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4D-Bildgebung mit Flüssigkristall-Mikrolinsen

22.11.2019

Adapted from ACS Nano 2019, DOI: 10.1021/acsnano.9b07104

Eine konzentrische Anordnung von Flüssigkristall-Mikrolinsen liefert 4D-Informationen über Objekte. Skalaleiste, 20 μm.

Die meisten Bilder, die mit einem Kameraobjektiv aufgenommen werden, sind flach und zweidimensional. Zunehmend bieten 3D-Bildgebungstechnologien den entscheidenden Kontext der Tiefe für wissenschaftliche und medizinische Anwendungen. Die 4D-Bildgebung, die Informationen über die Lichtpolarisation liefert, könnte noch mehr Möglichkeiten eröffnen, aber normalerweise ist die Ausrüstung sperrig, teuer und kompliziert. Jetzt haben Forscher, die in ACS Nano berichten, selbst zusammenbauende Flüssigkristallmikrolinsen entwickelt, die 4D-Informationen in einem Schnappschuss anzeigen können.

Polarisiertes Licht enthält Wellen, die sich in einer einzigen Ebene bewegen, während unpolarisiertes Licht, wie beispielsweise von der Sonne, Wellen enthält, die sich in alle Richtungen bewegen. Licht kann polarisiert werden, indem es von Objekten reflektiert wird, und das Erkennen dieser Art von Licht könnte versteckte Informationen aufdecken. So können beispielsweise Krebszellen polarisiertes Licht anders reflektieren als gesundes Gewebe. Wei Hu, Yan-Qing Lu und Kollegen wollten ein tragbares, kostengünstiges und einfach zu bedienendes Mikroobjektiv entwickeln, um gleichzeitig 3D-Raum- und Polarisationsinformationen zu erfassen und so 4D-Bilder zu erzeugen.

Für die Herstellung ihrer Mikrolinsen verwendeten die Forscher Flüssigkristalle, Materialien, die in den meisten elektronischen Displays zu finden sind. Mit einem Selbstmontageprozess strukturierten sie Arrays von Flüssigkristall-Mikrolinsen zu konzentrischen Kreisen. Mit einem polarisierten Lichtmikroskop bildeten die Forscher Objekte wie ein Kreuz oder den Buchstaben "E" unter verschiedenen Richtungen des linear polarisierten Lichts ab. Mikrolinsen in der Anordnung bildeten das Objekt je nach Abstand vom Objekt (Tiefe) und Richtung des polarisierten Lichts unterschiedlich ab und erzeugten 4D-Informationen. Obwohl die Auflösung verbessert werden muss, könnte die Technik eines Tages in Anwendungen wie medizinische Bildgebung, Kommunikation, Displays, Informationsverschlüsselung und Fernerkundung eingesetzt werden, sagen die Forscher.

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