Usando uma única lente com cerca de um milésimo de polegada de espessura, pesquisadores criaram uma câmera que não requer foco. A tecnologia oferece benefícios consideráveis ​​em relação às câmeras tradicionais, como as da maioria dos smartphones, que requerem múltiplas lentes para formar alta qualidade, imagens em foco.

"Nossas lentes planas podem reduzir drasticamente o peso, complexidade e custo de câmeras e outros sistemas de imagem, enquanto aumentam sua funcionalidade, "disse o líder da equipe de pesquisa Rajesh Menon, da Universidade de Utah." Essa ótica pode permitir câmeras de smartphones mais finas, câmeras melhoradas e menores para imagens biomédicas, como endoscopia, e câmeras mais compactas para automóveis. "

No Optica , O jornal da The Optical Society (OSA) para pesquisas de alto impacto, Menon e seus colegas descrevem suas novas lentes planas e mostram que elas podem manter o foco para objetos que estão cerca de 6 metros de distância um do outro. As lentes planas usam nanoestruturas padronizadas em uma superfície plana em vez de vidro ou plástico volumoso para atingir as propriedades ópticas importantes que controlam a forma como a luz viaja.

"Esta nova lente pode ter muitas aplicações interessantes fora da fotografia, como a criação de iluminação altamente eficiente para LIDAR, que é crítica para muitos sistemas autônomos, incluindo carros autônomos, "disse Menon.

Os pesquisadores dizem que a abordagem de design que eles usaram pode ser expandida para criar componentes ópticos com qualquer número de propriedades, como largura de banda extrema, manufatura mais fácil ou custo mais baixo.

Questionando o livro didático

Câmeras convencionais, seja usado em smartphones ou para microscopia, requerem foco para garantir que os detalhes de um objeto sejam nítidos. Se houver vários objetos em diferentes distâncias da câmera, cada objeto deve ser focalizado separadamente.

"A nova lente elimina a necessidade de foco e permite que qualquer câmera mantenha todos os objetos em foco simultaneamente, "disse Menon." As câmeras convencionais também usam lentes múltiplas para manter diferentes cores de luz em foco simultaneamente. Como nosso design é muito geral, também podemos usá-lo para criar uma única lente plana que focaliza todas as cores da luz, simplificando drasticamente as câmeras ainda mais. "

Para focar a luz, lentes tradicionais transformam ondas de luz paralelas em ondas esféricas que convergem em um ponto focal. Em uma descoberta importante, os pesquisadores perceberam que ondas com outras formas podem produzir um efeito semelhante, aumentando enormemente o número de designs de lentes possíveis.

"Em total contraste com o que é ensinado nos livros didáticos de óptica, nossa pesquisa mostrou que há mais de uma maneira pela qual a transmissão de luz é afetada por uma lente ideal - um conceito conhecido como função da pupila, "disse Menon." Isso abriu possibilidades essencialmente infinitas para a função da pupila da lente, e buscamos por meio dessas possibilidades uma que alcançasse uma profundidade de foco extrema. "

Confirmação experimental

Depois de escolher o melhor design de lente para profundidade de foco, os pesquisadores usaram técnicas de nanofabricação para fazer um protótipo de lente. Os experimentos confirmaram que as novas lentes tiveram o desempenho esperado e alcançaram uma profundidade de foco várias ordens de magnitude maior do que a de uma lente convencional equivalente.

Os pesquisadores demonstraram a nova lente usando luz infravermelha e abertura numérica relativamente baixa - um número que caracteriza a faixa de ângulos sobre os quais a lente pode aceitar ou emitir luz. Eles planejam estender a lente para aberturas numéricas maiores e usá-la com todo o espectro de luz visível. Também é necessário trabalhar para garantir que as lentes possam ser fabricadas em massa antes que possam ser comercializadas.

"Esta pesquisa é um bom exemplo de como abandonar noções tradicionais pode permitir dispositivos antes considerados impossíveis, "disse Menon." Isso serve como um bom lembrete para questionar ditames do passado. "