Жидкие линзы: фантастические перспективы для оптики

Группа ученых из университета штата Калифорния в Сан-Диего (США) опубликовала в журнале Optics Letters описание оптического устройства, которое способно работать как обычная фотокамера со сверхшироким диапазоном автофокусировки и как микроскоп с разрешением 3 мкм. Уникальные особенности нового прибора объясняются использованием комбинации жидкой линзы с переменным фокусным расстоянием и трех обычных стеклянных линз для коррекции оптических аберраций. Это первый прибор подобного типа.

Помимо линзовой системы, в устройстве использованы светочувствительные КМОП-матрицы. Общий объем устройства не превышает 1 куб. см. С его помощью удалось получить цифровую фотографию объекта на расстоянии 15 м, а затем другого объекта - всего на расстоянии 1 см. Это самый большой диапазон фокусировки, который когда-либо был получен с помощью одной камеры. Диапазон изменения оптической силы линзовой системы достигал 200 диоптрий, что в 15 раз превышает аккомодационные возможности оптической системы глаза человека.

Идею создания подобного устройства ученые позаимствовали у природы, изучая различные системы зрения у животных. Широкое поле зрения в живой природе достигается во многих случаях за счет согласованной работы хрусталика, меняющего фокусное расстояние, и сетчатки, также способной менять свою кривизну. КМОП-матрицы, к сожалению, не могут пока быть гибкими, и приходится использовать плоский вариант, однако стандартные стеклянные линзы способны исправить изображение.

Исследователи научились менять кривизну поверхности жидких линз с помощью простых механических способов, в которых используются специальные мембраны. Материал линз и способ его получения также разработаны в ходе исследования, однако детали в статье не приводятся.

Ученые рассчитывают применить разработанное ими устройство в различных медицинских приборах, используемых в малоинвазивных операциях (таких, как лапароскопия) или в диагностике. Есть перспективы использования устройства в различных приборах для массовых потребителей. В целом, по мнению исследователей, использование жидких линз способно изменить представление о том, каким может быть оптический прибор и способ создания изображения.