Современные телеобъективы, используемые в профессиональной фото- и видеотехнике, являются очень сложными оптическими устройствами. Если разобрать такой объектив, то можно обнаружить множество микромеханических элементов, обеспечивающих синхронное высокоточное перемещение минимум 20 оптических элементов из отполированного высококачественного стекла. Такие оптические системы используются уже достаточно давно, но они подвержены влиянию старения, износа, а на качество их работы влияют даже относительная влажность, температура и уровень запыленности воздуха.
Не так давно исследовательская группа из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) разработала нечто, которое в будущем может произвести буквально революцию в области профессиональной и потребительской оптики. Этим достижением является "ультратонкая перестраиваемая металинза", которая способна изменять фокусное расстояние, не имея не единой движущейся части. Управление этой металинзой осуществляется при помощи внешнего воздействия, которое вызывает перестройку атомарной структуры ее активных компонентов.
Материал, который лежит в основе активных компонентов металинзы является аналогом материала, используемого в перезаписываемых CD- и DVD-дисках и состоит из соединения германия-сурьмы-теллура. В перезаписываемых дисках тепло от лазерного света приводит к переключению материала между прозрачным и непрозрачным состоянием. Но ученые из MIT добавили в его состав селен. Теперь, при воздействии теплом на такой материал меняет его атомарную структуру от случайной аморфной к упорядоченной кристаллической, изменяя коэффициент преломления света этим всегда прозрачным материалом.
На поверхности металинзы созданы крошечные шаблонные структуры, упорядоченные с высокой точностью. Форма и расположение этих микроструктур рассчитаны на то, что поверхность может или отразить или преломить свет определенным способом. При помощи инфракрасного лазерного света, который нагревает материал и вызывает перестройку его атомарной структуры, меняется фокусное расстояние линзы, которое позволяет наводить резкость объектива на объекты, находящиеся на разном удалении от линзы. Более того, атомарная структура материала сохраняется, когда источник тепла отключается и фокусное расстояние линзы остается неизменным достаточно длительное время.
"Результаты наших исследований показали, что ультратонкая металинза без подвижных частей может обеспечить съемку находящихся на разном удалении объектов без наложения и аберрации изображения" - пишут исследователи, - "И уже сейчас эта технология вполне способна составить конкуренцию большим, дорогостоящим и сложным традиционным оптическим системам".
В будущем такая металинза сможет заиметь в своей структуре интегрированные микронагреватели, которые позволят нагревать материал при помощи коротких миллисекундных импульсов тока. Такой подход позволит реализовать очень точное температурное воздействие на материал, что приведет к такой же точной регулировке фокусного расстояния объектива с такой линзой.
Отметим, что первый опытный образец такой металинзы способен работать лишь в диапазоне инфракрасного света. Но и в таком виде эта технология может стать очень полезной для создания новых типов инфракрасных тепловых камер (тепловизоров), приборах ночного видения, которые будут напоминать обычные очки и т.п. А дальнейшая работа над такими линзами может привести к появлению металинз, работающих уже в диапазоне видимого света, что наделит массой новых возможностей потребительские фото- и видекамеры, включая камеры мобильных телефонов.
