三維成像技術在生物醫(yī)藥、納米顆粒表征、安全、機器人技術和手勢識別等方面都有應用。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，可以裝到智能手機中，使其可以快速抓取對象的3D影像，然后用3D打印機將其復制出來。

據加州理工工程與應用科學分布的Ali Hajimiri教授稱，該技術主要基于一種便宜的微型高精確度設備——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數的相干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立的干涉儀——使用光波的干涉來獲得精確測量數據的儀器——它除了信號的強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技術（LIDAR），該技術使用掃描激光束照射掃描對象。當獲得從掃描對象上反射回來的光之后，它會根據使用激光的波長進行分析，這個LIDAR系統(tǒng)主要用來收集關于對象大小、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陣列，就可以同時對一個對象場景的不同部分進行成像而無需進行任何機械運動。”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)內形成由16個獨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)域容納相當大數量像素的NCI，而且成本非常低。

Hajimiri和他的同事們使用這種設備掃描并構建了半米遠的1便士硬幣上浮雕的3D影像，分辨率可達微米級。

Hajimiri說當前16個像素的陣列將很快擴大到幾十萬像素，最終形成一個巨大的LIDAR陣列。

“這種小體積、高質量的新型芯片式成像器將會導致成本的顯著降低，并能夠很容易地融入像智能手機這樣的個人設備。”他說。

這項研究名為《納米光子相干成像儀（Nanophotonic Coherent Imager）》，已發(fā)表在《光學快報（Optics Express）》2月刊上，作者為Hajimir、Firooz Aflatouni、Behrooz Abiri和Angad Rekhi。