三維成像技術(shù)在生物醫(yī)藥、納米顆粒表征、安全、機(jī)器人技術(shù)和手勢識別等方面都有應(yīng)用。在過去，這樣的系統(tǒng)通常是用單像素探測器或臺式裝置組成的探測器陣列組成的。
近日，加州理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種新型3D成像芯片，這芯片很小，可以裝到智能手機(jī)中，使其可以快速抓取對象的3D影像，然后用3D打印機(jī)將其復(fù)制出來。
據(jù)加州理工工程與應(yīng)用科學(xué)分布的Ali Hajimiri教授稱，該技術(shù)主要基于一種便宜的微型高精確度設(shè)備——納米光子相干成像器（NCI）。
NCI是一種表面積不超過1平方毫米的廉價硅芯片，但是它們能夠提供極精確的深度測量信息，并且這種硅光子是具有高解析度和像素?cái)?shù)的相干3D成像和投影系統(tǒng)的理想平臺。
“芯片上的每個像素就是一個獨(dú)立的干涉儀——使用光波的干涉來獲得精確測量數(shù)據(jù)的儀器——它除了信號的強(qiáng)度之外還檢測信號的相位和頻率。”該芯片的開發(fā)者Hajimiri教授表示。
這種新的芯片使用激光雷達(dá)技術(shù)（LIDAR），該技術(shù)使用掃描激光束照射掃描對象。當(dāng)獲得從掃描對象上反射回來的光之后，它會根據(jù)使用激光的波長進(jìn)行分析，這個LIDAR系統(tǒng)主要用來收集關(guān)于對象大小、距離的信息。
“在我們的相干成像器上就安置了這種微小的激光雷達(dá)陣列，就可以同時對一個對象場景的不同部分進(jìn)行成像而無需進(jìn)行任何機(jī)械運(yùn)動。”Hajimiri說。“通過在硅芯片的小管里耦合、圍、并處理反射光，我們將每個LIDAR元件縮小到只有幾百微米大小——直到可以在一個300微米×300微米的有源區(qū)內(nèi)形成由16個獨(dú)立的干涉檢測儀組成的陣列。”
這種IR波長能夠有效地通過集成的硅絕緣體（SOI）納米光子平臺來處理。據(jù)研究人員說，他們有可能最終會集成硅電子創(chuàng)造出可在很小的區(qū)域容納相當(dāng)大數(shù)量像素的NCI，而且成本非常低。
Hajimiri和他的同事們使用這種設(shè)備掃描并構(gòu)建了半米遠(yuǎn)的1便士硬幣上浮雕的3D影像，分辨率可達(dá)微米級。
Hajimiri說當(dāng)前16個像素的陣列將很快擴(kuò)大到幾十萬像素，最終形成一個巨大的LIDAR陣列。
“這種小體積、高質(zhì)量的新型芯片式成像器將會導(dǎo)致成本的顯著降低，并能夠很容易地融入像智能手機(jī)這樣的個人設(shè)備。”他說。
這項(xiàng)研究名為《納米光子相干成像儀（Nanophotonic Coherent Imager）》，已發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)（Optics Express）》2月刊上，作者為Hajimir、Firooz Aflatouni、Behrooz Abiri和Angad Rekhi。
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