打破FOV限制的超紧凑型金属显微镜

金属集成成像设备，图片由Xu等人提供

一直以来除了对显微镜更高分辨率的要求，同时对其紧凑便携性和高处理能力的要求也不断增加。尽管成像性能已经不断提高，但传统的显微镜由于受折射光学系统影响不可避免的结构粗大笨重。金属镜片提供了一种解决方案:它们超薄、超轻、扁平，并且得益于许多最近的研究，这些研究提高了它们的效率、FOV和偏光功能。

南京大学工程与应用科学教授李涛表示:“一种用于成像的超紧凑金属镜片将使传统光学设备小型化，甚至彻底改变光学设备行业的现状。”尽管做了许多改进金属镜片性能的工作，但是大多数研究小组只是把它们作为传统光学系统中折射光学的替代品。为了使金属镜片在现实世界中有更多应用，必须了解如何将金属镜片集成到超紧凑光学器件中。

为了得到一种紧凑的集成显微镜系统，李的团队将金属镜片安装在CMOS成像传感器上，创造了一个硬币大小的成像设备的原型。据《先进光子学》报道，他们的金属集成成像设备(MIID)是一种结构超紧密，工作成像距离在数百微米。采用简单的图像拼接工艺，就可以获得大视场、高分辨率的大视场显微镜成像系统。

袖珍显微镜系统

MIID原型是一个毫米级别精心设计的6 x 6阵列硅金属镜片。虽然采用多镜头集成，但由于单个镜片的尺寸约为200 μm，成像距离相对较小(约500 μm)。作者认为，它可以扩展到厘米的规模，以覆盖整个CMOS传感器。

偏振复用双相位(PMDP)金属阵列集成MIID成像。

(a)PMDP金属在x-y平面的相分布。蓝色和红色方块分别表示LCP和RCP金属区域的相位分布。相应的虚线框演示了有限的FOV。

(b)尺寸为200 μm的PMDP金属的显微镜图像。

(c)制备的6×6 PMDP金属阵列照片。

(d) MIID原型机照片，尺寸约3.5 cm×3cm×2.5 cm。

(f) 美国空军1951年分辨率图。

金属镜片阵列是一个偏振复用器，有两个不同的相位剖面对应两个圆光偏振。李表示，这种安排确保了盲区的消除。作者希望新的MIID原型能够预示一个袖珍显微镜系统的新时代。他们承认成像性能仍需改进，并提出了多种方法，如采用低损耗材料，如GaN和SiN。他们预计基于金属镜片技术在未来显微镜光学中会有更进一步的发展。