Исследователи всегда считали, что плоские ультратонкие оптические линзы для фотоаппаратов или других устройств невозможны из-за того, что все цвета света должны проходить сквозь них. Следовательно, фотографам приходилось мириться с более громоздкими и тяжелыми изогнутыми линзами.
Но профессор электротехники и компьютерной инженерии Университета Юты Раджеш Менон и его команда разработали новый метод создания оптики, которая является плоской и тонкой, но все же может выполнять функцию изгиба света в одну точку, что является основным шагом в создании изображения.Его результаты были опубликованы в новой статье «Дифракционные линзы с коррекцией хроматической аберрации для сверхширокополосной фокусировки» в текущем выпуске журнала Scientific Reports.
Соавторами исследования выступили докторанты Университета штата Юта Пэн Ван и Набиль Мохаммад.«Вместо того, чтобы линза имела кривизну, она может быть очень плоской, поэтому вы получаете совершенно новые возможности для проектирования систем обработки изображений, подобных тем, которые используются в вашем мобильном телефоне», — говорит Менон. «Наши результаты исправляют широко распространенное заблуждение, что плоские дифракционные линзы не могут быть скорректированы для всех цветов одновременно».Чтобы захватить фотографическое изображение в камеру или чтобы ваши глаза сфокусировались на изображении через очки, разные цвета света должны проходить через линзы и сходиться к точке на датчике камеры или на сетчатке глаза. То, как свет изгибается через изогнутые линзы, основано на многовековой концепции, известной как преломление, принципе, который похож на то, когда вы кладете карандаш в стакан с водой и замечаете, что он «изгибается» в воде.
Для этого в камерах обычно используется набор из нескольких изогнутых линз, чтобы сфокусировать все цвета света в одной точке. Необходимо несколько линз, потому что разные цвета изгибаются по-разному, и они предназначены для того, чтобы все цвета находились в одном фокусе.
Менон и его команда открыли способ создания плоского объектива, который может быть в 10 раз тоньше человеческого волоса или в миллионы раз тоньше современного объектива фотоаппарата. Они делают это с помощью принципа, известного как дифракция, при котором свет взаимодействует с микроструктурами линзы и изгибается.«В природе мы видим это, когда смотрим на определенные крылья бабочек.
Цвет крыльев обусловлен дифракцией. Если вы смотрите на радугу, это результат дифракции», — говорит он. «Новым является то, что мы показали, что можем спроектировать изгиб света посредством дифракции таким образом, чтобы все разные цвета фокусировались в одной и той же точке. Это то, что люди считали невозможным».
Исследователи Менона используют специально созданные алгоритмы для расчета геометрии линзы, чтобы разные цвета могли проходить через нее и фокусироваться в одной точке. Полученная линза, называемая «суперахроматической линзой», может быть изготовлена из любого прозрачного материала, такого как стекло или пластик.
Другие области применения этой потенциальной системы линз включают медицинские устройства, в которых более тонкие и легкие эндоскопы могут заглядывать в человеческое тело. Его также можно использовать для дронов или спутников с более легкими камерами, в которых снижение веса имеет решающее значение. Смартфоны будущего могут поставляться с мощными камерами, для которых не требуется, чтобы линза выступала из тонкого корпуса телефона, как линза сейчас для iPhone 6S.
Теперь, когда Менон и его команда доказали, что эта концепция может работать, он считает, что первые приложения их исследований могут стать реальностью в течение пяти лет.