Нова технологія однолінзових об’єктивів обіцяє поліпшити камери смартфонів

Камера в першому iPhone 2007 року мала дозвіл всього 2 Мп. Сьогодні в смартфонах можна виявити цілий масив камер на передній і задніх сторонах, деякі з яких можуть похвалитися дозволом аж до 108 Мп. До того ж за десяток років сильно просунулося ПО в області обчислювальної фотографії, але ось об’єктиви в цілому залишилися колишніми. Але це обов’язково зміниться.

Нова компанія під назвою Metalenz ставить за мету принципово поліпшити камери смартфонів, замінивши сучасні групи лінз в об’єктивах на одну плоску лизну, що складається з наноструктур. За словами компанії, камера з такою лінзою точно так же фокусує зображення, але збирає при цьому більше світла для отримання більш якісних фотографій. До того ж, технологія дозволяє зробити модулі камер куди компактніші.

Сьогодні кожна камера смартфона має кілька лінз (елементів об’єктива), встановлених один після одного. В iPhone 12 Pro, наприклад, основний модуль тильній камери використовує об’єктив з семи лінз. За рахунок системи лінз виробники домагаються компактності конструкції і одночасно різкого сфокусованого зображення на матриці.

«Оптика, зазвичай використовувана в сучасних смартфонах, складається з чотирьох-семи лінз, — зазначив Олівер Шіндельбек (Oliver Schindelbeck), менеджер по новацій відомого своїми якісними лінзами виробника оптики Zeiss. — Якщо у вас тільки одна лінза, просто по фізичним законам в зображенні будуть аберації або дисторсии через дисперсії і дифракції ».

Більше лінз дозволяє виробникам компенсувати такі проблеми як хроматичні аберації (розшарування квітів на краях зображення) або дисторсии об’єктива (коли прямі лінії на фотографії виглядають зігнутими). Однак для розміщення лінз поверх один одного потрібно більше простору всередині модуля камери. Це — одна з багатьох причин, за якими «виступ» камери на смартфонах з роками стає все більше і більше.

«Чим більше елементів об’єктива необхідно вмістити в камеру, тим більше місця буде потрібно», — зазначив пан Шіндельбек. Іншою причиною є використання все більших датчиків зображення і зум-об’єктивів. «Оптика в смартфонах стала більш складною, було додано більше лінз, включаючи асферичні елементи, щоб домогтися необхідного зменшення простору, але за останні 10 років в цій області не було революції», — підкреслив Олівер Шіндельбек.

Тут на допомогу і приходить Metalenz. Замість пластикових або скляних елементів лінз, накладених один на одного над датчиком зображення, в конструкції Metalenz використовується одна лінза, побудована на скляній пластині габаритами від 1×1 до 3×3 мм. Пластина складається з наноструктур розміром в одну тисячну ширини людської волосини — вони згинають світлові промені таким чином, що усуваються багато недоліків класичних однолінзових систем.

Основа технології була розроблена в результаті десятків років досліджень — раніше співзасновник і виконавчий директор Metalenz Роберт Девлін (Robert Devlin) працював над докторським ступенем в Гарвардському університеті разом з відомим фізиком і співзасновником Metalenz Федеріко Капассо (Federico Capasso). Сама ж компанія була створена в 2017 році.

Світло проходить через наноструктури, які на мікроскопічному рівні виглядають як мільйони кіл різного діаметру. Пан Девлін відзначив, що управляти світловим потоком, домагаючись потрібного результату і заломлює заданим чином промені, можна просто змінюючи розмір таких кіл. Результуюче зображення буде настільки ж точним, як і у системи з безліччю лінз: наноструктури візьмуть на себе роботу по зменшенню або усуненню багатьох аберацій, що погіршують якість зображення, характерних для традиційних камер. Причому дизайн не тільки економить місце, що вже було б проривом: розробники стверджують, що новий підхід дозволяє вловлювати і направляти на датчик зображення більше світла, отримуючи більш яскраві і чіткі зображення навіть при недостатньому освітленні.

Багато перспективні технології залишаються надовго на папері. Але у випадку з Metalenz, схоже, можна очікувати іншого. Компанія вже уклала партнерські відносини з двома лідерами в області виробництва напівпровідників (які в даний час можуть виробляти мільйон модулів Metalenz в день). Оптика випускається на тих же заводах, де і збираються споживчі пристрої, що спрощує ланцюжка поставок.

Серійне виробництво планується почати до кінця року. Спочатку ця система знайде застосування в 3D-сенсорі в якомусь смартфоні (ні партнери, ні виробник смартфона поки не називаються). Metalenz стверджує, що її технологія може знайти застосування і за межами смартфонів: в медичних приладах, в камерах доповненої і віртуальної реальності, в камерах автомобілів і так далі. Джерело