Investigadores crean una cámara sin foco con una nueva lente plana

Investigadores crean una cámara sin foco con una nueva lente plana que permite reducir drásticamente el peso, la complejidad y el costo de las cámaras al tiempo que aumenta la funcionalidad.

Nueva tecnología preparada para reducir drásticamente el peso, la complejidad y el costo de las cámaras al tiempo que aumenta la funcionalidad.

Usando una sola lente que tiene aproximadamente una milésima de pulgada de grosor, los investigadores han creado una cámara que no requiere enfoque.

La tecnología ofrece considerables beneficios sobre las cámaras tradicionales, como las de la mayoría de los teléfonos inteligentes, que requieren múltiples lentes para formar imágenes enfocadas de alta calidad.

“Nuestras lentes planas pueden reducir drásticamente el peso, la complejidad y el costo de las cámaras y otros sistemas de imágenes, al tiempo que aumentan su funcionalidad“, dijo el líder del equipo de investigación Rajesh Menon de la Universidad de Utah.

“Dicha óptica podría permitir cámaras de teléfonos inteligentes más delgadas, cámaras mejoradas y más pequeñas para imágenes biomédicas como la endoscopia, y cámaras más compactas para automóviles“.

En Optica, la revista de la Sociedad Óptica (OSA) para la investigación de alto impacto, Menon y sus colegas describen su nueva lente plana y muestran que puede mantener el foco para objetos que están separados unos 6 metros entre sí.

Las lentes planas usan nanoestructuras modeladas en una superficie plana en lugar de vidrio voluminoso o plástico para lograr las propiedades ópticas importantes que controlan la forma en que viaja la luz.

“Esta nueva lente podría tener muchas aplicaciones interesantes fuera de la fotografía, como la creación de una iluminación altamente eficiente para LIDAR que es fundamental para muchos sistemas autónomos, incluidos los automóviles autónomos“, dijo Menon.

Los investigadores dicen que el enfoque de diseño que usaron podría ampliarse para crear componentes ópticos con cualquier cantidad de propiedades, como un ancho de banda extremo, una capacidad de fabricación más fácil o un costo más bajo.

Las cámaras convencionales, ya sean usadas en teléfonos inteligentes o para microscopía, requieren enfoque para garantizar que los detalles de un objeto sean nítidos.

Si hay varios objetos a diferentes distancias de la cámara, cada objeto debe enfocarse por separado.

“La nueva lente elimina la necesidad de enfocar y permite que cualquier cámara mantenga todos los objetos enfocados simultáneamente“, dijo Menon.

“Las cámaras convencionales también usan múltiples lentes para mantener diferentes colores de luz enfocados simultáneamente.

Dado que nuestro diseño es muy general, también podemos usarlo para crear una sola lente plana que enfoque todos los colores de luz, simplificando drásticamente las cámaras aún más”.

Para enfocar la luz, las lentes tradicionales transforman las ondas de luz paralelas en ondas esféricas que convergen en un punto focal.

En un avance importante, los investigadores se dieron cuenta de que las ondas con otras formas podrían producir un efecto similar, aumentando enormemente el número de posibles diseños de lentes.

“En marcado contraste con lo que se enseña en los libros de texto de óptica, nuestra investigación ha demostrado que hay más de una forma en que la transmisión de luz se ve afectada por una lente ideal, un concepto conocido como función de la pupila“, dijo Menon.

“Esto abrió posibilidades esencialmente infinitas para la función pupila del lente, y buscamos entre estas posibilidades una que lograra una profundidad de enfoque extrema“.

Después de elegir el mejor diseño de lente para profundidad de enfoque, los investigadores utilizaron técnicas de nanofabricación para hacer una lente prototipo.

Los experimentos confirmaron que la nueva lente funcionó como se esperaba y alcanzó una profundidad de enfoque de varios órdenes de magnitud mayor que la de una lente convencional equivalente.

Los investigadores demostraron la nueva lente usando luz infrarroja y una apertura numérica relativamente baja, un número que caracteriza el rango de ángulos sobre los cuales la lente puede aceptar o emitir luz.

Planean extender la lente a aperturas numéricas más grandes y usarla con todo el espectro de luz visible.

También es necesario trabajar para garantizar que las lentes puedan fabricarse en masa antes de que puedan comercializarse.

“Esta investigación es un buen ejemplo de cómo abandonar las nociones tradicionales puede permitir dispositivos que antes se consideraban imposibles”, dijo Menon.

“Sirve como un buen recordatorio para cuestionar los dictados del pasado”.

Fuente: OSA