Làm thế nào mà công nghệ kì diệu này lại giúp camera chụp ảnh không cần tới ống kính?

Các kĩ sư đã nghiên cứu chế tạo thành công một chiếc camera không cần ống kính. Họ thay thế thấu kính bằng một thứ khác có thể làm được công việc tương tự, một chùm tia quang học được điều chỉnh khi đi qua một con chip silicon phủ một lớp silicon siêu mỏng.

Họ hi vọng rằng khám phá này sẽ có thể biến hầu hết các mặt phẳng trở thành một màn nhận hình ảnh.

Để có thể chụp được một bức hình, máy ảnh sử dụng ống kính. Trong các máy ảnh kỹ thuật số, ống kính có tác dụng tập trung ánh sáng vào một cảm biến kĩ thuật số. Nhưng mạng lưới quang học này là một nhóm những bộ nhận ánh sáng, khiến ánh sáng được nhận vào chậm lại khoảng một phút. Khoảng thời gian này cho phép máy ảnh nhận và điều chỉnh ánh sáng theo ý muốn

“Giống như đa số mọi thứ khác trong cuộc sống, việc chọn đúng thời điểm là quan trọng nhất”, Ali Hajimiri từ Caltech nói. “Với hệ thống mới này của chúng tôi, bạn có thể nhìn theo một hướng mà mình muốn và nhìn vào một khoảng rất nhỏ của khung hình đang có trước mắt bạn ở bất kì thời điểm nào, làm được vậy là nhờ khả năng điều khiển chọn thời điểm chính xác được tới mức femto-giây – một phần một triệu tỷ giây”.

Công nghệ chùm tia – phased array này đã được SpaceX cũng như Google dự kiến sử dụng để cung cấp Internet tốc độ cao cho Trái Đất. Chúng hoạt động nhờ các trạm phát sóng được định sẵn, gửi đi những tín hiệu giống nhau tới các điểm nhận.

Tín hiệu từ những trạm phát sóng gần nhau sẽ ảnh hưởng tới nhau. Thậm chí ở một số nơi, sóng còn triệt tiêu lẫn nhau nhưng cũng có trường hợp, chúng khuếch đại sóng lên. Bằng việc thêm vào một khoảng trễ (chậm một phút như trong công nghệ máy ảnh không ống kính trên), một tín hiệu được tập trung có thể được di chuyển theo ý muốn – về cơ bản, ta có thể có một hệ thống vô lăng để lái những tín hiệu kia theo ý mình.

Máy ảnh trong thử nghiệm mới này sử dụng quy tắc lái tín hiệu tương tự, có điều là theo hướng ngược lại. Nó được tạo nên từ một một lớp silicon mỏng và nhạy sáng, được phủ lên trên một con chip silicon. Những thành tố nhạy sáng nhận bước sóng vào, cản trở và phá hủy mọi hướng ánh sáng chiếu vào nhưng chỉ chừa ra một hướng duy nhất. Tại hướng đó, những sóng ánh sáng cường hóa lẫn nhau, tạo ra một tia sáng tập trung có thể được điều khiển bằng điện.

“Cách thức một chiếc máy ảnh hoạt động cũng giống với việc ta quan sát mọi vật thông qua một cái ống hút vậy. Ta có thể tạo ra một hình ảnh một cách vô cùng nhanh chóng bằng việc thay đổi đường đi của ánh sáng, thay vì cầm chính cái máy ảnh đó để di chuyển”, chỉ đạo nghiên cứu Reza Fatemi nói.

Đây là cách nó hoạt động.

Tuy nhiên đừng vội mừng vì công nghệ máy ảnh sắp đạt bước đột phá lớn, bởi thiết bị này vẫn chỉ là bằng chứng cho thấy công nghệ này hoạt động được, chứ chưa thể áp dụng được ngay. Hiện nó chỉ là một con chip với 64 bộ nhận sáng sáng cho ra hình ảnh pixel 4x4, còn quá xa so với bất kì ống kính nào hiện tại.

Các nhà nghiên cứu mong muốn rằng theo thời gian, hệ thống máy ảnh không ống kính này có thể thay đổi toàn bộ công nghệ chụp ảnh, quay phim hiện tại.

“Ứng dụng của hệ thống này nhiều vô kể”, Behrooz Abiri từ đội ngũ nghiên cứu nói. “Kể cả trong điện thoại thông minh ngày nay, độ dày của camera chính là thứ giới hạn việc điện thoại bạn có thể mỏng tới mức nào. Một khi công nghệ này bùng nổ, nó sẽ biến ống kính và những camera dày nặng trở thành thứ lỗi thời”.

Mục tiêu tương lai của các nhà nghiên cứu là tạo ra một con chip có thể có nhiều bộ nhận hình ảnh hơn, cho ra những hỉnh ảnh có độ phâm giải cao hơn và khả năng nhạy sáng tốt hơn. “Khả năng dùng điện để điều khiển mọi thuộc tính ánh sáng bằng việc sử dụng một lớp silicon siêu mỏng mà lại rẻ tiền, bên cạnh đó lại không cần tới việc chỉnh bằng tay, mở ra một thế giới hình ảnh hoàn toàn mới”, Hajimiri nói.

Nghiên cứu đã được các nhà khoa học đăng tải trên OSA Technical Digest.