Usando una sola lente que tiene aproximadamente una milésima de pulgada de grosor, los investigadores han creado una cámara que no requiere enfoque. La tecnología ofrece considerables beneficios sobre las cámaras tradicionales como las de la mayoría de los teléfonos inteligentes. que requieren múltiples lentes para formar alta calidad, imágenes enfocadas.

"Nuestras lentes planas pueden reducir drásticamente el peso, complejidad y costo de las cámaras y otros sistemas de imágenes, mientras aumenta su funcionalidad, ", dijo el líder del equipo de investigación Rajesh Menon de la Universidad de Utah." Esta óptica podría permitir cámaras de teléfonos inteligentes más delgadas, Cámaras mejoradas y más pequeñas para imágenes biomédicas como endoscopia, y cámaras más compactas para automóviles ".

En Optica , La revista de la Optical Society (OSA) para investigaciones de alto impacto, Menon y sus colegas describen su nueva lente plana y muestran que puede mantener el enfoque para objetos que están a unos 6 metros de distancia entre sí. Las lentes planas utilizan nanoestructuras estampadas en una superficie plana en lugar de vidrio o plástico voluminosos para lograr las importantes propiedades ópticas que controlan la forma en que viaja la luz.

"Esta nueva lente podría tener muchas aplicaciones interesantes fuera de la fotografía, como la creación de iluminación altamente eficiente para LIDAR que es fundamental para muchos sistemas autónomos, incluidos los coches autónomos, "dijo Menon.

Los investigadores dicen que el enfoque de diseño que utilizaron podría ampliarse para crear componentes ópticos con cualquier cantidad de propiedades, como ancho de banda extremo, manufacturabilidad más fácil o menor costo.

Cuestionando el libro de texto

Cámaras convencionales, ya sea que se utilice en teléfonos inteligentes o para microscopía, requieren enfocar para asegurar que los detalles de un objeto sean nítidos. Si hay varios objetos a diferentes distancias de la cámara, cada objeto debe enfocarse por separado.

"La nueva lente elimina la necesidad de enfocar y permite que cualquier cámara mantenga todos los objetos enfocados simultáneamente, "dijo Menon." Las cámaras convencionales también usan múltiples lentes para mantener diferentes colores de luz enfocados simultáneamente. Dado que nuestro diseño es muy general, también podemos usarlo para crear una única lente plana que enfoca todos los colores de luz, simplificando drásticamente las cámaras aún más ".

Para enfocar la luz Las lentes tradicionales transforman ondas de luz paralelas en ondas esféricas que convergen en un punto focal. En un avance importante, los investigadores se dieron cuenta de que las ondas con otras formas podían producir un efecto similar, aumentando enormemente el número de posibles diseños de lentes.

"En marcado contraste con lo que se enseña en los libros de texto de óptica, Nuestra investigación ha demostrado que hay más de una forma en que la transmisión de la luz se ve afectada por una lente ideal:un concepto conocido como función de la pupila, ", dijo Menon." Esto abrió posibilidades esencialmente infinitas para la función de la pupila del lente, y buscamos a través de estas posibilidades uno que lograra una profundidad de enfoque extrema ".

Confirmación experimental

Después de elegir el mejor diseño de lente para la profundidad de enfoque, los investigadores utilizaron técnicas de nanofabricación para hacer un prototipo de lente. Los experimentos confirmaron que la nueva lente funcionó como se esperaba y logró una profundidad de enfoque varios órdenes de magnitud mayor que la de una lente convencional equivalente.

Los investigadores demostraron la nueva lente utilizando luz infrarroja y una apertura numérica relativamente baja, un número que caracteriza el rango de ángulos sobre los cuales la lente puede aceptar o emitir luz. Planean extender la lente a aperturas numéricas más grandes y usarla con todo el espectro de luz visible. También es necesario trabajar para garantizar que las lentes puedan fabricarse en masa antes de que puedan comercializarse.

"Esta investigación es un buen ejemplo de cómo el abandono de las nociones tradicionales puede permitir dispositivos que antes se consideraban imposibles, ", dijo Menon." Sirve como un buen recordatorio para cuestionar los dictados del pasado ".