211service.com
Mobiltelefonkameror som zoomar
Även om varje generation av mobiltelefonkamera fångar fler megapixlar, kan bilderna fortfarande inte matcha kvaliteten på de som tagits med fristående kameror. Den främsta anledningen: linsen. I en mobiltelefonkamera fryses de inbyggda linserna på plats, utan möjlighet att fysiskt zooma in på ett motiv.
Den här nya linsdesignen har zoomfunktionerna som ett teleobjektiv som är 40 millimeter långt, även om det bara är 5 millimeter tjockt. Tricket är att samla ljus från den yttre kanten (den mörka ringen); reflektera det i linsen åtta gånger, med hjälp av speglar på framsidan och baksidan; och fokusera den på en kamerasensor.
Men nu arbetar forskare vid University of California, San Diego (UCSD), med ett Illinois-baserat optikföretag Avlägsen fokus , har utvecklat en ny typ av objektiv som kan låta mobiltelefonkameror ta närbilder. Joseph Ford , professor i el- och datorteknik vid UCSD, och hans grupp har utvecklat en fem millimeter tjock lins som har kraften hos ett optiskt system som vanligtvis är 40 millimeter långt. Gruppens nya design samlar in ljus och reflekterar det i linsen för att få hela 40-millimeters optiska väg, och sedan fokuserar den ljuset på kamerans sensor. Ford säger att linserna kan användas i, förutom mobiltelefonkameror, alla situationer där en liten och lätt men kraftfull kamera, från ett teleskop till ett militärt bildsystem, behövs. Forskningen finansieras av US Defense Advanced Research Projects Agency som en del av MONTAGE imager-programmet.
Forskningen baseras på teknik som kallas ett vikt optiskt system, som finns i vissa teleskop idag. I dessa teleskop används en serie separata linser och speglar för att öka avståndet som ljuset färdas innan det når bildsensorn, ett avstånd som kallas brännvidden. Ljus samlas in med en lins i ena änden, reflekteras mellan speglar och fokuseras sedan på en sensor. Ju längre brännvidd ett system har, desto större blir den slutliga bilden. Fords grupp komprimerade denna idé till en ny tunn lins och designade den på ett sådant sätt att ljus reflekteras inuti linsen åtta gånger innan det träffar sensorn.
För att göra detta gjorde forskarna extrema modifieringar av en traditionell lins. Först använde de diamantbearbetning för att skära spegelytor av ett linsmaterial som kallas kalciumfluorid. Speglarna styr ljuset och ändrar dess väg så att allt ljus konvergerar mot kamerans sensor. För det andra täckte de både framsidan och baksidan av kalciumfluoriden med speglar så att ljuset reflekteras inuti linsen. Nyckeln till att få denna lins att fungera är exakt inriktning mellan speglarna, vilket åstadkoms genom att bearbeta dem alla från ett enda stycke .
Spegeln på framsidan av linsen blockerar ungefär 90 procent av ljuset från att komma in, säger Ford, vilket kan minska kontrasten i en bild. Men även med så mycket ljus blockerat, säger han, kunde gruppens kamera prestera nästan lika bra som en konventionell lins nästan tio gånger så lång, och producera bilder som bara är något mindre skarpa än de som skapats med en traditionell kamera, där 100 procent av ljuset från en bild passerar genom linsen.
Blockering av linsen, som gruppen har gjort, gör att en liten, suddig ring dyker upp runt en bild. Den här ringen är dock ungefär en mikrometer i diameter, och eftersom de flesta ljussensorerna i kameror bara är känsliga för en upplösning på två mikrometer är ringen oupptäckbar. Om du hade en perfekt detektor med oändlig upplösning skulle det här vara en katastrof, säger Ford. Men det fungerar bra för den typ av sensorer som vi skulle hitta för [digitala kameror].
UCSD-forskningen drar fördel av ett välkänt optiskt system, säger Jose Saisián , professor i optisk vetenskap och astronomi vid University of Arizona, i Tucson, men han medger att designen är unik. Jag tycker att det har en viss förtjänst, säger han. De tog den här idén, analyserade den väl, och den kan ha några intressanta tillämpningar.
Ford erkänner att det fanns vissa nackdelar med gruppens ursprungliga prototyp. Den första prototypen hade till exempel ett begränsat fokusdjup, vilket innebar att allt ungefär två tum framför eller bakom objektivets fokuspunkt kommer att se suddigt ut. Men, säger han, hans team har utforskat olika formade linser som ökar fokusdjupet, och det har byggt framgångsrika kameraprototyper. En andra, mindre prototyp, med en skiva skuren från en rund lins, matchade skärpedjupet för den konventionella kameran. Ford hävdar att den tredje generationens imager, som nu testas, kommer att bli ännu mindre.