Вдохновленные глазами трилобитов исследователи разработали миниатюрную камеру с бифокальным объективом и рекордной глубиной резкости. Камера может одновременно отображать объекты на расстоянии 3 см и 1,7 км. Работа опубликована в Nature Communications.
Исследователи из Национального института стандартов и технологий США изготовили набор крошечных металинз. Физики покрыли плоскую поверхность стекла миллионами крошечных прямоугольных столбиков наноразмера. Сформированная таким образом метаповерхность одновременно действовала как макролинза (для близких объектов) и телеобъектив (для удаленных).
Наностолбики улавливали свет фотографируемой сцены и разделяли его в зависимости от направления электрического поля: свет с левой и правой круговой поляризаций отклонялся под разным углом. Этого удалось добиться, благодаря расположению наностолбиков. Они были расставлены так, чтобы часть входящего света проходила через длинную сторону прямоугольника, а часть — через короткую. При прохождении светом большего расстояния угол отклонения увеличивался.
Разработчики объясняют, что свет, который преломляется под разным углом, попадает в разные фокусы камеры. Таким образом, в зависимости от того, прошел ли свет через более длинную или более короткую часть прямоугольных наностолбиков, металинза создает изображения близких или удаленных объектов. Глубина разрешения камеры составляет от нескольких см до 1,7 км.
Как отмечают исследователи, наибольшая проблема возникла с объектами, которые расположены на среднем расстоянии. Ученые использовали нейронную сеть, чтобы научить систему распознавать и исправлять дефекты (размытость или аберрация цвета) в объектах, которые находились посередине между ближним и дальним фокусом металинзы.
Разработанные металинзы повышают светосилу без ущерба для разрешения изображения. Кроме того, поскольку система автоматически корректирует аберрации, она обладает высокой устойчивостью к ошибкам, что позволяет исследователям использовать простые и легкие в изготовлении конструкции для миниатюрных линз.
Амит Агравал, соавтор исследования из Национального института стандартов и технологий
Разработчики отмечают, что идею создания таких линз они позаимствовали из устройства глаз трилобитов (Dalmanitina socialis). Эти животные населяли океаны около 500 млн лет назад. Как отмечают исследователи, у этих морских существ были бифокальные глаза, каждый из которых установлен на стебельке и состоит из двух линз, преломляющих свет под разными углами. Такое устройство глаза позволяло трилобитам одновременно видеть плавающую поблизости добычу и дальних врагов, приближающихся с расстояния более км.
Читать далее:
За ней охотились столетиями: что нам известно о планете Вулкан рядом с Солнцем
Астрономы нашли планету недалеко от Земли: у нее очень странная орбита
Ученые из Китая доказали, что современные сдвиги плит датируются 2,5 млрд лет