Создателям традиционной фотооптики приходится искать компромисс между возможностью снимать изображения на разных расстояниях и размером используемой для этого системы линз. Особенно впечатляют по последнему параметру телеобъективы-рекордсмены, способные заснять в деталях происходящее на Луне. По мере миниатюризации для создателей современных смартфонов это стало неразрешимой задачей: корпус становится тоньше, а камера или камеры все сильнее выступают с тыла.

Команда исследователей из MIT готова предложить свое решение: там создали систему, которая улавливает световой пучок между двух частично прозрачных зеркал. После каждого отражения часть света попадает на сенсор, который может воссоздать фотографию «слой за слоем». Разумеется, для этого нужна сверхскоростная камера, сенсор которой можно включать на триллионную долю секунды.

В ходе технологической демонстрации создатели показали камеру, которой достаточно «фокусного расстояния» в 3,1 см там, где обычной оптике нужно 32.

Каждое следующее отражение уменьшает виртуальное фокусное расстояние. Правда, крайне важным становится вопрос сохранения светосилы: например, в ходе опыта в лаборатории изображение пришлось подсвечивать лазером.

Но компактность — лишь одно из преимуществ революционного подхода. Современные скоростные сенсоры, используемые в камерах для научных исследований, позволили, например, заснять вспышку лазерного луча длительностью в одну фемтосекунду, проходящую через трафарет с надписью MIT, передает Phys.org.

Помимо прочего, такая невероятная скорость работы означает, что во время каждого отражения сенсор фиксирует объекты, которые находятся на разном расстоянии от камеры. Эту технику можно использовать для создания детальных 3D-карт окружения — например, в перспективных устройствах дополненной реальности.

Новую концепцию создатели назвали «свертыванием времени».

«Если у вас есть камера с быстрым сенсором, можно увязать время и расстояние, — говорит главный автор исследования Бармак Хешмат. — В этом суть свертывания времени. Взгляните в нужный момент — и это будет то же самое, как если бы вы взглянули на нужное расстояние. Вы можете располагать линзы по-новому, так что возникают возможности, которых не было раньше».

Так, постоянное изменение виртуального фокусного расстояния позволяет на одном кадре четко заснять объекты, находящиеся на разном расстоянии от объектива — в лаборатории это был шаблон «Х» на расстоянии в полметра и «II» на расстоянии четырех сантиметров от линзы.

Статья по итогам работы опубликована в журнале Nature Photonics.

Специалисты по оптике учатся создавать не только компактные, но и огромные сенсоры, фиксирующие более качественные изображения, чем возможно было представить раньше. Например, подвижные зеркала, компенсирующие атмосферные искажения, позволили с помощью наземного телескопа получить изображения звезд более четкие, чем с орбиты Земли.