211service.com
Mobiele telefooncamera's die zoomen
Hoewel elke generatie camera's voor mobiele telefoons meer megapixels vastlegt, kunnen de foto's nog steeds niet tippen aan de kwaliteit van de foto's die met stand-alone camera's zijn gemaakt. De belangrijkste reden: de lens. In een camera van een mobiele telefoon zijn de ingebedde lenzen op hun plaats bevroren, zonder de mogelijkheid om fysiek op een onderwerp in te zoomen.
Dit nieuwe lensontwerp heeft de zoommogelijkheden van een telelens van 40 millimeter lang, ook al is hij slechts 5 millimeter dik. De truc is om het licht van de buitenrand (de donkere ring) op te vangen; reflecteer het acht keer in de lens, met behulp van spiegels aan de voor- en achterkant; en focus het op een camerasensor.
Maar nu werken onderzoekers van de University of California, San Diego (UCSD), samen met het in Illinois gevestigde opticabedrijf Verre focus , hebben een nieuw type lens ontwikkeld waarmee camera's van mobiele telefoons close-upfoto's kunnen maken. Joseph Ford , hoogleraar elektrische en computertechniek aan de UCSD, en zijn groep hebben een vijf millimeter dikke lens ontwikkeld met de kracht van een optisch systeem dat gewoonlijk 40 millimeter lang is. Het nieuwe ontwerp van de groep verzamelt licht en reflecteert het in de lens om het volledige optische pad van 40 millimeter te verkrijgen, en focust het licht vervolgens op de sensor van de camera. Ford zegt dat de lenzen, naast camera's voor mobiele telefoons, kunnen worden gebruikt in elke situatie waarin een kleine en lichtgewicht maar krachtige camera nodig is, van een telescoop tot een militair beeldvormingssysteem. Het onderzoek wordt gefinancierd door de US Defense Advanced Research Projects Agency als onderdeel van het MONTAGE imager-programma.
Het onderzoek is gebaseerd op technologie die een gevouwen optisch systeem wordt genoemd en die tegenwoordig in sommige telescopen te vinden is. In deze telescopen wordt een reeks afzonderlijke lenzen en spiegels gebruikt om de afstand te vergroten die licht aflegt voordat het de beeldsensor bereikt, een afstand die bekend staat als de brandpuntsafstand. Licht wordt opgevangen met behulp van een lens aan het ene uiteinde, gereflecteerd tussen spiegels en vervolgens gefocust op een sensor. Hoe langer de brandpuntsafstand van een systeem, hoe groter het uiteindelijke beeld zal verschijnen. De groep van Ford heeft dit idee gecomprimeerd tot een nieuwe dunne lens en zo ontworpen dat het licht acht keer in de lens reflecteert voordat het de sensor raakt.
Om dit te doen, hebben de onderzoekers extreme aanpassingen gedaan aan een traditionele lens. Eerst gebruikten ze diamantbewerking om spiegeloppervlakken uit een lensmateriaal te snijden dat calciumfluoride wordt genoemd. De spiegels sturen het licht en veranderen het pad zodat al het licht samenkomt op de sensor van de camera. Ten tweede bedekten ze zowel de voor- als de achterkant van het calciumfluoride met spiegels zodat het licht in de lens weerkaatst. De sleutel om deze lens te laten werken, is een nauwkeurige uitlijning tussen de spiegels, wat wordt bereikt door ze allemaal uit één stuk te bewerken .
De spiegel aan de voorkant van de lens blokkeert ongeveer 90 procent van het licht dat binnenkomt, zegt Ford, wat het contrast in een afbeelding kan verminderen. Maar zelfs met zoveel licht geblokkeerd, zegt hij, was de camera van de groep in staat om bijna net zo goed te presteren als een conventionele lens, bijna tien keer zo lang, en produceerde beelden die slechts iets minder scherp zijn dan die gemaakt met een traditionele camera, waarin 100 procent van het licht van een afbeelding gaat door de lens.
Door de lens te blokkeren, zoals de groep heeft gedaan, verschijnt er een kleine, wazige ring rond een afbeelding. Deze ring heeft echter een diameter van ongeveer een micrometer en aangezien de meeste lichtsensoren in camera's slechts gevoelig zijn voor een resolutie van twee micrometer, is de ring niet detecteerbaar. Als je een perfecte detector met oneindige resolutie zou hebben, zou dit een ramp zijn, zegt Ford. Maar het werkt goed voor het soort sensoren dat we zouden vinden voor [digitale camera's].
Het UCSD-onderzoek maakt gebruik van een bekend optisch systeem, zegt: José Saisián , hoogleraar optische wetenschappen en astronomie aan de Universiteit van Arizona, in Tucson, maar hij geeft toe dat het ontwerp uniek is. Ik denk dat het enige verdienste heeft, zegt hij. Ze namen dit idee, analyseerden het goed, en het kan een aantal interessante toepassingen hebben.
Ford erkent dat er enkele nadelen waren aan het eerste prototype van de groep. Het eerste prototype had bijvoorbeeld een beperkte scherptediepte, waardoor alles ongeveer vijf centimeter voor of achter het scherpstelpunt van de lens wazig lijkt. Hij zegt echter dat zijn team lenzen met verschillende vormen heeft onderzocht die de scherptediepte vergroten, en succesvolle camera-prototypes heeft gebouwd. Een tweede, kleiner prototype, dat een plak uit een ronde lens gebruikte, kwam overeen met de scherptediepte van de conventionele camera. Ford beweert dat de derde generatie imager, die nu wordt getest, nog kleiner zal zijn.