مایکروسافت با حس‌گر خمیده خود، از پیشرفته‌ترین دوربین‌های DSLR پیشی گرفت

پژوهشگران مایکروسافت با همکاری شرکت تحقیقاتیHRL  حس‌گر تصویری خمیده‌ای ساخته‌اند که انحنای آن، سه برابر نمونه‌های آزمایشی ساخته‌شده تاکنون است. چنین حس‌گری می‌تواند یکی از بزرگ‌ترین پیشرفت‌های چندین دهه اخیر در فناوری و صنعت دوربین‌سازی قلمداد شود، زیرا یکی از نتایج آن، پیدایش لنزهایی ساده‌تر با دیافراگم بازتر و کیفیت تصویر بسیار بیشتر است.

مقدمه‌ای درباره حس‌گرهای مسطح کنونی

بسیاری از لنزهای امروزی، به‌ویژه لنزهای زوم که فاصله کانونی‌‌شان تغییرپذیر است، حاصل ترکیب چندین عدسی و اجزای نوری (اپتیکال) هستند تا بتوانند ضمن فراهم کردن میدان دید موردنظر عکاس، خطاها و اعواج‌های نوری را پیش از ثبت عکس روی حس‌گر، رفع کنند. اما نکته مهم این است که هرچه لنز از عدسی‌ها و اجزای نوری بیشتری تشکیل شده باشد، پیچیده‌تر می‌شود و نور باید از بین عدسی‌ها و اجزای بیشتری عبور کند. پس باید در طراحی لنز دقت شود تا پرتوهای نور هنگام گذر از آن‌ تا جای ممکن شدت و کیفیت خود را حفظ کنند و از مسیر درست خود منحرف نشوند. 

به همین علت است که لنزهای ثابت یا پرایم (با فاصله کانونی ثابت)، در مقایسه با لنزهای زوم (با فاصله کانونی متغیر)، اغلب کیفیت بسیار بهتری دارند، زیرا ساختارشان ساده‌تر است و نور را با واسطه کمتری به حس‌گر می‌رسانند.  

لنزها بنا به ساختار و ماهیت خود، نمای مقابل را نه به صورت تخت، بلکه در قالبی کروی می‌بینند و دریافت می‌کنند، حال آنکه حس‌گر تصویر، تخت و مسطح است. بدیهی است تصویری که با ساختار کروی لنز دریافت شده پیش از ثبت شدن روی حس‌گر مسطح باید تصحیح شود. و البته که این تصحیح روی خود لنز صورت می‌گیرد اما برخی پیامدهای ناشی از اختلاف شکل لنز و حس‌گر، گریزناپذیر است. و به همین علت است که در عکس‌های ثبت شده با دوربین‌های امروزی معمولا هرچه از مرکز فوکوس دور می‌شوید، وضوح عکس نیز کمتر می‌شود.  

برای روشن‌تر شدن موضوع، از ساختار چشم انسان کمک می‌گیریم. در چشم انسان، نور از عدسی می‌گذرد و پرتوهای آن روی سطح شبکیه می‌تابد (تصویر 1). و چون سطح شبکیه، کروی‌شکل است و با ساختار عدسی چشم مطابقت دارد، تصویرِ مقابل، بدون ایراد و اعواج ثبت و دریافت می‌شود.

با این اوصاف، اگر راهی پیدا می‌شد تا بتوان از پیچیدگی لنزها کاست، کیفیت تصاویر افزایش چشمگیری می‌یافت.  

آغاز داستان

جرقه ساخت حس‌گرهای خمیده، حدود هفت سال پیش و زمانی زده شد که پژوهشگران از خود پرسیدند، یک دوربین ایده‌آل باید چه ویژگی‌هایی داشته باشد. و سرانجام به این پاسخ رسیدند که چنین دوربینی باید در نور بسیار کم عکس بگیرد، بسیار کوچک باشد، و عکس‌های بسیار دقیقی ثبت کند.

اما به گفته برایان گنتر، مدیر تیم تحقیقاتی مایکروسافت، در آن زمان ساخت دوربینی با این توانایی‌ها ممکن نبود. پس آن‌ها فکر کردند که اگر بتوانند با ساخت یک لنز سریع‌تر ویژگی‌های اپتیک دوربین را بهبود دهند، شاید بتوانند حس‌گر کوچک‌تری بسازند که در عین حال، توان گردآوری نور کافی برای ثبت یک عکس خوب را داشته باشد. همین فکر انگیزه‌ای شد تا آن‌ها روی ساخت حس‌گر خمیده سرمایه‌گذاری کنند زیرا با این روش می‌شد کارایی دوربین را ارتقا داد.

مزیت حسگرهای خمیده را همه می‌دانستند، اما انحنا دادن به حس‌گرهای مسطح سیلیکونی مونوکریستالین بی‌آنکه ترک بردارند یا تغییر شکل دهند، کار دشواری بود.

در روش‌های قبلی، لبه‌های حس‌گر را چفت و بر مرکز آن فشار وارد می‌کردند تا انحنا بگیرد. اما این روش، فشار زیادی به حس‌گر وارد می‌آورد و باعث می‌شد قبل از رسیدن به مقدار انحنای مطلوب، بشکند.

سرانجام، پژوهشگران مایکروسافت به راه حل جدیدی رسیدند؛ آن‌ها نخست ویفر حس‌گر تصویری سیماس را در قطعه‌های کوچکی برش زدند و سپس قطعه‌ها را با استفاده از فشار هوا (روش‌های پنوماتیک) درون قالب قرار دادند. با این روش می‌شد حس‌گرهای سیلیکونی عادی را منسجم و یک‌نواخت انحنا داد (تصویر 2).  

در نهایت، وقتی مایکروسافت یکی از این حس‌گرهای جدید را درون دوربین آزمایشی مجهز به لنز 50 میلی‌متری f/1.2 کانن کار گذاشت، کیفیت تصویر حاصل از آن، بیش از پیشرفته‌ترین دوربین‌های DSLR فعلی، از جمله Canon 1DS Mark III بود. این حس‌گر در تمام گستره میدان دید، تصویر واضح‌تری ثبت کرد و جالب آنکه دقت (شارپنس) عکس در لبه‌ها، تقریبا 5 برابر بیشتر بود.

البته مایکروسافت تنها شرکتی نیست که در این راه قدم گذاشته است. شرکت‌هایی مانند سونی، کانن و نیکون نیز در این حوزه تلاش می‌کنند. اما به نظر می‌رسد، حاصل کار محققان مایکروسافت، بهترین نتیجه‌ای است که تاکنون به دست آمده است.

مزیت‌ها در یک نگاه

در کل، حس‌گرهای خمیده چند ویژگی بارز دارند، از جمله:  

• وضوح عکس آن‌ها بیشتر از وضوح عکس‌هایی است که با پیشرفته‌ترین دوربین‌های SLR فعلی گرفته شده‌اند.
• عکس‌های‌ گرفته شده با آن‌ها حتی در حاشیه‌ها و دور از نقطه فوکوس، دقیق‌تر (شارپ‌تر) است.
• حتی در نور کم نیز عکس‌‌های بهتری ثبت می‌کنند.
• با استفاده از این حس‌گرها می‌توان بسیاری از ایرادهای اپتیکال از جمله کج‌نمایی رنگی افقی، اعواج و خطای تنویر در عکس را رفع کرد و در عین حال از اندازه، پیچیدگی و هزینه لنزها کاست.

مایکروسافت با تولیدکنندگان دیگر نیز در حال همکاری است تا این حس‌گر را در حوزه‌های گوناگونی همچون عکاسی، فیلمبرداری، بینایی کامپیوتری و خودکارسازی، شناسایی و نظارت تصویری، و در تلسکوپ‌ها به کار گیرد.