Una lente sottilissima offrirebbe su smartphone un ampio campo visivo

Una lente mille volte più sottile di un capello umano è stata sviluppata in Brasile dai ricercatori della São Carlos School of Engineering (EESC-USP) dell’Università di San Paolo. Può fungere da obiettivo della fotocamera negli smartphone o essere utilizzato in altri dispositivi che dipendono dai sensori.

“Nell’attuale contesto tecnologico, le sue applicazioni sono quasi illimitate”, ha dichiarato Emiliano Rezende Martins, professore presso il Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica del CESE-USP e ultimo autore di un documento pubblicato sull’invenzione.

Il documento è intitolato “On Metalenses with Arbitrually Wide Field of View” ed è stato pubblicato su ACS Photonics. Lo studio è stato sostenuto da FAPESP tramite una borsa di studio per un tirocinio di ricerca all’estero assegnata ad Augusto Martins, dottorando e autore principale dell’articolo.

Funzionamento e realizzazione della “metalente”

La lente è costituita da un unico strato nanometrico di silicio che interagisce con la luce. La struttura è stampata mediante fotolitografia, una tecnica ben nota utilizzata per fabbricare transistor. Questo tipo di lente è noto come “metalente”. Le metalenti sono state sviluppate per la prima volta dieci anni fa e raggiungono la massima risoluzione fisicamente fattibile, utilizzando una serie ultrasottile di minuscole guide d’onda chiamata metasuperficie che piega la luce mentre passa attraverso l’obiettivo.

Secondo Rezende Martins, le metalenti hanno da tempo il problema che l’angolo di visuale è estremamente piccolo (meno di 1°). “Un modo per risolvere il problema è combinare metalenti, formando strutture complesse”, ha detto.

Basandosi sulla consapevolezza che in una lente convenzionale un aumento dell’indice di rifrazione aumenta il campo visivo in proporzione alla planarità della lente, gli autori hanno progettato una metalente per imitare una lente totalmente piatta con un indice di rifrazione infinito, che non è stato possibile ottenere con una lente convenzionale.

“Il nostro obiettivo ha un campo visivo arbitrario, che idealmente può raggiungere i 180° senza distorsione dell’immagine”, ha affermato Rezende Martins. “Abbiamo testato la sua efficacia per un angolo di 110°. Con angoli di campo più ampi, l’energia della luce diminuisce a causa dell’effetto ombra, ma questo può essere corretto mediante post-elaborazione.”

La combinazione di metalenti impedisce la super risoluzione, ma la risoluzione ottenuta è sufficiente per tutte le applicazioni convenzionali. Martins ha testato le metalenti con una fotocamera stampata in 3D e ha ottenuto immagini ad alta risoluzione con un ampio campo visivo. “Finora siamo riusciti a fotografare solo in verde, ma nei prossimi mesi aggiorneremo l’obiettivo in modo che tutti i colori siano realizzabili”, ha dichiarato.