R.E.News future Technology-The Future of Astrophotography with Flat Lens Technology

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L'avenir de l'astrophotographie grâce à la technologie des lentilles plates

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Pendant des siècles, la conception des lentilles est restée largement inchangée : du verre ou du plastique bombé déviant la lumière pour focaliser les images.

Si cette méthode a été très utile à la science et à la photographie, elle présente un inconvénient majeur : plus la lentille est puissante, plus elle devient volumineuse et lourde. Les optiques des télescopes traditionnels suivent ce même principe, nécessitant souvent des miroirs incurvés massifs pour capturer les objets célestes lointains. Et si les lentilles pouvaient être plates, ultra-légères et tout aussi efficaces ?

Une avancée majeure des ingénieurs de l'Université de l'Utah bouleverse le monde de l'astrophotographie. Le professeur Rajesh Menon et son équipe du Price College of Engineering ont mis au point une lentille plate à grande ouverture qui focalise la lumière aussi efficacement que les optiques incurvées traditionnelles tout en préservant la précision des couleurs.

Cette innovation, récemment publiée dans Applied Physics Letters, pourrait révolutionner les télescopes spatiaux, l'imagerie aéronautique et les observatoires terrestres.

Quiconque a déjà utilisé une loupe comprend le fonctionnement des lentilles : la lumière se courbe à travers des surfaces courbes pour grossir les objets. Plus la lentille est épaisse, plus le grossissement est important. Pour les appareils photo et les petits télescopes, l'épaisseur de la lentille n'est pas un obstacle. Mais lorsque les télescopes doivent focaliser sur des galaxies situées à des millions d'années-lumière, la taille et le poids des optiques courbes deviennent un véritable cauchemar logistique.

Les observatoires et les télescopes spatiaux ont traditionnellement contourné ce problème en utilisant des miroirs courbes massifs plutôt que des lentilles. Les miroirs produisent le même effet de courbure de la lumière, mais peuvent être beaucoup plus fins et légers. Bien qu'efficaces, le recours aux miroirs limite la conception et le déploiement des télescopes, en particulier lors des missions spatiales où chaque kilo compte.

Les scientifiques recherchent depuis longtemps des conceptions optiques alternatives permettant de réduire le poids tout en préservant la fidélité des images. Certaines approches, comme les plaques à zones de Fresnel (FZP), visent à remplacer les lentilles traditionnelles par des alternatives planes. Ces conceptions utilisent des arêtes concentriques pour focaliser la lumière, mais présentent un défaut majeur : elles ne produisent pas de couleurs fidèles. En diffractant différentes longueurs d’onde à des angles variables, elles introduisent des aberrations chromatiques, ce qui produit des images déformées et inexactes.

Découvrez les recherches pionnières menées par Rajesh Menon et ses collègues de l’Université de l’Utah. Leur nouvelle lentille plate offre les mêmes puissantes capacités de focalisation de la lumière que les optiques traditionnelles, tout en évitant les distorsions de couleur associées aux FZP.

« Nos techniques de calcul nous ont permis de concevoir des lentilles plates diffractives multi-niveaux dotées de grandes ouvertures, capables de focaliser la lumière sur l’ensemble du spectre visible. Nous disposons des ressources nécessaires à leur fabrication au sein de l’Utah Nanofab », explique Menon, qui dirige le Laboratoire de nanotechnologies optiques de l’université.

L’innovation clé de l’équipe réside dans les microstructures précises gravées sur le substrat de la lentille. Contrairement aux arêtes des lentilles FZP, optimisées pour une seule longueur d'onde, la lentille de l'équipe de l'Utah présente des anneaux concentriques microscopiques qui diffractent la lumière de manière à maintenir toutes les longueurs d'onde étroitement alignées. Le résultat ? Une image couleur d'une netteté exceptionnelle, sans distorsions indésirables.

Selon Apratim Majumder, auteur principal de l'étude, le processus de conception n'a pas été une mince affaire. « Simuler les performances de ces lentilles sur une très large bande passante, du visible au proche infrarouge, a nécessité la résolution de problèmes de calcul complexes avec des jeux de données volumineux », a-t-il expliqué. « Une fois la conception des microstructures de la lentille optimisée, le processus de fabrication a nécessité un contrôle rigoureux et une stabilité environnementale optimale.»

Qu'est-ce que cela implique pour l'astronomie et les technologies d'imagerie ? La possibilité de créer des lentilles de grande taille, plates et légères pourrait avoir un impact profond sur de nombreux secteurs, mais c'est l'astrophotographie qui en bénéficiera le plus à court terme.

Les télescopes spatiaux actuels, tels que Hubble et James Webb, s'appuient sur des miroirs incurvés et des systèmes de lentilles méticuleusement conçus pour capturer la lumière lointaine du cosmos. Ces conceptions sont non seulement coûteuses, mais limitent également la compacité du télescope. Une lentille plate à haute résolution pourrait réduire la taille et le poids des télescopes spatiaux, facilitant ainsi le déploiement de nouveaux systèmes d'imagerie à bord de satellites, d'avions et de sondes interplanétaires.

L'équipe de recherche de l'Utah a démontré la puissance de sa lentille plate en capturant des images détaillées du Soleil et de la Lune, prouvant ainsi son efficacité pour les applications astronomiques. Majumder n'y voit qu'un début : « Notre démonstration est une étape importante vers la création de lentilles plates légères à très grande ouverture, capables de capturer des images couleur pour les télescopes aérospatiaux et spatiaux. »

Si l'astrophotographie pourrait être la première à bénéficier de cette technologie de lentille plate, les applications potentielles vont bien au-delà du spatial. Des lentilles plus légères, plus fines et sans distorsion pourraient révolutionner :

Imagerie aérienne – Les drones et avions à haute altitude pourraient embarquer des systèmes d'imagerie plus avancés sans ajouter de poids excessif.

Imagerie médicale – Des lentilles compactes et de haute précision pourraient améliorer les instruments optiques utilisés en chirurgie et lors des procédures de diagnostic.

Technologies grand public – Les smartphones et les casques de réalité virtuelle pourraient bénéficier d'une clarté d'image et d'une précision des couleurs améliorées grâce à des lentilles ultra-fines.

Surveillance et sécurité – Les caméras haute résolution pourraient gagner en légèreté et en discrétion, améliorant ainsi les systèmes de surveillance pour la défense et les forces de l'ordre.

Cette avancée pourrait également ouvrir la voie à de nouveaux dispositifs optiques encore inimaginables, s'appuyant sur des lentilles ultra-plates et aux couleurs précises pour capturer et traiter les données visuelles plus efficacement que jamais.

Le développement d'une lentille plate capable de capturer des images en couleurs fidèles marque un tournant dans l'optique. Si les lentilles courbes traditionnelles ont servi l'humanité pendant des siècles, leurs limites ont toujours été évidentes. Grâce aux recherches de pointe de l'Université de l'Utah, ces contraintes pourraient bientôt appartenir au passé.

Avec le potentiel de révolutionner l'exploration spatiale, la photographie et bien plus encore, cette avancée marque l'aube d'une nouvelle ère dans les technologies d'imagerie. Le ciel n'est plus, littéralement, la seule limite.

La clarté exceptionnelle obtenue grâce à la dernière technologie d'objectif plat révolutionne non seulement l'astrophotographie, mais inspire également les amateurs d'art et de décoration. Capturer des vues célestes à couper le souffle est une passion de longue date, et ces images incroyables peuvent désormais être transformées en de magnifiques œuvres d'art murales. Pour ceux qui souhaitent faire entrer la beauté de la nature et du cosmos chez eux, les impressions sur toile Nature Wall Art sont idéales pour mettre en valeur des paysages fascinants et des merveilles célestes.

Tout comme des innovations comme l'objectif plat ont révolutionné l'astrophotographie en améliorant la clarté et l'accessibilité des images, l'utilisation d'outils performants dans les opérations commerciales peut entraîner des gains significatifs de productivité et de professionnalisme. Par exemple, Entovo propose un générateur de factures et un créateur de modèles de reçus gratuits, permettant aux entreprises de créer et de gérer leurs factures sans effort. Ces outils simplifient non seulement les tâches administratives, mais garantissent également précision et cohérence, tout comme les avancées technologiques en photographie améliorent la qualité et la précision des images.
NJC.© Info Professor Rajesh Menon  Applied Physics Letters

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27/03/25-English

The Future of Astrophotography with Flat Lens Technology

Image- R.E.News

For centuries, the design of lenses has remained largely unchanged—curved glass or plastic bending light to bring images into focus.

While this method has served science and photography well, there’s a major tradeoff: the more powerful the lens, the bulkier and heavier it becomes. Traditional telescope optics follow this same principle, often requiring massive, curved mirrors to capture distant celestial objects. But what if lenses could be flat, ultra-lightweight, and just as effective?

A ground-breaking breakthrough from engineers at the University of Utah is shaking up the world of astrophotography. Professor Rajesh Menon and his team at the Price College of Engineering have developed a large-aperture flat lens that focuses light just as efficiently as traditional curved optics while preserving accurate colour.

This innovation, recently published in Applied Physics Letters, could change the game for space telescopes, aircraft imaging, and ground-based observatories alike.

Anyone who’s ever used a magnifying glass understands how lenses work—light bends through curved surfaces to magnify objects. The thicker the lens, the stronger the magnification. For everyday cameras and small telescopes, lens thickness isn’t a dealbreaker. But when telescopes need to focus on galaxies millions of light-years away, the sheer size and weight of curved optics become a logistical nightmare.

Observatories and space-based telescopes have traditionally sidestepped this issue by using massive, curved mirrors instead of lenses. Mirrors achieve the same light-bending effect but can be made much thinner and lighter. While effective, the reliance on mirrors limits how telescopes are designed and deployed, particularly in space missions where every kilogram matters.

Scientists have long searched for alternative optical designs that cut down on weight while maintaining image fidelity. Some approaches, like Fresnel zone plates (FZPs), have aimed to replace traditional lenses with flat alternatives. These designs use concentric ridges to focus light but come with a major flaw—they don’t produce true colours. By diffracting different wavelengths at varying angles, they introduce chromatic aberrations, leading to distorted, inaccurate images.

Enter the pioneering research led by Rajesh Menon and his colleagues at the University of Utah. Their newly developed flat lens offers the same powerful light-focusing capabilities as traditional optics while avoiding the colour distortions associated with FZPs.

“Our computational techniques suggested we could design multi-level diffractive flat lenses with large apertures that could focus light across the visible spectrum, and we have the resources in the Utah Nanofab to actually make them,” said Menon, who directs the university’s Laboratory for Optical Nanotechnologies.

The team’s key innovation lies in the precise microstructures etched onto the lens substrate. Unlike the ridges in FZPs, which are optimised for a single wavelength, the Utah team’s lens features microscopic concentric rings that diffract light in a way that keeps all wavelengths closely aligned. The result? A crystal-clear, full-colour image without the unwanted distortions.

According to Apratim Majumder, lead author of the study, the design process was no small feat. “Simulating the performance of these lenses over a very large bandwidth, from visible to near-infrared, involved solving complex computational problems with massive datasets,” he explained. “Once we optimised the design of the lens’ microstructures, the manufacturing process required very stringent process control and environmental stability.”

So, what does this mean for astronomy and imaging technology? The ability to create large, flat, and lightweight lenses could have a profound impact on multiple industries, but astrophotography stands to benefit the most in the short term.

Current space telescopes, such as the Hubble and James Webb, rely on meticulously crafted curved mirrors and lens systems to capture distant light from the cosmos. These designs are not only costly but also limit how compact the telescope can be. A flat, high-resolution lens could reduce the size and weight of space telescopes, making it easier to deploy new imaging systems aboard satellites, aircraft, and interplanetary probes.

The Utah research team demonstrated the power of their flat lens by capturing detailed images of the Sun and Moon, proving its effectiveness for astronomical applications. Majumder sees this as just the beginning: “Our demonstration is a stepping stone towards creating very large aperture lightweight flat lenses with the capability of capturing full-colour images for use in air-and-space-based telescopes.”

While astrophotography may be the first to benefit, the potential applications of this flat lens technology extend far beyond space. Lighter, thinner, and distortion-free lenses could revolutionise:

Aerial Imaging – High-altitude drones and aircraft could carry more advanced imaging systems without adding excessive weight.

Medical Imaging – Compact, high-precision lenses could improve optical instruments used in surgeries and diagnostic procedures.

Consumer Technology – Smartphones and VR headsets could see improvements in image clarity and colour accuracy with ultra-thin lenses.

Surveillance & Security – High-resolution cameras could become more lightweight and discreet, enhancing monitoring systems for defence and law enforcement.

The breakthrough could also pave the way for new optical devices that have yet to be imagined—ones that rely on ultra-flat, colour-accurate lenses to capture and process visual data more efficiently than ever before.

The development of a flat lens capable of capturing true-colour images marks a pivotal moment in optics. While traditional curved lenses have served humanity for centuries, their limitations have always been apparent. Now, thanks to cutting-edge research from the University of Utah, those constraints may soon become a thing of the past.

With the potential to revolutionise space exploration, photography, and beyond, this breakthrough signals the dawn of a new era in imaging technology. The sky—quite literally—is no longer the limit.

The stunning clarity achieved with the latest flat-lens technology is not only a game-changer for astrophotography but also an inspiration for art and décor enthusiasts. Capturing breathtaking celestial views has long been a passion for many, and now, these incredible images can be transformed into stunning wall art. For those looking to bring the beauty of nature and the cosmos into their homes, Nature Canvas Wall Art Picture Prints offer a perfect way to showcase mesmerizing landscapes and celestial wonders.

Just as innovations like the flat lens have revolutionized astrophotography by enhancing image clarity and accessibility, leveraging efficient tools in business operations can lead to significant improvements in productivity and professionalism. For instance, Entovo offers a free invoice generator and receipt template maker, enabling businesses to create and manage invoices effortlessly. Such tools not only streamline administrative tasks but also ensure accuracy and consistency, much like the technological advancements in photography enhance the quality and precision of captured images.
NJC.© Info Professor Rajesh Menon  Applied Physics Letters

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27/03/25-NL

De toekomst van astrofotografie met platte lenstechnologie

Image- R.E.News

Eeuwenlang is het ontwerp van lenzen grotendeels ongewijzigd gebleven: gebogen glas of plastic dat licht buigt om beelden scherp te stellen.

Hoewel deze methode goed heeft gediend voor wetenschap en fotografie, is er een groot nadeel: hoe krachtiger de lens, hoe groter en zwaarder deze wordt. Traditionele telescoopoptica volgen hetzelfde principe, waarbij vaak enorme, gebogen spiegels nodig zijn om verre hemellichamen vast te leggen. Maar wat als lenzen plat, ultralicht en net zo effectief zouden kunnen zijn?

Een baanbrekende doorbraak van ingenieurs aan de Universiteit van Utah schudt de wereld van astrofotografie op. Professor Rajesh Menon en zijn team aan het Price College of Engineering hebben een platte lens met een groot diafragma ontwikkeld die licht net zo efficiënt focust als traditionele gebogen optica, terwijl de nauwkeurige kleur behouden blijft.

Deze innovatie, onlangs gepubliceerd in Applied Physics Letters, zou het spel kunnen veranderen voor ruimtetelescopen, vliegtuigbeelden en observatoria op de grond.

Iedereen die ooit een vergrootglas heeft gebruikt, weet hoe lenzen werken: licht buigt door gebogen oppervlakken om objecten te vergroten. Hoe dikker de lens, hoe sterker de vergroting. Voor alledaagse camera's en kleine telescopen is de dikte van de lens geen dealbreaker. Maar wanneer telescopen zich moeten richten op sterrenstelsels die miljoenen lichtjaren ver weg zijn, worden de enorme omvang en het gewicht van gebogen optica een logistieke nachtmerrie.

Observatoria en ruimtetelescopen hebben dit probleem traditioneel omzeild door enorme, gebogen spiegels te gebruiken in plaats van lenzen. Spiegels bereiken hetzelfde lichtbuigende effect, maar kunnen veel dunner en lichter worden gemaakt. Hoewel effectief, beperkt de afhankelijkheid van spiegels de manier waarop telescopen worden ontworpen en ingezet, met name bij ruimtemissies waarbij elke kilo telt.

Wetenschappers hebben lang gezocht naar alternatieve optische ontwerpen die het gewicht verminderen en toch de beeldkwaliteit behouden. Sommige benaderingen, zoals Fresnel-zoneplaten (FZP's), hebben tot doel traditionele lenzen te vervangen door platte alternatieven. Deze ontwerpen gebruiken concentrische richels om licht te focussen, maar hebben een groot gebrek: ze produceren geen echte kleuren. Door verschillende golflengtes onder verschillende hoeken te diffracteren, introduceren ze chromatische aberraties, wat leidt tot vervormde, onnauwkeurige beelden.

Maak kennis met het baanbrekende onderzoek onder leiding van Rajesh Menon en zijn collega's aan de Universiteit van Utah. Hun nieuw ontwikkelde platte lens biedt dezelfde krachtige lichtfocusmogelijkheden als traditionele optica, terwijl de kleurvervormingen die gepaard gaan met FZP's worden vermeden.

"Onze computationele technieken suggereerden dat we diffractieve platte lenzen met meerdere niveaus en grote diafragma's konden ontwerpen die licht over het zichtbare spectrum konden focussen, en we hebben de middelen in de Utah Nanofab om ze daadwerkelijk te maken", aldus Menon, die het Laboratory for Optical Nanotechnologies van de universiteit leidt.

De belangrijkste innovatie van het team ligt in de precieze microstructuren die op het lenssubstraat zijn geëtst. In tegenstelling tot de richels in FZP's, die geoptimaliseerd zijn voor één golflengte, heeft de lens van het team uit Utah microscopische concentrische ringen die licht op een manier diffracteren die alle golflengtes nauwkeurig op één lijn houdt. Het resultaat? Een kristalhelder, full-colour beeld zonder ongewenste vervormingen.

Volgens Apratim Majumder, hoofdauteur van de studie, was het ontwerpproces geen geringe prestatie. "Het simuleren van de prestaties van deze lenzen over een zeer grote bandbreedte, van zichtbaar tot nabij-infrarood, vereiste het oplossen van complexe rekenproblemen met enorme datasets", legde hij uit. "Nadat we het ontwerp van de microstructuren van de lens hadden geoptimaliseerd, vereiste het productieproces zeer strenge procescontrole en omgevingsstabiliteit."

Dus wat betekent dit voor astronomie en beeldtechnologie? Het vermogen om grote, platte en lichtgewicht lenzen te maken, kan een grote impact hebben op meerdere industrieën, maar astrofotografie zal op korte termijn het meest profiteren.

Huidige ruimtetelescopen, zoals de Hubble en James Webb, vertrouwen op nauwkeurig vervaardigde gebogen spiegels en lenssystemen om verafgelegen licht uit de kosmos vast te leggen. Deze ontwerpen zijn niet alleen kostbaar, maar beperken ook hoe compact de telescoop kan zijn. Een platte lens met hoge resolutie zou de grootte en het gewicht van ruimtetelescopen kunnen verminderen, waardoor het gemakkelijker wordt om nieuwe beeldvormingssystemen aan boord van satellieten, vliegtuigen en interplanetaire sondes te implementeren.

Het onderzoeksteam uit Utah demonstreerde de kracht van hun platte lens door gedetailleerde beelden van de zon en de maan vast te leggen, waarmee de effectiviteit ervan voor astronomische toepassingen werd bewezen. Majumder ziet dit als slechts het begin: "Onze demonstratie is een opstap naar het creëren van zeer grote, lichtgewicht platte lenzen met de mogelijkheid om full-colour beelden vast te leggen voor gebruik in lucht- en ruimtetelescopen."

Hoewel astrofotografie misschien wel de eerste is die hiervan profiteert, reiken de potentiële toepassingen van deze platte lenstechnologie veel verder dan de ruimte. Lichtere, dunnere en vervormingsvrije lenzen kunnen een revolutie teweegbrengen in:

Luchtfoto's – Drones en vliegtuigen op grote hoogte kunnen geavanceerdere beeldvormingssystemen dragen zonder overmatig gewicht toe te voegen.

Medische beeldvorming – Compacte, zeer nauwkeurige lenzen kunnen optische instrumenten verbeteren die worden gebruikt bij operaties en diagnostische procedures.

Consumententechnologie – Smartphones en VR-headsets kunnen verbeteringen zien in beeldhelderheid en kleurnauwkeurigheid met ultradunne lenzen.

Bewaking en beveiliging – Camera's met een hoge resolutie kunnen lichter en discreter worden, wat bewakingssystemen voor defensie en wetshandhaving verbetert.

De doorbraak kan ook de weg vrijmaken voor nieuwe optische apparaten die nog moeten worden bedacht, apparaten die vertrouwen op ultraplatte, kleurnauwkeurige lenzen om visuele gegevens efficiënter dan ooit tevoren vast te leggen en te verwerken.

De ontwikkeling van een platte lens die in staat is om ware kleurenbeelden vast te leggen, markeert een cruciaal moment in de optica. Hoewel traditionele gebogen lenzen de mensheid al eeuwenlang dienen, zijn hun beperkingen altijd al duidelijk geweest. Dankzij baanbrekend onderzoek van de Universiteit van Utah behoren die beperkingen nu misschien wel tot het verleden.

Met het potentieel om ruimteverkenning, fotografie en meer te revolutioneren, luidt deze doorbraak het begin in van een nieuw tijdperk in beeldtechnologie. De lucht is letterlijk niet langer de limiet.

De verbluffende helderheid die wordt bereikt met de nieuwste flat-lenstechnologie is niet alleen een game-changer voor astrofotografie, maar ook een inspiratiebron voor kunst- en decoratieliefhebbers. Het vastleggen van adembenemende hemelse uitzichten is al lang een passie voor velen en nu kunnen deze ongelooflijke beelden worden omgezet in verbluffende wandkunst. Voor degenen die de schoonheid van de natuur en de kosmos in hun huis willen halen, bieden Nature Canvas Wall Art Picture Prints een perfecte manier om betoverende landschappen en hemelse wonderen te laten zien.

Net zoals innovaties zoals de flat lens astrofotografie hebben gerevolutioneerd door de helderheid en toegankelijkheid van beelden te verbeteren, kan het benutten van efficiënte tools in bedrijfsactiviteiten leiden tot aanzienlijke verbeteringen in productiviteit en professionaliteit. Entovo biedt bijvoorbeeld een gratis factuurgenerator en bonsjabloonmaker, waarmee bedrijven moeiteloos facturen kunnen maken en beheren. Dergelijke tools stroomlijnen niet alleen administratieve taken, maar zorgen ook voor nauwkeurigheid en consistentie, net zoals de technologische vooruitgang in fotografie de kwaliteit en precisie van vastgelegde afbeeldingen verbetert.
NJC.© Info Professor Rajesh Menon  Applied Physics Letters

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