Đại học Harvard sử dụng công nghệ nano để phát triển ống kính phẳng chống méo hình
shinbehv
8 nămBình luận: 62
image_large.jpg
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.jpg
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.jpg
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.jpg
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).jpg
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
mr_tam
TÍCH CỰC
8 năm
mỹ là cái nôi của công nghệ cao
đang chờ đợi sp ra hy vọng có lens cho DSLR
ShocksGunz
ĐẠI BÀNG
8 năm
Muốn vào trường này học ghê! :adore:
thang_1234
TÍCH CỰC
8 năm
@ShocksGunz học trường này đóng tiền học phí cũng phê!!!
ShocksGunz
ĐẠI BÀNG
8 năm
@thang_1234 Ôm cái học bổng là ổn thôi! :sogood:
thang_1234
TÍCH CỰC
8 năm
@ShocksGunz học sinh VN qua bên Mĩ học thì học bổng ầm ầm luôn ấy chứ...toán lớp 10 của VN cũng tương đương toán DH của mĩ rồi!!!!
@thang_1234 lên đại học rớt hàng loạt vì vô đó toàn ứng dụng viet nam toàn lý thuyết cuối cùng lên đại học rất hiếm người viet nam có học bổng
Lâu lắm mới thấy havard cho ra một công trình khoa học^^!
Cái này học hồi cấp 3 rùi....... ^^!

cơ mà...... "cái lôi" là cái gì nhỉ............... comment đầu tiên ý
mr_tam
TÍCH CỰC
8 năm
@CrystalShield ý mình là cái nôi ^^
Mỹ luôn dẫn đầu
phhac
ĐẠI BÀNG
8 năm
Tương lai chỉ dùng điện thoại chụp hình với zoom 1000x.
Ước gì dc học ở trường này, toàn dân tài giỏi 😔
@hoangtu1410 được học là một chuyện mà có tài giỏi như họ không thì lại là chuyện khác 😃
@hoangtu1410 Thật ra trường giỏi vì đk học tập chỉ là 1 phần, phần còn lại là con người, nó toàn tuyển những sv xuất sắc nhất TG ko ah.
sucsong1
TÍCH CỰC
8 năm
Họ có chính sách thu hút nhân tài hàng đầu
giáo sư tiến sĩ bên havad mặc đồ giản dị thật
minhbm
ĐẠI BÀNG
8 năm
@clickeveryday "tốt gỗ hơn tốt nước sơn"
@clickeveryday đâu cũng thế cả bạn ơi,những người vĩ đại họ thường ít khi phô trương cá nhân mah dành mục đích cho nhân loại nhìu hơn,từ hồi khoa học phát triển chưa một nhà bác học nào ăn sung mặc sưuớng cả
babylove124
ĐẠI BÀNG
8 năm
@ezio_nguyen91 EDISON hình như là người sáng lập ra GE đó bạn ==''. hok bít ổng có sướng ko nhỉ ==' chứ mình thấy ai giỏi mà chả sướng =='
@babylove124 mình thấy cái sướng của họ là làm việc lao động và cống hiến,edison bị điếc 1 tai,bị mọi người coi là một thằng đien hồi học lớp 5,bị đuổi học khi mới học tiểu học,phải lăn lộn qua mấy bang để kiếm sống,theo bạn nghĩ ổng sướng hông,mình thấy bây giờ giới trẻ còn đầy đủ hơn ổng,cái sướng của ông đó cũng từ mồ hôi và lao động mah ra,edison có nói một câu "10% là trí thông minh 90% là mồ hôi và sức lao động"
Năm ngoái mình có hb trường này mà không học tiếc ghê 😁
@thtrang bạn thật hay chém vậy?
em cũng mơ ước đc học trường này từ bé, ko biết có đc ko!! :rolleyes:
kuduyz
ĐẠI BÀNG
8 năm
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😔
LocDT
TÍCH CỰC
8 năm
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.
hoan999999
TÍCH CỰC
8 năm
@LocDT Ánh sáng là sóng, ánh sáng mang tới hình ảnh.

Nó gồm 3 màu quang phổ từ đỏ tới tím.

Trước màu đỏ còn có màu k nhìn thấy là hồng ngoại

Sau màu tím còn có các màu bá đạo hơn là Tử ngoại với tần số cao hơn (k nhìn thấy) cho đến Terahertz...

Thế bác đã thay đổi đc suy nghĩ chưa :p

mong sẽ được nhìn thấy những sản phẩm thế này với giá phải chăng
LocDT
TÍCH CỰC
8 năm
@hoan999999 Vậy nghĩa là "thấu kính" này có thể phủ toàn bộ dải tần số nhìn thấy (Từ hồng ngoại trở đi) đến tần số sóng viễn thông? Hay tác giả dịch sai mà lại nhấn mạnh vào hỗ trợ tốt sóng viễn thông trong khi dải nhìn thấy là trong TH này được ứng dụng nhiều hơn để làm ống kính máy ảnh?
tydusalex
ĐẠI BÀNG
8 năm
@LocDT đọc lại đi, nó từ vùng hồng ngoại cho tới vài THz, tức là toàn bộ dải sáng nhìn thấy dc đều nằm trong nó rồi. hơn nữa dù nó phẳng thì vẫn có tiêu cự, hệ thống len vẫn cần khoảng cách giữa các len để thự hiện zoom, lấy nét... công nhệ này chỉ làm giảm cầu sai(méo hình khi để wide), sắc sai(viền tím khi tele) thôi, kích thước chỉ cải thiện đôi chút
kuduyz
ĐẠI BÀNG
8 năm
@tydusalex thế thì bác nhầm rồi, dải sáng mắt nhìn thấy đc trong khoảng từ 400-790 THz cơ.
Theo mình nghĩ thì, lúc này khoảng cách các len chỉ đóng vai trò zoom thôi, vì ảnh mình thu đc gần như đã nét rồi,
cái ống fish eye cả chục triệu h nó làm mất cả hiệu ứng cầu sai thì chak còn vài nghìn tha hồ mua về mah đú 😆,còn các ống ultra wide giá cả sẽ tăng lên gấp chục lần nhờ tích hợp công nghệ này,đúng là cái dc cái mất 😃)
xuxu09
TÍCH CỰC
8 năm
âu mai gút, hiệu ứng ống mắt cá sau này chỉ còn lại trong tools chứ không còn trên ống nữa rồi...nhưng vẫn vui
xedieu
TÍCH CỰC
8 năm
@Chủ topic: Sai chính tả bác ơi "Nguồn: Hardvard"!
@xedieu Đã fix, cảm ơn bạn nhé 😃
deltaduong
ĐẠI BÀNG
8 năm
Mới áp dụng cho vùng hồng ngoại và sóng vô tuyến (bước sóng lớn nhơn 800nm). Nếu dùng cho máy ảnh thì phải áp dụng cho vùng 400nm đến 750nm cơ.

Vẫn chưa hiểu lắm, bài trên mới giải thích về điều khiển pha của sóng. Nếu muốn hội tụ ảnh thì phẳng thế hội tụ thế nào được nhỉ???
Cá nhân
Bạn
Hi bạn!
Điểm Reward Store: 
Tuổi Tinh tế: 
Cấp độ thành viên Tinh Tế


Tải app Tinh tế

Tải app Tinhte - Theo dõi thông tin mà bạn yêu thích

Tải app TinhteTải app Tinhte
Tải app Tinh tế cho Android trên Google PlayTải app Tinh tế cho iPhone, iPad trên App Store



Cộng đồng nổi bật




  • Chịu trách nhiệm nội dung: Trần Mạnh Hiệp
  • © 2020 Công ty Cổ phần MXH Tinh Tế
  • Địa chỉ: 209 Đường Nam Kỳ Khởi Nghĩa, Phường 7, Quận 3, TP.HCM
  • Số điện thoại: 02862713156
  • MST: 0313255119
  • Giấy phép thiết lập MXH số 11/GP-BTTTT, Ký ngày: 08/01/2019