La rivoluzionaria “piastra spaziale” potrebbe eliminare gli obiettivi delle fotocamere tradizionali

La rivoluzionaria “piastra spaziale” potrebbe eliminare gli obiettivi delle fotocamere tradizionali

I ricercatori dell’Università di Ottawa hanno sviluppato un concetto che ridurrebbe le dimensioni delle lenti di un enorme margine ed eliminerebbe efficacemente le dimensioni dell’ottica moderna se combinate con un metalens. Il team ha affrontato non gli elementi dell’obiettivo in sé, ma lo spazio tra di loro.

I ricercatori spiegano che gli ultimi secoli di lavoro ottico si basano sul perfezionamento e sulla combinazione di lenti per controllare meglio le prestazioni ottiche. Basandosi su ciò, la nanotecnologia relativamente nuova ha consentito lo sviluppo di metalli che hanno la capacità di ridurre notevolmente l’ottica.

Ma non affrontato nello sviluppo dei metalli è il requisito di spazio tra gli elementi ottici. Non importa quanto piccolo possa essere un obiettivo, si basa comunque sullo spazio per produrre immagini. Quello spazio sarà sempre un ostacolo alla miniaturizzazione a meno che non venga affrontato direttamente.

Come descritto nell’abstract del documento di ricerca, i ricercatori affrontano acutamente il problema dello spazio presentando il concetto e dimostrando sperimentalmente una “piastra spaziale” ottica.

“…un’ottica che propaga efficacemente la luce per una distanza che può essere notevolmente superiore allo spessore della lastra. Tale ottica ridurrebbe i futuri sistemi di imaging, aprendo la possibilità a fotocamere monolitiche ultrasottili. Più in generale, una piastra spaziale può essere applicata per miniaturizzare importanti dispositivi che manipolano implicitamente il profilo spaziale della luce, ad esempio concentratori solari, collimatori per sorgenti luminose, componenti ottici integrati e spettrometri».

Il team, guidato dal Dr. Orad Reshef – un borsista postdottorato senior nel Robert Boyd Group – e dal Dr. Jeff Lundeen – Research Chair in Quantum Photonics e Professore Associato del Canada presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Ottawa – ha parlato con fisica e ha spiegato che il team voleva affrontare il modo in cui la luce si diffonde tra gli elementi ottici e affrontare gli aspetti di quel processo su cui gli elementi dell’obiettivo non possono fare nulla.

In un’intervista, il dottor Reshef afferma che la luce si diffonde naturalmente quando viaggia e ogni dispositivo ottico attualmente utilizzato si basa su tale diffusione per funzionare. Ad esempio, indica l’ampio divario tra l’oculare e la lente dell’obiettivo in un telescopio o nell’obiettivo di una fotocamera: entrambi si basano su quella distanza e si allargano per funzionare correttamente.

Ma quella lacuna, e altre lacune nel design di una lente, occupano molto spazio e il suo team ha sviluppato quella che chiamano una “piastra spaziale” che è in grado di prendere la stessa diffusione della luce e comprimerla in una “controparte” per l’obiettivo e consentire a interi sistemi di imaging di rimpicciolirsi notevolmente.

“Abbiamo considerato cosa accadrebbe se manipolassi la luce in base all’angolo anziché alla posizione di un raggio di luce”, ha detto il dott. Lundeen a fisica. “Le lenti agiscono tramite la posizione del raggio. L’angolo è un dominio completamente nuovo e nessuno aveva dimostrato che potesse essere usato per creare qualcosa di particolarmente utile. Abbiamo identificato un’applicazione utile, la compressione dello spazio. E poi abbiamo dimostrato che potevamo effettivamente progettare e dimostrare sperimentalmente lastre che fanno esattamente questo”.

Il Dr. Reshef afferma che questo sviluppo consentirebbe teoricamente ai produttori di lenti di ridurre tutti i tipi di dispositivi di grandi dimensioni che prima si pensava fossero impossibili da miniaturizzare.

“Per progettarlo, dobbiamo elaborare un nuovo insieme di regole che sia incompatibile con quello utilizzato nella progettazione delle lenti. Nessuno sa cosa siano, è come il selvaggio west”, dice. “È sorprendente che elementi ottici come le lenti siano in circolazione da un millennio e le loro regole di progettazione siano state ben comprese da oltre 400 anni, eppure stiamo ancora scoprendo nuovi elementi ottici fondamentali per l’imaging”.

La piastra spaziale potrebbe funzionare in tandem con un metalens per ridurre significativamente le dimensioni dell’ottica al punto in cui, ad esempio nella grafica, l’obiettivo appare a filo con il sensore di una fotocamera.

I ricercatori affermano che stanno attualmente lavorando allo sviluppo della prossima generazione della tecnologia per aumentare il fattore di compressione e migliorare le prestazioni complessive.

“Abbiamo già alcuni progetti per aumentare il fattore di compressione da cinque a oltre 100 volte e per aumentare la trasmissione totale. Per continuare a farlo, dobbiamo elaborare un paradigma di progettazione completamente nuovo”, afferma il dott. Lundeen.

Mentre i metalli hanno minacciato di eliminare completamente l’urto della fotocamera nei moderni smartphone, la piastra spaziale in combinazione con la tecnologia dei metalli ha il potenziale per eliminare gli obiettivi moderni interamente. È uno sviluppo forse rivoluzionario nel campo della scienza ottica .



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