Разработан плоский широкоапертурный объектив

Работа американских ученых опубликована в только что вышедшем номере журнала Applied Optics. Разработчики отмечают большие перспективы своего изобретения, которое найдет широкое применение в миниатюрных цифровых камерах. Нынешние камеры, особенно те, что встроены в мобильные телефоны, вынуждены использовать короткофокусные линзы, и качество изображения, получаемого с их помощью, зачастую никуда не годится - снимки при увеличении нечеткие, темные и малоконтрастные. Новый объектив представляет собой одноэлементную оптическую схему из одной "линзы", которая при толщине всего 5 мм позволяет получить качественное изображение, достигаемое обычным фотообъективом с большой апертурой и фокусным расстоянием 38 мм.

В основе конструкции объектива - идея использования кольцевой апертуры и многократного переотражения света между двумя параллельными поверхностями. Диаметр объектива в уже существующей конфигурации - 6 см, однако возможны и другие варианты реализации перспективной идеи. Свет поступает в линзу только через внешнюю кольцевую диафрагму в стеклянной линзе, имеющей сферическую поверхность. Вся остальная наружная часть линзы плоская, поскольку она не предназначена для собирания света, а служит лишь для отражений светового луча, отражающегося от внешних ее поверхностей.

Благодаря такой конструкции оптический путь увеличивается в несколько раз, и, в конце концов, луч попадает в светочувствительную матрицу, расположенную на оптической оси линзы, на расстоянии всего 5-6 мм от ее внешней поверхности. Это самый существенный момент изобретения - в традиционных объективах, дающих аналогичные показатели качества, расстояние между поверхностью линзы и матрицей почти в 10 раз больше. Уменьшение длины объектива далось "не бесплатно". Количество собираемого им света существенно меньше, чем у обычного объектива того же размера. Велики потери света при многочисленных переотражениях. Однако выгоды перевешивают недостатки - для цифровых камер гораздо важнее возможность обеспечить высокое разрешение и "плоский" формфактор.

Идея использовать "свернутый" оптический путь для оптики не нова, она появилась еще в 1672 году в конструкции телескопа-рефлектора Кассегрена в виде системы двух неплоских асферических зеркал (главного и вторичного). Переотражения используются и в других системах зеркальных и зеркально-линзовых объективов - Ричи-Кретьена, Максутова, Шмидта, и т.д. Но обычно используется лишь два отражения, в то время как современные разработчики увеличили их число до 8. Вся система изготовлена из единого массива оптически прозрачного фторида кальция напылением светооражающего слоя на торцы, что обеспечит его высокую механическую стабильность.

Эрик Тремблей (Eric Tremblay), основной автор изобретения, считает, что их линза по существу аналогична намного более "длинному" зеркально-линзовому многоэлементному объективу.

Однолинзовый плоский объектив изготовили с помощью обработки на станке с алмазным режущим инструментом, однако при массовом выпуске будут использоваться готовые формы для заливки расплавленного фторида кальция, что значительно удешевит производство. В планах разработчиков - создать оптические системы с переменным фокусным расстоянием (так называемые "трансфокаторы", или объективы с "зумом"). Ученые рассчитывают, что новые линзы найдут применение в цифровых камерах, встраиваемых в различную мобильную аппаратуру, в аппаратуре беспилотных самолетов-разведчиков, систем ночного видения и т.д.