研究人員創造出可能會改變相機、VR、眼鏡的全新電子鏡頭

作者 | 發布日期 2019 年 08 月 26 日 9:45 | 分類 光電科技 , 鏡頭 , 零組件 follow us in feedly


人類眼睛的構造和運作機制很神奇,可用令人難以置信的速度迅速聚焦事物,這是大多數人造鏡片無法做到的。

受人眼啟發,哈佛大學工程科學應用學院(SEAS)研究人員開發一種自適應的超透鏡,本質上是扁平、由電子控制的人工眼睛。由於超透鏡和人造肌肉技術突破,這種儀器不僅能即時對焦,且不像傳統球形透鏡體積龐大,甚至可做一些人眼無法做到的事。論文第一作者 Alan She 表示:

我們更進一步,為自適應的超透鏡建立了動態糾正像散光和像移等像差的能力,這是人眼無法自行做到的。

(Source:The Harvard Gazette

現在,自適應的超透鏡可同時控制讓圖像呈現模糊的 3 個因素:焦點、散光和圖像移位。

為了製造這種自適應的超透鏡,研究人員首先需要擴大超透鏡的尺寸。

超透鏡能聚焦光,並透過奈米結構的密集模式消除球形像差,每種結構都小於光的波長。由於採用奈米結構,所以每個鏡頭的訊息密度都非常高。「如果你從 100 微米的鏡頭轉成 1 公分大小的鏡頭,你將增加 10,000 個描述鏡頭所需的訊息。每當我們試圖放大鏡頭時,文件大小就會膨脹到 GB 甚至 TB。」

▲ 超透鏡(中心)奈米碳管製成的嵌入電極控制。(Source:The Harvard Gazette

為了解決這個問題,研究人員開發一種新演算法來縮小文件大小,使超透鏡材料和用於製造積體電路的技術相容。論文中,研究人員已展示了直徑可達公分或更大的超透鏡設計和製造。

▲ 自適應透鏡聚焦光線到圖像感測器。(Source:The Harvard Gazette

應用物理學教授 Capasso 說,這項研究為將半導體製造和透鏡製造這兩個行業的結合提供可能性。在這 2 個行業,用於製造電腦晶片的半導體製造技術將用於製造透鏡等基於超透鏡的光學元件,比如眼鏡。「這證明了嵌入式光學變焦和自動對焦在廣泛應用領域的可行性,包括手機鏡頭、眼鏡、VR 和 AR 硬體。」

這是未來光學顯微鏡的一種可能,這種顯微鏡可以完全電子化操作,同時可以糾正許多像差。

接下來,研究人員需在不影響人造肌肉對光聚焦能力的前提下,將更大的超透鏡附著於人造肌肉。在人眼中,晶狀體被睫狀肌包圍,睫狀肌拉伸或壓縮晶狀體,改變形狀以調整焦距。Capasso 的團隊將與人造肌肉領域的先驅 David Clarke 合作探索。

我們曾經在《不可能的任務:鬼影行動》看到有未來感的隱形眼鏡鏡片。這眼鏡能拍照,甚至能傳播圖像數據。

在電影中,眨兩下眼睛,這鏡片就能拍一張照片。雖然拍攝的照片字元都打亂了,但已經屬於我們目前看到的眼鏡尖端科技了,充滿了未來想像力。

近視的人越來越多,嵌入式光學變焦和自動對焦的超透鏡也會有更大的市場。而眼鏡之外,超透鏡還有鏡頭、VR、AR 等多種應用領域,這個正在想辦法應用的超透鏡有廣闊的商用前景。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:Unsplash