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MIT团队研发出扁平鱼眼镜头,或可应用于智能手机中
来源:澎湃新闻   发表时间:2020/10/13 12:51:00  浏览次数:
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记者:王心馨  

  为了能一次拍摄全景图像,摄影师们通常会使用鱼眼镜头。它是由多块弯曲镜片组成的超广角镜头,可以扭曲入射光以产生宽阔的,类似泡沫状的图像。但是球形多件式设计的鱼眼镜头体积庞大,同时生产成本也很高。

<DIV class=img_wrapper>现在,来自麻省理工学院(MIT)和美国马萨诸塞大学洛厄尔分校的工程师设计了一种全平的广角镜头,也称扁平超透镜(Metalenses)。据MIT新闻官网介绍,这个镜头是第一个可清晰拍摄180度全景图像的平面鱼眼镜头。镜头采用金属材料设计,用的是一种名为薄晶圆的材料,具有微观特征,可以特定方式操纵光。</DIV>

这款鱼眼镜头由一块偏平的毫米薄玻璃片组成,该玻璃片的一侧有微小结构,可以精确地散射入射光,从而产生全景图像,就像传统弯曲多元素鱼眼镜头组件一样。该镜头在光谱的红外部分起作用,但研究人员表示,也可以对其进行修改以使用可见光捕获图像。

  将超薄广角镜头直接内置在智能手机和笔记本电脑中,而不是采用笨重附件的方式进行物理连接,新设计可能会带来更多的应用。研究人员称,这种镜头还可以集成到诸如内窥镜之类的医学成像设备中,以及虚拟现实眼镜、可穿戴电子设备和其他计算机视觉设备中。

  在此之前,扁平超透镜仍处于实验阶段,但具有改变光学领域的巨大潜力。科学家设计过的超透镜可以产生高分辨率和达60度左右的相对广角图像。为了进一步扩大视野,传统上需要有额外的光学组件来校正像差或模糊度。其中一种方法是给超透镜增加体积。

MIT团队提出的设计则更简单,不需要额外组件。团队使用了由氟化钙制成的透明单件,并在其一侧沉积了一层碲化铅薄膜。在这层薄膜上刻有一种称为元原子的纳米级光学结构图案。

  这些结构有几种不同的形状,每一种都能以特定的方式折射光线。当光线通过光圈(如相机的虹膜)并进入镜头时,它穿过玻璃并进入碲化铅薄膜,然后以不同的角度通过元原子分散。其结果是被摄体的单一清晰图像,视野为180度。

  MIT材料科学与工程系副教授、也是本论文的研究者之一Juejun Hu称说:“我们在设计背面结构时,每个部分都可以产生完美的聚焦。”

  “这种设计令人惊讶,因为此前有些人认为不可能制造出具有超宽视野的扁平超透镜。而这个设计可以实现鱼眼图像完全超出了预期。” Hu说。

  目前相关研究已经发表在《纳米通讯》上,这个项目还得到了美国国防高级研究计划局(DARPA)的支持。

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