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Oct 30, 2023

Lente plana bifocal con diferentes características de imagen para un doble

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 18996 (2022) Cite este artículo 785 Accesos 1 Detalles de Altmetric Metrics Se pueden tomar imágenes de amplio campo de visión (FOV) e imágenes ampliadas simultáneamente

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 18996 (2022) Citar este artículo

785 Accesos

1 altmétrica

Detalles de métricas

Los sistemas de imágenes de doble sensor pueden tomar simultáneamente imágenes de amplio campo de visión (FOV) e imágenes ampliadas. Aquí, proponemos un enfoque para crear una lente plana bifocal con diferentes características de imagen de sus dos focos, lo que hace que los sistemas de imágenes de doble sensor sean más integrados y miniaturizados. Es decir, se extraen dos partes especiales de dos ZP convencionales diferentes y luego se combinan los dos elementos de una forma específica. De modo que hay dos focos con diferentes características a lo largo del eje óptico, uno es de enfoque largo con mayor resolución y el otro es de enfoque corto con gran profundidad de enfoque (DOF). Bajo el enfoque propuesto, se desarrolla una lente difractiva bifocal (BDL) delgada y liviana con un espesor de 0,6 μm. Las distancias focales larga y corta del BDL son ~ 81 mm y ~ 27 mm, respectivamente, con un diámetro de 6 mm. Demostramos experimentalmente que el enfoque largo del BDL es capaz de tomar imágenes ampliadas de alta resolución y su resolución es de hasta 21,90 ″. El enfoque corto puede tomar un campo de visión amplio con imágenes DOF ​​largas, y se pueden visualizar claramente dos objetos separados por 2880 mm. Los resultados del experimento demuestran que todas estas métricas son mejores que las de una lente refractiva convencional.

En el sistema de imágenes, las imágenes con aumento y el campo de visión amplio (FOV) son muy importantes para obtener más información1. Las aplicaciones que requieren imágenes magnificadas y con un amplio campo de visión van desde la vigilancia2 y la medicina3,4,5 hasta la inteligencia artificial6,7. Dado que con un solo enfoque en un sistema de imágenes convencional, se requiere zoom para tomar imágenes ampliadas e imágenes con campo de visión amplio, lo que significa que los sistemas de imágenes con zoom convencionales no pueden tomar imágenes ampliadas y con campo de visión amplio simultáneamente. Además, los sistemas de imágenes con zoom son muy gruesos y voluminosos, y el proceso de zoom requiere mucho tiempo y es difícil equilibrar bien el campo de visión amplio y la alta resolución. Para resolver estos problemas, se han propuesto muchos enfoques, como imágenes de conjunto de lentes8,9,10,11,12,13,14 e imágenes foveadas15,16,17,18 y sistemas de doble cámara19 y sistemas de imágenes de doble sensor20. Sin embargo, los inconvenientes de estos enfoques son muy voluminosos y complicados debido a que tienen más de una lente, lo que limita su aplicación en campos amplios.

Para fines de ligereza, integración y miniaturización, las lentes planas con dos focos brindan una solución para el sistema de imágenes de sensor dual, lo que significa que el enfoque largo permite imágenes de aumento de alta resolución, mientras que el enfoque corto permite un campo de visión amplio con imágenes de DOF largo, simultáneamente. Las lentes planas incluyen metalentes y elementos ópticos difractivos (DOE), y ambos pueden manipular la fase de la luz libremente. Además, la manipulación de la polarización puede lograrse mediante metalenses21. Los metalenses son dispositivos ópticos novedosos propuestos en los últimos años22,23, y pueden lograr el frente de onda diseñado organizando estas unidades cuidadosamente, incluido el acromatismo24,25 y la imagen de polarización26. No obstante, en este artículo se trata de un problema de control de fase en lugar de control de polarización, y es un gran desafío diseñar y fabricar metales con características constituyentes más grandes en comparación con los DOE27. Por lo tanto, las DOE son más adecuadas para cumplir con estos requisitos y son mucho más sencillas de fabricar gracias al desarrollo de la tecnología de fotolitografía, lo que las hace accesibles a una fabricación de gran volumen y bajo coste. Existen dos enfoques comunes para diseñar un DOE multifocal, incluida la optimización de una distribución de intensidad dada28,29,30,31 y el diseño de órdenes de difracción32,33,34. Es decir, para el primer enfoque, se utilizan algunos algoritmos para optimizar elementos ópticos para formar una distribución de intensidad determinada a lo largo del eje óptico. Para el segundo enfoque, se trata de una binarización de una lente ordinaria, es decir, aparecen órdenes de difracción adicionales a lo largo del eje óptico. Ambos han sido estudiados durante mucho tiempo y son bien conocidos. Sin embargo, el inconveniente del primer enfoque es que requieren un algoritmo de optimización para optimizar la distribución de intensidad dada a lo largo del eje óptico, lo que requiere mucho tiempo y es difícil de fabricar grandes DOE multifocales. El inconveniente del segundo enfoque es que aparece una serie de puntos focales adicionales en el eje óptico, lo que reduce la calidad de la imagen de enfoque primario que necesitamos. Además, es difícil lograr las características focales esperadas a lo largo del eje óptico mediante la binarización de una lente ordinaria para producir focos adicionales.

Para resolver estos problemas, proponemos un enfoque para crear una lente plana bifocal con diferentes características de imagen de sus dos focos, especialmente adecuado para el escenario de aplicación aquí. La lente plana bifocal es en realidad un elemento difractivo de dos áreas basado en la placa de zona de Fresnel (FZP). El FZP se ha utilizado en muchas aplicaciones, como imágenes ópticas y de rayos X. Sin embargo, debido a la gran aberración cromática del FZP debido a su principio de trabajo, generalmente se emplea en imágenes de longitud de onda única en lugar de imágenes de banda ancha, lo que podría lograrse mediante lentes difractivas multinivel (MDL)35,36. Por lo tanto, la lente plana bifocal propuesta es adecuada para emplearla en imágenes de longitud de onda única. Cada área corresponde a parte de una placa de zona con una distancia focal específica. Se pueden lograr características de imagen especiales de los puntos focales mediante una combinación específica de estos dos elementos. Por lo tanto, el enfoque propuesto de crear una lente plana bifocal permite una fabricación de gran tamaño e imágenes de alta calidad al evitar la optimización del algoritmo o generar una serie de puntos focales adicionales.

Aquí proponemos un enfoque para diseñar una lente difractiva bifocal (BDL) delgada y liviana que puede tomar directamente una imagen ampliada de alta resolución y un campo de visión amplio con una imagen de gran profundidad de enfoque (DOF) simultáneamente a través de sus dos focos. Al diseñar dos puntos focales de alta intensidad a lo largo del eje óptico del BDL, se pueden tomar dos imágenes de alta calidad al mismo tiempo, incluida una imagen ampliada y una imagen con campo de visión amplio. Además, la característica DOF larga del enfoque corto se logra mediante el enfoque de diseño propuesto de lente plana bifocal, mientras que también se logra la característica de alta resolución del enfoque largo. Por lo tanto, el BDL es capaz de tomar una imagen ampliada de alta resolución y un campo de visión amplio con una imagen DOF larga simultáneamente a través de los dos focos diseñados específicamente, lo que hace que el sistema de imágenes de sensor dual esté más integrado y miniaturizado.

Nuestro diseño está inspirado en un DOE multifocal convencional, que es la placa de zona de Fresnel (FZP)37. La Figura 1a muestra los focos de orden de difracción del FZP. Cuando un haz de luz paralelo ilumina el FZP, los focos de orden de difracción + 1 y + 2 y los focos de orden de difracción − 1 y − 2 están a ambos lados de la lente, y el orden de difracción cero juega un papel como ruido de fondo. La calidad de imagen del punto focal de primer orden del FZP es excelente debido al enfoque de alta intensidad, mientras que la calidad de imagen de otros focos se vuelve pobre. Obviamente, las características de enfoque que se necesitan aquí se pueden lograr mediante la combinación de estos órdenes de difracción, como se muestra en la Fig. 1b. De la figura se desprende claramente que el problema de la combinación de estos órdenes de difracción se puede resolver combinando dos ZP convencionales. Un ZP convencional es un ZP de distancia focal larga de primer orden con un interior hueco, denominado ZP exterior. El otro es un ZP de distancia focal corta para el primer orden, denominado ZP interno. La distancia focal corta es igual a 1/3 de la distancia focal larga, de modo que el foco de segundo orden de la ZP exterior coincide con el foco de primer orden de la ZP interior. Mediante esta combinación particular, hay dos puntos focales de alta intensidad (de primer orden) a lo largo del eje óptico, lo que significa que los dos focos pueden tomar dos imágenes diferentes con alta calidad. Una es una imagen ampliada tomada con el enfoque largo y la otra es una imagen con campo de visión amplio tomada con el enfoque corto. Además, a través de esta combinación específica, el enfoque largo puede tomar imágenes de mayor resolución mediante el uso de un componente de frecuencia espacial media-alta, y el enfoque corto puede tomar imágenes DOF ​​largas generando un punto focal de alta intensidad. Aunque ha habido muchos ejemplos de mejora del DOF38,39,40,41, el enfoque que proponemos puede mejorar directamente el DOF sin requerir un posprocesamiento extenso o que múltiples elementos sean bastante gruesos. Por lo tanto, la lente compuesta denominada lente difractiva bifocal (BDL) puede tomar directamente una imagen ampliada de alta resolución y un campo de visión amplio con una imagen DOF larga simultáneamente a través de sus dos focos diseñados específicamente.

(a) Focos de orden de difracción del FZP. (b) Diagrama esquemático del proceso de diseño de las órdenes de difracción BDL. (c) Esquema de la estructura del BDL. (d) Diagrama del principio de funcionamiento del BDL.

La Figura 1c muestra la estructura del BDL propuesto. Los anillos exteriores representan el componente de la ZP exterior, y su distancia focal de primer orden es la distancia focal larga. Los anillos interiores representan el componente de la ZP interior, y su distancia focal de primer orden es la distancia focal corta. La Figura 1d muestra el diagrama del principio de funcionamiento del BDL.

En términos matemáticos, dado que el BDL está diseñado en base al ZP convencional, los radios de enjuagado y fresado diseñados para los anillos interiores y exteriores se calculan de la siguiente manera:

donde f es la distancia focal de primer orden (distancia focal corta) de los anillos interiores, λ es la longitud de onda operativa diseñada y S es el número de anillos. Transformar las ecuaciones. (1) y (2) en la función de transmitancia qinner(ζ) y qouter(ξ), respectivamente. Cabe señalar que el BDL es una combinación de estos dos tipos de anillos, por lo que la función de transmitancia q(ς) del BDL se puede expresar como

Finalmente, utilizando la aproximación de Fresnel, la irradiancia axial se puede calcular mediante la difracción paraxial como42

donde u = a2/(2λz) es la coordenada axial reducida, a es el radio del BDL. λ y z son la longitud de onda operativa diseñada y la distancia axial, respectivamente.

En este artículo, las distancias focales larga y corta de nuestro BDL diseñado son 81 mm y 27 mm, respectivamente. El diámetro de la ZP interior es de 3 mm y el ancho de la ZP exterior es de 1,5 mm. Es decir, la ZP interior y la ZP exterior ocupan cada una la mitad del radio total del BDL diseñado. Además, la longitud de onda operativa diseñada es de 532 nm.

Para analizar las características de enfoque del BDL, la simulación de difracción axial del BDL se realiza con base en la ecuación. (4). Los resultados se muestran en la Fig. 2. A modo de comparación, el elemento óptico difractivo convencional FZP también realiza una simulación de difracción axial. Las distribuciones completas de intensidad axial de BDL y FZP se muestran en la Fig. 2a, n. De las figuras, se desprende que hay tres puntos focales distintos de ambas lentes, y todos ellos se extraen para que se vean de forma clara y fácil de comparar, como se muestra en las figuras 2b – d y k – m. Al mismo tiempo, también se extraen sus correspondientes puntos focales, como se muestra en las figuras 2e-j. Las Figuras 2b, k son distribuciones de intensidad axial de los terceros puntos focales del BDL y FZP, respectivamente, y son los focos redundantes y como ruido de fondo para otros focos. Se puede observar que el diámetro y la intensidad del tercer punto focal del BDL es menor que el del FZP, lo que significa que el efecto sobre otros focos es menor que el del FZP.

Propiedades de enfoque del BDL y FZP. ( a ) Distribución de intensidad axial del BDL. (b) Distribución de intensidad axial del tercer foco del BDL. ( c, d ) Distribución de intensidad axial de los focos cortos y largos del BDL. (e – g) Las intensidades de los puntos focales correspondientes del BDL. (h – j) Las intensidades de los puntos focales correspondientes del FZP. (k) Distribución de intensidad axial del tercer foco del FZP. (l, m) Distribución de intensidad axial de los focos cortos y largos de la FZP. (n) Distribución de intensidad axial del FZP. (o) Comparación del enfoque corto del BDL y FZP. (p) Comparación del enfoque a largo plazo del BDL y el FZP.

Las Figuras 2c, l son distribuciones de intensidad axial de puntos focales cortos de BDL y FZP, respectivamente. El resultado de la comparación de ellos se muestra en la Fig. 2o. Está claro que la longitud y la intensidad del punto focal corto del BDL son mayores que las del FZP, lo que significa que el punto focal corto del BDL puede capturar un campo de visión amplio con una imagen DOF larga.

Las Figuras 2g, j son puntos focales largos de BDL y FZP, respectivamente, y ambos se comparan en la Fig. 2p. Es obvio que el diámetro del punto focal largo disminuye, lo que significa que el punto focal largo del BDL logra un mejor rendimiento de enfoque y una mayor resolución, aunque la intensidad del foco largo también disminuye. De este modo, se puede tomar una imagen ampliada de alta resolución mediante el enfoque largo del BDL. En particular, las eficiencias del BDL en f = 81 mm yf = 27 mm son 13,11% y 6,45%, respectivamente. Para el FZP en f = 81 mm y f = 27 mm son 18,78% y 2,21%, respectivamente.

El BDL diseñado se fabrica mediante fotolitografía sobre un fotorresistente negativo. La Figura 3a muestra el proceso de fotolitografía. Se coloca una capa de fotoprotector negativo (SU-8, Microchem) sobre el sustrato de vidrio (dióxido de silicio). Al colocar la máscara diseñada entre la lente del objetivo fotolitográfico y el sustrato recubierto con fotoprotector negativo, la luz ultravioleta solidifica el fotoprotector expuesto al encender la fuente de luz de la máquina de litografía. Luego, con el desarrollo, se fabrica el BDL completo final, como se muestra en la Fig. 3b. Las Figuras 3c, d son micrografías del BDL fabricado. El tamaño total del sustrato es de 12 mm (largo) × 12 mm (ancho). El diámetro del BDL fabricado es de 6 mm. Además, la altura de estos anillos es de 0,6 µm y la anchura del anillo más estrecho es de 3 µm. Tal como se diseñó, el diámetro de la ZP interior del BDL fabricado es de 3 mm y el ancho de la ZP exterior es de 1,5 mm. La longitud de onda operativa diseñada es de 532 nm.

(a) Diagrama de flujo del proceso fotolitográfico. (b) El BDL fabricado. ( c, d ) Micrografías del BDL fabricado.

Para demostrar las características de imagen del enfoque largo y corto del BDL, se realizan dos tipos de experimentos con el enfoque largo y corto del BDL, incluida la prueba de objetivos de resolución y la prueba de imágenes de objetos reales. Los diagramas esquemáticos de los dos tipos correspondientes de configuraciones experimentales se muestran en las figuras 4a, b. Para las pruebas de resolución del objetivo, se utiliza un tubo colimador (FPG-7, Huazhong Precision Instruments Co., Ltd., China) con una fuente de luz blanca y un filtro óptico (GCC-202105, Daheng Optics Co., Ltd., China). en el experimento de prueba de objetivos de resolución. El BDL está ubicado entre el tubo colimador y el sensor CMOS (FT-GS500C, Fangte Technology Co., Ltd., China). El tamaño del sensor CMOS es 1/2,5″, y el tamaño de píxel y la resolución son 2,2 µm × 2,2 µm y 2592 × 1944 píxeles, respectivamente. Las imágenes se graban moviendo axialmente la posición del sensor CMOS. En particular, las distancias entre el sensor BDL y CMOS para las mediciones son de alrededor de 27 mm y 81 mm, que son aproximadamente iguales a las distancias focales correspondientes del enfoque largo y corto del BDL, respectivamente, porque las mediciones son distancias infinitas. imágenes a través del tubo colimador.

Diagrama de montajes experimentales. (a) Diagrama esquemático de la configuración del experimento de prueba de resolución. (b) Diagrama esquemático de la configuración del experimento de imágenes de objetos reales.

En las pruebas de imágenes de objetos reales, también se utilizan el mismo filtro óptico y sensor COMS. En particular, el objeto fotografiado cambia de un objetivo de resolución a objetos reales. Del mismo modo, las imágenes se graban moviendo axialmente la posición del sensor CMOS. En todos los experimentos de imágenes de objetos, las distancias objetivas se diseñan deliberadamente a una distancia mayor en comparación con las distancias focales del BDL. Debido a esto, la distancia de la imagen (la distancia entre el sensor BDL y CMOS) v = 1/(1/f—1/u) ≈ 1/1/f = f. Por lo tanto, puede verse como una imagen de distancia infinita, lo que significa que las distancias entre el sensor BDL y CMOS son aproximadamente iguales a las longitudes focales correspondientes del enfoque corto y largo (27 mm y 81 mm), respectivamente.

Se demuestra la característica de alta resolución del foco largo del BDL. Para mostrar el rendimiento de resolución del enfoque largo, el BDL y la lente refractiva convencional (la misma distancia focal y diámetro que el BDL) se miden juntos para comparar. El objetivo de resolución se utiliza para probar la resolución del enfoque largo de BDL y FZP, como se muestra en la Fig. 4a. Los resultados medidos de la lente refractiva convencional y BDL se muestran en las figuras 5a, b, respectivamente. Para el objetivo de resolución de 9 lp/mm, está claro que el BDL puede distinguir las líneas del objetivo de prueba de resolución, mientras que la lente refractiva no puede distinguir estas líneas. Para que el resultado sea más evidente, se trazan las curvas de visualización en escala de grises de imágenes objetivo más pequeñas, como se muestra en la Fig. 5c. En comparación con las lentes refractivas convencionales, la curva del BDL fluctúa aún más bruscamente. Aunque la imagen parece nítida y desigual debido a la pérdida de baja frecuencia espacial, esto no afecta sus características de imágenes ampliadas con detalles de alta resolución. A través del experimento, la resolución de la lente refractiva convencional es de 24,60”, mientras que la resolución del enfoque largo del BDL es de hasta 21,90”, lo que significa que el BDL tiene un rendimiento de resolución más alto. En resumen, los resultados indican que el enfoque largo del BDL logra imágenes de mayor resolución mediante el uso de una frecuencia espacial media-alta.

Pruebas de resolución del foco largo. (a) Imagen de resolución tomada por la lente refractiva. (b) Imagen de resolución tomada por el BDL. (c) Curvas de visualización en escala de grises de las imágenes de destino pequeñas (A: BDL, B: Lente refractiva).

Para demostrar la obtención de imágenes de alta calidad del foco corto del BDL, se mide la resolución del foco corto del BDL tomando imágenes del mismo objetivo de resolución. El BDL propuesto se diseñó basándose en el FZP, y el enfoque corto (enfoque de segundo orden) del FZP no podía generar imágenes como se mencionó anteriormente. Por lo tanto, se enumeraron los valores de resolución específicos para mostrar su mejora cuantificada. Para que los resultados sean obvios, comparamos el foco corto del BDL con el foco corto correspondiente del FZP (la misma distancia focal y diámetro que el BDL). Los resultados medidos se muestran en la Fig. 6a,b. Es evidente que la calidad de imagen del enfoque corto ha mejorado mucho en el BDL. Según los resultados experimentales, la resolución del foco corto del FZP es de sólo 1′ 06″, pero la resolución del foco corto del BDL es de hasta 44,14″. Los puntos focales de FZP y BDL en planos focales cortos también se registran en la Fig. 6c, d para comparar, y está claro que BDL enfoca mejor que FZP. En las imágenes de enfoque corto, aunque se pierden algunos detalles de la imagen debido a la pérdida de alta frecuencia espacial, la imagen de objetos en el campo de visión amplio no se ve afectada significativamente.

Pruebas de calidad de imagen del enfoque corto. (a) Imagen en resolución tomada por la FZP. (b) Imagen de resolución tomada por el BDL. (c) Punto focal en el plano focal corto del FZP. (d) Punto focal en el plano focal corto del BDL. (e) Imagen del objeto real tomada por FZP. (f) Imagen del objeto real tomada por el BDL.

Además, también se realiza un experimento de imágenes de objetos reales para mostrar su rendimiento de imágenes real. En el experimento, se utiliza como objeto un iPad (iPad-2018, APPLE Co., Ltd., EE. UU.) y el tamaño de la pantalla del iPad es de 9,7 pulgadas. Hay ocho patrones en la pantalla del iPad y cada patrón está formado por líneas de diferente grosor. La distancia entre el iPad y el BDL es de 2150 mm. Los resultados medidos de FZP y BDL se muestran en la Fig. 6e, f. Obviamente, el BDL tiene una mejor capacidad de obtención de imágenes que el FZP y puede distinguir más líneas.

Se mide la profundidad de campo (DOF) del foco corto del BDL. La lente refractiva convencional se utiliza como comparación para que los resultados sean más intuitivos. Se utilizan dos iPads en diferentes posiciones como objetos para medir. Hay cuatro patrones en la pantalla y todos consisten en líneas del mismo grosor. El ancho de las líneas en la pantalla del iPad es de 1,0 mm y la distancia entre líneas es de 0,9 mm. Uno de los iPads se coloca a 2150 mm delante del BDL y otro iPad se coloca a 5030 mm delante del BDL. Así, la distancia entre estos dos iPad es de 2880 mm. Los resultados medidos de la lente refractiva convencional y BDL se muestran en las figuras 7a, b, respectivamente. Muestra que tanto el BDL como la lente refractiva pueden tomar fotografías claras del iPad más cercano. Sin embargo, el BDL también puede tomar imágenes claras del iPad lejano, pero la lente refractiva no. Y la distorsión grave se observa en las lentes refractivas convencionales, mientras que no se puede observar una distorsión evidente en las BDL. Como era de esperar, el resultado experimental muestra que el BDL puede tomar una imagen DOF larga sin una distorsión obvia debido a su enfoque corto. La longitud del DOF para un enfoque corto es de ~ 200 μm según el resultado del experimento.

Imágenes de DOF largo a través del enfoque corto. (a) Imagen tomada por la lente refractiva. (b) Imagen tomada por el BDL. La distancia entre dos objetos es de 2880 mm.

El BDL es adecuado para su uso en un sistema de imágenes de doble sensor. La configuración del experimento se muestra en la Fig. 8a y el sistema de imágenes consta del BDL y el filtro óptico. Se utiliza una pantalla de visualización (P2415Q, DELL Co., Ltd., EE. UU.) como objeto a medir. El tamaño de la pantalla es de 530 mm × 300 mm. Hay ocho patrones en la pantalla y todos ellos consisten en líneas con diferentes grosores. El ancho de las líneas más estrechas es de 1,8 mm y la distancia más corta entre estas líneas es de 0,65 mm. El BDL registra todos los patrones en la pantalla a través de su enfoque corto, como se muestra en la Fig. 8b, lo que demuestra que se puede grabar una imagen FOV amplia mediante el enfoque corto del BDL. La Figura 8c muestra un patrón ampliado registrado por el foco largo del BDL, y estas líneas se pueden distinguir claramente. El resultado indica que la imagen detallada de una parte de un campo de visión amplio se puede grabar a través del enfoque largo del BDL. Es obvio que las dos imágenes con características diferentes son tomadas por el BDL simultáneamente. El ángulo del FOV para enfoque corto es ~ 12° según los resultados experimentales. En particular, el campo de visión amplio (~ 12°) solo se compara con el enfoque largo del BDL (~ 4°). El MTF de los puntos focales largo (f = 81 mm) y corto (f = 27 mm) del BDL se calculó mediante las imágenes de objetivos de resolución y se representó en un gráfico, como se muestra en la Fig. 8d.

Un sistema de imágenes de doble sensor que emplea el BDL. (a) Configuración del sistema de imágenes. (b) Imagen amplia FOV tomada por el sensor CMOS 1. (c) Imagen ampliada de alta resolución tomada por el sensor CMOS 2. (d) El MTF de los puntos focales largos y cortos del BDL.

Del experimento, los resultados demuestran que el sensor CMOS 1 puede grabar un campo de visión amplio con una imagen DOF larga, y el sensor CMOS 2 puede grabar una imagen ampliada con alta resolución. Por lo tanto, el sistema de imágenes que emplea el BDL permite imágenes simultáneas de alta resolución. Imágenes de aumento de resolución y campo de visión amplio con imágenes de DOF largo, lo que es posible hacer que un sistema de imágenes de sensor dual esté más integrado y miniaturizado, reduciendo así el peso, el costo y la complejidad asociada.

En resumen, proponemos un enfoque para desarrollar una lente difractiva bifocal y demostrar una lente de difracción bifocal delgada y liviana con diferentes características de imagen de sus dos focos. El BDL es capaz de tomar directamente dos imágenes de alta calidad con características diferentes a través de sus dos focos diseñados específicamente al mismo tiempo. Una es la imagen ampliada de alta resolución, que se toma con el enfoque largo (f = 81 mm) del BDL y su resolución es de hasta 21,90”. La otra es la imagen FOV amplio (~ 12°) con DOF largo (~ 200 μm), que se toma con el enfoque corto (f = 27 mm) del BDL, y se pueden visualizar claramente dos objetos separados 2880 mm. por el enfoque corto. Por lo tanto, el BDL toma simultáneamente una imagen ampliada de alta resolución y un campo de visión amplio con una imagen DOF larga con dos focos diseñados específicos. El BDL propuesto bajo el enfoque de diseño propuesto es muy adecuado para ser utilizado en un sistema de imágenes de sensor dual, lo que lo hace más integrado y miniaturizado para reducir así el peso, el costo y la complejidad asociada.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado (y sus archivos de información complementarios).

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Escuela de Ingeniería Electrónica e Informática, Universidad de Sichuan, Chengdu, 610065, China

Yin Zhou, Feng-Lin Kuang, Rui Li y Lei Li

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YZ, FL.K., RL y LL escribieron el texto principal. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Lei Li.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Zhou, Y., Kuang, FL., Li, R. et al. Lente plana bifocal con diferentes características de imagen para un sistema de imagen de doble sensor. Informe científico 12, 18996 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-22103-5

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Recibido: 26 de mayo de 2022

Aceptado: 10 de octubre de 2022

Publicado: 08 de noviembre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-22103-5

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