Ученые Самарского университета представили дифракционную линзу, способную заменить полноценный телеобъектив

Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева на крупнейшей технологической конференции Европы WebSummit 2017, которая в эти дни проходит в Лиссабоне, представили первый в мире сверхлегкий дифракционный объектив. Один оптический элемент весом всего 5 гр. заменяет сложную и громоздкую систему линз и зеркал, аналогичную той, что используется в телеобъективах с фокусным расстоянием 300 мм и весом от 500 гр. 

Современным объективам большое количество оптических элементов (12 и более) необходимо для компенсации искажений изображения вследствие оптических аберраций. Вместо них ученые Самарского университета фактически используют одну дифракционную наноструктуру.

“Технология производства дифракционных линз отчасти сопоставима с производством компакт-дисков, - поясняет руководитель проекта, профессор кафедры суперкомпьютеров и общей информатики Артем Никоноров. - На поверхность кварцевого стекла наносится фоточувствительное вещество – резист. Его толщина – 7 микрон (для сравнения, толщина человеческого волоса 40-90 микрон). С помощью лазерного луча на резисте выводится 256-уровневый рельеф. С его помощью происходит “приближение” объекта, а компенсацию искажений обеспечивает цифровая обработка изображений на основе сверточных нейронных сетей”.

Характеристики линзы, полученные учеными Самарского университета, привлекательны для сфер, где идет постоянная борьба за уменьшение веса и размеров оптики. В первую очередь, это компактные системы дистанционного зондирования Земли, устанавливаемые на малые летательные аппараты: беспилотники, атмосферные зонды и наноспутники. Диапазон орбит перечисленных аппаратов составляет от 20 км до 500 км, при этом поднимаемый ими вес оптики не может превышать 100 грамм. 

На данный момент качество изображений, получаемых с помощью дифракционных оптических элементов, создаваемых в лабораториях Самарского университета, достигло порога, необходимого для вывода продукта на рынок. Представленные на рынке оптические системы для наноспутников способны обеспечить разрешение съемки поверхности Земли в 40 метров. Технология, предложенная Самарским университетом, уже сейчас способна обеспечить разрешение в 18 метров. В ближайшее время этот показатель может быть улучшен до 10 метров.

Также дифракционные линзы могут быть востребованы в системах видеонаблюдения и безопасности, специальной технике для работы в экстремальных условиях, а также мобильных системах мониторинга городского пространства и системах умной урбанистики. 

Для справки

Самарский университет – один из мировых лидеров в области исследований дифракционных оптических элементов и обработки изображений. Созданная учеными вуза дифракционная изображающая линза один из результатов 30-летней работы школы информационной оптики и фотоники под руководством академика РАН, президента Самарского университета Виктора Сойфера.

Первая статья ученых Самарского университета подтверждающая возможность использования дифракционной оптики в изображающих системах появилась в мае 2015 года по итогам крупнейшей мировой конференции по обработке изображений – IEEE Computer Vision and Pattern Recognition. В ноябре 2015 года вышла в свет совместная работа университета Торонто и университета имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии, - о подобной разработке, со ссылкой на работу Самарского университета. Ранее никто в мире не пробовал использовать дифракционную оптику для получения цветных изображений высокого разрешения.

Процесс производства одной линзы занимает около получаса. На данный момент произведено 150-200 дифракционных объективов различных конфигураций, но имеющихся в Самарском университете мощностей достаточно для производства тысяч подобных изделий в месяц.