通过改变自然法则，手机摄像头可以像数码单反相机一样清晰

未来某一天，一种新的沙粒大小的镜头将可以与那些巨大的数码单反相机镜头相媲美，拍出清晰的照片。

哈佛大学的一组科学家上周在《科学》杂志上首次展示了他们的新“超透镜”，并希望它能应用于各种成像领域，从摄影到显微镜和望远镜等其他光学设备。这些镜头不仅尺寸更小，直径仅为 2 毫米，而且可能比当今业界使用的镜头便宜得多。

“我们希望更换笨重的光学元件，”这项研究的第一作者 Mohammadreza Khorasaninejad 告诉《大众科学》。 “我们可以将成本降低 2 到 3 个数量级。”

这可能会使顶级镜头的价格从每个 5000 美元降至 5 美元。

那些笨重的数码单反相机镜头（以及其他镜头阵列，如显微镜和望远镜）之所以如此之大，是因为它们是由飞碟形状的曲面玻璃制成的。玻璃会改变穿过它的光线的形状，使它们全部弯曲以汇聚在焦点处。然而，穿过玻璃边缘的光线会超过焦点，从而使图像变得模糊。镜头制造商随后会添加更多镜头来校正所谓的球面像差。

球面像差对超透镜来说不是问题，超透镜用扁平石英片代替曲面玻璃，石英片上排列着由二氧化钛制成的微小多米诺骨牌状结构阵列。这种材料通常用于防晒霜和油漆等家用产品中。

多米诺骨牌结构按照特定模式排列，每个多米诺骨牌都会弯曲穿过镜头的入射光线。所有多米诺骨牌的综合作用会引导并聚焦所有入射光线。

但也存在一些缺点。该团队测试了三种用于特定颜色的超透镜。这些透镜被设计用来折射波长为 405、532 和 660 纳米的光——这些波长分别对应紫蓝色、黄绿色和红色。其他颜色的光会使图像模糊；Khorasaninejad 和他的团队接下来将研究这些“色差”或颜色像差。

超透镜在解析最细微的细节方面胜过传统透镜，最重要的是，它们的效率几乎一样高。并不是所有穿过透镜的光线都能进入相机——Khorasaninejad 说，在 2011 年的第一轮测试中，只有百分之一的光线穿过了超透镜。在《科学》杂志上发表的文章中，一种超透镜在效率上胜过传统透镜，而其他两种测试透镜的效率接近。

不过，我们不知道什么时候才能在 iPhone 上看到这些超透镜。相机上接收镜头光线的传感器尺寸也是制作清晰图像的关键因素，传感器越大，照片质量就越好。此外，只要这些镜头只适用于一种颜色的光线，它们现在最适合与激光一起使用。但 Khorasaninejad 很高兴能产生影响。

他说：“科学是为了应用，创造新的东西，以降低成本并提高现有系统的质量。”