Оптика смартфонов остается практически неизменной уже более десяти лет. Камера на первом iPhone еще в 2007 году была всего 2 мегапикселя. И у него была только задняя камера; не было даже фронтального селфи-шутера.
Сегодня вы можете наблюдать несколько камер на передней и задней панели телефонов - некоторые из них с датчиками размером до 108 мегапикселей, как самая большая камера на Samsung Galaxy S21 Ultra.
Но в то время как размер сенсора и количество мегапикселей камер смартфонов значительно возросли за последнее десятилетие - не говоря уже об усовершенствованиях в программном обеспечении для вычислительной фотографии, - объективы, которые помогают захватывать фотографии, остаются принципиально неизменными.
Новая компания под названием Metalenz, сегодня стремится усовершенствовать камеры смартфонов с помощью единой системы плоских линз, использующей технологию под названием оптические метаповерхности.
Камера, построенная на основе этой новой технологии объективов, может производить изображение того же, если не лучшего качества, что и традиционные объективы, собирать больше света для более ярких фотографий занимая при этом меньше места.
Плоская линза. Как это работает?
Во-первых, важно понять, как сегодня работают объективы камер смартфонов. Система визуализации на задней панели вашего смартфона может иметь несколько камер - последний iPhone 12 Pro имеет три камеры на задней панели, - но каждая камера имеет несколько объективов или линзовых элементов, уложенных друг на друга.
Большее количество объективов позволяет производителям компенсировать такие неровности, как хроматическая аберрация (когда цвета появляются на краях изображения) и искажение объектива (когда прямые линии кажутся изогнутыми на фотографии). Однако укладка нескольких линзовых элементов друг на друга требует большего вертикального пространства внутри модуля камеры. Это одна из многих причин, почему камера “шишка” на смартфонах с годами только увеличивается.
Другими причинами размера бугорка являются большие датчики изображения и камеры с зум-объективами, которые нуждаются в дополнительном пространстве.
Со временем оптика стала намного сложнее, добавляется всё больше линз, создаются сильные асферические элементы, чтобы добиться необходимого сокращения пространства, но за последние 10 лет в этой области не было никакой революции.
Metalenz
Вот тут-то и вступает в дело Металенц. Вместо использования пластиковых и стеклянных линз, уложенных поверх датчика изображения, в конструкции Metalenz используется одна линза, построенная на стеклянной пластине размером от 1x1 до 3x3 миллиметра. Посмотрите очень внимательно под микроскопом, и вы увидите наноструктуры размером в одну тысячную ширины человеческого волоса. Эти наноструктуры изгибают световые лучи таким образом, что исправляют многие недостатки однообъективных камерных систем.
Основная технология была сформирована в результате десятилетних исследований, когда соучредитель и генеральный директор Роберт Девлин работал над своей докторской диссертацией в Гарвардском университете вместе с известным физиком и соучредителем Metalenz Федерико Капассо. Компания была выведена из состава исследовательской группы в 2017 году.
Свет проходит через эти узорчатые наноструктуры, которые на микроскопическом уровне выглядят как миллионы кругов разного диаметра. “Подобно тому, как изогнутая линза ускоряет и замедляет свет, чтобы согнуть его, каждая из них позволяет нам делать то же самое, поэтому мы можем изгибать и формировать свет, просто изменяя диаметры этих кругов”, - говорит Девлин.
Качество получаемого изображения такое же четкое, как и у мультилинзовой системы, а наноструктуры выполняют работу по уменьшению или устранению многих ухудшающих изображение аберраций, характерных для традиционных камер. И дизайн не просто экономит пространство. Девлин говорит, что камера Metalenz может доставлять больше света обратно к датчику изображения, позволяя получать более яркие и четкие изображения, чем те, которые вы получили бы с традиционными линзовыми элементами.
Компания установила партнерские отношения с двумя лидерами в области полупроводников (которые в настоящее время могут производить миллион металлических "чипов" в день), то есть оптика производится на тех же литейных заводах, что и потребительские и промышленные устройства. Это важный шаг в упрощении цепочки поставок.
Новинка от Metalenz поступит в серийное производство к концу года. Его первое применение будет заключаться в том, чтобы служить линзовой системой 3D-сенсора в смартфоне. Компания не назвала имя производителя телефона.
Девлин говорит, что современные 3D-датчики, такие как камера TrueDepth от Apple для Face ID, активно освещают сцену лазерами для сканирования лиц, но это может привести к истощению времени автономной работы телефона. Поскольку Metalenz может принести больше света к датчику изображения, он утверждает, что это может помочь сэкономить энергию.
Другие хорошие новости
Система Metalenz поможет устранить необходимость в громоздкой выемке камеры, выступающей в экран, как в современных iPhone. Объем пространства, сэкономленного за счет отказа от традиционных линзовых элементов, позволит большему количеству производителей телефонов разместить датчики и камеры под стеклянным дисплеем устройства, что мы увидим уже в этом году.
Девлин говорит, что нововведение от Metalenz выходит за рамки использования только в смартфонах. Эта технология может быть использована во всем: от инструментов для здравоохранения до камер дополненной и виртуальной реальности, для камер в автомобилях.
