Un nuevo estudio ha propuesto una forma de eliminar el espacio entre los elementos ópticos en los lentes, reduciéndolos potencialmente en un margen enorme. La investigación sobre lentes en miniatura aún se encuentra en sus primeras etapas, pero podría tener implicaciones sobre distintos lentes, desde monstruosos teleobjetivos largos hasta obleas electrónicas con elementos de lentes integrados en los smartphones de las futuras generaciones.
Un grupo de investigadores de la Universidad de Ottawa ha escrito un artículo proponiendo utilizar un nuevo tipo de elemento óptico en los lentes de las próximas generaciones, un elemento diseñado no para aumentar el zoom, la nitidez o el efecto bokeh, sino para miniaturizar los lentes reemplazando sus espacios internos vacíos con muchas capas sólidas más compactas. A estas capas las llaman “placas espaciales”.
Lentes en miniatura: ¿pronto serán una realidad?
Las placas espaciales se diferencian de los elementos refractivos típicos de los lentes de las cámaras ya que la refracción, por definición, cambia el ángulo en el que viajan los rayos de luz. En este sentido, cada placa está destinada a tomar la luz y cambiar drásticamente su posición al salir por el otro lado, pero sin modificar la trayectoria.
La luz que salga de una placa espacial lo hará en el mismo ángulo en el que ingrese, pues la placa solo hace que la salida se produzca por un lugar diferente al esperado en función de ese ángulo. Puedes ver este proceso en la Figura a:
Esto implica que una placa espacial puede manipular la luz de modo que parezca haber atravesado una distancia más larga en una trayectoria determinada de la que realmente ha recorrido. Dado que no cambia el ángulo de los haces de luz, la placa espaciadora no afecta la distancia de la brida del lente o el nivel de aumento. La luz saldrá por el elemento trasero del lente e impactará en el sensor tal como se esperaba, con la única diferencia de que dicha luz no viajó tan lejos como parece, desde el elemento frontal hacia la parte posterior del lente.
Sin huecos, sin problemas
Los investigadores sostienen que su idea de miniaturizar lentes convirtiendo las grandes áreas de espacio libre en áreas delgadas con placas espaciales sólidas, encaja muy bien con otra idea de la óptica moderna: los metalentes.
Básicamente, los metalentes utilizan pequeños detalles en el vidrio (es decir, detalles más pequeños que las longitudes de onda de la luz) para dirigir los rayos de luz con más fuerza de lo que es posible con el índice de refracción. Tales lentes pueden ser increíblemente delgados y planos o prácticamente planos, lo que permite apilar elementos ópticos ultrafinos para aplicaciones como cámaras de smartphone.
Las cámaras de los smartphones tienen un espacio significativo dentro de ellas, cuya finalidad es permitir que los rayos converjan. Si utilizaran los metalentes que pueden miniaturizar los lentes curvos en obleas ultrafinas con placas espaciales ultradelgadas, los lentes podrían convertirse en ultrapequeños y ópticamente funcionales.
Esta teoría requerirá algo de práctica
Uno de los problemas que enfrenta el equipo es que aún está en busca del material o los materiales adecuados para hacer una placa espacial de resistencia significativa. El equipo propone utilizar capas de silicio y sílice diseñadas para curvar la luz y disminuir una pequeña cantidad de espacio, pero para que valga la pena integrar las placas espaciales en lentes de cámaras reales, tendrán que ser capaces de reemplazar la mayor parte del espacio vacío sin que ello represente incorporar desventajas en el lente. Nunca olvides que el espacio vacío es liviano y los materiales complejos suelen ser pesados.
Además, los investigadores también señalan que desconocen si la introducción de una placa espacial podría tener desventajas intrínsecas. Tal vez este tipo de refracción se correlacione inevitablemente con una pérdida de nitidez o brillo, o sesga los colores de manera inevitable. Pero solo hay una forma de averiguarlo, y es continuar la investigación sobre las placas espaciales y los metalentes.
Lentes en miniatura – la revolución ya ha comenzado
Los videógrafos de smartphone no son los únicos que valoran tener una solución de lentes pequeños y livianos. Recientemente, Sony ha generado mucho revuelo al presentar un trío de lentes muy pequeños. Los smartphones siempre han tenido problemas para proporcionar un gran zoom óptico o distancias focales largas, y un complejo de metalentes y placas espaciales podría solucionar este inconveniente.
Ahora que las especificaciones de cámara están por alcanzar el límite en cuanto a la resolución, velocidad de cuadros, velocidad de bits y más, los profesionales se enfocan en los aspectos prácticos como el tamaño y el peso a la hora de elegir una cámara.
Enlace: nature communications
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