نتایج پروژه آکادمیک-صنعتی مشترک بین سامسونگ و دانشگاه علم و فناوری پوهانگ اخیراً در قالب مقاله‌ای پژوهشی تحت عنوان «دوربین چشمی فشرده با متالنز تأخیر فازی دوسوم طول موج» در ژورنال معتبر Nature Communications منتشر شد. همان طور که گفته شد، یافته‌های این پژوهش می‌تواند منجر به کاهش ضخامت و وزن دیوایس‌های واقعیت گسترده و همچنین کاهش برآمدگی دوربین در اسمارت‌فون‌ها شود. گفتنی‌ست، در این مقاله ادعا شده که تیم پژوهشی این پروژه موفق شده محدودیت‌های فنی بر سر راه تجاری‌سازی متالنز را از میان بردارد.
متالنز چیست؟
به زبان ساده، متالنز نوعی لنز فوق-نازک است که با استفاده از ساختارهای نانو (که بسیار نازک‌تر از تار موی انسان هستند) نور را دست‌کاری کرده و به جای آنکه مثل لنزهای متعارف کنونی بر سطوح خمیده تکیه کند، روی یک سطح صاف قرار می‌گیرد. این شیوه از طراحی، متالنز را به گزینه‌ای ایده‌آل برای توسعه دیوایس‌های اپتیک فشرده و سبک تبدیل میکند.
عملکرد متالنز چگونه است؟
متالنز برای کنترل دقیق نور باید یک تأخیر فازی به اندازه یک طول موج ایجاد کند. (مسافتی که نور در یک نوسان کامل طی میکند) به موجب این تأخیر فازی، امواج نوری به طور مناسب در نقطه کانونی هم‌پوشانی داشته و در نتیجه، تصاویری با وضوح بالا خلق می‌شوند. رسیدن به این هدف معمولاً مستلزم ساخت ده‌ها میلیون ساختار نانوی بسیار باریک و بلند با نسبت ابعاد حداقل 1:10 است. البته ناگفته نماند، این ساختارهای نانو مستعد شکسته شدن بوده و ساخت آنها بسیار دشوار است. همین امر می‌تواند تجاری‌سازی فناوری متالنز را با چالش روبرو کند.
تیم پژوهشی سامسونگ و دانشگاه علم و فناوری پوهانگ اولین گروه تحقیقاتی در دنیاست که برای رسیدن به پراش نور (light diffraction)، به جای به‌کارگیری روش متعارف طول موج کامل، از یک تأخیر فازی با دو سوم طول موج استفاده کرده است. پدیده‌ای که در این رویکرد مورد استفاده قرار می‌گیرد آن است که ساختارهای نانویی که یک ابرسلول (supercell) را تشکیل می‌دهند، حتی با وجود تأخیر فازی دو سوم طول موج، یک گرادیان فازی ثابت را حفظ می‌کنند. این امر باعث می‌شود جبهه موج (wavefront) در میدان دور پایدار بماند.
از آنجا که تأخیر فازی با ارتفاع و عرض یک ساختار نانو متناسب است، این روش اجازه می‌دهد که نسبت ابعاد به حدود 1:5 کاهش یابد. در نتیجه، بدون اینکه آسیبی به عملکرد نوری وارد شود، از ارتفاع ساختار نانو کاسته شده است. این بهبودها دشواریِ ساخت و نرخ خرابی را کاهش داده، پایداری ساختاری را تقویت کرده و رقابت‌پذیری در تولید و هزینه‌ها را افزایش می‌دهد.
قابلیت‌های جدید در اپتیک دوربین
تیم پژوهشی این پروژه با استفاده از متالنز – که خود گروه موفق به توسعه آن شد – توانست یک دوربین چشمی مادون قرمز فوق فشرده برای دیوایس‌های XR (واقعیت گسترده) تولید کند. این دوربین – علی‌رغم طراحی نازکش – به‌خوبی از پس ردیابی دقیق مردمک چشم و همچنین تشخیص الگوی عنبیه برآمد. با به‌کارگیری متالنز، تیم پژوهشی موفق شد ضخامت دوربین را تا 20 درصد نسبت به دوربین‌های مجهز به لنزهای انکساری مرسوم کاهش داده و برآمدگی دوربین را از 2 میلی‌متر به 1.6 میلی‌متر برساند که در نتیجه، وزن و حجم دوربین نیز کمتر می‌شود. این سیستم همچنین موفق به دست‌یابی به ردیابی دقیق نگاه و تشخیص نقاط ویژگی عنبیه با میدان دید 120 درجه شد. علا‌وه بر این، «عملکرد انتقال مدولاسیون» (MTF) نیز از 50 درصد به 72 درصد بهبود یافت.
مسیری جدید برای تجاری‌سازی متالنز
این پژوهش یک اصل جدید برای کنترل پراش نور تعریف میکند که الزامات تأخیر فازی را کاهش داده و در عین حال دست‌یابی به عملکرد نوری بالا، پایداری مکانیکی و مقرون‌به‌صرفه بودن را امکان‌پذیرتر میکند. انتظار می‌رود در آینده این فناوری به طیف نور مرئی گسترش یافته و جهت به حداقل رساندن برآمدگی دوربین در گوشی‌های هوشمند و کوچک‌سازی طیف وسیعی از سیستم‌های سنسور تصویری به کار گرفته شود تا راه را برای اقسام جدیدی از تنوع‌‌گرایی در طراحی دیوایس‌ها هموار کند.
با تجاری‌سازی این فناوری، پرچمدارهای مجهز به دوربین‌های قدرتمند – مثل vivo X200 Ultra – دیگر با مشکل برآمدگی دوربین مواجه نخواهند بود. برخی شنیده‌های حاکی از آن است که اپل نیز در رویکردی مشابه، به دنبال آن است که قابلیت Dynamic Island در آیفون را به نحوی به زیر لایه نمایشگر انتقال دهد. حال باید منتظر ماند و دید که کدام کمپانی زودتر ایده خود را عملی میکند.
source