И зорко, и гибко: эластичная оптика превращает в камеру все

Группа исследователей из Колумбийского университета разработала технологию изготовления эластичного покрытия, снабженного матрицей гибких линз и светочувствительными элементами, которое может превратить в цифровую камеру любой предмет повседневного использования. В этой "пленочной камере" используется упругая оптика, а дальнейшее развитие данной технологии может однажды привести к появлению цифровых камер, размером и толщиной с кредитную карту. Область охвата таких камер можно менять, просто изгибая их на определенный угол.

В последнее время исследователи добились немалых успехов в деле миниатюризации оптических элементов и светочувствительных датчиков, что позволяет использовать функции цифровых камер в массе новых ситуаций. Но то, что предлагают исследователи из Колумбийского университета, является совершенно новым подходом к цифровой съемке. Коренной отличие заключается в том, что съемка может производиться поверхностью абсолютно произвольного предмета.

Если на поверхности эластичного полимера создать массив из обычных твердых и неподвижных линз, имеющих фиксированное фокусное расстояние и направление, то в случае изгиба такого листа между областями охвата отдельных линз возникнут неохваченные снимком промежутки. Но в случае использования гибких линз изгибание матрицы приводит к изменению оптических свойств системы, что позволяет с ее помощи получить цельные изображения.

Матрица гибких оптических элементов рассчитана таким образом, что эффективное фокусное расстояние каждой отдельной линзы меняется в зависимости от уровня ее деформации. Таким образом, при деформации матрицы в целом соответственно изменяется и область ее охвата. При этом, деформация матрицы может быть сколь угодно сложной и это практически не влияет на качество получаемых с ее помощью снимков.

Опытный образец гибкой камеры изготовлен из оптически прозрачного силикона, на поверхности листа которого создана матрица линз, размером 33х33 элемента. Изготовление такой матрицы весьма просто, жидкий силикон просто заливается в алюминиевую форму, откуда он легко извлекается после затвердевания. После такой "отливки" силиконовый лист приклеивается к листу прозрачного нейлона, а позади всего этого устанавливается цифровая камера Nikon D90. Она и делает снимки, на которых запечатлевается свет, преломленный изогнутыми линзами матрицы.

Проведенные испытания показали, что область охвата такого "гибкого матричного объектива" увеличивалась по мере увеличения его искривления, однако изображение оставалось цельным (не имело разрывов) даже когда матрица была согнута до угла в 52 градуса.

Учитывая ранний этап, на котором находятся данные исследования, не стоит ожидать появления тонких гибких камер в самом ближайшем будущем. Но ученые будут стремиться к этому и их следующим шагом станет изготовление полноценной широкоформатной гибкой матрицы, в которой помимо гибких оптических компонентов будут присутствовать и гибкие электронные, включая светочувствительные детекторы.

Такие гибкие камеры в будущем смогут быть установлены на поверхности кузовов автомобилей-роботов в любом месте, позволяя ликвидировать так называемые "слепые пятна", а камеры наружного видеонаблюдения могут стать практически незаметными для окружающих, ведь их можно будет обернуть вокруг фонарных столбов, наложить на поверхность стен зданий и расположить на любой другой объект искусственного или естественного происхождения.