Жидкие линзы

В конструкции стабилископов компании Canon используется принципиально новый способ стабилизации изображения. Новая технология так называемых жидких линз не стоит на месте и бурно развивается.

Американская компания Sandia National Labs разработала и обещает в ближайшее время поставить на поток оптические прицелы, работающие по технологии жидких линз. Суть этих приборов в том, что они работают, как хрусталик глаза, то есть форма жидких линз может изменяться.

Ученые пошли дальше природы, и теперь линзы не только подстраиваются для изменения резкости, но и способны менять толщину и кривизну. В результате кратность оптического прицела стала переменной. На практике стрелок получает прибор, где для изменения кратности и наведения на резкость не нужно ничего крутить. Нужно просто нажать на кнопку, и кратность прибора изменится в ту или иную сторону. Если пульт управления вынести на цевье оружия, то все эти манипуляции можно будет выполнять, не отрываясь от наблюдения через прицел и не меняя позу, что особенно важно для снайперов.

Небольшое количество подвижных частей в корпусе прицела делает оптический прибор ударопрочным, что по достоинству оценят не только военные, но и охотники.

Безусловно, изготовление высококачественных линз с переменной кратностью и толщиной — настоящий прорыв. До этого попытки создания наблюдательных приборов и прицелов с изменяемой кратностью осуществлялись только на базе видеоматриц. Конечно, решение переменной кратности за счет масштабирования электронного изображения выглядит привлекательно, но упирается в изначальное разрешение матрицы.

Если матрица прибора обладает небольшим разрешением, то масштабировать его бессмысленно, если же большим, то такой прибор становится дорогим и громоздким. Увеличение изображения с помощью жидких линз можно сравнить с масштабированием векторной картинки: сколько бы ее ни увеличивали, она всегда будет качественной и четкой. Масштабирование изображения на матрице — это масштабирование растровой картинки. Перейдя определенную границу, качество изображения безвозвратно теряется.

Так что же предлагает нам Sandia National Labs? Как пишут представители компании, разработка прицела заняла более восьми лет и проводилась по заказу министерства обороны. Главная цель — создание прицела для автоматических винтовок (для каждого солдата), что позволяет менять кратность прицела, не отвлекаясь от боя. Солдат сможет изменить масштаб, приблизить цель или увеличить угол обзора, не отрываясь от наблюдения, не меняя позы и даже не убирая руки с цевья.

Перспектива быстро разглядеть потенциальную цель, понять, вооружена она или нет, оценить, не свои ли бойцы попали под «дружественный» огонь, выглядит крайне привлекательно. Именно такую задачу поставили перед собой конструкторы компании.

Новый прицел назвали RAZAR  — Rapid Adaptive Zoom for Assault Rifles, т.е. прицел с быстрым адаптивным изменением кратности. Вся работа проводилась под руководством Бретта Бэгвелла — бывшего офицера специальных армейских сил, которому по ходу исследований пришлось переквалифицироваться в инженера-оптика. Огромное внимание было уделено тому, чтобы прицел получился легким, прочным и интуитивно понятным в использовании.

Принцип его работы достаточно прост. В обычном прицеле, как и в любой оптике, изменение кратности осуществляется перемещением линз внутри корпуса. В RAZAR все иначе. В нем линзы представляют собой не твердые куски стекла, а сэндвич из обычных линз и специального полимера, который под воздействием импульсов способен изменять свою форму и толщину за сотые доли секунды.

В результате увеличение меняется быстро и плавно. Конечно, в описании это выглядит просто, на деле же потребовалось несколько лет, чтобы подобное стало возможным. Еще несколько лет ушло на то, чтобы вся конструкция разместилась и заработала в компактном корпусе.

Вот как описывают на сайте компании работу прибора: «Линзы прицела состоят из двух компонентов: стеклянных линз в сочетании с полимерными линзами, сделанными из двух гибких, герметически запечатанных мембран диаметром почти 2 см, которые заполнены жидким полимером. Сверхзвуковой пьезоэлектрический активатор электромеханически изменяет кривизну линз с точностью до 100 нанометров.

Подобные активаторы используются в некоторых фотокамерах для автофокусировки изображения. Моторы вращают винт, который управляет кольцом, сдавливающим линзы. Кривизна линз и их фокальное расстояние изменяются в соответствии с изменением давления внутри линз.

Таким образом, адаптивные линзы прицела аналогичны хрусталику глаз млекопитающих, управляемому действием мышц, изменяющих его форму. Благодаря новым линзам прицел получился не только компактным и легким с большим диапазоном изменения кратности. Для его работы требуется всего две батарейки типа АА. Их хватает на 10 000 настроек кратности». Легко заметить, что, кроме преимуществ, у прибора имеются и существенные недостатки, такие как необходимость использования батареек.

Понятно, что без батареек современный солдат никуда: все средства связи, приборы ночного видения, навигаторы, фонарики требуют элементов питания. Теперь и прицел встал в эту очередь. К счастью, при отсутствии питания он, в отличие от других приборов, не вырубится, превратившись в бесполезную железяку, а всего лишь потеряет возможность масштабировать изображение.

Кстати, и батарейки прицел использует экономично: разработчик обещает 10 000 циклов на одном комплекте.

Как заявляет производитель, на разработку нового прицела ушло так много времени из-за крайне жестких требований, которые предъявили представители министерства обороны. Первые варианты не прошли испытаний, и всё пришлось разрабатывать заново, практически с нуля. Одной из главных проблем при создании прицела стало получение полимера без воздушных микропузырей и с высокой светопропускной способностью. Этого добились после долгих экспериментов и поисков, в результате чего получили полимерные линзы со свойствами, очень близкими для стеклянных линз высокого класса.

После успешных испытаний стало очевидно, что новой технологии тесно в рамках прицела для оружия. Перспективы, которые открывает адаптивное увеличение, поистине огромны, достаточно вспомнить о медицинских оптических приборах, биноклях, подзорных трубах, телескопах, камерах наблюдения.

Особенно интересно это будет в тех системах, где уже используется электрическое питание. Если же скрестить технологию компаний Sandia National Labs и Canon, можно получить приборы для наблюдения, которые будут давать отличную картинку с подвижных объектов, таких как беспилотные летательные аппараты. Интересно, поступят ли они на гражданский рынок и если да, то когда?

Александр Мишин
Охотники.ру 2-2016