移動(dòng)設(shè)備攝像頭性能已經(jīng)被證明是大多數(shù)終端用戶的目標(biāo)之一，光學(xué)圖像質(zhì)量改善的重要性，以及智能手機(jī)越來越薄的趨勢(shì)，促使制造商增加了攝像頭的數(shù)量，以便為手機(jī)提供更好的變焦、低光曝光、高質(zhì)量的攝影和人像設(shè)置等。

但是，在微型化的光學(xué)結(jié)構(gòu)中添加額外透鏡，并使用電子設(shè)備驅(qū)動(dòng)光聚焦并不像看上去那么容易，尤其是在小尺度或有限空間中。

要將可調(diào)動(dòng)態(tài)變焦鏡頭集成到毫米厚的手機(jī)、微縮顯微鏡或醫(yī)用內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)端。需要復(fù)雜的鏡頭，能夠處理全光譜，并在幾毫秒內(nèi)通過電子手段進(jìn)行重塑。到目前為止，一種被稱為液晶空間光調(diào)制器的軟材料一直是高分辨率光成型的首選工具，但事實(shí)證明，所實(shí)現(xiàn)在性能、體積和成本方面都存在局限性。來自法國(guó)視覺研究所的Pascal Berto、Chang Liu和Gilles Tessier密切合作的成果，在發(fā)表在《自然光子學(xué)》上的一項(xiàng)研究中。

研究人員展示了一種無需任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)就能操縱光線的可調(diào)節(jié)技術(shù)。在這種方法中，稱為Smartlens，電流通過一個(gè)優(yōu)化的微米級(jí)電阻器，局部加熱改變了持有電阻器透明聚合物板的光學(xué)特性。就像海市蜃樓使穿過熱空氣的光線彎曲，從而產(chǎn)生遙遠(yuǎn)湖泊的錯(cuò)覺一樣，這個(gè)微尺度的熱區(qū)域能夠偏離光線。在幾毫秒內(nèi)，一塊簡(jiǎn)單的聚合物板就可以變成一個(gè)透鏡和透鏡背面：微米級(jí)的小型智能透鏡可以快速加熱和冷卻，耗電量最小。

甚至可以被制成陣列，研究人員表示，通過激活位于每個(gè)物體前面的智能鏡片，即使場(chǎng)景是彩色的，也可以使位于非常不同距離的幾個(gè)物體在同一幅圖像中聚焦。通過對(duì)熱傳導(dǎo)和光的傳播進(jìn)行建模，并利用自然選擇法則啟發(fā)的算法，研究表明，可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越簡(jiǎn)單的透鏡：一個(gè)經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計(jì)的電阻，可以在非常高的控制水平下塑造光的形狀，并實(shí)現(xiàn)多種光學(xué)功能。例如，如果正確的電阻器被印在一塊聚合物上它就可以被激活或失活：

從而產(chǎn)生特定的“自由形態(tài)”，并糾正在成像聚焦中的特定缺陷，或光學(xué)儀器的畸變。值得注意的是，智能透鏡技術(shù)具有成本效益和可擴(kuò)展性，并已被證明有潛力應(yīng)用于高端技術(shù)系統(tǒng)以及簡(jiǎn)單面向終端用戶的成像設(shè)備。本研究結(jié)果為開發(fā)低成本的動(dòng)態(tài)可調(diào)諧器件打開了一個(gè)新窗口，這些器件將對(duì)現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響。

博科園｜研究/來自：ICFO

參考期刊《自然光子學(xué)》

DOI: 10.1038/s41566-019-0486-3

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