Artiklar > Genombrott: supertunna metalinser klarar hela färgspektrat

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



Martin Agfors
Publicerad 2018-01-05. Läst av 4336 personer.
Få ut mer av Fotosidan.
Plusmedlemskap kostar 170 kr per år
Kommentera artikeln. När du kommenterar håll en god ton och håll dig till ämnet.


Logga in för att kommentera

2018-01-05 13:24   Flash Gordon
Tack Martin för en mycket intressant artikel. Det låter som en teknik som kan komma betyda mycket. Fast som vi vet tar det lång tid från något fungerat i ett labb till det blir en del av vår vardag.
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.
Svar från Grevture   2018-01-05 18:49
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 :)
PMD   2018-01-06 03:05
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.
2018-01-05 16:32   cango
Intressant. Men rent praktiskt, vad innebär det? Pratar man om 5mm objektiv, eller 500mm? (brännvid) Vad kommer de passa till? bäst till vidvinkel eller tele? eller både?
Svar från Grevture   2018-01-05 18:54
Det innebär en potential att tillverka linselement som är bråkdelar av millimeter tjocka och där ett komplett objektiv kanske bara behöver vara en millimeter tjockt - där det mesta av tjockleken kanske handlar om att göra objektivet stryktåligt.

Som Joakim Bengtsson var inne på i artikeln vi skrev om tekniken för ett och ett halvt år sedan (se länk precis i början) ser tekniken i alla fall till en början mest ut att vara intressant för längre brännvidder där man ju vinklar ljuset mindre. Och det är ju också där man skulle kunna få de mest drastiska minskningarna i storlek.
2018-01-05 18:33   lonian
Börjar själv fundera på hur dessa klarar kyla och värme. Är de vädertåliga?
Svar från Grevture   2018-01-05 18:55
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.
2018-01-05 20:32   iSolen.se
Varför är bilden missvisande? Det är väl lite konstnärlig frihet.
2018-01-06 00:14   Bofoto2
Jag såg i förra artikeln att det stod "böja ljuset", antagligen handlar nanotekniken om att böja och inte bryta ljuset.
PMD   2018-01-06 03:13
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.
Bofoto2   2018-01-07 12:52
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.
2018-01-07 06:06   Sten E
Klart intressant! Vi får hoppas att tekniken tar ett språng och att sådana här objektiv kommer fram snabbare än vi nu tror. Jag ser fram emot att ha en pytteliten systemkamera med mig överallt.
2018-01-08 22:22   Linmajon
Jag ser inte hur man ska få linsen att uppföra sig som en glaslins. Att bryta parallellt ljus till en enda centrumpunkt är en sak men så fungerar inte glaslinser.
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.
Svar från Grevture   2018-01-09 01:06
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.

Merläsning

Lasse gjorde en fotobok om stadslivet i Lund

Fotosidan-medlemmen Lasse Sandström har ett långt yrkesliv bakom sig som reporter Sydsvenskan. För något år sedan väcktes hans gamla fotointresse till liv och han gav nyligen ut en bok som visar olika miljöer i lärdomsstaden Lund. Han är redan på gång ut med en helt annan fotobok. Läs mer... 2

Test: Sigma och Tamron 24-70/2,8

Plus Varför betala dyrt för Canons eller Nikons 24-70/2,8-zoomar när du kan få ett billigare från Sigma eller Tamron? Vi har testat Sigma 24-70/2,8 DG OS HSM Art och Tamron AF SP 24-70/2,8 Di VC USD G2 Läs mer... 3

Joel Marklund - Sportfotograf med tävlingsinstinkt

Plus Framför Joel Marklunds kamera tävlar all världens idrottsmän och kvinnor om medaljer och topplaceringar. Bakom kameran är det han själv som tävlar: ”Mitt mål är alltid att få den bästa bilden – oavsett vilka andra fotografer som är på plats.” Läs mer... 2

Fotoskribenten Stefan Ohlsson är död

Stefan Ohlsson har utbildat många av Sveriges yrkesfotografer och har under fler decennier skrivit om fototeknik i Fotografisk tidskrift. Han avled på morgonen den 17 september med sina närmaste närvarande. Han blev 66 år. Läs mer... 22

Krönika: Ett krig om unika konsertbilder

Frilansfotografen Sara Arnald är ny krönikör i Fotosidan Magasin. Hennes andra krönika handlar om att fotografera konserter. Läs mer... 3

Test: Nikon AF-S 28/1,4E ED

Plus Nikon har äntligen ersatt sina gamla ­klassiska 28 mm f/1,4 med en ny och modern version: AF-S 28 mm f/1,4E ED. Objektivet imponerar mer än sina syskon 24 mm f/1,4 och 35 mm f/1,4. Läs mer... 2

Lars Tunbjörk hyllas i bok och stor utställning

Lars Tunbjörk skildrade under flera decennier Sverige med sin egna, något absurda blick. Fotografiska har samlat en stor del av hans bästa bilder under namnet "Tunbjörklandet - blicken från sidan" som visas under hösten. Samtidigt släpps boken "Lars Tunbjörk – retrospektiv". Läs mer... 12

Wild Nature och Fotosidans fotodag på Fotografiska

Wild Nature fotoresor och Fotosidan.se är stolta att kunna presentera en heldag med inspirerande föreläsningar med några av Sveriges kunnigaste naturfotografer på Fotografiska museet i Stockholm. Läs mer... 3

EU-parlamentet säger ja till omstridd upphovsrättslag

Europaparlamentet har röstat ja till ett lagförslag som innehåller omstridda paragrafer om länkavgift och upphovsrättsfilter. Efter hård kritik har kompromisser i lagtexten gjorts så att små företag och organisationer inte ska drabbas. En annan del av lagförslaget kan innebära fotoförbud på sportevenemang. Läs mer... 31

Profoto B10: Kompakt batteridriven studioblixt

Profoto B10 är en betydligt mindre blixt än storebror B1/B1X, vilket gör att B10 är lättare att ta med sig ut i fält eller använda på en bom. B10 går också att använda som videobelysning. Läs mer... 3

Elinchrom ELB 500 TTL - Get the Right Shot