Традиционные камеры, даже самые маленькие, которые устанавливаются в мобильных телефонах, не могут быть очень тонкими из-за наличия в них оптической системы, линз, которые должны иметь строго определенную форму и размеры. Но исследователи из Калифорнийского технологического института разработали принципиально новый тип камеры, в котором линзы заменены оптической фазовой решеткой (optical phased array, OPA). И эта решетка выполняет ту же самую роль, что и большие оптические компоненты, она позволяет управлять попадающим на датчик светом для того, чтобы датчики могли сформировать полноценное изображение.
Линзы, имеющие определенный радиус кривизны, преломляют попадающий в них свет и позволяют сфокусировать его 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".
