カメラや望遠鏡が、紙のように薄くなる？光学素子が開発される

メタレンズと「スペースプレート」を組み合わせるとカメラの出っ張りをなくせる......　Credit: Orad Reshef and Jeff Lundeen

＜カナダ・オタワ大学の研究チームは、既存の光学デバイスを大幅に小型化できる新たな光学素子の開発に成功した＞

カナダ・オタワ大学の研究チームは、紙くらいの薄さの望遠鏡や小型で軽量な高性能カメラなど、既存の光学デバイスを大幅に小型化できる新たな光学素子の開発に成功した。その研究成果は、2021年6月10日、オープンアクセスジャーナル「ネイチャーコミュニケーションズ」で発表されている。

光の拡散に必要なスペースを圧縮する

光は、移動するときに自然と拡散する。あらゆる光学デバイスでは、この光の拡散が用いられている。たとえば、望遠鏡は、接眼レンズと対物レンズの間に大きな隙間があり、この隙間で光が拡散している。

レンズは、光線の位置を介して動作する。これに対して、ナノメートル規模で光の振る舞いや物体と光との相互作用を研究する「ナノフォトニクス」の専門家で、研究論文の筆頭著者であるオタワ大学のオラド・レシェフ博士は「光線の位置ではなく、角度に基づいて、光を操ることはできないか」との仮説を立て、光の拡散に必要なスペースを圧縮する「スペースプレート」を考案した。

この新たな光学素子は、その厚さよりもはるかに長い距離にわたって光を効果的に拡散させ、小さなデバイスでも、光が長距離を移動するときと同等の拡散をもたらすのが特徴だ。

カプセル内視鏡など、医療の分野にも応用の可能性

「スペースプレート」を用いることで、ディスプレイやセンサーなど、既存の光学デバイスをより小型化、軽量化できる。たとえば、メタレンズと「スペースプレート」を組み合わせることで、スマートフォンの背面のカメラバンプ（飛び出し）をなくし、薄く平らにできる。

大きく重い高性能カメラよりも小さく軽量で、14倍も優れた解像度と低輝度性能を備えたカメラを開発できる。また、動脈や消化器系の内部を撮影するカプセル内視鏡など、医療の分野にも応用できる可能性がある。

研究チームでは、「スペースプレート」の圧縮率を5〜100倍に上げ、透過率を高める設計をすでに考案しているが、今後、さらに圧縮率を上げ、全体のパフォーマンスを改善するべく、研究開発をすすめていく方針だ。