携帯電話やドローンのカメラはすぐに髪の毛ほどの薄さになる

科学者たちは、携帯電話、ドローン、衛星用の安価で軽量かつ強力な新世代のポータブ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、複数の色を一度に集光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 1 層だけに頼るのではなく、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一度に集中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、プロペラ、または正方形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、および光偏光からの独立性が実現しました。

「この設計には、実用的なデバイスに適した多くの特徴があります」と、オーストラリア国立大学およびARC変換メタ光学システム（TMOS）センターオブエクセレンスの筆頭著者であるジョシュア・ジョーダン氏は述べています。「幾何学的アスペクト比が低いため製造が容易で、各層を個別に製造してから組み立てることができ、偏光無依存であり、既存の半導体技術を用いてスケールアップ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ほどの太さで、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。

研究チームは当初、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。そこで多層構造に着目し、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）に基づく適切なメタサーフェス形状を見出しました。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り、より短い波長で回折を起こさないことを保証する必要性から、現在のところ最大約 5 波長までしか実現可能ではありません。

その限界内であれば、金属レンズはモバイル画像システムにとって大きなメリットとなる可能性があると研究チームは考えています。「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」とジョーダーン氏は言います。

研究結果はOptics Express誌に掲載されました。

トピックに戻る

VNA

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