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 4159 personer.
Få ut mer av Fotosidan.
Plusmedlemskap kostar 20 kr per år
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

Apan Naruto får inte upphovsrätt för selfie

En amerikansk appellationsdomstol har slutligen avgjort att en apa som tar en selfie inte har upphovsrätten till bilden. Läs mer... 5

Vinn Guldbävern!

Härnösands Fotoklubbs och Västernorrlands Museums fototävling anordnar fototävlingen Guldbävern där priserna är resestipendium på upp till 10 000 kronor. Läs mer...

Meike MK 85/1,8 AF: Lågpristele med autofokus

Meike har gjort sig kända som ett lågprismärke. MK 85/1,8 AF är deras första objektiv med autofokus. Objektivet tecknar ut fullformat och kommer med fattningar för Canon, Nikon och Sony. Läs mer...

SmugMug köper Flickr

Fotosajten Flickr har köpts upp av SmugMug. Enligt SmugMugs vd Don MacAskill ska de blåsa nytt liv i Flickr. Läs mer... 6

Test: Samyang XP 85 mm f/1,2

Plus Samyang har gjort sig kända för att göra skarpa teleobjektiv. Ljusstarka Samyang XP 85 mm f/1,2 är inget undantag. Men det levererar också det som kanske är ännu viktigare för porträttelen: snygg oskärpa. Läs mer...

Dokumentär om Robert Frank på SVT Play

SVT Play visar dokumentären "Don't blink" om den banbrytande fotografen Robert Frank som är främst känd för boken "The Americans". Läs mer... 2

Fyra nya objektiv från Laowa

Venus Optics har presenterat fyra nya Laowa-objektiv för flera olika system: Sony FE, Fuji GFX, Canon EF, Nikon F, Pentax K och Micro Four Thirds. Läs mer... 3

Svenska vinnare i världens största fototävling

Sony World Photography Awards är världens största fototävling med 320 000 inskickade bilder. Fredrik Lerneryd vann en av de tio proffsklasserna med en serie från en dansstudio i Kiberia-slummen i Nairobi, Kenya. Fotosidan-medlemmen Lennart Hessel vann den svenska kategorin. Läs mer... 2

Benq SW240: Prisvärd skärm för bildbehandling

Benq fortsätter sin satsning på prisvärda skärmar för bildbehandling. Vi har tidigare prisat 27-tummaren SW2700PT och nu kommer SW240 som är något mindre och ännu billigare. Läs mer... 2

Mäktiga landskapsbilder med storformat och Cibachrome

Christopher Burkett gör häpnadsväckande vackra landskapsbilder med en klassisk kombination av storformat, diafilm och Cibachrome. Eftersom Cibachrome inte tillverkas längre måste han skynda sig att kopiera sina bilder innan kemin blir för gammal. Läs mer... 32

Elinchrom ELB 500 TTL - Get the Right Shot