研究者たちは計算能力を利用して超薄型メタサーフェスカメラの水準を引き上げる
アラン・ボイル著
ガラスレンズを必要とせずに平らな表面で写真を撮るカメラを想像してみてください。
メタサーフェスと呼ばれる特殊な材料のおかげで、このようなカメラは既に存在している。まだ実用化には至っていないが、高負荷の計算処理を必要とする新たなアプローチによって、近い将来実用化が実現する可能性がある。
ワシントン大学の研究者たちは、先週サイエンス誌「Science Advances」に掲載された論文で、その実現方法を示した。この技術が商業化されれば、メタサーフェスベースのレンズ（メタレンズ）は、超薄型カメラや顕微鏡の次世代の主力製品となる可能性がある。
メタサーフェスは、光波を特殊な方法で曲げるように設計された電子デバイスであるメタマテリアルの2次元的な類似物です。最初のメタマテリアルは、ハリー・ポッター風の「透明マント」につながる可能性があると宣伝されましたが、実際にはアンテナやセンサーとしてより有用です。
「メタレンズは、特定の波長の光に対して優れた性能を発揮するように設計・構築できるため、光学イメージングにおいて潜在的に貴重なツールです」と、ワシントン大学電気工学博士課程の学生で本論文の筆頭著者であるシェーン・コルバーン氏はニュースリリースで述べています。「しかし、それが欠点でもありました。それぞれのタイプのメタレンズは、狭い波長範囲でしか最高の性能を発揮できないのです。」
フルカラー画像は、ある波長、例えばスペクトルの赤色部分では鮮明に見えるものの、青色部分ではぼやけたり歪んだりすることがあります。この問題を回避するため、ワシントン大学の研究チームは、ガラス表面上にナノメートルサイズの窒化シリコン柱を配列させ、可視スペクトル全体にわたって均一にぼやけた画像を生成するメタレンズを設計しました。
画像は広範囲の波長にわたって同じ量歪んでいたため、計算処理によって補正し、より鮮明なフルカラー画像を生成することができました。
チームの撮像システムの厚さはわずか200マイクロメートルで、これは人間の髪の毛の太さ程度、つまり従来の携帯電話のカメラの約2,000分の1の薄さだ。
メタサーフェスの可能性は急速に現実味を帯びてきています。ここ1ヶ月ほどの間に、少なくとも2つの研究チームがメタレンズの技術的進歩を報告しています。つまり、平面イメージングが「メタ」化するのもそう遠くないのかもしれません。
「フルカラー計算イメージングのためのメタサーフェス光学」の著者には、コルバーン氏に加え、アラン・ザン氏と上級著者のアルカ・マジュムダー氏もいます。
