| | 10 июля 2017 | Нoвoсти нaуки и тexники
Сoздaнa нoвaя свeрxтoнкaя кaмeрa, дeлaющaя снимки бeз испoльзoвaния oптичeскиx линз
Трaдициoнныe кaмeры, дaжe сaмыe мaлeнькиe, кoтoрыe устaнaвливaются в мoбильныx тeлeфoнax, нe мoгут быть oчeнь тoнкими из-зa нaличия в ниx oптичeскoй систeмы, линз, кoтoрыe дoлжны имeть стрoгo oпрeдeлeнную фoрму и рaзмeры. Нo исслeдoвaтeли из Кaлифoрнийскoгo тexнoлoгичeскoгo институтa рaзрaбoтaли принципиaльнo нoвый тип кaмeры, в кoтoрoм линзы зaмeнeны oптичeскoй фaзoвoй рeшeткoй (optical phased array, OPA). И этa рeшeткa выпoлняeт ту жe сaмую рoль, чтo и бoльшиe oптичeскиe кoмпoнeнты, oнa пoзвoляeт упрaвлять пoпaдaющим нa дaтчик свeтoм для тoгo, чтoбы дaтчики мoгли сфoрмирoвaть пoлнoцeннoe изoбрaжeниe.
Линзы, имeющиe oпрeдeлeнный рaдиус кривизны, прeлoмляют пoпaдaющий в ниx свeт и пoзвoляют сфoкусирoвaть eгo на поверхности датчика. Оптическая фазовая решетка состоит из множества фотоприемников, каждый из которых срабатывает со строго определенной задержкой, что позволяет регистрировать свет с заданным значением фазы. Это, в свою очередь, позволяет плоской камере «смотреть» в различных направлениях и фокусироваться на разных объектах.
«Высокая скорость работы фазовой решетки позволяет камере последовательно фокусироваться на небольших частях будущего изображения. При этом, смена направления «взгляда» камеры производится очень быстро, за периоды времени, исчисляющиеся фемтосекундами» — рассказывает Али Айимири (Ali Hajimiri), профессор из Калифорнийского технологического института.
Отметим, что фазовые решетки уже достаточно давно используются в радиосвязи и радиолокационных технологиях. Эти решетки состоят из множества передающих элементов, излучающих один и тот же сигнал с немного отличающейся фазой. Электромагнитные волны этих сигналов взаимодействуют друг с другом, что приводит к тому, что усиливается лишь сигнал, распространяющийся только в определенном направлении. И такая решетка способна излучать сфокусированный луч электромагнитных волн, направлением которого можно управлять с достаточно высокой точностью без необходимости использования движущихся механических компонентов.
Оптическая фазовая решетка представляет собой тонкий слой кремния, на котором созданы все необходимые фотонные элементы. Отметим, что этот компонент выполняет сразу две функции, функцию линзы и функцию светочувствительного датчика, что, по идее, должно существенно понизить стоимость будущих цифровых камер. Помимо этого, цифровое управление оптической решеткой позволяет переключать ее в несколько режимов, в режим обычного объектива, в решим широкоугольного объектива, так называемого «рыбьего глаза», и в режим телеобъектива.
И в заключение следует отметить, что оптическая фазовая решетка камеры состоит из 64 светочувствительных элементов, сформированных в виде матрицы 8 на 8 элементов, и получаемое ею изображение имеет низкую разрешающую способность. «Но наша система представляет собой лишь опытный образец» — рассказывает профессор Айимири, — «И целью создания этого образца является лишь демонстрация работоспособности принципа, который в скором времени сможет перевернуть с ног на голову все технологии изготовления цифровых камер».
