研究人员创造出可能会改变相机、VR、眼镜的全新电子镜头

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08-22 23:04

我们的眼睛的构造和运作机制是神奇的,它可以用令人难以置信的速度迅速地聚焦于具体的事物,这是大多数人造镜片目前都无法做到的。

受人眼的启发,哈佛大学工程科学应用学院(SEAS)的研究人员开发了一种自适应的超透镜。它本质上是一种扁平的、由电子控制的人工眼睛。由于超透镜和人造肌肉技术的突破,这种仪器不仅能够完成实时对焦,而且不像传统的球形透镜那样体积庞大。它甚至可以做一些人眼无法做到的事情。该论文第一作者 Alan She 就表示:

我们更进一步,为自适应的超透镜建立了动态纠正像散光和像移等像差的能力,这是人眼无法自然做到的。

现在,自适应的超透镜可以同时控制令图像呈现模糊的三个因素:焦点,散光和图像移位。

为了制造这种自适应的超透镜,研究人员首先需要扩大超透镜的尺寸。

超透镜能聚焦光,并通过纳米结构的密集模式消除球形像差,每一种结构都小于光的波长。由于采用了纳米结构,所以每个镜头中的信息密度都非常之高。「如果你从一个 100 微米的镜头转换为一个 1 厘米大小的镜头,你将增加 10000 个描述镜头所需的信息。每当我们试图放大镜头时,文件大小就会膨胀到 GB 甚至 TB。」

▲ 超透镜 (中心) 由碳纳米管制成的嵌入电极控制

为了解决这个问题,研究人员开发了一种新的算法来缩小文件大小,使超透镜材料和用于制造集成电路的技术相兼容。在一篇论文中,研究人员已经展示了直径可达厘米或更大的超透镜设计和制造。

▲ 自适应透镜聚焦光线到图像传感器上

应用物理学教授 Capasso 说这项研究为将半导体制造和透镜制造这两个行业的结合提供了可能。在这两个行业中,用于制造计算机芯片的半导体制造技术将被用于制造透镜等基于超透镜的光学元件,比如眼镜。「这证明了嵌入式光学变焦和自动对焦在广泛应用领域的可行性,包括手机摄像头、眼镜、VR 和 AR 硬件。」

这是未来光学显微镜的一种可能,这种显微镜可以完全电子化操作,同时可以纠正许多像差。

▲ 图片来自:《碟中谍 4》

接下来,研究人员需要在不影响人造肌肉对光聚焦能力的前提下,将更大的超透镜附着在人造肌肉上。在人眼中,晶状体将被睫状肌包围,睫状肌拉伸或压缩晶状体,改变其形状以调整焦距。Capasso 的团队将与人造肌肉领域的先驱 David Clarke 和合作进行探索。

我们曾经在《碟中谍 4》中看到一个有未来感的隐形眼镜镜片。这个眼镜能够拍照,甚至能够传播图像数据。

▲ 图片来自:《碟中谍 4》

在电影中,眨两下眼睛,这个镜片就能拍一张照片。虽然拍摄的照片字符都被打乱了,但已经属于我们看到的眼镜尖端科技了,充满了未来的想象力。

近视的人越来越多,嵌入式光学变焦和自动对焦的超透镜也会有更大的市场。而在眼镜之外,超透镜还有摄像头、VR、AR 等多种应用领域,这个正在想办法应用的超透镜有着广阔的商用前景。

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