Las cámaras tradicionales, incluso las que están en los teléfonos celulares más delgados, no pueden ser verdaderamente planas debido a su óptica: lentes que requieren una cierta forma y tamaño para funcionar.
En Caltech, los ingenieros han desarrollado un nuevo diseño de cámara que sustituye a las lentes con un array de fase óptica ultra delgada (OPA). Crédito: Caltech
En Caltech, los ingenieros han desarrollado un nuevo diseño de cámara que sustituye a las lentes con un array de fase óptica ultra delgada (OPA). La OPA hace computacionalmente lo qué hacen los lentes usando grandes trozos de vidrio: manipula la luz entrante para capturar una imagen.
Las lentes tienen una curva que dobla el camino de la luz entrante y la enfoca sobre un trozo de película o, en el caso de las cámaras digitales, un sensor de imagen.
Las lentes tienen una curva que dobla el camino de la luz entrante y la enfoca sobre un trozo de película o, en el caso de las cámaras digitales, un sensor de imagen.
La OPA cuenta con una gran variedad de receptores de luz, cada uno de los cuales puede agregar individualmente un retardo de tiempo (o cambio de fase) estrechamente controlado a la luz que recibe, permitiendo a la cámara buscar selectivamente en diferentes direcciones y enfocarse en cosas diferentes.
"Aquí, como la mayoría de las cosas en la vida, el tiempo lo es todo." Con nuestro nuevo sistema, usted puede buscar selectivamente en una dirección deseada y en una parte muy pequeña de la imagen delante de usted en cualquier momento dado, al controlar la sincronización con femto-Segundo— cuatrillón de una segunda precisión —, dice Ali Hajimiri, profesor de Electrical Engineering and Medical Engineering in the Division of Engineering and Applied Science en Caltech , y el investigador principal de un documento que describe la nueva cámara.
"Aquí, como la mayoría de las cosas en la vida, el tiempo lo es todo." Con nuestro nuevo sistema, usted puede buscar selectivamente en una dirección deseada y en una parte muy pequeña de la imagen delante de usted en cualquier momento dado, al controlar la sincronización con femto-Segundo— cuatrillón de una segunda precisión —, dice Ali Hajimiri, profesor de Electrical Engineering and Medical Engineering in the Division of Engineering and Applied Science en Caltech , y el investigador principal de un documento que describe la nueva cámara.
El documento fue presentado en la Optical Society of America's (OSA), Conference on Lasers and Electro-Optics (Cleo) y publicado en línea por la OSA en el Resumen técnico de OSA en marzo de 2017.
"Hemos creado una sola capa delgada de fotónica integrada de silicio que emula la lente y el sensor de una cámara digital, reduciendo el grosor y el costo de las cámaras digitales." Puede imitar una lente regular, pero puede cambiar de un ojo de pez a un teleobjetivo instantáneamente-con apenas un ajuste simple en la manera que el arsenal recibe la luz, "dice Hajimiri."
Los arrays escalonados, que se utilizan en la comunicación inalámbrica y el radar, son colecciones de transmisores individuales, todos enviando la misma señal que las ondas. Estas ondas interfieren entre sí constructiva y destructivamente, amplificando la señal en una dirección mientras que la cancela hacia fuera en otra parte.
Por lo tanto, una matriz puede crear un haz de señal estrechamente enfocado, que puede ser dirigido en diferentes direcciones por escalonar el momento de las transmisiones hechas en varios puntos a través de la matriz.
Un principio similar se usa al revés en un receptor de matriz de fase óptica, que es la base para la nueva cámara. Las ondas luminosas recibidas por cada elemento a través de la matriz se cancelan entre sí desde todas las direcciones, excepto una. En esa dirección, las ondas se amplifican mutuamente para crear una "mirada" enfocada que puede ser controlada electrónicamente.
"Lo que hace la cámara es similar a mirar a través de una paja delgada y escanearla a través del campo visual." Podemos formar una imagen a una velocidad increíblemente rápida manipulando la luz en lugar de mover un objeto mecánico, dice el estudiante de posgrado reza Fatemi (MS ' 16), autor principal del papel de OSA.
El año pasado, el equipo de Hajimiri lanzó una versión unidimensional de la cámara que era capaz de detectar imágenes en una línea, de modo que actuaba como un lector de código de barras sin lente pero sin partes mecánicamente móviles.
Un principio similar se usa al revés en un receptor de matriz de fase óptica, que es la base para la nueva cámara. Las ondas luminosas recibidas por cada elemento a través de la matriz se cancelan entre sí desde todas las direcciones, excepto una. En esa dirección, las ondas se amplifican mutuamente para crear una "mirada" enfocada que puede ser controlada electrónicamente.
"Lo que hace la cámara es similar a mirar a través de una paja delgada y escanearla a través del campo visual." Podemos formar una imagen a una velocidad increíblemente rápida manipulando la luz en lugar de mover un objeto mecánico, dice el estudiante de posgrado reza Fatemi (MS ' 16), autor principal del papel de OSA.
El año pasado, el equipo de Hajimiri lanzó una versión unidimensional de la cámara que era capaz de detectar imágenes en una línea, de modo que actuaba como un lector de código de barras sin lente pero sin partes mecánicamente móviles.
El avance de este año fue construir la primera matriz de dos dimensiones capaz de crear una imagen completa. Esta primera cámara sin lente 2D tiene una matriz compuesta de sólo 64 receptores de luz en una cuadrícula de 8 por 8.
La imagen resultante tiene baja resolución. Pero este sistema representa una prueba de concepto para un replanteamiento fundamental de la tecnología de la cámara, dijo Hajimiri y sus colegas.
"Las aplicaciones son infinitas", dice el estudiante graduado Behrooz Abiri (MS ' 12), coautor del papel de OSA. "Incluso en los smartphones de hoy en día, la cámara es el componente que limita lo delgado que puede llegar a su teléfono."
"Las aplicaciones son infinitas", dice el estudiante graduado Behrooz Abiri (MS ' 12), coautor del papel de OSA. "Incluso en los smartphones de hoy en día, la cámara es el componente que limita lo delgado que puede llegar a su teléfono."
Una vez escalada, esta tecnología puede hacer obsoletas las lentes y las cámaras gruesas. "Puede incluso tener implicaciones para la astronomía al permitir telescopios planos ultra ligeros, ultra delgados en el suelo o en el espacio."
"La capacidad de controlar todas las propiedades ópticas de una cámara electrónicamente utilizando una capa de papel delgada de fotónica de silicio de bajo costo sin ningún movimiento mecánico," las lentes, o los espejos, abren un nuevo mundo de imágenes que podrían parecer el papel pintado, las persianas, o aún la tela usable, "dice Hajimiri.
"La capacidad de controlar todas las propiedades ópticas de una cámara electrónicamente utilizando una capa de papel delgada de fotónica de silicio de bajo costo sin ningún movimiento mecánico," las lentes, o los espejos, abren un nuevo mundo de imágenes que podrían parecer el papel pintado, las persianas, o aún la tela usable, "dice Hajimiri.
A continuación, el equipo trabajará en la ampliación de la cámara mediante el diseño de fichas que permiten receptores mucho más grandes con mayor resolución y sensibilidad.
El estudio se titula "An 8X8 Heterodyne Lens-less OPA Camera".
El estudio se titula "An 8X8 Heterodyne Lens-less OPA Camera".