Una nueva tecnología de lentes está preparada para impulsar las cámaras de los teléfonos

Fotografía en primer plano de varias lentes de cámara de un teléfono inteligente.

La cámara del primer iPhone en 2007 tenía solo 2 megapíxeles. Y solo tenía cámara trasera; ni siquiera había un tirador de selfies frontal. Hoy en día, encontrará varias cámaras en la parte frontal y posterior de los teléfonos, algunas de ellas con sensores de hasta 108 megapíxeles, como la cámara más grande de Samsung. Galaxy S21 Ultra.

Pero aunque el tamaño del sensor y la cantidad de megapíxeles de las cámaras de los teléfonos inteligentes han aumentado considerablemente en la última década, sin mencionar las mejoras en software de fotografía computacional—Los lentes que ayudan a capturar fotos permanecen fundamentalmente sin cambios.

Una nueva tecnología de lentes está preparada para impulsar las cámaras de los teléfonos

Una nueva empresa llamada Metalenz, que surge del modo sigiloso hoy, busca interrumpir las cámaras de los teléfonos inteligentes con un sistema de lente plana única que utiliza una tecnología llamada metasuperficies ópticas. Una cámara construida alrededor de esta nueva tecnología de lentes puede producir una imagen de la misma calidad, si no mejor, que las lentes tradicionales, recolectar más luz para fotos más brillantes e incluso puede permitir nuevas formas de detección en teléfonos, todo mientras ocupa menos espacio.

Una lente plana

¿Como funciona? Bueno, primero es importante comprender cómo funcionan las lentes de las cámaras de los teléfonos en la actualidad. El sistema de imágenes en la parte posterior de su teléfono inteligente puede tener varias cámaras, la última iPhone 12 Pro tiene tres cámaras en la parte posterior, pero cada cámara tiene múltiples lentes o elementos de lentes apilados uno encima del otro. El sensor de la cámara principal del iPhone 12 Pro mencionado anteriormente utiliza siete elementos de lente. Un diseño de muchas lentes como el del iPhone es superior a una configuración de una sola lente; a medida que la luz pasa a través de cada lente sucesiva, la imagen gana nitidez y claridad.

Una serie de módulos de cámara equipados con Metalenz.
Agrandar / Una serie de módulos de cámara equipados con Metalenz.

Julian caballero

“Actualmente, la óptica de los teléfonos inteligentes consta de entre cuatro y siete elementos de lente”, dice Oliver Schindelbeck, gerente de innovación del fabricante de ópticas Zeiss, que es conocido por sus lentes de alta calidad. «Si tiene un solo elemento de lente, solo por la física, tendrá aberraciones como distorsión o dispersión en la imagen».

Más lentes permiten a los fabricantes compensar irregularidades como la aberración cromática (cuando los colores aparecen en los márgenes de una imagen) y la distorsión de la lente (cuando las líneas rectas aparecen curvas en una foto). Sin embargo, apilar varios elementos de lente uno encima del otro requiere más espacio vertical dentro del módulo de la cámara. Es una de las muchas razones por las que el «golpe» de la cámara en los teléfonos inteligentes se ha hecho cada vez más grande a lo largo de los años.

«Cuantos más elementos de lente desee incluir en una cámara, más espacio necesitará», dice Schindelbeck. Otras razones del tamaño de la protuberancia incluyen sensores de imagen más grandes y más cámaras con lentes de zoom, que necesitan espacio adicional.

Los fabricantes de teléfonos como Apple han aumentado la cantidad de elementos de lentes con el tiempo y, aunque algunos, como Samsung, ahora están plegando ópticas para crear lentes de “periscopio” para mayores capacidades de zoom, las empresas generalmente se han quedado con el probado y verdadero sistema de elementos de lentes apilados.

“La óptica se volvió más sofisticada, agregó más elementos de lente, creó elementos asféricos fuertes para lograr la reducción necesaria en el espacio, pero no hubo ninguna revolución en los últimos 10 años en este campo”, dice Schindelbeck.

Presentando Metalenz

Aquí es donde entra Metalenz. En lugar de usar lentes de plástico y vidrio apilados sobre un sensor de imagen, el diseño de Metalenz usa una sola lente construida sobre una oblea de vidrio que tiene un tamaño de entre 1×1 y 3×3 milímetros. Mire muy de cerca bajo un microscopio y verá nanoestructuras que miden una milésima parte del ancho de un cabello humano. Esas nanoestructuras desvían los rayos de luz de una manera que corrige muchas de las deficiencias de los sistemas de cámaras de un solo objetivo.

La tecnología central se formó a través de una década de investigación cuando el cofundador y director ejecutivo Robert Devlin estaba trabajando en su doctorado. en la Universidad de Harvard con el aclamado físico y cofundador de Metalenz, Federico Capasso. La empresa se separó del grupo de investigación en 2017.

La luz pasa a través de estas nanoestructuras modeladas, que parecen millones de círculos con diferentes diámetros a nivel microscópico. “De la misma forma en que una lente curva acelera y ralentiza la luz para doblarla, cada una de estas nos permite hacer lo mismo, por lo que podemos doblar y dar forma a la luz simplemente cambiando los diámetros de estos círculos”, dice Devlin. .

Una nueva tecnología de lentes está preparada para impulsar las cámaras de los teléfonos

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La calidad de imagen resultante es tan nítida como la que obtendría de un sistema de multilens, y las nanoestructuras hacen el trabajo de reducir o eliminar muchas de las aberraciones que degradan la imagen comunes a las cámaras tradicionales. Y el diseño no solo ahorra espacio. Devlin dice que una cámara Metalenz puede devolver más luz al sensor de imagen, lo que permite imágenes más brillantes y nítidas que las que obtendría con elementos de lentes tradicionales.

¿Otro beneficio? La compañía ha formado alianzas con dos líderes en semiconductores (que actualmente pueden producir un millón de «chips» Metalenz al día), lo que significa que las ópticas se fabrican en las mismas fundiciones que fabrican dispositivos industriales y de consumo, un paso importante en la simplificación de la cadena de suministro.

Nuevas formas de detección

Metalenz entrará en producción en masa hacia finales de año. Su primera aplicación será la de servir como sistema de lentes de un sensor 3D en un teléfono inteligente. (La compañía no dio el nombre del fabricante de teléfonos).

Devlin dice que los sensores 3D actuales, como la cámara TrueDepth de Apple para Face ID, iluminan activamente una escena con láseres para escanear rostros, pero esto puede reducir la duración de la batería de un teléfono. Dado que Metalenz puede traer más luz al sensor de imagen, afirma que puede ayudar a conservar energía.

¿Otras buenas noticias? Si se trata de un sensor 3D en la parte frontal de un teléfono para la autenticación facial, Devlin dice que el sistema Metalenz puede eliminar la necesidad de una muesca de cámara voluminosa que sobresale en la pantalla, como la de los iPhones actuales. La cantidad de espacio que se ahorra al renunciar a los elementos de lentes tradicionales permitirá a más fabricantes de teléfonos colocar sensores y cámaras debajo de la pantalla de cristal de un dispositivo, algo que veremos. más de este año.

Devlin dice que las aplicaciones de Metalenz van más allá de los teléfonos inteligentes. La tecnología se puede utilizar en todo, desde instrumentos para el cuidado de la salud hasta cámaras de realidad virtual y aumentada, pasando por las cámaras de los automóviles.

Tome la espectroscopia como ejemplo. Se utiliza un espectrómetro para detectar con precisión diferentes longitudes de onda de luz, y se emplea comúnmente en ensayos médicos para identificar moléculas particulares en la sangre. Como las metasuperficies le permiten colapsar “una mesa de ópticas en una sola superficie”, Devlin afirma que puede colocar los sensores correctos en un teléfono inteligente con Metalenz para hacer el mismo tipo de trabajo.

“De hecho, puede observar la firma química de la fruta con un espectrómetro y saber si está madura”, dice Devlin. «En realidad, ya no es solo una imagen, en realidad estás accediendo a todo tipo de formas diferentes de sentido y viendo e interactuando con el mundo, obteniendo un conjunto completamente nuevo de información en el teléfono celular».

Esta historia apareció originalmente en wired.com.