メタサーフェスレンズ､1000倍薄く軽量

June, 23, 2020, Gothenburg--チャルマーズ大学の研究者によると、将来、カメラレンズは数千倍薄くなり、製造は大幅にリソースを少なくできる。研究チームは、現在、「メタサーフェス」という人工材料を造る新技術を紹介している｡これは､多数の相互作用するナノ粒子で構成されており､それらがいっしょになって光を制御する｡今後の光技術に多くの用途がある｡

メタサーフェスは､可搬エレクトロニクス､センサ､カメラあるいは人工衛星の光コンポーネントに利用できる｡そのような平面を作るチャルマーズ大学の新しい技術は､プラスチックベースであり､すでに現在､他のマイクロ構造を造るために利用されている｡

｢われわれは､確立された技術､電子ビームリソグラフィを用いてこのプラスチックの薄い層をガラスプレート上に成長させる｡われわれはプラスチック膜に微細なパタンを描くことができる｡それは､開発後にメタサーフェスを構成する｡結果としてのデバイスは､通常のカメラレンズのように光を集光するが､それは数千倍薄く､フレキシブルでもある｣とチャルマーズ大学物理学部､Daniel Andrénは説明している｡研究成果は､ACS Photonicsに発表された｡

過去10年､オプティクスに革命はあった｡われわれのポケットの電話には､解像度数100万ピクセルの技術的最高傑作､DSLRに匹敵するカメラがある｡それらは、微小な先進的コンピュータチップとソフトウエアで光を処理する｡また､画像は小さなカラーLEDsの助けを借りて再現される｡こうした技術は、近年急速に発展してきた､主に回路部品の小型化､高効率化によるものである｡

しかし､カメラレンズ自体は､ほとんど変わっていない｡今日のレンズの大半は、16世紀に最初にプロトタイプが発明されてから､同じ物理原理に基づいており､同じ基本的制限を含んでいる｡しかし､過去10年､研究者は､人工材料､メタサーフェスを扱う仕事をしている｡これは､今日のレンズに取って代わることになる｡

現在､ある問題がメタサーフェスの大規模生産の妨げになっている｡それらを製造するには最先端の装置が必要になる､またそのプロセスは非常に時間がかかる｡しかし､チャルマーズ研究チームの新しい方法を使うことで製造スピードは､現在の最先端の技術と比べて数倍速くなる｡その新技術は害のない化学薬品を使い､今日ナノ製造ラボで一般的となっている装置を使う｡これにより、メタサーフェスの研究を始める研究者の数が増える｡

｢われわれの方法は､メタサーフェスの大規模製造に向けて一歩前進である｡それは、われわれが今日すでに目指している目標である｡メタサーフェスでわれわれは様々な効果を実現し､多様な技術的可能性を利用できるようになる｡まだ､最高のものは実現していない｣と同大学､Ruggero Verreはコメントしている｡

メタサーフェス製造の要点
･プラスチックは､スピンコーティングによりガラス板に塗布される
･電子ビームリソグラフィを使い､所望のパタンをプラスチックに描き込む｡多様な方向の一貫したピラーのメタサーフェスは､次に現像液で露出する｡
･マクロスケールのメタレンズは､その技術で製造可能である｡
･メタサーフェスは､フレキシブル素子としても作製できる｡

(詳細は、https://www.chalmers.se)