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キリガミデザインを使って眼球のようなカメラを実現

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July, 2, 2021, Houston--University of Houston機械工学Bill D. Cook助教、Cunjiang Yuは、曲がった、適応型イメージングセンサを実装したカメラの開発を報告している。これは、内視鏡、暗視ゴーグル、人工複眼や魚眼カメラなどで画像品質を改善する。

「既存の湾曲イメージャは、フレキシブルであるがチューナブル焦点面に適合しないか、伸縮自在であるが、低ピクセル密度やピクセルフィルファクタのいずれかである」とNature EectronicsでYuは報告している。「キリガミ設計の新しいイメージャは、伸びる前に78%の高いピクセルフィルファクタを持ち、30%まで2軸延伸しながら、その光電子性能を維持できる」。

従来の固い、フラットなイメージングセンサを利用する最新のデジタルカメラシステムは、光学収差補正のために、複雑でかさばるレンズを必要とする。他方、人の眼球のような湾曲カメラは単一レンズで動作、同時に収差を補正し、広い視野角やコンパクトサイズなど、他のメリットも提供する。

Yuは、高いピクセルフィルファクタを持つ曲がった、形状適応型カメラを作製できることを示した。これには、キリガミデザインの超薄シリコンピクセルアレイをコンフォーマル(共形)アディティブスタンプ(CAS)プリンティングを使って曲がった表面に移転させた。CASは、同氏のラボで開発した製造技術。

キリガミは、紙を切る日本のアート。同氏は、キリガミ原理を薄い1枚のイメージングセンサで利用し、切れ目を入れて、それが伸びたり曲がったりできるようにした。他の伸縮自在設計、薄いオープンメッシュサーパンタイン、あるいはアイランドブリッジ構造などと比べると、この新しいキリガミ構造は、フィルファクタが著しく高く、高いピクセル密度を維持して優れた画像を作り出す。

カメラは曲がっているだけでなく、適応型であるので、様々な距離の対象を鮮明に撮ることができる。

「その新しい適応型イメージャは、磁気ラバーシートにプリントされた凹型形状カメラとチューナブルレンズを組み合わせることで、様々な距離にある物体を焦点を絞って見ることができる。適応型光学焦点は、レンズの焦点距離とイメージャの湾曲の両方を調整することで達成され、遠近の対照物が少ない収差で鮮明にイメージングできる」とYuは説明している。

CASプリンティングでは、粘着性のあるコーティングを施したエラストマー、つまり伸縮性のあるバルーンを膨らます。すると、それはスタンピング媒体として使用でき、作成済みの電子デバイスに押しつけて、エレクトロニクスをピックアップし、それらを様々な湾曲面にプリントする。
(詳細は、https://www.uh.edu)