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Metalinse macht aus flachem Glas perfektes 180°-Fisheye

[15:53 Do,24.September 2020 [e]  von ]    

Forscher des MIT haben eine einzige 1mm flache Glasscheibe zu einem 180°-Fisheye-Objektiv gemacht. Sie nutzen dazu die neue Metalinsen-Technik, die das Zeug hat, zu großen Fortschritten in der optischen Technik zu führen. Im Gegensatz zu traditionellen Verfahren, in denen Objektive aus verschieden dicken und gewölbten Linsen zusammengesetzt werden, erhalten Metalinsen ihre speziellen optischen Eigenschaften durch exakte mikroskopische Änderungen der Oberfläche einer einzigen dünnen Glasscheibe.





So besteht die Glasscheibe des Metalinsen 180°-Fisheye-Objektivs aus Kalziumfluorid und besitzt auf einer Seite eine dünne Beschichtung aus Blei-Tellurid in welche per hochauflösenden lithographischen Verfahren ein Muster winziger optischer Strukturen eingeritzt wurde. Jede dieser "Meta-Atom" getauften Strukturen besteht aus einer spezifischen Form, welche das Licht in einer bestimmten Art refraktiert.

Die klassische Objektiv-Technik ändert die Laufzeit des Lichts mithilfe von Linsen unterschiedlicher Dicke und Wölbung - Metalinsen erreichen den gleichen Effekt mithilfe dieser Mikrostrukturen, welche das Licht streuen bzw. es von einer Struktur zur anderen lenken und auf diese Weise dessen Laufzeit ändern.

MIT-Fisheye-Lens-01_0
Fisheye Metalinse


Bei herkömmlichen Fisheye-Objektiven erzeugt die Krümmung des Glases auf natürliche Weise eine Verteilung der Phasenverzögerungen, die letztendlich zu einem Panoramabild führt. Das Forscherteam des MIT errechnete ein entsprechende Meta-Atom-Muster mit ähnlicher Wirkung und ritzte dieses Muster in die Rückseite des Flachglases ein. Das Metalinsen-Fisheye liefert so eine nahezu perfekte Qualität im gesamten 180° Blickfeld des Bildes ohne Verzerrungen.

Metalens-Struktur
Metalinsen Oberflächenstruktur


Vorerst ist das Metalinse-Fisheye sehr klein und arbeitet nur im Infrarotbereich des Lichts - die Forscher sind aber zuversichtlich, es so zu modifizieren, daß auch bald im sichtbaren Bereich funktioniert.

Wann kommt die Metalinsen Revolution?
Die Metalinsen-Technologie könnte eine Revolution in der Herstellung von Objektiven bedeuten, da Metalinsen bedeutend flacher sind als herkömmliche Objektive und so extrem leichte, kompakte und auch kostengünstige Optiken ermöglichen.

Bei Metalinsen sind die Mikrostrukturen normalerweise so konzipiert und verteilt, dass das Licht dahinter wie bei einer herkömmlichen Linse in einem Brennpunkt zusammenläuft. Es lassen sich Metaoberflächen aber auch so gestalten, dass sie die Funktionalitäten von anderen optischen Komponenten nachahmen, wie beispielsweise von Strahlteilern, Polarisatoren oder Beugungsgittern. Sogar Funktionen wie Funktionen wie eine Bildstabilisierung oder ZoomZoom im Glossar erklärt könnten mittels einer Änderung der Mikrostrukturen per elektrischer Felder realisiert werden. Zudem sind Metalinsen per Natur achromatisch.

Noch werden in Forschungsprojekten Metalinsen aufwendig per Elektronenstrahllithographie hergestellt und sind deswegen auch noch mit einer Größe im Mikrometerbereich sehr klein. In Zukunft jedoch könnten Metalinsen zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher Linsen mit den erprobten fotolithografischen Verfahren der Chipherstellung mit größeren Durchmessern im Milimeterbereich und in Massen gefertigt werden, zum Beispiel für Anwendungen, wo besonders flache und kompakte Optiken benötigt werden, wie z.B. für Kameras in Smartphones, Tablets oder sehr kleinen Drohnen. Wer sich für die Technologie hinter Metalinsen interessiert, kann mehr dazu in diesm Artikel von Spektrum erfahren.

Link mehr Informationen bei news.mit.edu

  
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