Litteät linssit mullistavat optiikan älypuhelimista kaukoputkiin

Olemme tähän mennessä tottuneet ajatukseen että linssi on kaarevapintainen optinen kappale. Kappaleen kaksi pintaa ovat koveria tai kuperia, tosin toinen pinnoista voi olla tasainen.

Jo aivan lähitulevaisuudessa linssi voi olla myös täysin litteä. Vuonna 2013 esitteli Brittiläisen Kolumbian yliopiston insinööri ja yhdysvaltalainen tutkijaryhmä keinon valmistaa optisia linssejä suihkeen avulla. Nyt kesäkuun alussa Harvardin yliopiston tutkijaryhmä julkaisi Science-lehdessä menetelmänsä, jolla pystytään tekemään litteitä linssejä, joiden taitto-ominaisuuksia voidaan muuttaa sähköisesti.

Linssin perustana on nanokokoisten metalliantennien muodostama matriisirakenne, joka pystyy taittamaan valoa kaksiulotteisena pintana. Metallinen nanorakenne on titaanidioksidia (TiO), joka on edullinen ja yleisesti sekä teollisuudessa että kuluttajatuotteissa hyödynnetty kemikaali. Titaanidioksidia valmistetaan myös Suomessa Porissa ja sitä käytetään mitä erilaisimmissa tuotteissa kuten maaleissa, hammastahnoissa, papereissa ja muoveissa.

Perinteiset kameralinssit voidaan korvata uusilla litteillä linsseillä,
jotka ovat paperia ohuempia. Kuva: André Karwath
Tekniikan avulla on mahdollista rakentaa uudenlaisia pienikokoisia optisia mikroskooppeja, valovoimaisia linssejä älypuhelinten kameroihin, tavallisiin digikameroihin tai niiden avulla voidaan rakentaa radikaalisti keveämpiä virtuaalinäkölaitteita. Tutkijat uskovat, että uutta tekniikkaa voidaan hyödyntää jopa ohuiden ja silmään hyvin mukautuvien muovisten piilolinssien valmistuksessa.

Linssit voivat olla halkaisijaltaan hyvin pieniä tai sitten jättikokoisia, mikä myös lisää uuden tekniikan arvoa. Hinnaltaan ne jäävät murto-osaan nykyisten linssien hinnoista jo lähivuosina. Avaruustutkimus saa käyttöönsä hyvin tehokkaita ja äärimmäisen keveitä linssejä joita voidaan käyttää avaruuteen lähetettävissä kaukoputkissa ja luotaimissa.

Keksintö tuo myös muita etuja. Linsseistä saadaan erittäin kevyitä, sillä niistä pystytään tekemään paperia ohuempia samalla kun niiden muodostaman kuvan terävyys on parempi kuin nykyisten kaupallisten linssien.

Uudet linssit voidaan tehdä samankaltaisella litografia-menetelmällä, kuin millä nykyisin valmistetaan tietokoneiden muistisirut ja keskusyksiköt. Tekniikan ansiosta esimerkiksi nykyisin tarpeellinen linssin hionta jää työvaiheena pois.

Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences lehdistötiedote ja kuvia uudesta linssitekniikasta