Tecno показала перископ 1x-9x и камеру Шмидта-Кассегрена для смартфонов

Tecno провела ежегодную презентацию Future Lens, на которой представила инновационные решения для мобильных камер. Они далеко не всегда становятся в будущем частью смартфонов Tecno — но показывают направление, в котором думают китайские инженеры и в котором могут развиваться мобильные камеры.

В этом году Tecno предложила два крайне интересных решения: перископ 1x-9x с линзами Альвареса и компактное исполнение камеры Шмидта-Кассегрена. Оба они направлены на то, чтобы реализовать камеру с большим зумом в компактных размерах, причём не за счёт использования особо маленького сенсора.

В 1960-ых годах выдающийся американский физик Луис Альварес (в прошлом участник Манхеттенского проекта и в будущем лауреат Нобелевской премии) изобрёл крайне необычную конструкцию объектива с переменным фокусным расстоянием (т.е. переменным зумом). Вместо того, чтобы двигать сенсор или линзы вдоль оптической оси, что требует больших размеров сенсора, он предложил установить две линзы специальной формы, сдвиг которых поперёк оптической оси меняет фокусное расстояние, то есть зумит картинку. Это позволяет делать объективы с непрерывным зумом от 1х до очень-много-х, не увеличивая их в размерах по сравнению с обычными 1х объективами.

Предложенную Луисом Альваресом систему стали в его честь называть линзами Альвареса, однако на практике они никогда не использовались. Это связано с тем, что те самые две подвижные линзы имеют довольно сложную форму, которую нужно точно воспроизвести, чтобы объектив исправно работал и позволял снимать с высоким качеством. Это делает производство чрезвычайно дорогим, что и мешает массовому использованию линз Альвареса.

Однако, трудности не пугают Tecno, и одной из двух новинок презентации Future Lens стал перископический фотомодуль с зумом от 1x до 9x, основанный именно на линзах Альвареса.

Второе предложенное Tecno решение существенно проще — это объектив системы Шмидта-Кассегрена, разработанный в 1930-1940-ых годах немецкими и французскими учёными. Внешняя линза имеет форму кольца, но проходящий через неё свет попадает не сразу на сенсор, а сначала на зеркало, которое тоже имеет форму кольца. Это зеркало отражает свет на другое зеркало, расположенное в середине внешней линзы (там, где у кольца отверстие) — и только после этого свет через отверстие в первом зеркале попадает на сенсор.

В результате свет проходит расстояние между зеркалами трижды, что позволяет «упаковать» втрое большее фокусное расстояние (то есть втрое больший зум) в модуль таких же размеров. При этом схема не требует никаких особо сложных оптических компонентов, а потому широко используется — но не в фотографии, а в астрономии, при конструировании телескопов.

У системы Шмидта-Кассегрена, однако, есть и свои недостатки. Самый заметных из них — очень странная форма боке: не привычное круглое, а в виде колечек. Кроме того, у подобных объективов обычно узкая диафрагма (не шире f/5,6), а значит, придётся либо тянуть выдержку, либо увеличивать ISO и потом как-то давить шумы. Однако, по словам Tecno, Samsung и Largan уже развернули производство компонентов для таких объективов.

Создан сверхмалый спектрометр для смартфонов

Исследователям удалось создать уникальный спектрометр. Он в тысячи раз меньше существующих приборов и с высочайшей точностью определяет длину волн света — от ультрафиолета до ближнего инфракрасного диапазона.

Эта технология открывает путь к карманным спектрометрам, а в перспективе — к целым сенсорным массивам для новейших систем спектрального анализа изображений.

Подробности опубликованы в издании Device

“

Спектрометры — незаменимые инструменты для изучения мира, — говорит профессор Брендан О’Коннор, ведущий автор исследования. — Они показывают, как свет, взаимодействуя с веществом, меняет свои свойства, а мы по этим изменениям понимаем химический и физический состав материала. Их применяют везде — от промышленности до медицинской диагностики. Но даже самые компактные модели остаются довольно громоздкими.

“

Наше устройство работает быстро, при низком напряжении и охватывает огромный спектр света, — продолжает О’Коннор. — Прототип занимает площадь в несколько квадратных миллиметров — его легко разместить в смартфоне. При желании его можно сделать размером с один пиксель.

Секрет технологии — в крошечном фотодетекторе, который улавливает свет после его контакта с исследуемым объектом.

Меняя напряжение на детекторе, ученые управляют его чувствительностью к разным длинам волн.

“

Если быстро подать на детектор серию напряжений и записать, какие волны света он регистрирует в каждый момент, то с помощью простой программы можно восстановить точную спектральную подпись исследуемого света, — объясняет профессор. — На весь процесс уходит меньше миллисекунды, а разброс напряжений не превышает одного вольта.

Ранние попытки миниатюризации страдали от сложной оптики, требовали высокого напряжения или были чувствительны лишь к узкому диапазону.

Новый датчик лишен этих недостатков. В тестах он показал точность, сопоставимую с громоздкими лабораторными спектрометрами, и чувствительность на уровне коммерческих фотодетекторов.

“

Наша цель — вывести спектрометры на массовый рынок, — заявляет О’Коннор. — Компактность и низкое энергопотребление позволяют встроить их в смартфон, а это рождает множество идей: от бытового применения до новых исследовательских инструментов в микроскопии и спектральной визуализации.

Польза этой разработки выходит далеко за рамки лаборатории. Массовое удешевление и миниатюризация спектрального анализа могут изменить многие сферы.

•Медицина и здоровье: Появится возможность создания карманных анализаторов для экспресс-диагностики — например, по капле крови или выдыхаемому воздуху. Интеграция в умные часы позволит непрерывно отслеживать ключевые биохимические показатели.

•Пищевая безопасность и качество жизни: Смартфон с таким сенсором сможет проверять свежесть продуктов, определять состав пищи, выявлять аллергены или оценивать чистоту воды прямо в походе.

•Наука и образование: Резко снизятся стоимость и порог вхождения для проведения спектральных исследований. Школьные лаборатории и любительские научные проекты получат доступ к инструментам, которые раньше были уделом крупных институтов.

•Промышленность и экология: Компактные сенсорные сети смогут в режиме реального времени контролировать выбросы на производстве, анализировать состав почвы на полях или отслеживать состояние окружающей среды.

Основной вопрос к исследованию лежит в плоскости практической реализации и перехода от лабораторного прототипа к серийному устройству. В статье не затрагиваются ключевые инженерные вызовы: как обеспечить стабильность и повторяемость характеристик миллионов таких датчиков при массовом производстве? Как интегрировать их с оптикой смартфона, которая не предназначена для спектрального анализа, и решить проблему калибровки для рядового пользователя?

Кроме того, «простой вычислительной программе» для реконструкции спектра потребуются достаточно мощные алгоритмы, чтобы компенсировать неизбежное отсутствие в такой системе высококачественной диспергирующей оптики традиционных спектрометров. Успех будет зависеть не столько от работы самого сенсора, сколько от преодоления этих технологических и программных барьеров.