Новости и мнения

Следующее поколение: самая маленькая камера в мире

Эта безлинзовая камера размером с булавочную головку может когда-нибудь украсить кончик хирургической иглы или сделать дешевые трехмерные изображения клеток.

УСТРОЙСТВО: Планарная матрица захвата Фурье (PFCA) – громкое имя для крошечной камеры. Микроскопическое устройство толщиной 100 мм и половиной миллиметра с каждой стороны не имеет линз или движущихся частей, но вместо этого состоит из 4000 световых датчиков – тех же тонких кремниевых пикселей, которые используются в компьютерах и розничных камерах. По словам разработчиков, PFCA стоит всего лишь копейки и может быть использована в самых разных научных приложениях, от хирургии до визуализации клеток.

Изображение Моны Лизы (вверху), реконструированное PFCA (внизу) КУЛЬТУРА АЛЁША МОЛЬНАРА, УНИВЕРСИТЕТ КОРНЕЛЛА

ЧТО НОВОГО: В 2007 году тайваньская электронная компания Misumi заявила, что сделала самую маленькую камеру : «змеиная камера» – цилиндр размером 4,4 мм на 15 мм, прикрепленный к концу гибкой проволоки. В марте этого года исследователи из Института Фраунгофера в Германии превзошли это с помощью микрокамеры меньшего размера. При 1x1x1 миллиметрах камера такая же маленькая, как крупинка соли .

Но PFCA оставляет обе камеры в пыли. Он может быть таким маленьким, обходя использование линз или зеркал для фокусировки света и полагаясь на сбор падающего света. Каждый датчик в камере покрыт металлическими решетками, которые рассеивают свет, поэтому каждый датчик улавливает падающий свет с одних направлений, но не с других. Затем эту световую информацию анализируют с использованием математического принципа, называемого преобразованием Фурье, для объединения информации из множества датчиков в одно изображение с низким разрешением.

«История камер без объектива длинная», – сказал в электронном письме Дэвид Брэди , директор программы обработки изображений и спектроскопии в Университете Дьюка, который не принимал участия в исследовании, но PFCA особенно интересен тем, что в нем используются металлические компоненты. датчик для разрешения световых лучей.

ВАЖНО: PFCA не собирается снимать ваш следующий семейный портрет, но может пролить свет на ранее плохо различимые вещи, такие как небольшие места в теле. Камера достаточно мала, чтобы прикрепить ее к кончику иглы, используемой во время операции, говорит Алеша Молнар , ведущий исследователь проекта в Корнелльском университете в Нью-Йорке, поэтому врачи могут посмотреть на ткань перед тем, как в нее врезаться. Кремний также является гибким, поэтому камеру можно изготовить в любой желаемой форме.

Кроме того, PFCA изначально проектировалась как часть инструмента трехмерной визуализации, несколько массивов камер размещались на каждой стороне объекта, чтобы делать снимки с каждого направления и объединять их в трехмерное изображение. Молнар и его коллеги все еще разрабатывают это приложение как дешевую альтернативу современной трехмерной микроскопии. «Мы никогда не будем конкурировать с лучшими микроскопами по разрешению, – сказал Молнар, – но все они стоят десятки тысяч долларов, а это будет стоить пять долларов».

Отдельные пиксели PFCA с металлической решеткой КУРТЕСИЯ ПАТРИКА ГИЛЛА, УНИВЕРСИТЕТ КОРНЕЛЛА

НУЖДАЕТСЯ В УЛУЧШЕНИИ: «Разработанная камера не может конкурировать с существующими технологиями для какого-либо конкретного применения, – сказал Брейди, – но это интересная демонстрация потенциала для интеграции новых функций в детекторы света».

Одно из ограничений камеры заключается в том, что металлическая сетка на каждом датчике фактически поглощает много света, сообщил в электронном письме Дуглас Ланман , исследователь из MIT Media Lab, который не принимал участия в исследовании. «Пакет из двух таких решеток пропускает в лучшем случае только 25 процентов света», – отметил он, поэтому для достижения различимого изображения необходима длинная выдержка или яркий свет. По словам Молнара, команда надеется изменить металлические слои, чтобы впустить больше света и, таким образом, собрать больше информации. Молнар также надеется добавить цветовую фильтрацию в этот процесс. Прямо сейчас все текущие изображения камеры являются черно-белыми или зелено-белыми.

И, хотите верьте, хотите нет, Молнар хочет сделать камеру еще меньше. «Разрешение сложно, но размер легче», – сказал он со смехом. «Используемые нами пиксели достаточно велики по пиксельным стандартам, поэтому мы могли бы уменьшить размер в 4–10 раз без особых усилий».

PR Gill и др., «Микромасштабная камера, использующая прямой захват сцены Фурье-области», Опт. Lett. , ID: 147442, 2011.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *