Utilizzando una singola lente dello spessore di circa un millesimo di pollice, i ricercatori hanno creato una fotocamera che non richiede la messa a fuoco. La tecnologia offre notevoli vantaggi rispetto alle fotocamere tradizionali come quelle presenti nella maggior parte degli smartphone, che richiedono più lenti per formare alta qualità, immagini a fuoco.

"Le nostre lenti piatte possono ridurre drasticamente il peso, complessità e costo delle fotocamere e di altri sistemi di imaging, aumentandone la funzionalità, ", ha affermato il leader del gruppo di ricerca Rajesh Menon dell'Università dello Utah. "Tali ottiche potrebbero consentire fotocamere per smartphone più sottili, fotocamere migliorate e più piccole per l'imaging biomedico come l'endoscopia, e fotocamere più compatte per automobili."

In ottica , La rivista della Optical Society (OSA) per la ricerca ad alto impatto, Menon e colleghi descrivono la loro nuova lente piatta e mostrano che può mantenere la messa a fuoco per oggetti distanti circa 6 metri l'uno dall'altro. Le lenti piatte utilizzano nanostrutture modellate su una superficie piana piuttosto che vetro o plastica ingombranti per ottenere le importanti proprietà ottiche che controllano il modo in cui viaggia la luce.

"Questo nuovo obiettivo potrebbe avere molte applicazioni interessanti al di fuori della fotografia, come la creazione di un'illuminazione altamente efficiente per LIDAR che è fondamentale per molti sistemi autonomi, comprese le auto a guida autonoma, " disse Menone.

I ricercatori affermano che l'approccio progettuale che hanno utilizzato potrebbe essere ampliato per creare componenti ottici con qualsiasi numero di proprietà come larghezza di banda estrema, più facile producibilità o costi inferiori.

Mettere in discussione il libro di testo

Fotocamere convenzionali, se utilizzato negli smartphone o per la microscopia, richiedono la messa a fuoco per garantire che i dettagli di un oggetto siano nitidi. Se sono presenti più oggetti a distanze diverse dalla fotocamera, ogni oggetto deve essere messo a fuoco separatamente.

"Il nuovo obiettivo elimina la necessità di mettere a fuoco e consente a qualsiasi fotocamera di mantenere tutti gli oggetti a fuoco contemporaneamente, " ha affermato Menon. "Le fotocamere convenzionali utilizzano anche più obiettivi per mantenere contemporaneamente a fuoco diversi colori di luce. Poiché il nostro design è molto generale, possiamo anche usarlo per creare un'unica lente piatta che mette a fuoco tutti i colori della luce, semplificando ulteriormente le fotocamere."

Per focalizzare la luce, le lenti tradizionali trasformano le onde luminose parallele in onde sferiche che convergono in un punto focale. In una svolta importante, i ricercatori si sono resi conto che onde con altre forme potevano produrre un effetto simile, aumentando notevolmente il numero di possibili modelli di lenti.

"In netto contrasto con quanto insegnato nei libri di testo di ottica, la nostra ricerca ha dimostrato che esiste più di un modo in cui la trasmissione della luce è influenzata da una lente ideale:un concetto noto come funzione pupillare, " ha detto Menon. "Questo ha aperto essenzialmente infinite possibilità per la funzione della pupilla dell'obiettivo, e abbiamo cercato attraverso queste possibilità una che raggiungesse un'estrema profondità di messa a fuoco".

Conferma sperimentale

Dopo aver scelto il miglior design dell'obiettivo per la profondità di messa a fuoco, i ricercatori hanno utilizzato tecniche di nanofabbricazione per realizzare un prototipo di lente. Gli esperimenti hanno confermato che il nuovo obiettivo ha funzionato come previsto e ha raggiunto una profondità di messa a fuoco di diversi ordini di grandezza maggiore di quella di un obiettivo convenzionale equivalente.

I ricercatori hanno dimostrato il nuovo obiettivo utilizzando la luce infrarossa e un'apertura numerica relativamente bassa, un numero che caratterizza la gamma di angoli oltre i quali l'obiettivo può accettare o emettere luce. Hanno in programma di estendere l'obiettivo ad aperture numeriche più grandi e di usarlo con l'intero spettro della luce visibile. È inoltre necessario lavorare per garantire che le lenti possano essere prodotte in serie prima che possano essere commercializzate.

"Questa ricerca è un buon esempio di come l'abbandono delle nozioni tradizionali possa abilitare dispositivi precedentemente considerati impossibili, " ha detto Menon. "Serve come un buon promemoria per mettere in discussione i dettami del passato."