Инновация: камера размером с крупинку соли

Исследователям из университетов Принстона и Вашингтона удалось создать камеру настолько маленькую, что ее можно сравнить с крупицей соли. Однако она способна делать снимки того же качества, что и фотоаппарат, который в сотни тысяч раз больше.

Эта миниатюрная камера может быть очень полезна в медицине, для менее инвазивных медицинских обследований или для наделения микророботов лучшими органами чувств. Миниатюрный аппарат, способный делать качественные фотографии... Задача вроде бы классическая, но до конца не решена. Это действительно создает серьезные проблемы для ученых, которые затрагивают фундаментальные законы оптики.

В «традиционных» камерах оптические элементы, такие как линзы, собирают свет от объекта и корректируют его преломление до получения когерентного изображения. Это уже накладывает определенный объем, хотя бы для того, чтобы разместить эти линзы. Второе ограничение - фокусное расстояние. Фокусное расстояние - это расстояние между оптическим объективом и датчиком камеры. Он может быть более или менее большим, но его нельзя уменьшать до бесконечности, иначе вы получите изображение с большим количеством хроматических аберраций.

Чтобы обойти эти ограничения по размеру, команда использовала так называемые «метаповерхности». Согласно этому пояснительному файлу CNRS, метаповерхности - это «оптические элементы, состоящие из наноэлементов, которые избегают длительного распространения через резкие изменения фазы, амплитуды и / или поляризации вдоль оптического пути в масштабе толщины порядка длины волны». Другими словами, способ «игры» с длиной волны света не тот, а значит, он позволяет ученым несколько снять ограничения, упомянутые выше.

На практике устройство состоит из миллионов небольших оптических «антенн», каждая из которых имеет уникальную конфигурацию. Все эти антенны будут принимать и обрабатывать волны разных длин, поэтому в конечном итоге они получат когерентное изображение, как это делает камера.

Однако простого использования метаповерхностей для создания миниатюрной камеры было недостаточно. Это не первая попытка такого рода. В настоящее время этот метод сопряжен со многими оптическими трудностями, а изображения, полученные в результате предыдущих попыток в этой области, содержат множество искажений и хроматических аберраций, что делает их непригодными для использования.

Предыдущие камеры (слева) снимали размытые и искаженные изображения с ограниченным полем зрения. Новая нейронная нанооптическая система (справа) может создавать четкие полноцветные изображения, сравнимые с изображениями, получаемыми с помощью обычного составного объектива камеры.

Источник