La nueva tecnología de lentes está preparada para que las cámaras de los teléfonos funcionen nuevamente

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Olly Curtis | imágenes falsas

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

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

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Una nueva compañía llamada Metalenz, que emerge del modo sigiloso hoy, está buscando descontinuar las cámaras de los teléfonos inteligentes con un solo sistema de lente plana que utiliza una tecnología llamada metasuperficies ópticas. Una cámara construida alrededor de esta nueva tecnología de lentes puede producir una imagen de la misma o mejor calidad 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, el último 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 lentes múltiples como el iPhone es superior a una configuración de lente única; a medida que la luz atraviesa cada lente sucesiva, la imagen adquiere nitidez y claridad.

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

Julian Caballero

«La óptica que se encuentra normalmente en los teléfonos inteligentes en la actualidad está formada por cuatro o siete elementos de lentes», dice Oliver Schindelbeck, jefe de innovación del fabricante de ópticas Zeiss, conocido por sus lentes de alta calidad. «Si tiene un solo elemento de la lente, solo para la física, tendrá aberraciones como distorsión o dispersión en la imagen».

Múltiples lentes permiten a los fabricantes compensar irregularidades como la aberración cromática (cuando aparecen colores en los bordes 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 los «golpes» de la cámara en los teléfonos inteligentes se han vuelto cada vez más grandes a lo largo de los años.

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

Los fabricantes de teléfonos como Apple han aumentado la cantidad de elementos de lentes con el tiempo y mientras algunos, como Samsung, ahora están plegando ópticas para crear lentes de «periscopio» para mayores capacidades de zoom, las empresas generalmente se han apegado al elemento probado del sistema de lentes apiladas.

«La óptica se volvió más sofisticada, agregó más elementos de lente, creó elementos asféricos fuertes para lograr la reducción de espacio necesaria, pero no ha habido ninguna revolución en esta área en los últimos 10 años», dice Schindelbeck.

Aquí es donde entra Metalenz. En lugar de usar lentes de plástico y vidrio apilados en 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 el microscopio y verá nanoestructuras que miden una milésima parte del ancho de un cabello humano. Estas nanoestructuras desvían los rayos de luz para corregir muchos de los defectos de los sistemas de cámaras de un solo objetivo.

La tecnología subyacente se formó durante una década de investigación cuando el cofundador y CEO 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 forma en que una lente curva acelera y ralentiza la luz para doblarla, cada una de ellas 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.

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Julian Caballero

La calidad de imagen resultante es tan nítida como la que se obtendría de un sistema multilenser, y las nanoestructuras reducen o eliminan muchas de las aberraciones de degradación de imagen comunes a las cámaras tradicionales. Y el diseño no solo ahorra espacio. Devlin afirma 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.

¿Otra ventaja? La empresa se ha asociado con dos líderes en semiconductores (que actualmente pueden producir un millón de «chips» de Metalenz por 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 serie a finales de año. Su primera aplicación será la de actuar como un sistema de lentes con sensor 3D en un teléfono inteligente. (La empresa no proporcionó el nombre del fabricante del teléfono).

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 agotar la vida útil de la batería de un teléfono. Dado que Metalenz puede aportar más luz al sensor de imagen, afirma que puede ayudar a ahorrar energía.

¿Más 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 voluminosa para la cámara que sobresale de la pantalla, como la de los iPhones actuales. La cantidad de espacio ahorrado al renunciar a los elementos de lentes tradicionales permitirá que más fabricantes de teléfonos coloquen sensores y cámaras debajo de la pantalla de vidrio de un dispositivo, que veremos más este año.

Devlin dice que las aplicaciones para Metalenz van más allá de los teléfonos inteligentes. La tecnología se puede utilizar en todo, desde herramientas de atención médica hasta cámaras de realidad virtual y aumentada y cámaras de automóviles.

Tome la espectroscopia como ejemplo. Un espectrómetro se usa para detectar con precisión diferentes longitudes de onda de luz y se emplea comúnmente en pruebas médicas para identificar moléculas particulares en la sangre. Debido a que las metasuperficies le permiten comprimir «una tabla de ópticas en una sola superficie», Devlin dice que puede conectar los sensores correctos a 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 averiguar si está madura», dice Devlin. «En realidad ya no es solo una imagen, en realidad estás accediendo a todo tipo de diferentes formas de significado, y ves e interactúas con el mundo, obteniendo un conjunto de información completamente nuevo en tu móvil».

Esta historia apareció originalmente en wired.com.

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