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Nature Communications volume 13、記事番号: 2732 (2022) この記事を引用

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1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

常に追い求められる理想のイメージングには、対象物の平面分布や奥行きなどの三次元空間情報（3D）や色の分光情報（1D）など、あらゆる光学情報の収集が必要です。 ）。 3 次元空間イメージングとスペクトル イメージングは​​個別に急速に進化していますが、それらを単純に組み合わせるのは扱いにくいシステムであり、4 次元 (4D) イメージングの実用化を大きく妨げています。 ここでは、横分散メタレンズ アレイとモノクロ イメージング センサーを使用して、超小型スペクトル ライトフィールド イメージング (SLIM) を実証します。 SLIM は、たった 1 つのスナップショットで、4 nm のスペクトル分解能と回折限界に近い空間分解能を備えた高度なイメージングを実現します。 その結果、視覚的に区別できないオブジェクトやマテリアルも SLIM によって識別できるようになり、理想的なプレノプティック イメージングに向けて大きな進歩が促進されます。

光学イメージングは​​、巨大な山や建物から微小な細胞や分子に至るまで、物体の空間情報を収集するために広く使用されている重要な技術です。 平面イメージングの深度解像度の不足に対処するために、ライトフィールドイメージング 1,2、ステレオビジョン 3、構造化光照明 4、追加の光源を使用した飛行時間法 5 などのさまざまな 3 次元 (3D) イメージング技術が開発されてきました。キャプチャされたシーンまたはオブジェクトの 3D 空間情報を効果的に取得するために使用されます。 さらに、マクスウェルの三原色理論に基づくカラーイメージングは​​、すべてのスペクトルを単一の強度に単純に統合する従来のモノクロイメージングに新しい次元、つまりスペクトル次元を導入します。 3 色機構 (赤、緑、青) は商品イメージングおよびディスプレイ製品に広く採用されていますが、材料識別、工業用検査、メタメリズム認識などのさまざまなアプリケーション シナリオでは、完全なスペクトル情報の需要がますます緊急になっています。 したがって、従来のイメージングと分光法の統合は、光学イメージングの進化において避けられない傾向となっています。 過去 10 年間に、従来の平面イメージングを組み合わせた多くの効率的なスペクトル イメージング技術が開発されました。たとえば、符号化開口スナップショット スペクトル イメージャ (CASSI)6、コンピュータ断層撮影イメージング分光計 (CTIS)7、プリズム マスク変調イメージング分光計 (PMIS)8 などです。 。 優れた性能とスナップショット機能にもかかわらず、プリズム、レンズ、回折格子、マスクなど、カメラに組み込まれたあらゆる種類の光学要素は非常に扱いにくく、カメラの広範な応用を大きく妨げています。 一方で、超小型かつ高画質な4次元情報（4D情報：3次元の空間情報と1次元の分光情報）を取得できる高度なイメージング技術はまだ実証されていません。

最近、メタサーフェスはそのコンパクトさから求められており、重くて複雑なバルク光デバイスの代替として有望となっています9、10。 ナノアンテナの高密度配置からなるメタサーフェスは、入射光の位相、強度、偏光、軌道角運動量、周波数を正確に制御できます9、10、11、12、13。 現在までのところ、すべてのメタ表面ベースの平面フォトニック デバイスの中で、メタレンズが最も基本的かつ顕著なものです 14,15。 ナノアンテナを調整することにより、極薄メタレンズは、効率 16、開口数 (NA) 17、広帯域色消し 18,19、コマキャンセル 20 などの点で同等またはさらに優れた性能を示しています。イメージングは​​、色収差なしに可視領域で 3D 情報を取得できることも実証されています 21。 先駆的な研究では、メタ表面または他のナノ構造を利用して、コンパクトな構成で高品質のスペクトルを取得しています22、23、24、25。 それにも関わらず、この進歩はスペクトル情報取得の良い基礎ではありますが、高品質のスペクトルと 3D 空間解像度を同時に達成することが難しいため、4D イメージングは​​まだ遠いです。 この研究では、横分散メタレンズ アレイを利用して、モノクロ センサーを使用して単一のスナップショットを通じて 4D 情報を記録する超小型スペクトル ライトフィールド イメージング (SLIM) を実証します。