Las cámaras tradicionales, incluso aquellas en los teléfonos móviles más delgados, no pueden ser realmente 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 reemplaza las lentes con una matriz óptica en fase ultradelgada (OPA). El OPA hace computacionalmente lo que hacen las lentes usando grandes piezas de vidrio:manipula la luz entrante para capturar una imagen.

Las lentes tienen una curva que dobla la trayectoria de la luz entrante y la enfoca en un trozo de película o, en el caso de las cámaras digitales, un sensor de imagen. La OPA tiene una gran variedad de receptores de luz, cada uno de los cuales puede agregar individualmente un retardo de tiempo estrictamente controlado (o cambio de fase) a la luz que recibe, permitiendo que la cámara mire selectivamente en diferentes direcciones y se enfoque en diferentes cosas.

"Aquí, como la mayoría de las cosas en la vida, tiempo lo es todo. Con nuestro nuevo sistema, puede mirar selectivamente en la dirección deseada y en una parte muy pequeña de la imagen frente a usted en cualquier momento dado, controlando el tiempo con femto-segundo (cuadrillonésimo de segundo) precisión, "dice Ali Hajimiri, Bren Professor de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Médica en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Caltech, y el investigador principal de un artículo que describe la nueva cámara. El documento fue presentado en la Conferencia de Láseres y Electro-Óptica (CLEO) de la Optical Society of America (OSA) y publicado en línea por la OSA en el OSA Technical Digest en marzo de 2017.

"Hemos creado una sola capa delgada de fotónica de silicio integrada 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 normal, pero puede cambiar de un lente ojo de pez a un teleobjetivo instantáneamente, con solo un simple ajuste en la forma en que la matriz recibe la luz, "Dice Hajimiri.

Matrices en fase, que se utilizan en comunicaciones inalámbricas y radar, son colecciones de transmisores individuales, todos envían la misma señal que las ondas. Estas ondas interfieren entre sí de forma constructiva y destructiva, amplificando la señal en una dirección mientras la cancela en otra parte. Por lo tanto, una matriz puede crear un haz de señal bien enfocado, que se puede dirigir en diferentes direcciones escalonando el tiempo de las transmisiones realizadas en varios puntos de la matriz.

Un principio similar se utiliza a la inversa en un receptor óptico de matriz en fase, que es la base de la nueva cámara. Las ondas de luz que son recibidas por cada elemento a través de la matriz se cancelan entre sí desde todas las direcciones, excepto por uno. En esa direccion, las ondas se amplifican entre sí para crear una "mirada" enfocada que se puede controlar electrónicamente.

"Lo que hace la cámara es similar a mirar a través de una pajita delgada y escanearla a través del campo de visión. Podemos formar una imagen a una velocidad increíblemente rápida manipulando la luz en lugar de mover un objeto mecánico, "dice la estudiante de posgrado Reza Fatemi (MS '16), autor principal del artículo de la 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 códigos de barras sin lentes pero sin partes mecánicamente móviles. El avance de este año fue construir la primera matriz bidimensional capaz de crear una imagen completa. Esta primera cámara sin lente 2-D tiene una matriz compuesta por solo 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, Dicen Hajimiri y sus colegas.

"Las aplicaciones son infinitas, "dice la estudiante de posgrado Behrooz Abiri (MS '12), coautor del artículo de OSA. "Incluso en los teléfonos inteligentes de hoy, la cámara es el componente que limita el grosor de su teléfono. Una vez ampliado, esta tecnología puede hacer obsoletos los objetivos y las cámaras gruesas. Incluso puede tener implicaciones para la astronomía al permitir ultraligeros, telescopios planos enormes ultrafinos en el suelo o en el espacio ".

"La capacidad de controlar electrónicamente todas las propiedades ópticas de una cámara utilizando una capa fina como el papel de fotónica de silicio de bajo costo sin ningún movimiento mecánico, lentes, o espejos, abre un nuevo mundo de generadores de imágenes que podría parecer un fondo de pantalla, persianas o incluso tela para vestir, "dice Hajimiri. A continuación, El equipo trabajará para ampliar la cámara mediante el diseño de chips que permitan receptores mucho más grandes con mayor resolución y sensibilidad.

El estudio se titula "Una cámara OPA sin lentes heterodina de 8X8".