Máy ảnh siêu mỏng không cần… ống kính

Các kĩ sư của Caltech vừa phát triển thành công một thiết kế camera mới cho phép loại bỏ các thấu kính quang học bằng một mảnh thu quang cực mỏng áp dụng “công nghệ siêu âm tổ hợp pha quang học” (OPA).

Với công dụng không khác gì ống kính thậm chí còn tốt hơn, OPA cho phép các nhà nghiên cứu thu được ánh sáng tại nhiều thời điểm với các điểm lấy nét khác nhau, và cuối cùng tạo ra một tấm hình hoàn chỉnh nhờ những luồng sáng trên.

Thậm chí những chiếc máy ảnh được tích hợp trên điện thoại thông minh mỏng nhất hiện này cũng cần phải sử dụng lens với nhiều hình dạng khác nhau để chụp ảnh.

Tuy nhiên, sự xuất hiện của nhiều nhóm ống kính khiến máy ảnh cồng kềnh và không tiện dụng; đó là còn chưa kể đến giá cả không hợp lý, một số ống kính còn đắt hơn cả máy ảnh. Kết hợp máy ảnh và ống kính lại làm cho giá cả của một cái máy ảnh hoàn chỉnh cao vượt tầm với nhiều người.

Nghiên cứu này đã được trình bày tại Hội nghị của Hiệp hội quang học Hoa Kỳ (OSA) và được xuất bản trực tuyến trong Tiêu chuẩn Kỹ thuật OSA vào tháng 3 năm 2017.

Khả năng ngắm mọi hướng

Máy ảnh truyền thống cần tới thấu kính hoặc lỗ kim để tập trung ánh sáng vào vị trí cảm biến. Nếu muốn chụp thứ gì đó, người chụp phải ngắm ống kính vào vật đó.

Tiến bộ hơn lens, mảnh OPA có một bộ tiếp nhận ánh sáng lớn, mỗi điểm tiếp nhận còn có thể tự động thêm bớt một lượng nhỏ thời gian tiếp xúc. Nhờ đó mà máy ảnh mới này có thể ngắm vào nhiều hướng cùng một lúc (như mắt cá) với các điểm lấy nét khác nhau.

Máy ảnh không cần ống kính của các chuyên gia thuộc Caltech (Ảnh: Caltech).

"Như các loại máy ảnh khác, thời điểm chụp ảnh là yếu tố quyết định để tạo nên một bức hình đẹp. Với hệ thống mới của chúng tôi, máy ảnh có thể ngắm vào hướng người dùng mong muốn và tạo ra được một tấm ảnh đẹp vào bất cứ lúc nào", Ali Hajimiri - Giáo sư môn Kỹ thuật điện và Kỹ thuật Y khoa của viện Caltech, và là nhà nghiên cứu chính của dự án cho biết.

"Chúng tôi đã tạo ra một lớp silicon tĩnh điện tích hợp có thể mô phỏng công dụng của ống kính và cảm biến trên máy ảnh kỹ thuật số. Máy ảnh sử dụng công nghệ mới còn có thể chụp hình với nhiều hiệu ứng ống kính khác nhau chỉ đơn giản bằng việc điều chỉnh cách nhận sáng. Nhờ đó, người dùng có thể chụp được các bức hình fish-eye (mắt cá) hay tele (phóng xa) dễ dàng", Hajimiri nói.

"Máy ảnh mới tạo ra tấm ảnh bằng cách thao tác trên lượng ánh sáng nhận được. Nó sẽ quét toàn cảnh phía trước vào sau đó tạo ra bức hình theo hướng nhìn người chụp muốn. Người dùng có thể sở hữu một bức hình mới với tộc độ cực nhanh mà không cần phải di chuyển máy ảnh sáng hướng khác", Reza Fatemi – thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết.

Vô số ứng dụng

"Ứng dụng của máy ảnh không lens là vô tận. Trong thời đại mà thiết kế cực mỏng đang là xu thế, ống kính máy ảnh lại là một trong những thành phần làm dày những chiếc điện thoại thông minh kia. Khi công nghệ mới được phổ biến rộng rãi, máy ảnh cồng kềnh và ống kính đắt đỏ sẽ bị xóa sổ. Thành tựu trên còn có thể được ứng dụng trong ngành khoa học vũ trụ bằng cách khiến những chiếc kính viễn vọng khổng lồ trên đất liền hay trạm không gian trở nên mỏng đi”.

Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục làm việc để cải tiến máy ảnh. Trong tương lai sẽ tập trung vào việc nhân rộng máy ảnh bằng cách thiết kế các chip điện tử hiện đại chứa nhiều điểm nhận sáng để có thể giúp người dùng tạo ra được các hình ảnh có độ phân giải và độ nhạy tốt hơn, các nhà khoa học cho biết.

Nghiên cứu có tiêu đề: "An 8X8 Heterodyne Lens-less OPA Camera" và được tài trợ bởi tổ chức Sáng kiến Đổi mới Rothenberg hay được biết đến trước đó với cái tên Sáng kiến Đổi mới Caltech.

Ống kính máy ảnh hay Lens được các nhiếp ảnh gia coi là con mắt của chiếc máy ảnh. Các tia sáng phải đi qua ống kính trước khi chiếu lên kính ngắm, bề mặt tấm phim (của máy chụp phim) hay cảm biến để tạo nên hình ảnh.

Chất lượng tia sáng và lượng sáng qua ống kính sẽ quyết định đến chất lượng của hình ảnh. Vì vậy ống kính có vai trò rất quan trọng trong việc xử lý hình ảnh.

Một số loại lens được sử dụng phổ biến trên hiện nay:

Lens Kit: là loại ống kính được bán kèm với thân máy ảnh ống kính rời SLR hoặc DSLR dòng phổ thông. Phù hợp với những người mới bắt đầu tìm hiểu máy ảnh.

Lens Prime: là loại lens có tiêu cự cố định. Vì vậy, nếu muốn zoom (phóng lớn), bạn chỉ có thể dùng…chân để tiếp cận đối tượng.

Lens Zoom: Là loại lens có thể thay đổi tiêu cự, người chụp có thể zoom ở nhiều dải tiêu cự từ 18 đến 300mm. Giống như lens Kit, đây là loại lens đáp ứng được hầu hết các nhu cầu chụp hình đơn giản.

Lens Tele: Là loại lens có nhiều dải tiêu cự, tiêu cự cực lớn cỡ 1400mm được gọi là super Tele. Người ta thường dùng loại ống kính này để chụp các vật thể ở xa, khó tiếp cận.

Lens góc rộng: Là những ống kính có tiêu cự nhỏ hơn 50mm, dùng để chụp toàn cảnh một vật thể lớn (VD: sân vận động, thung lũng dưới chân núi).

Tùng Minh (Siencealert)