麻省理工学院朱棣文教授 宽视野金属的3D艺术插图捕捉麻省理工学院基利安法院的180°全景，并产生高分辨率单色平面图像
"荣誉:米哈伊尔·沙拉吉诺夫、古天、克里斯蒂娜·达涅洛夫、菲利斯·汉克尔、胡觉军 为了在一次拍摄中捕捉全景，摄影师通常使用鱼眼镜头——由多块曲面玻璃制成的超广角镜头，它扭曲入射光，产生宽而像气泡的图像
他们的球形、多件式设计使得鱼眼镜头本身体积庞大，生产成本也很高
现在，麻省理工学院和麻省大学洛厄尔分校的工程师已经设计出了一种完全平坦的广角镜头
这是第一个能够产生清晰的180度全景图像的平鱼眼镜头
这种设计是一种“金属”，一种薄片般薄的材料，具有微观特征，共同以特定的方式操纵光线
在这种情况下，新的鱼眼镜头由一块扁平的毫米薄玻璃组成，玻璃的一侧覆盖着微小的结构，这些结构可以精确地散射入射光，产生全景图像，就像传统的弯曲多元素鱼眼镜头组件一样
该镜头工作在光谱的红外部分，但研究人员表示，它也可以被修改以使用可见光捕捉图像
这种新设计可能会适用于一系列应用，智能手机和笔记本电脑可以直接内置超薄超广角镜头，而不是像笨重的附加设备那样进行物理连接
低轮廓透镜也可以集成到诸如内窥镜的医学成像设备中，以及虚拟现实眼镜、可佩戴电子设备和其他计算机视觉设备中
麻省理工学院材料科学与工程系副教授胡觉军说:“这一设计有点令人惊讶，因为有些人认为不可能制造出视野超广的金属。”
“事实上，这实际上可以实现鱼眼图像是完全出乎意料的
这不仅仅是光弯曲——这是精神弯曲
" 胡和他的同事今天在《纳米快报》杂志上发表了他们的研究结果
胡的合著者包括米哈伊尔·沙拉吉诺夫、、彼得·苏、多米尼卡·莱兹瓦、阿努拉达·阿加瓦尔和，以及麻省理工学院洛厄尔分校的安森松和张华良
镜头的俯视图，显示制作的亚表面(绿色区域)
信用:菲利斯·弗兰克尔 背面设计 金属在很大程度上仍处于实验阶段，但有潜力极大地重塑光学领域
此前，科学家已经设计出能产生高达60度的高分辨率和相对广角图像的金属透镜
为了进一步扩大视野，传统上需要额外的光学元件来校正像差或模糊——这种变通方法会增加金属设计的体积
相反，胡和他的同事提出了一个简单的设计，不需要额外的组件，并保持最小的元素数量
他们的新金属是由氟化钙制成的单一透明片，在一侧沉积有碲化铅薄膜
该团队随后使用光刻技术在胶片上雕刻出光学结构的图案
每个结构，或团队称之为“元原子”，都被塑造成几种纳米级几何形状中的一种，如矩形或骨状结构，以特定的方式折射光线
例如，光可能需要更长的时间来散射，或者从一种形状传播到另一种形状——这种现象被称为相位延迟
在传统的鱼眼镜头中，玻璃的曲率自然地产生相位延迟的分布，最终产生全景图像
研究小组确定了相应的亚原子图案，并在平板玻璃的背面刻上了这个图案
我们设计了背面结构，这样每个部分都能产生完美的焦点，”胡说
在正面，研究小组放置了一个光学光圈，或光开口
“当光线通过这个孔进入时，它会在玻璃的第一个表面折射，然后有角度地分散，”沙拉吉诺夫解释说
“然后光线会从不同但连续的角度照射到背部的不同部位
只要背面设计得当，您就可以确保在整个全景视图中实现高质量的成像
" 穿过全景 在一次演示中，新镜头被调整到在光谱的中红外区域工作
该团队使用装备有金属的成像设备来拍摄条纹目标的照片
然后，他们比较了在场景中不同角度拍摄的照片的质量，发现新镜头产生的条纹图像清晰明了，甚至在相机视野的边缘，跨度接近180度
“这表明，使用我们的方法，我们可以在几乎整个180度范围内实现完美的成像性能，”顾说
在另一项研究中，该团队使用非晶硅纳米柱作为间位原子，设计金属在近红外波长下工作
他们将金属插入一个用来测试成像仪器的模拟装置中
接下来，他们将模拟的巴黎场景，由黑白图像拼接成全景图
然后他们进行模拟，看看新镜头会产生什么样的图像
“关键问题是，镜头是否覆盖了整个视野？我们看到它捕捉到了全景的一切，”顾说
“你可以看到建筑物和人，分辨率非常好，不管你是看中心还是边缘
" 该团队表示，新的镜头可以适应其他波长的光
例如，为了制造一个类似的平的可见光鱼眼透镜，胡说光学特征可能需要做得比现在更小，以更好地折射特定范围的波长
透镜材料也必须改变
但是团队设计的总体架构将保持不变
研究人员正在探索他们的新镜头的应用，不仅作为紧凑型鱼眼镜头，还作为全景投影仪，以及直接内置在智能手机、笔记本电脑和可穿戴设备中的深度传感器
“目前，所有三维传感器的视野都很有限，这就是为什么当你把脸从智能手机上移开时，它无法识别你，”顾说
“我们现在拥有的是一种新的三维传感器，它可以实现全景深度剖析，这对于消费电子设备可能很有用
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