Фокусировка изображения с помощью одной оптической линзы не позволяет получить изображение без искажений в цветопередаче в полном спектре видимого света. Эта «неприятность» обусловлена тем, что величина показателя преломления оптической среды (стекла, прозрачного пластика) зависит от длины волны светового излучения, вследствие чего скорость распространения лучей с разными длинами волн также различны. То есть все спектральные составляющие белого цвета приходят в точку фокуса в разное время, из-за чего на проецируемом изображении появляются «паразитные» цветовые области.
Поэтому для устранения этого эффекта, называемого хроматической аберрацией, в объективах телескопов, микроскопов и видеомикроскопов (примеры), фотоаппаратов, видеокамер используются системы линз, обеспечивающих «единое время прибытия в фокус» всех составляющих спектра. Линзовые системы характеризуются неоправданно большими весо-габаритными показателями и высокой стоимостью, обусловленной как ценой используемых оптических материалов, так и сложностью изготовления «каскадной конструкции» компенсирующих линз.
Со всеми этими недостатками приходилось мириться до тех пор, пока не были изобретены плоские оптические структуры, выполняющие фокусировку подобно сферическим сегментам традиционных линз. Эти аналоги (по действию) оптических линз назвали «металинзами». Их первые образцы, разработанные в нескольких научных центрах мира, могли передавать изображение без хроматической аберрации в «укороченном» спектре видимого света. Но вот в конце прошлого года ученые Гарвардской школы технических и прикладных наук имени Джона Полсона (Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, SEAS) сообщили о создании прототипа металинзы, работающей в полном спектре видимого света.
«Гарвардская металинза» представляет собой плоский прозрачный диск площадью около 3 кв. мм, на тыльной поверхности которого сформирована система столбиков из диоксида титана. Размеры столбиков и их взаимное расположение рассчитаны с помощью математической модели фокусирования лучей света с учетом исключения возникновения эффекта хроматической аберрации, то есть все составляющие спектра видимого света одновременно достигают всех точек изображения на поверхности, например, светочувствительного материала или матрицы фотосенсоров. Новая металинза характеризуется очень малыми величинами толщины и веса, а затраты на ее изготовление в десятки раз меньше, чем линзовых ахроматических систем.
Сейчас американские ученые работают над увеличением площади металинзы до нескольких квадратных сантиметров (для этого требуется масштабирование математической модели), после чего можно будет приступать к ее промышленному выпуску и внедрению в телескопы, микроскопы, фото- и видеокамеры высокого разрешения.
Комментарии
Отправить комментарий