Genombrott: supertunna metalinser klarar hela färgspektrat
Bild: Jared Sisler/Harvard SEAS
Metaobjektiv är ett helt annorlunda sätt att bygga optik, där linselementen, metalinserna, bara är några bråkdels millimeter tjocka. Själva tekniken bakom metalinser har varit känd länge, men har hittills haft begränsad användning för fotografi. Men nu har ett team på Harvard uppnått ett genombrott.
För ett och ett halvt år sedan, sommaren 2016 skrev vi om möjligheterna till supertunna så kallade metaobjektiv. Problemet då var att metalinser bara kunde hantera ett mycket begränsat spektrum av färger. Något som gjorde dem begränsat användbara för fotografi.
Ett halvår senare, i februari 2017 kom ett första genombrott, då lyckades man fokusera spektrumet från blått till grönt i ett plan vilket redan det var ett stort steg framåt. Men nu har gruppen av forskare vid Harvard John A Paulsen School of Engineering and Applied Sciences tagit ett ännu större steg framåt: de har lyckats skapa en metalins som kan fokusera hela det synliga spektrumet av ljus i ett plan.
Hela ljusspektrumet fokuserat i ett plan. Det här nya genombrottet innebär att man för första gången har lyckats bygga en metalins som kan fokusera hela det synliga spektrumet av ljus i ett plan - en förutsättning för att göra sådana linselement användbara för fotografi. Bild: Jared Sisler/Harvard SEAS
Metalinser och i förlängningen metaobjektiv är enormt lockande. Dels för att de kan byggas extremt korta, mer som ett tunt filter än som ett traditionellt objektiv. Men också för att linselementen kan byggas med försumbara aberrationer och med en trots allt relativt okomplicerad tillverkningsteknik. Om nu något som hanterar element i nanostorlekar kan anses okomplicerat.
Men vi skulle slippa många av de problem som tjocka linselement innebär: dyrt material (optiskt glas är rejält dyrt) och långsamma dyra tillverkningsprocesser med rätt mycket spill. Dessutom kan vi med metalinser slippa många av de aberrationer som uppstår i traditionella linselement.
Grunden i metalinser är ganska enkel: Starkt förenklat handlar det om att du ändrar riktning på strålning, i det här fallet ljus, med hjälp av små, och då menar vi enormt små, plattor. En lite haltande analogi är att jämföra det med "barn doors" eller ett raster på en studioblixt. Fast i det här fallet många, många miljoner av dem i nanometerstorlek ordnade i noggranna mönster. En stor fördel med tekniken är att man kan styra mönstret hos de små plattorna, och därmed vilken effekt de har, med extremt hög noggrannhet.
Dessutom är tillverkningsprocessen för sådana här linselement industriellt sett relativt enkel. Du kan tillverka dem med liknande produktionsteknik som för vanliga elektronikkretsar, fast med bara ett enda lager där vanliga kretsar ofta har många lager. Jämfört med innehållet i elektronikkomponeter är de nanometerstora plattorna i sådana här linselement rätt stora och enkla att bygga upp med hög noggrannhet.
Men de grundproblem som vi beskrev i artikeln sommaren 2016 kvarstår: Tillverkningsprocesser som för elektronikkomponenter är kostnadseffektiv när du gör fysiskt små komponenter i enorma serier. Att göra de relativt stora linselement som krävs för att belysa systemkamerasensorer i de närmast löjligt små serier som passar systemkameramarknaden är knappast ekonomiskt försvarbart än på länge.
På kort sikt är nog den här tekniken mest intressant för små linselement som görs i riktigt stora serier - som för alla de miljoner småkameror och sensorer som byggs och kommer att byggas in i allt från autonoma industrirobotar och självkörande fordon till leksaker eller liknande. På lite längre sikt kanske vi ser dem i mobiler och ännu längre in i framtiden kan metalinser kanske dyka upp som ett sätt att minska storleken även på våra systemkameraobjektiv. Eller för att göra effektivare och bättre mikrolinser framför pixlarna på våra sensorer. En annan möjlig tillämpning av tekniken kan kanske vara olika typer av filter för konventionella objektiv.
Nästa målsättning för forskarna bakom det här genombrottet är hur som helst att bygga en metalins som är en centimeter i diameter. Vi lär återkomma till den här tekniken framöver.
Mer läsning: Artikeln hos Harvard John A Paulsen School of Engineering and Applied Sciences
Läs mer om
Läs mer
10 Kommentarer
Vi kan ju ta arpanet och dess födelse på 60-talet. Det var först 30 år senare som internet föddes och blev något för alla och sedan 20 år senare var något vi alla ser som vi måste ha tillgång till.
I dag går det nog lite snabbare men förmodligen kommer det ta tid innan vi kan köpa några av dessa objektiv till våra kameror.
Innan dess har vi kanske den där organiska sensorn med otrolig DR och APS-C med 100 Mp.
Det är, som alltid, väldigt svårt att ens spekulera när eller faktiskt ens om den här tekniken kommer bli relevant för oss fotoentusiaster. Det kan ju sluta med en teknik som dominerar tillverkning av småobjektiv, men som är för dyr för våra stora diametrar. Eller någon slags hybrid där man gör vissa typer av linselement med den här tekniken, men inte andra. Eller så finns det praktiska problem som gör att tekniken aldrig blir kommersiellt använd - vi får helt enkelt vänta och se.
Men det känns onekligen lovande med tanken på hur snabb utvecklingen varit hittills :)
Hybridteknik var min första tanke när jag läste din artikel, som f.ö. är en trevlig påminnelse om att den här tekniken finns och utvecklas. Det är ju inte alltid så att ny teknik måste ersätta gammal helt och hållet, utan de kan mycket väl samexistera och användas i sammanhang där respektive teknik passar bäst och är ekonomiskt klokast.
F.ö. så vill jag nog vända på Mats tidslinje för Arpanet/Internet. Cirka 20 år efter att Arpanet startade så kom Internet igång mer på allvar och cirka 30 år senare sitter vi här och ser nätet som oumbärligt.
Man ska nog även vara försiktig att jämföra Internets utveckling med annan teknisk utveckling. Arpanet var en statlig (militärt) finansierad forskningsverksamhet. Att det skulle bli ett världsomspännande internet var det nog ingen som funderade på, och det finns en stor tröghet i att skapa stora system och organisationer.
Jag tror inte diskussionen riktigt hunnit dit ännu :) Än vi vet vi inte om det är praktiskt att ens tillverka objektiv på det här sättet, bra att det finns en allt större potential för att det kan vara så.
Men jag ser inget skäl att de inte skulle vara lika vädertåliga som vilket annat objektiv som helst.
Böja eller bryta ljus är väl två sätt att beskriva ungefär samma sak, men man brukar ju tala om ljusbrytning när det handlar om optik. Böja ljus brukar man använda för att beskriva hur gravitation kan ändra ljusets riktning.
Ljuset bryts när det passerar mellan tex luft och glas eller som många sett, mellan luft och vatten.
När ljuset passerar en planet böjs ljuset av gravitationen.
Ljuset som passerar alldeles intill bländaren i objektivet böjs, diffraktionseffekt.
Rätta mig om jag har fel.
Dessutom lär man oavsett få en hel del andra märkliga fenomen med tekniken. Vi vet hur Canons diffraktiva linselement inte är bra på allt, trots Canons visioner.
För det sjunde lär det ta bra lång tid innan vi ser riktigt fungerande produkter på marknaden.
Men man kan ju alltid hoppas det blir en hit.
Hur då parallellt ljus?
Men att det blir en del fenomen är helt riktigt. När jag diskuterade den här tekniken med en teknikexpert (han som intervjuas i den förra artikeln jag länkade till) för snart två år sedan så pekade han på flera problem. När vi diskuterat tekniken nu pekar han bland annat på fortsatta stora problem med överstrålning vilket ger dålig MTF och transmissionseffektivitet.
Och jag håller med om att det kan ta tid innan vi ser praktiska tillämpningar av det här - om alls. Och blir det några sådana så lär det i alla fall till en början vara vanligast i sammanhang där man vill bygga extremt små linser eller objektiv - mikrolinser och liknande. Att bygga linselement som är åtskilliga centimeter i diameter kanske aldrig blir ekonomiskt försvarbart ens om tekniken i sig fungerar utmärkt. Tillverkning av systemkameraobjektiv sker ju även för storsäljare i vad som industriellt sett är hantverkskvantiteter.