ساخت دوربینی با ضخامت 0.3 سانتی‌متر با زاویه دید باز (واید)

پژوهشگران دانشگاه نانجینگ چین با استفاده از فراعدسی‌ها یا اصطلاحا متالنزها (meta-lens) دوربین فشرده جدیدی طراحی کرده‌اند که تصاویر عریض یا اصطلاحا واید¹ باکیفیتی ثبت می‌کند. «فراعدسی‌» نوعی عدسی بسیار ریز و مسطح است که به‌سبب ساختار نانویی ویژه‌اش، نور را در نقطه موردنظر متمرکز می‌کند. در حالت عادی، برای ثبت تصاویر واید باکیفیت، لنزهای بزرگ و سنگینی لازم است. اما با این شیوه جدید شاید بتوان لنزهای واید ریزی ساخت که حتی درون تلفن‌های هوشمند و سایر تجهیزات سیار مثل دوربین خودرو و پهپاد نیز جا شوند. 

دوربین جدید فقط 0.3 سانتی‌متر ضخامت دارد، اما زاویه دیدش بیش از 120 درجه است و تصاویر واضحی ثبت می‌کند.

تصاویر زاویه باز یا اصطلاحا واید (wide-angle) چون زاویه دید گسترده‌تری را پوشش می‌دهند، اطلاعات تصویری بیشتری را از چشم‌انداز مقابل‌شان ثبت می‌کنند و لذا در حوزه‌هایی مثل بینایی ماشین، از جمله خودران‌ها و نظارت‌های پهپادی بسیار مفیدند. مثلا هرچه زاویه دید دوربین بازتر یا وایدتر باشد، هر نمای دوربین فضای بیشتری را در کادر خود جای می‌دهد که طبیعتا در نظارت‌های امنیتی بسیار مفید خواهد بود.

«تائو لی» و همکارانش برای ساخت این ریزدوربینِ واید، چندین فراعدسی را همراه هم به‌کار گرفتند تا هر کدام، بخش‌ معینی از چشم‌انداز پیش‌ِ رو را ثبت کند. سپس این تصاویر به‌هم متصل شدند و تصویر واید نهایی، با کیفیت مطلوب تشکیل شد.

کوچک‌سازی عدسی واید

در حالت عادی، عکاسی با زاویه دید واید معمولا با کمک لنز چشم ماهی (fisheye lens) یا سایر لنزهای واید یا زومِ مخصوص انجام می‌شود. محققان قبلا کوشیده بودند با استفاده از فراعدسی‌ دوربین‌های واید کوچکی بسازند، اما یا کیفیت تصاویر نهایی‌شان کم بود یا مشکلات دیگری رخ می‌داد.

سرانجام محققان دانشگاه نانجنینگ به‌جای یک فراعدسی، مجموعه‌ای از چند فراعدسی را به‌کار گرفتند. هر عدسی‌ ریز، فقط روی بخش معینی از زاویه دید مقابل، فوکوس می‌کند. سپس واضح‌ترین بخش‌های هر تصویر، رایانش و به‌هم متصل می‌شوند تا تصویر نهایی ایجاد شود.

به‌گفته لی، چون فراعدسی‌ها طراحی انعطاف‌پذیری دارند، می‌توان بازده هر عدسی در نحوه فوکوس و ثبت تصویر را مستقل از دیگر عدسی‌ها بهبود داد. این‌کار کیفیت تصویر نهایی را ارتقا می‌دهد. ضمنا مجموعه فراعدسی‌ها را می‌توان با استفاده از فقط یک لایه ماده تولید کرد که شیوه کم‌هزینه‌تری است.

فراعدسی یا متالنز مسطح و زاویه دید بیشتر

محققان برای نشان دادن قابلیت دوربین جدیدشان، در ساخت آرایه فراعدسی‌ها از شیوه تولید نانو بهره برده و آن‌را مستقیما به حسگر سیموس (CMOS) وصل کردند. ابعاد دوربین مسطح آن‌ها حدود 1 در 1 در 0.3 سانتی‌متر بود. آن‌ها برای آزمودن کیفیت تصویر، پرده خمیده‌ای را با دو نورافکن روشن کردند و دوربین را در فاصله 15 سانتی‌متری پرده جای دادند. پرده خمیده، دایره‌وار دوربین را احاطه کرده بود و روی پرده عبارت Nanjing University نقش بسته بود. دوربین از دو واژه روی پرده عکس گرفت و همه حروف‌ را واضح ثبت کرد. دوربین جدید که از آرایه فراعدسی‌ها بهره می‌برد، با زاویه دید 120 درجه عکس گرفت که بیش از 3 برابر زاویه دید دوربین پیشین بود که فقط یک فراعدسی داشت.

قطر عدسی‌های به‌کاررفته در دوربین جدید فقط 0.3 میلی‌متر است. پژوهشگران می‌خواهند قطر عدسی‌ها را به 1 تا 5 میلی‌متر افزایش دهند تا کیفیت تصاویر دوربین افزایش یابد. پس از بهبود، این آرایه لنز را می‌توان به شکل انبوه تولید کرد تا هزینه تولیدش کاهش یابد.

پی‌نوشت:

معمولا به لنزهایی که فاصله کانونی آن‌ها کمتر از 50 میلی‌متر باشد، لنز واید می‌گویند. هرچه فاصله کانونی لنز کمتر باشد، زاویه دید آن گسترده‌تر می‌شود و بالعکس.