Вчені створили сенсор без лінз із роздільністю менше мікрона

Дослідники з Університету Коннектикуту створили сенсор зображень без лінз, який досягає тривимірної роздільності менше мікрона. Розробка обіцяє змінити такі галузі, як криміналістика, медична діагностика та дистанційне зондування. Технологія отримала назву Multiscale Aperture Synthesis Imager або MASI.

Ідея виникла з методу, який дозволив астрономам отримати зображення чорної діри. У радіоастрономії синтетична апертура працює завдяки тому, що довжина радіохвиль дозволяє точно синхронізувати різні сенсори. Однак у видимому світлі традиційні вимоги до синхронізації практично неможливо виконати фізично.

«В основі цього прориву лежить давня технічна проблема», — зазначив професор Гуоань Чженг, старший автор дослідження. MASI вирішує цю проблему по-новому. Замість того, щоб змушувати кілька оптичних сенсорів працювати в ідеальній фізичній синхронності, система дозволяє кожному сенсору вимірювати світло незалежно, а потім використовує обчислювальні алгоритми для синхронізації даних.

«Це схоже на те, як кілька фотографів знімають одну й ту саму сцену не як звичайні фотографії, а як необроблені вимірювання властивостей світлових хвиль, а потім програмне забезпечення зшиває ці незалежні знімки в одне зображення надвисокої роздільності», — пояснив професор Чженг.

Система використовує масив кодованих сенсорів, розміщених у різних частинах дифракційної площини. Кожен фіксує дифракційні патерни — спосіб розповсюдження світлових хвиль після взаємодії з об'єктом. Ці вимірювання містять інформацію про амплітуду та фазу, яку відновлюють за допомогою обчислювальних алгоритмів.

Традиційні лінзи змушують конструкторів йти на компроміси. Щоб розрізнити дрібніші деталі, лінзи мають бути ближче до об'єкта, часто на відстані міліметрів. MASI фіксує дифракційні патерни з відстані кількох сантиметрів і реконструює зображення з роздільністю до субмікронного рівня.

«Потенційні застосування MASI охоплюють багато галузей, але найбільш захоплюючою є масштабованість — на відміну від традиційної оптики, наша система масштабується лінійно», — підсумував професор Чженг.

Результати опубліковані у журналі Nature Communications.