世界上第一個平面超廣角魚眼鏡

麻省理工學院和麻薩諸塞州立大學的研究人員開發了世界上第一個平面超廣角魚眼鏡

麻薩諸塞州洛厄爾大學和麻省理工學院的研究人員開發了一種新型魚眼鏡頭，該眼鏡是扁平的並且由一塊玻璃製成。據研究人員稱，該鏡頭是圓形的，並且能夠捕捉清晰的180度全景。這是第一款由單片玻璃製成的扁平魚眼鏡頭，厚度為1mm。

普通的球形魚眼鏡頭是由多塊玻璃製成的，這些玻璃經過設計可以使光線彎曲，從而產生圓形的廣角圖像。取而代之的是，新開發的平面透鏡通過利用「微小結構」來捕獲廣角全景照片，這些微小結構會在較昂貴的球形魚眼鏡頭中代替彎曲的玻璃元件來散射光。

研究人員介紹的這種鏡頭是為紅外照相而製作的，但研究小組表示，也可以對其進行修改以用作常規的可見光譜鏡頭。平面設計最終比球形多元件鏡片更緊湊且生產成本更低。

研究人員設想他們的鏡頭設計除了可互換鏡頭以外，還有多種用途。該設計的薄而扁平的性質將使得可以將魚眼安裝到智慧型手機中，例如，無需使用第三方鏡頭附件。類似的實現方式可用於筆記本電腦，VR頭戴式耳機甚至是醫學成像設備等設備。

麻省理工學院副教授胡覺軍（該項目的研究人員之一）解釋說：

這種設計有些令人驚訝，因為有些人認為不可能製造具有超廣角視野的金屬粉。實際上可以實現魚眼圖像的事實完全超出了預期。這不僅是彎彎曲曲，而且是彎彎曲曲。

Metalens是指具有微小結構的聚光平板透鏡。儘管廣角金屬傳感器並不是新事物，但研究人員指出，一塊沒有任何額外光學器件的玻璃被限制在60度以下。最新發布的研究詳細介紹了該團隊如何克服這些限制，從而開發出無需額外組件即可捕獲180度全景的超廣角鏡頭。

這種180度的魚眼鏡頭具有單片由氟化鈣製成的透明玻璃，並在一側上有碲化鉛薄膜。使用光刻技術在膠片上雕刻了一種稱為「亞原子」的「光學結構」圖案，其結果是許多「納米尺度的幾何形狀」用於以特定，精確的方式彎曲光。

雕刻的結構可以將相位延遲引入光的散射（取決於它們的形狀），以模仿球形魚眼鏡頭中的彎曲玻璃元件產生的自然相位延遲。光線從鏡片背面的雕刻結構穿過鏡片正面的光學孔。

研究合著者米哈伊爾·沙拉金諾夫（Mikhail Shalaginov）說：

當光通過該孔進入時，它將在玻璃的第一表面折射，然後成角度地分散。然後，光線將以不同但連續的角度撞擊背面的不同部分。只要適當地設計背面，就可以確保在整個全景圖中實現高質量的成像。

這項研究是由DARPA的EXTREME計劃部分資助的，該計劃要求專家開發光學工具，以「實現新的功能和/或極大地改善傳統光學系統的尺寸，重量和功率特性」。該機構繼續解釋說，EXTREME將「探索這一光學設計領域，並旨在理解折衷，並利用工程光學材料（EnMats）提供的可能性」。