Com uma lente com cerca de um milésimo de polegada de espessura, os pesquisadores criaram uma câmera que não requer foco. A tecnologia oferece benefícios consideráveis em relação às câmeras tradicionais, que exigem várias lentes para formar imagens focadas e de alta qualidade.
“Nossas lentes planas podem reduzir drasticamente o peso, complexidade e custo das câmeras e outros sistemas de imagem.”, disse o líder da equipe de pesquisa Rajesh Menon. “Essa óptica poderia permitir câmeras mais finas para smartphone, câmeras melhores e menores para imagens biomédicas, como endoscopia, e câmeras mais compactas para automóveis”.
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Em um artigo na revista Optica, os pesquisadores descrevem suas novas lentes planas e mostram que podem manter o foco para objetos que estão a 6 metros um do outro. As lentes usam nanoestruturas padronizadas numa superfície plana em vez de vidro ou plástico volumoso para alcançar as importantes propriedades ópticas que controlam a forma como a luz viaja.
As aplicações de uma câmera que não requer foco
“Esta nova lente pode ter muitas aplicações interessantes fora da fotografia, como a criação de iluminação altamente eficiente para os sistemas LIDAR, que é crítica para muitos sistemas autônomos, incluindo carros que se dirigem sozinhos”, disse Menon.
Os pesquisadores afirmam que a abordagem de design que eles usaram poderia ser expandida para criar componentes ópticos com qualquer número de propriedades, como largura de banda extrema, facilidade de fabricação ou menor custo.
Câmeras convencionais, sejam as utilizadas em smartphones ou para microscopia, requerem foco para garantir que os detalhes de um objeto sejam nítidos. Se houver vários objetos a diferentes distâncias da câmera, cada objeto deve ser focalizado separadamente.
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“A nova lente elimina a necessidade de focagem e permite que qualquer câmara mantenha todos os objetos focados simultaneamente”, disse Menon. “As câmeras convencionais também usam várias lentes 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 de luz, simplificando drasticamente ainda mais as câmeras”.
Para focar a luz, as lentes tradicionais transformam ondas de luz paralelas em ondas esféricas que convergem para um ponto focal. Em um importante avanço, os pesquisadores perceberam que ondas com outras formas poderiam produzir um efeito semelhante, aumentando enormemente o número de possíveis designs de lentes.
Desconstruindo velhos conceitos
“Em contraste com o que é ensinado nos livros de óptica, nossa pesquisa mostrou que há mais de uma maneira de que a transmissão da luz é afetada por uma lente ideal – um conceito conhecido como função pupilar”, disse Menon. “Isto abriu possibilidades essencialmente infinitas para a função de pupilo da lente, e procurámos através destas possibilidades uma que alcançasse uma profundidade extrema de foco”.
Depois de escolher o melhor desenho de lente para profundidade de foco, os pesquisadores usaram técnicas de nanofabricação para fazer um protótipo de lente. Os experimentos confirmaram que a nova lente realizou como esperado e alcançou uma profundidade de foco várias ordens de magnitude maior do que a de uma lente equivalente convencional.
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Os pesquisadores demonstraram a nova lente usando luz infravermelha e abertura numérica relativamente baixa – um número que caracteriza a gama 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 de poderem ser comercializadas.
“Esta pesquisa é um bom exemplo de como o abandono das noções tradicionais pode permitir aparelhos anteriormente considerados impossíveis”, disse Menon. “Serve como um bom lembrete para questionar os ditames do passado.”
Por The Optical Society.
O artigo científico foi publicado na revista Optica, clique aqui para acessá-lo.
