Optik dalam smartphone Anda hampir sama, lebih dari satu dekade. Dan itu akan berubah.
 |
PHOTOGRAPH: OLLY CURTIS/GETTY IMAGES |
KAMERA PADA iPhone pertama cara kembali
pada tahun 2007 adalah hanya 2 megapiksel. Dan itu hanya memiliki kamera
belakang; bahkan tidak ada penembak selfie depan. Hari ini, Anda akan menemukan
beberapa kamera di bagian depan dan belakang ponsel beberapa di antaranya
dengan sensor sebesar 108 megapiksel, seperti kamera terbesar di Samsung Galaxy S21
Ultra.
Tetapi sementara ukuran sensor dan
jumlah megapiksel kamera smartphone telah meningkat pesat dalam dekade terakhir
belum lagi peningkatan dalam
perangkat lunak fotografi komputasi lensa yang membantu mengambil foto pada dasarnya tidak
berubah.
Sebuah perusahaan
baru bernama Metalenz, yang muncul dari mode siluman saat
ini, ingin mengganggu kamera smartphone dengan sistem lensa datar tunggal dengan menggunakan teknologi yang disebut metasurface optik. Kamera yang diciptakan di sekitar
teknologi lensa baru ini bisa menghasilkan gambar yang sama jika kualitasnya
tidak lebih baik seperti lensa tradisional, mengumpulkan lebih banyak cahaya
untuk foto yang lebih cerah, dan bahkan dapat memungkinkan bentuk penginderaan
baru di ponsel, sambil mengambil lebih sedikit ruang.
Lensa Datar
Bagaimana cara kerjanya? Nah,
pertama-tama penting untuk memahami bagaimana lensa kamera ponsel bekerja hari
ini. Sistem pencitraan di bagian belakang ponsel cerdas Anda mungkin memiliki
beberapa kamera iPhone 12 Pro terbaru memiliki tiga kamera di bagian belakang tetapi setiap kamera memiliki beberapa lensa atau elemen
lensa yang ditumpuk di atas satu sama lain. Sensor kamera utama pada iPhone 12
Pro yang disebutkan di atas menggunakan tujuh elemen lensa. Desain banyak lensa
seperti iPhone lebih unggul daripada pengaturan lensa tunggal; saat cahaya
melewati setiap lensa berturut-turut, gambar mendapatkan ketajaman dan
kejernihan.
 |
| An array of Metalenz-equipped camera modules. PHOTOGRAPH: JUSTIN KNIGHT |
"Optik biasanya di smartphone saat ini terdiri dari antara empat dan tujuh elemen lensa," kata Oliver Schindelbeck, manajer inovasi di produsen optik Zeiss, yang dikenal karena lensa berkualitas tinggi. "Jika Anda memiliki elemen lensa tunggal, hanya dengan fisika Anda akan memiliki penyimpangan seperti distorsi atau dispersi dalam gambar."
Lebih banyak lensa memungkinkan produsen untuk
mengkompensasi penyimpangan seperti aberasi kromatik (ketika warna muncul di
pinggiran gambar) dan distorsi lensa (ketika garis lurus muncul melengkung
dalam foto). Namun, menumpuk beberapa elemen lensa di atas satu sama lain
membutuhkan lebih banyak ruang vertikal di dalam modul kamera. Ini adalah salah
satu dari banyak alasan mengapa kamera "benjolan" pada smartphone
telah tumbuh lebih besar dan lebih besar selama bertahun-tahun.
"Semakin banyak elemen lensa yang ingin Anda kemas
dalam kamera, semakin banyak ruang yang dibutuhkan," kata Schindelbeck.
Alasan lain untuk ukuran benjolan termasuk sensor gambar yang lebih besar dan
lebih banyak kamera dengan lensa zoom, yang membutuhkan ruang ekstra.
Pembuat smartphone seperti
Apple telah meningkatkan jumlah elemen lensa dari waktu ke waktu, dan sementara
lainnya, seperti Samsung, sekarang melipat optik untuk membuat lensa
"periskop" untuk kemampuan zoom yang lebih besar, perusahaan umumnya
terjebak pada sistem elemen lensa tumpuk yang sudah dicoba dan benar.
"Optik menjadi lebih canggih, Anda menambahkan lebih
banyak elemen lensa, Anda menciptakan elemen asferis yang kuat untuk mencapai
pengurangan ruang yang diperlukan, tetapi tidak ada revolusi dalam 10 tahun
terakhir di bidang ini," kata Schindelbeck.
Di sinilah Metalenz masuk. Alih-alih menggunakan elemen
lensa plastik dan kaca yang ditumpuk di atas sensor gambar, desain Metalenz
menggunakan lensa tunggal yang dibangun di atas wafer kaca berukuran antara 1x1
hingga 3x3 milimeter. Lihatlah sangat dekat di bawah mikroskop dan Anda akan
melihat nanostruktur berukuran seserikat pun lebar rambut manusia. Nanostruktur
tersebut menekuk sinar cahaya dengan cara yang mengoreksi banyak kekurangan
sistem kamera lensa tunggal.
Teknologi inti dibentuk melalui satu dekade penelitian
ketika pendiri dan CEO Robert Devlin sedang mengerjakan PhD-nya di Universitas
Harvard dengan fisikawan terkenal dan pendiri Metalenz Federico Capasso.
Perusahaan ini dipisahkan dari kelompok penelitian pada tahun 2017.
Cahaya melewati nanostruktur berpola ini, yang terlihat
seperti jutaan lingkaran dengan diameter yang berbeda pada tingkat mikroskopis.
"Banyak cara lensa melengkung mempercepat dan memperlambat cahaya untuk
menekuknya, masing-masing memungkinkan kita untuk melakukan hal yang sama,
sehingga kita dapat menekuk dan membentuk cahaya hanya dengan mengubah diameter
lingkaran ini," kata Devlin.
 |
| PHOTOGRAPH: JUSTIN KNIGHT |
Kualitas gambar yang dihasilkan sama tajamnya dengan apa yang Anda dapatkan dari sistem multilens, dan nanostruktur melakukan pekerjaan mengurangi atau menghilangkan banyak penyimpangan yang merendahkan gambar yang umum untuk kamera tradisional. Dan desainnya tidak hanya menghemat ruang. Devlin mengatakan kamera Metalenz dapat memberikan lebih banyak cahaya kembali ke sensor gambar, memungkinkan gambar yang lebih cerah dan lebih tajam daripada apa yang Anda dapatkan dengan elemen lensa tradisional.
Manfaat lain? Perusahaan telah membentuk kemitraan dengan
dua pemimpin semikonduktor (yang saat ini dapat menghasilkan satu juta
"chip" Metalenz sehari), yang berarti optik dibuat dalam pabrik yang
sama yang memproduksi perangkat konsumen dan industri langkah
penting dalam menyederhanakan rantai pasokan.
Bentuk Baru Penginderaan
Metalenz akan masuk ke produksi
massal menjelang akhir tahun. Aplikasi pertamanya adalah berfungsi sebagai
sistem lensa sensor 3D di smartphone. (Perusahaan tidak memberikan nama pembuat
telepon.)
Devlin mengatakan
sensor 3D saat ini, seperti kamera TrueDepth Apple untuk Face ID, secara aktif
menerangi adegan dengan laser untuk memindai wajah, tetapi ini bisa menjadi
pengurasan pada masa pakai baterai ponsel. Karena Metalenz dapat membawa lebih
banyak cahaya ke sensor gambar, ia mengklaim itu dapat membantu menghemat daya.
Kabar baik lainnya? Jika itu adalah sensor 3D di bagian
depan ponsel untuk autentikasi wajah, Devlin mengatakan sistem Metalenz dapat
menghilangkan kebutuhan akan notch kamera besar yang menjuntai ke layar,
seperti yang ada di iPhone saat ini. Jumlah ruang yang disimpan dengan
meninggalkan elemen lensa tradisional akan memungkinkan lebih banyak pembuat
ponsel untuk menempatkan sensor dan kamera di bawah tampilan kaca perangkat,
sesuatu yang akan kita lihat lebih banyak tahun ini.
Devlin mengatakan aplikasi untuk Metalenz mencapai luar
smartphone. Teknologi ini dapat digunakan dalam segala hal mulai dari instrumen
untuk perawatan kesehatan hingga kamera augmented- dan virtual-reality, hingga
kamera dalam mobil.
Ambil spektroskopi sebagai contoh. Spektrometer digunakan
untuk mendeteksi panjang gelombang cahaya yang berbeda, dan biasanya digunakan
dalam alat tes medis untuk mengidentifikasi molekul tertentu dalam darah.
Karena metasurfaces memungkinkan Anda untuk runtuh "meja optik ke dalam
satu permukaan," Devlin mengklaim Anda dapat meletuskan sensor yang tepat
di smartphone dengan Metalenz untuk melakukan jenis pekerjaan yang sama.
"Anda benar-benar dapat melihat tanda tangan kimia
buah dengan spektrometer dan memberi tahu apakah itu matang," kata Devlin.
"Ini benar-benar bukan hanya gambar lagi, Anda benar-benar mengakses
segala macam bentuk akal yang berbeda, dan melihat dan berinteraksi dengan
dunia, mendapatkan seperangkat informasi baru ke dalam ponsel."
