metalinssi

Harvardin yliopiston tutkijat ovat ottaneet aimo harppauksen kohti toimivaa keinotekoista silmää – tai oikeastaan panneet vielä paremmaksi.

Tasomaiseen metalinssiin ja tekolihakseen perustuva optiikka tarkentuu kohteeseen samaan tapaan kuin ihmissilmä, mutta samalla se korjaa mahdollisen hajataiton.

Tähän saakka on onnistuttu valmistamaan vain koristehileen hiutaleiden kokoisia metalinssejä. Niiden toiminta perustuu näkyvän valon aallonpituutta pienempiin nanorakenteisiin, joten linssin rakennetta koskevan informaation määrä on suuri.

"Jos siirrytään 100 mikronin kokoisesta linssistä senttimetrin läpimittaiseen, linssiä kuvaavan informaation määrä kasvaa kymmentuhatkertaiseksi. Aina kun yritimme kasvattaa linssin kokoa, sitä koskevan tiedoston koko paisui giga- tai jopa teratavujen suuruiseksi", toteaa tutkimusta johtanut Alan She.

Ongelma ratkesi, kun tutkijat kehittivät uudenlaisen algoritmin, jolla tiedostokokoa saatiin pienennettyä. Linssien valmistuksessa sovellettiin sitten samaa tekniikkaa kuin mikropiirien tuotannossa. Näin metalinssien läpimittaa pystyttiin kasvattamaan senttimetriin ja sen ylikin.

Tekniikan ja komponenttien kehittyessä monet laitteet ovat pienentyneet roimasti. Optisten laitteiden kokoa on kuitenkin aina rajoittanut yksi tekijä – linssi. Sellaiset kun ovat umpilasisia, raskaita ja paksuja.

Lisäksi laatukin maksaa, ja parhaat linssit ovat hyvin hintavia. Näin siis tähän asti.

Science-tiedelehdessä 3.6. julkaistussa tutkimuksessa käsitellään jännittävää uudistusta optiikan alalta.

Metalinsseiksi kutsutut ohuet levyt voivat tulevaisuudessa korvata perinteiset lasilinssit. Kokonsa puolesta ne ovat jo lyömättömiä.

Metalinssien salaisuus on titaanidioksidikerroksessa, joka sijoitetaan läpinäkyvän kvartsilevyn päälle. Pinnoite koostuu valoa kääntävistä satojen nanometrien korkuisista ja valoa taittavista torneista. Eri aallonpituudet saadaan käännettyä oikeaan suuntaan tornien sopivalla sijoittelulla.

Tämä diffraktiolinsseihin perustuva menetelmä on jo vanha keksintö, mutta sen ongelma on ollut tarkkuus. Tutkijoiden mukaan nanoskaalan "tornit" mahdollistavat aiempaa paremman tarkkuuden.

Käytännön lopputulos kuvan laadussa on lähes sama kuin paljon paksummalla lasilinssillä*. Metalinssit ovat niin ohuita kuin pinnoitetta tukeva kvartsilevy vain antaa myöten.

Metalinssien avulla nähdään hyvin tarkasti alle valon aallonpituuden levyisiä kohteita. Uuden tekniikan avulla erotuskyky ja kuvan terävyys ovat vähintään samaa luokkaa kuin perinteisilläkin linsseillä. Linssin läpi pääsee parhaimmilla aallonpituusalueilla 86 % siihen tulleesta valosta, mikä on lähes samaa luokkaa kuin monilla hyvilläkin lasilinsseillä**. Tutkijat raportoivat saaneensa metalissillä aikaan 170-kertaisen suurennoksen.

Mikä parasta, optiikan valmistushinnan pitäisi tippua roimasti. Metalinssien massavalmistus kun on halpaa.

Uudella tekniikalla on merkitystä etenkin paljon suurentavissa ja läheltä kuvaavissa mikroskoopeissa. Myös kännykkäkameraan voidaan pian saada ainakin periaatteessa samanlaatuisia linssejä kuin parhaimman järjestelmäkameran objektiiveissa.

Kannattaa kuitenkin muistaa, että hienoimmastakin optiikasta huolimatta otettujen kuvien laatu riippuu eniten kuvaajan taidoista...

Alla vielä Sciencen julkaisema video, jossa metalinssien toimintaa havainnollistetaan. Jutun kuvat ovat kuvakaappuksia videosta.