Исследователи из Принстонского и Вашингтонского университетов разработали крошечную камеру, размер которой сопоставим с размером крупицы соли, но которая, тем не менее, способна снимать полноцветные изображения с достаточно высокой разрешающей способностью. Ключевым компонентом новой камеры является метаповерхность, которая захватывает свет, преобразовывает, преломляет и фокусирует его на поверхности светочувствительного датчика.
Устройство очень похоже на квадратный кусочек прозрачного материала, на поверхность которого нанесены кольцевые концентрические структуры. Сформированный этими структурами круг имеет диаметр в половину миллиметра, но на его площади размещено около 1.6 миллиона крошечных цилиндров, имеющих определенную толщину, высоту и расстояние до соседних элементов. Эти цилиндры преломляют свет особым образом и совместно формируют так называемые фронта световых импульсов, которые регистрируются датчиком.
А основная нагрузка ложится на сложные алгоритмы, выполняющие пост-обработку полученных данных и восстанавливающие изображение исходного объекта.
В результате всего этого полученные таким способом изображения являются более красочными и более четкими, чем изображения, полученные при помощи других типов миниатюрных камер. Тесты показали, что камера способна делать снимки с разрешением 720 на 720 пикселей, а цветовой диапазон находится в пределах от 400 до 700 нанометров. Угол обзора такой микрокамеры составляет 40 градусов, а фокальное соотношение (относительный диаметр, f-number) равно 2. По качеству снимки новой миниатюрной камеры соответствуют качеству снимков, сделанных камерой с обычным объективом, размер которой минимум в половину миллиона раз больше размеров миниатюрной камеры.
Одним из главных преимуществ конструкции миниатюрной камеры является ее простота и простота ее изготовления. Производство таких камер может быть без проблем налажено при помощи современного технологического оборудования. Прозрачное основание изготовлено из нитрида кремния, а наноструктуры на поверхности могут быть созданы при помощи технологии ультрафиолетовой литографии.
Конечно, ставить подобную камеру в обычный мобильный телефон не имеет никакого смысла. Но миниатюрная камера, сокращенная до еще меньших размеров, может стать «глазами» миниатюрных роботов, включая тех, которые будут действовать прямо внутри тела человека. А тысячи, сотни тысяч и миллионы таких камер могут быть размещены на какой-нибудь поверхности, превращая эту поверхность в одну большую камеру, имеющую очень большую разрешающую способность.
«Мы сможем превратить в высококачественную камеру любую поверхность» — пишут исследователи, — «Вам больше не потребуются три камеры с тремя объективами в вашем смартфоне. Вместо этого вся задняя крышка телефона станет одной гигантской камерой со сверхвысоким разрешением».
