スマートフォンやドローンには、近い将来、髪の毛ほどの細さのカメラが搭載されるようになるだろう。

科学者たちは、携帯電話、ドローン、衛星向けに、手頃な価格で軽量かつ強力な新世代のモバイル光学系を生み出すことを約束する新しい多層金属レンズ設計を開発した。

研究者たちは、複数の色を同時に焦点に合わせることができる多層金属レンズ設計を開発し、単層レンズの根本的な限界を打ち破りました。 - 写真：Optics Express

研究チームは、メタマテリアルの単一層に頼るのではなく、複数の層を積み重ねることで、金属レンズが複数の波長の光を同時に集束させるという根本的な制限を克服しました。

アルゴリズムベースの方法により、四つ葉のクローバー、扇風機の羽根、正方形などの形状の洗練されたナノ構造が作られ、より高い効率、拡張性、光偏光からの独立性が実現しました。

オーストラリア国立大学およびARCメタトランスフォーマティブ光学センター（TMOS）の主任著者であるジョシュア・ジョーダン氏は、次のように述べています。「この設計は、実用的なデバイスに適した多くの特性を備えています。幾何学的比が低いため製造が容易で、個々の層を個別に製造してから組み立てることができ、偏光に依存しないだけでなく、既存の半導体技術を用いて拡張できる可能性があります。」

金属レンズは人間の髪の毛のほんの一部、つまり従来の光学レンズの何倍も薄いため、従来のレンズでは実現できない焦点距離を実現できます。

当初、研究チームは単層構造で複数の波長を集束させようと試みましたが、物理的な限界に直面しました。そこで多層構造に切り替え、逆最適化アルゴリズムを用いて、二重電磁共鳴（ホイヘンス共鳴）に基づく適切な超曲面形状を探索しました。これにより精度が向上し、量産が容易になりました。

これらのナノ構造は高さ約300ナノメートル、幅1,000ナノメートルで、光位相マップを作成するのに十分な大きさであり、光を任意のパターンに集光することができます。「異なる波長を異なる場所に集光することで、カラールーターを作成することもできます」とジョーダン氏は述べています。

しかし、多層アプローチは、構造が最長波長に対して十分な大きさであること、またより短い波長で回折を起こさないことを保証する必要があるため、現在のところ最大で約 5 波長までしか実現できません。

この範囲内で、研究チームは金属レンズがモバイル画像システムに大きなメリットをもたらすと考えています。ヨルダーン氏は、「私たちの設計は、可能な限りコンパクトで軽量にすることを目指しており、ドローンや地球観測衛星に最適です」と強調しました。

研究結果はOptics Express誌に掲載されました。

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VNA

出典: https://tuoitre.vn/dien-thoai-drone-sap-co-camera-mong-nhu-soi-toc-2025092508534341.htm