在最近的一項研究中，研究人員開發(fā)出了一種能實現(xiàn)無畸變成像的復合超透鏡。這項研究發(fā)表在《工程學》（Engineering）雜志上，提出了一種利用復合超透鏡按需進行畸變工程的新方法。

超透鏡已成為一種前景廣闊的技術，可應用于光束轉(zhuǎn)向、成像、深度感應和顯示投影等領域。然而，光學畸變作為光學設計中的一個關鍵因素，在超光學領域還相對缺乏研究。研究人員通過展示一種控制畸變的通用方法，彌補了這一空白。

復合超透鏡結構由雙層超表面組成，與單層超透鏡相比，提供了更多的自由度。這樣就可以定制隨角度變化的圖像高度關系，從而實現(xiàn)畸變控制，同時最大限度地減少其他單色像差。

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單層超透鏡與復合超透鏡成像畸變的比較

研究小組通過制造復合魚眼超透鏡，對其設計進行了實驗驗證。該超透鏡在 140° 的寬視場范圍內(nèi)表現(xiàn)出衍射極限性能，桶形畸變顯著降低，小于 2%。相比之下，沒有補償?shù)膮⒖汲�透鏡的畸變高達 22%。

超透鏡的超表面由玻璃基底上的非晶硅納米柱組成，封裝在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）涂層中。研究人員采用數(shù)值模擬和分析推導設計，然后進行光線跟蹤優(yōu)化，設計出了超透鏡。該裝置的制造采用了激光直接寫入場孔擋板和電子束光刻超表面圖案的方法。

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制造的復合超透鏡

超透鏡的表征包括使用帶可旋轉(zhuǎn)光軸的定制裝置測量點擴散函數(shù)（PSF）。通過計算斯特列爾比（Strehl Rate）比和調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）來評估聚焦質(zhì)量。結果顯示與設計非常吻合，表明整個視場具有良好的制造保真度和衍射限制性能。

通過記錄圖像高度與入射角（AOI）的關系，對光學畸變進行了評估。復合超透鏡的圖像高度與入射角呈線性關系，驗證了設計目標。

為了展示寬視場、無畸變的成像能力，我們使用定制的成像裝置來捕捉圓柱形全景目標的圖像。與單透鏡相比，復合超透鏡捕獲的圖像畸變極小。

復合超透鏡的設計原理和制造方法有可能對消費電子、汽車和機器人傳感、醫(yī)療成像和機器視覺系統(tǒng)等多個領域產(chǎn)生影響。這項研究為開發(fā)減少失真和提高成像質(zhì)量的高性能光學設備提供了新的可能性。

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1016/j.eng.2024.09.004