平面で極薄、望遠鏡に革命を起こすレンズ

“分厚いレンズ”の常識を打ち破る！

望遠鏡の歴史を振り返ると、分厚いガラスまたはプラスチックの「曲面」レンズが光を屈折させる仕組みは、長らく光学系の中心的手法でした。

しかし、遠くの銀河や惑星を鮮明に観測するためには、大口径のレンズを複数枚重ねて色収差を補正し、高い解像度を確保する必要があります。

その結果、望遠鏡はどうしても大きく重くなりがちで、観測所への設置や航空宇宙機器への搭載コストも増大してしまいます。

対策として、宇宙望遠鏡などでは曲面の鏡を使用する例が多いものの、やはり大規模設備が必要な点に変わりはありません。

一方で、レンズの薄型化を目指す試みは古くから行われてきました。

その代表例が、フレネルゾーンプレート（FZP）と呼ばれる同心円状のリッジ（段差）を利用して光を回折させる方式です。

これにより、曲面レンズのような大きな厚みを必要としない薄型化が可能になりました。

しかしFZPは、波長の異なる光を同じように曲げることが難しく、いわゆる「色ずれ」が起きやすいという課題がありました。

天体観測などで鮮明なカラー画像を得たい場合、この色収差は大きなハンディとなります。

こうした背景の中で、近年注目を集めているのがマルチレベル回折型レンズ（MDL）を用いた「フラットレンズ」の技術です。

フレネルゾーンプレートの回折原理を引き継ぎながら、複数段階にわたる高度な微細構造をパターン化することで、広い波長域にわたって色ずれを最小限に抑えることが可能になります。

さらに、最新のコンピューターシミュレーション技術とナノファブリケーション（微細加工）技術が組み合わさったことで、これまでよりも大口径でありながら極めて薄い平面レンズの作製が現実的なものとなってきました。

今回、ユタ大学のラジェッシュ・メノン教授のチームは、まさにこのマルチレベル回折型レンズを大面積に適用し、可視光域で鮮明なカラー画像を取得することに成功したのです。

もしこれが実用化されれば、宇宙空間や高高度プラットフォームなど重量制限のある分野で、光学機器の設計を大幅に簡素化しつつ高い性能を維持できるようになります。

こうした研究背景を踏まえ、本記事では革新的な平面レンズ誕生の意義を詳しく解説していきます。