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2018
04-16

更新:镜头结合人类和昆虫的视野聚焦广角视图



俄亥俄州立大学正在开发的一款镜头,结合了昆虫眼睛和人眼的特点,实现了深度的广角视角。俄亥俄州立大学摄影:Jo McCulty。

镜头结合了人类与昆虫视觉到焦广角视图

多部分镜头的扩大,合同更改焦点

哥伦布,Ohio-在俄亥俄州立大学发明了一种镜头结合了对焦能力利用昆虫眼的广角视角来捕捉具有深度的图像。

结果可能是与数码相机的照片质量相媲美的智能手机,以及使医生能够以前所未有的方式看到人体内部的手术成像。

工程师在微机电系统第25届IEEE国际会议技术文摘描述的正在申请专利的镜头。

“我们的眼睛可以改变焦点。昆虫眼睛是由很多小型光学元件组成的,不能改变焦点,但能够提供广阔的视野。我们可以把两者结合起来,“俄亥俄州生物医学工程和眼科副教授Yi Zhao解释说。 “我们得到的是一个广角镜头景深。”

也就是说,镜头显示了广视角,但还是提供了类似人类的深度知觉的感觉:因为近处的物体逐渐清晰,远离开的物体看起来模糊。

Zhao的原型镜头是由一种柔软的透明聚合物制成的,里面填充了类似于人眼内液体的凝胶状流体。它实际上是几个独立的圆顶形流体口袋的组合,小圆顶坐在一个较大的圆顶上。每个穹顶都是可调整的,以便当流体被泵入和流出透镜时,透镜的不同部分膨胀和收缩以改变透镜的整体形状以及方向和焦点。

这种形状改变策略有点类似于人眼中的肌肉改变镜头组织的形状以便聚焦。它与典型的照相机和显微镜聚焦的方式有很大不同,这涉及沿着视线来回移动单独的玻璃镜片。

变形镜头可能提供与单个固定镜头中的多个移动镜头相同的对焦能力,这将使更小,更轻的相机和显微镜。特别是赵先生有兴趣在共聚焦显微镜中使用这种透镜,这种显微镜使用移动​​玻璃透镜和激光来扫描微小物体的三维图像。他说:“我们相信,制作一台没有移动部件的共聚焦显微镜是可能的。

在测试中,赵和博士生康伟证明,镜头能够在不同距离排列的微小物体之间切换焦点。在一次测试中,他们在O-H-I-O上的每个字母上打印不同高度的小平台,并将镜头从上方指向它们。镜头依次聚焦在每个字母上,而其他的则变得或多或少地模糊,取决于它们的距离。

尽管样机运转良好,但其设计并不完全实用,因为它需要一个外部流体储液器,而且液体必须用手抽出。为了使设计更适合用于电子设备,工程师使用电活性聚合物制造了一种与电子信号一样膨胀和收缩的形状相同的变形镜头。这个镜头经过了初步的测试,工程师们已经向学术期刊提交了一篇论文。

随着进一步的发展,这项技术可以用于腹腔镜医学检查和手术。

腹腔镜手术中,医生会将微型广角相机插入病人体内,以便在不切割病人的情况下尽可能多地看到组织。但是这样的镜头并没有提供深度感:它们显示所有的物体,无论在近处还是远处。这对医生构成了一个问题。如果他们把一个近距离的物体误认为远处的物体,他们可能会意外地用示波器或手术器械擦拭健康的组织。

“凭借我们的镜头,医生们可以获得他们所需的广角视角,而且依然如此 能够判断镜片和组织之间的距离。他们可以更放心地放置仪器,更容易去除肿瘤,例如,“赵说。

镜头最终可以在智能手机中找到一个家。由于手机摄像头没有移动部件,因此他们使用“固定焦点”镜头,该镜头与广角镜头一样处理场景:所有物体都处于对焦状态,因此缺少深度。手机相机也无法真正放大物体。他们只是裁剪一个图像并放大,这会大大降低质量。随着形状变化的镜头,手机可能潜在的照片具有相同的深度和变焦作为一个更昂贵的数码相机。

然而,在5毫米的范围内,镜头比典型的智能手机镜头稍微大一点,所以赵和魏计划缩小设计。

该大学的技术商业化和知识转移办公室将技术授权给行业。

这项研究是由霍华德休斯医学研究所的研究生奖学金和俄亥俄州综合癌症中心的佩罗托尼亚博士后研究员支持。

 

来源:俄亥俄州立大学