kính nhỏ, nó cũng là một trong những nguyên nhân khiến hình ảnh thu được không đồng dạng hoàn toàn với vật thật
    Như chúng ta đã biết, mỗi thấu kính quang học truyền thống (phân kỳ hay hội tụ) là tập hợp của rất nhiều các lăng kính nhỏ. Mỗi lăng kính có tác dụng khúc xạ các tia sáng truyền qua nó. Nhờ đó chùm sáng có thể bị hội tụ hoặc phân kỳ tùy thuộc vào vật liệu, hình dạng và cách người ta sản xuât thấu kính. Tuy nhiên, để có thể tạo một thấu kính thì ít nhất một mặt của miếng vật liệu phải có dạng hình cầu (lõm hoặc lồi). Do đó, về mặt nguyên tắc toàn bộ thấu kính không có độ dày giống nhau.

    Các hiện tượng quang học ảnh hưởng tới chất lượng hình ảnh

    4469163330_d040f79b34.
    Việc tia sáng bị trễ pha khi đi qua ống kính giống như trường hợp nó truyền qua một bản mặt song song

    Bản chất của các hiện tượng quang học không mong muốn xảy ra trên các thấu kính nằm ở chính hình dạng của chúng. Vì độ dày tại các khu vực khác nhau trên thấu kính không giống nhau nên tại mỗi vị trí nó sẽ bẻ đường đi của ánh sáng theo các cách khác nhau. Để dễ hình dung, các bạn hãy nhớ lại bài toán đặt một bản mặt song song trên đi của một chùm sáng trong thí nghiệm Young ở phổ thông. Do bản mặt này mà hai chùm sáng chiếu từ hai nguồn đồng pha sẽ có độ lệnh khác nhau khi đi tới màn chiếu. Ở trong trường hợp này cũng vậy, ngoài độ lệnh pha khi các chùm sáng đi qua thấu kính, đường đi của chúng cũng bị thay đổi tùy thuộc vào loại ánh sáng (đỏ, da cam, vàng ...) và độ dày. Vì thế, nếu không tính toán được chính xác thì khi các chùm sáng được hứng trên màn (hoặc phim cảm biến ...) chúng sẽ tạo ra các ảnh không hoàn toàn đồng dạng với vật phát sáng. Kết quả như chúng ta thấy là hình ảnh sẽ bị méo, và càng ở rìa thì độ méo càng lớn. Nguyên nhân là do ở vùng gần biên của thấu kính sự không tương đồng của tính chất quang học thể hiện rõ hơn.

    Một nhược điểm nữa xuất hiện ở vùng rìa thấu kính là hiện tượng sắc sai. Đó là việc ánh sáng bị khúc xạ mạnh và tách thành các chùm sáng đơn sắc, khiến hình ảnh tạo ra ở khu vực này vốn đã không trung thực nay lại càng tệ hơn. Nếu mem nào của Tinhte.vn đã từng hì hục chế tạo các kính thiên văn loại nhỏ sẽ nhìn thấy hiện tượng này một cách rõ nét nhất (do các kính mua rời trên thị trường thường có chất lượng thấp hơn nhiều so với sản phẩm thương mại hoàn chỉnh).

    Để khắc phục những bất tiện trên thì các nhà sản xuất (đặc biệt là các hãng máy ảnh) thường tạo ra các ống bằng cách ghép nhiều thấu kính liên tiếp. Họ cũng phủ lên mặt kính một lớp mỏng đặc biệt để giảm hiện tượng sắc sai, đó là lý do tại sao bạn thường thấy trên ống kính máy ảnh một lớp bóng với nhiều màu tím, xanh ... Với các ống fix (có tiêu cự cố định) việc tính toán bố trí hệ thấu kính và sử dụng chất giảm sắc sai tương đối chính xác (do chỉ có một tiêu cự) nên sự lệnh pha của các tia sáng được phân bố hợp lý và độ méo thấp. Vì thế bạn có thể thấy rõ chất lượng quang học của các ống này tốt hơn nhiều so với các ống đa năng (có thể zoom được) ngay cả thi chụp ở cùng tiêu cự.

    Phương thức chế tạo ống kính mới tại Harvard


    image.
    Cấu trúc vàng-silicon chỉ dày khoảng 60 nano mét làm cho ống kính gần như nằm trong một mặt phẳng hai chiều
    Thay vì điều chỉnh độ trễ pha của ánh sáng dựa vào kích thước ngang của các thấu kính hoặc hệ thấu kính như các nhà sản xuất đang thực hiện, giáo sư Robert L. Wallace ở Harvard cho biết: sự khác biệt ở đây là chúng tôi thực hiện việc điều chỉnh pha trực tiếp ngay trên bề mặt của thấu kính. Để hiện thực hóa ý tưởng, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một thấu kính siêu mỏng với độ dày đồng nhất là 60 nano mét (1 nano mét=1/tỷ mét), cấu trúc gần như nằm hoàn toàn trong mặt phẳng hai chiều.

    image_large (1).
    Biểu đồ độ trễ pha của laser khi đi qua các vùng của thấu kính
    Đầu tiên các nhà khoa học mạ một lớp vàng có kích cỡ nano mét lên một đế silicon siêu mỏng. Tiếp theo họ loại bỏ một phần của lớp mạ vàng để tạo ra một bề mặt rất phẳng. Sau đó họ chiếu một chùm tia laser lên ống kính vàng-silicon, thiết bị này sẽ trở thành một ăng ten có kích thước nano giúp hấp thụ ánh sáng. Nó sẽ làm chậm pha các đường truyền tia tới trong thời gian ngắn trước khi giải phóng chùm tia ló. Do đặc tính của bề mặt ống kính, sự trễ pha tại mỗi điểm được điều chỉnh chính xác và cho phép thay đổi đường truyền của ánh sáng giống như các lens thông thường.

    Tuy nhiên, nó tạo ra một sự khác biệt quan trọng là không làm méo hình ảnh. Các lỗi do độ không ổn định về độ dày cũng như hiện tượng quang sai và cầu sai cũng tự động biến mất. Nhờ đó, thấu kính nano vàng-silicon tránh được hiệu ứng mắt cá (fish-eye) thường thấy ở các ống kính siêu rộng (super-wide). Kết quả là các hình ảnh tượng tạo ra một cách mà không cần áp dụng thêm một kỹ thuật hiệu chỉnh phức tạp nào. Một ưu điểm nữa là quá trình chế tạo ống kính tương đối đơn giản nên nó cho phép sản xuất ra sản phẩm với giá thành không lớn và khả năng áp dụng rộng rãi.

    Được biết, hiện ống kính nano trên có thể hoạt động tốt với với các bước sóng viễn thông (tức từ vùng hồng ngoại tới vài terahertz).


    Nguồn: Harvard
     
    manhcuong185, Kanzz.Elf, TraNH0L16 người khác thích nội dung này.
  2. mr_tam

    mr_tam Thành viên

    mỹ là cái nôi của công nghệ cao
     
    Kanzz.Elf, IMINLOVE2012jack93 thích nội dung này.
  3. J_Android

    J_Android Anh Duong Talents

    đang chờ đợi sp ra hy vọng có lens cho DSLR
     
  4. ShocksGunz

    ShocksGunz Thành viên

    Muốn vào trường này học ghê! :adore:
     
  5. Dinhlambk_k2011

    Dinhlambk_k2011 Thành viên

    Lâu lắm mới thấy havard cho ra một công trình khoa học^^!
     
  6. CrystalShield

    CrystalShield Thành viên

    Cái này học hồi cấp 3 rùi....... ^^!

    cơ mà...... "cái lôi" là cái gì nhỉ............... comment đầu tiên ý
     
    TraNH0L, ptp49mr_tam thích nội dung này.
  7. mr_tam

    mr_tam Thành viên

    ý mình là cái nôi ^^
     
    CrystalShield thích nội dung này.
  8. ddndtdt

    ddndtdt Thành viên

    Mỹ luôn dẫn đầu
     
    IMINLOVE2012 thích nội dung này.
  9. phhac

    phhac Dự bị

    Tương lai chỉ dùng điện thoại chụp hình với zoom 1000x.
     
  10. hoangtu1410

    hoangtu1410 Thành viên

    Ước gì dc học ở trường này, toàn dân tài giỏi :(
     
  11. ductung141

    ductung141 Thành viên

    được học là một chuyện mà có tài giỏi như họ không thì lại là chuyện khác :)
     
    buhsheep92, pron93, ptp493 người khác thích nội dung này.
  12. sucsong1

    sucsong1 Thành viên

    Họ có chính sách thu hút nhân tài hàng đầu
     
    ptp49mr_tam thích nội dung này.
  13. clickeveryday

    clickeveryday Thành viên

    giáo sư tiến sĩ bên havad mặc đồ giản dị thật
     
    Kanzz.Elf thích nội dung này.
  14. thtrang

    thtrang Thành viên

    Năm ngoái mình có hb trường này mà không học tiếc ghê :D
     
  15. minhbm

    minhbm Thành viên

    "tốt gỗ hơn tốt nước sơn"
     
    ptp49IMINLOVE2012 thích nội dung này.
  16. ngocanh3996

    ngocanh3996 Thành viên

    em cũng mơ ước đc học trường này từ bé, ko biết có đc ko!! :rolleyes:
     
  17. thang_1234

    thang_1234 Thành viên

    học trường này đóng tiền học phí cũng phê!!!
     
    Kanzz.Elfthuyhang.pham90 thích nội dung này.
  18. kuduyz

    kuduyz Thành viên

    ta đang nghiên cứu ở độ chính xác micromet, còn họ thì toàn nanomet!
    Thế này thì ống kính máy ảnh sẽ chụp đc càng xa hơn và giá cả chắc cũng sẽ đắt hơn:(
     
  19. LocDT

    LocDT Thành viên

    Cái này mới cho sóng vô tuyến thì chưa dùng cho máy ảnh dân dụng được. Nếu dùng đuợc với bước sóng trong dải nhìn thấy được thì DSLR sau này sẽ mỏng như máy du lịch.
     
    Kanzz.Elf thích nội dung này.
  20. ShocksGunz

    ShocksGunz Thành viên

    Ôm cái học bổng là ổn thôi! :sogood: