Engenheiros desenvolvem nova lente plana, ultra-fina que poderá mudar a forma como as câmaras são projectadas

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Imagine, câmaras digitais ou smartphones sem as volumosas lentes ou óculos cujas lentes são da espessura de uma folha papel.

Os Pesquisadores acharam sempre que lentes ópticas planas, ultra-finas para câmaras ou outros dispositivos impossíveis devido à forma como todas as cores da luz devem se dobrar através deles. Por conseguinte, os fotógrafos tiveram que suportar as menos práticas e mais pesadas lentes curvas. Mas o Professor de Engenharia Electrónica e Computação da University of Utah Rajesh Menon e a sua equipa desenvolveram um novo método de criação de lentes planas e finas, mas que no entanto, ainda podem exercer a função convergir a luz para um único ponto, a etapa básica para produzir uma imagem.

As suas descobertas foram publicadas sexta-feira, 12 de Fevereiro de 2016, num novo trabalho, “Chromatic-Aberration-Corrected Diffractive Lenses for Ultra-Broadband Focusing” (Algo como Lentes Defractivas com Aberração Cromática Corrigida para Focagem de Banda Larga), na edição actual da Scientific Reports. O estudo foi da co-autoria dos alunos de doutorandos da Universidade de Utah, Peng Wang e Nabil Mohammad.

“Em vez da lente ter uma curvatura, pode ser muito plana para que se possa obter novas oportunidades de concepção para sistemas como o sistema de fotografias do seu smartphone”, diz Menon. “Os Nossos resultados corrigem o equívoco generalizado de que, lentes planos defractivas não podem ser corrigidas para todas as cores simultaneamente”.

A fim de capturar uma imagem fotográfica numa câmara ou para os seus olhos se concentrarem numa imagem através de óculos, as diferentes cores de luz devem passar as lentes e convergir num ponto sobre o sensor da câmara ou na retina do olho. O facto da luz se curvar através de lentes curvas é baseado no conceito secular conhecido como refracção, um princípio que é semelhante a quando você coloca um lápis num copo de água e observa que “se dobra” na água. Para fazer isso, câmaras normalmente irão usar um conjunto de múltiplas lentes curvas para focar todas as cores de luz num único ponto. Múltiplas lentes são necessárias porque as cores diferentes dobram de forma diferente, e são projectadas para assegurar que todas as cores atingem o mesmo foco.

Menon e a sua equipa descobriram uma forma de projectar uma lente plana que pode ser 10 vezes mais fina do que a largura de um cabelo humano ou milhões de vezes mais finas que uma lente de câmara hoje. Eles fizeram isso através de um princípio conhecido como defracção em que a luz interage com micro-estruturas na lente e curvas.

“Na natureza, podemos observa-lo quando olhamos para as asas de algumas borboletas. A cor das asas é por causa da defracção. Se observar um arco-íris, é por causa da defracção”, diz ele. “O que é novo é que mostrámos que realmente poderíamos criar o desvio da luz através de defracção de tal forma que as diferentes cores todas atingissem o foco no mesmo ponto. Isto é o que as pessoas acreditavam que não poderia ser feito”.

Pesquisadores do Menon utilizaram algoritmos especialmente criados para calcular a geometria de uma lente para que diferentes cores pudessem passar por ela e o foco para convergir num único ponto. A lente resultante, chamada uma “lente super acromática”, pode ser feita de qualquer material transparente como vidro ou plástico.

Outras potenciais aplicações deste sistema de lente incluem dispositivos médicos entre os quais endoscópios mais finos e leves para poder sondar o corpo humano. Também poderá ser utilizado para aviões ou satélites com câmaras mais leves em que a redução de peso é fundamental. Os Smartphones do futuro poderão vir com câmaras de alta potência que não exigem a lente a sair fora do corpo fino do telefone, tal como a lente agora utilizada para o iPhone 6S.

Agora que Menon e sua equipa provaram que o conceito pode funcionar, ele acredita que as primeiras aplicações das suas pesquisas podem se tornar realidade no prazo de cinco anos.

[PHYS.org]

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