Ming Chi Kuo vừa mới đưa ra dự báo nói rằng đến năm 2026 hoặc 2027, sẽ có cặp kính Apple Glasses, giải pháp kính thực tế ảo tăng cường với mức giá rẻ hơn so với Apple Reality Pro 3.000 USD dự kiến ra mắt ngay tại WWDC tháng 6 năm nay.
Một từ khóa rất đáng quan tâm trong dự đoán của Kuo, là “Metalens”, công nghệ tạo ra những thấu kính cực nhỏ, siêu mỏng, nhưng không hề tạo ra quang sai, cơn ác mộng của kỹ nghệ chế tác thấu kính quang học hàng trăm năm nay.
Không chỉ ứng dụng metalens vào kính Apple Glasses để xác thực Face ID, mà theo Kuo, công nghệ này sẽ được ứng dụng trước trên iPad Pro, ra mắt vào khoảng năm 2024. Lợi thế mạnh nhất của metalens chính là kích thước và khả năng hấp thụ ánh sáng phân cực để nhận diện hình ảnh.
Hiểu đơn giản, với metalens, chiếc iPhone của anh em trong tương lai sẽ không còn cái tai thỏ hoặc viên thuốc như bây giờ nữa, vì phần cứng Face ID có thể giấu ngay dưới màn hình, và vì kích thước rất nhỏ nên diện tích màn hình bị ảnh hưởng bởi hệ thống Face ID hay chính bản thân camera selfie sẽ được thu gọn về mặt kích thước.
Một từ khóa rất đáng quan tâm trong dự đoán của Kuo, là “Metalens”, công nghệ tạo ra những thấu kính cực nhỏ, siêu mỏng, nhưng không hề tạo ra quang sai, cơn ác mộng của kỹ nghệ chế tác thấu kính quang học hàng trăm năm nay.
Không chỉ ứng dụng metalens vào kính Apple Glasses để xác thực Face ID, mà theo Kuo, công nghệ này sẽ được ứng dụng trước trên iPad Pro, ra mắt vào khoảng năm 2024. Lợi thế mạnh nhất của metalens chính là kích thước và khả năng hấp thụ ánh sáng phân cực để nhận diện hình ảnh.
Hiểu đơn giản, với metalens, chiếc iPhone của anh em trong tương lai sẽ không còn cái tai thỏ hoặc viên thuốc như bây giờ nữa, vì phần cứng Face ID có thể giấu ngay dưới màn hình, và vì kích thước rất nhỏ nên diện tích màn hình bị ảnh hưởng bởi hệ thống Face ID hay chính bản thân camera selfie sẽ được thu gọn về mặt kích thước.
Đọc thêm: https://tinhte.vn/thread/apple-glasses-duoc-cho-la-se-trang-bi-cong-nghe-metalens.3656793/
Metalens là thành quả nghiên cứu của những khoa học gia và kỹ sư đại học Harvard. Tiền đề tạo ra công nghệ hấp thụ ánh sáng phân cực này được các nhà nghiên cứu gọi là metasurface. Và để hiểu cách metalens vận hành ra sao, thiết nghĩ cũng nên nhắc lại cách vận hành của những thấu kính bên trong một ống kính chụp hình truyền thống.
Từ máy DSLR đến mirrorless, cho đến cả camera smartphone của anh em bây giờ đều ứng dụng cơ chế kết hợp nhiều thấu kính với đường cong lồi lõm khác nhau. Đó là hệ quả của hiện tượng gọi là cầu sai (spherical aberration), một “triệu chứng” của hiện tượng quang sai (optical abberation).
Trên lý thuyết, một thấu kính có thể hội tụ hoặc phân kỳ những chùm tia sáng chạy qua thông qua một tiêu điểm cố định. Tuy nhiên trong đời thực thì tiêu điểm không bao giờ cố định, vì nhiều lý do như thấu kính không hoàn hảo, khác biệt về khúc xạ giữa những thấu kính… Những nguyên do ấy khiến một bức ảnh chụp không nét như ý muốn của anh em, nơi các chùm tia sáng đi vào từ rìa ngoài của thấu kính. Hệ quả là hình ảnh bị nhòe, méo, màu sắc bị phân cực, hoặc tệ nhất là chi tiết sai lệch.
Đọc thêm: https://tinhte.vn/thread/nha-vat-ly-mexico-giai-quyet-duoc-hien-tuong-cau-sai-giup-tao-ra-ong-kinh-may-anh-re-ma-sac-net.2997377/
Để vượt qua rào cản này, các nhà sản xuất ống kính quang học khắc phục bằng cách kết hợp những thấu kính hội tụ và phân kỳ để chỉnh lại tiêu điểm cho chính xác. Bù lại, chúng rất đắt vì mỗi ống kính đều được các hãng nghiên cứu và sản xuất riêng từng thấu kính.
Quảng cáo
Ngay cả trên smartphone, hiện tượng cầu sai cũng khiến hệ thống camera trên những chiếc điện thoại cao cấp, từ S23 Ultra, iPhone 14 Pro Max cho tới Pixel 7 Pro càng lúc càng lồi ra khỏi mặt lưng, vì hệ thống ống kính bên trong vô cùng phức tạp, để điện thoại chụp được những bức hình không góc chết.
Điều đó đưa chúng ta đến với giải pháp metalens. Thay vì những lăng kính với tiêu cự khác nhau kết hợp lại để triệt tiêu quang sai như trong hai hình minh họa ở trên, metalens là một bề mặt cực mỏng, và phẳng hoàn toàn. Trên diện tích một “ống kính” metalens siêu nhỏ là hàng nghìn kết cấu kích thước tính bằng nano mét, sắp xếp theo bố cục đồng tâm, nhìn không khác gì công nghệ gia công những chip bán dẫn tiến trình nano mét ở thời điểm hiện tại cả.
Đoạn này là mô tả sâu kết cấu của từng kết cấu siêu nhỏ, làm thế nào để tạo ra chúng, và làm thế nào chúng hấp thụ và phân cực được ánh sáng. Có hai cấu trúc cơ bản tạo ra bề mặt metasurface cho những ống kính metalens: Điện môi (dialectric) hoặc plasmonic. Vật liệu điện môi đã được dùng trong nhiều thiết bị quang học phổ biến, và chúng cũng được dùng để phân cực ánh sáng tách ra những bước sóng phụ tán xạ từ bề mặt metasurface.
Những vật liệu điện môi dùng để tạo ra độ trễ pha của sóng ánh sáng chiếu vào ống kính, và giờ con người đã nghiên cứu được những vật liệu điện môi không tạo ra quang sai, hạn chế nhiễu xạ, không phụ thuộc vào mức độ phân cực, và có thể nhận diện dải sóng ánh sáng rất rộng.
Còn vật liệu plasmonic thì được dùng để định hình biên độ của bức xạ điện từ, và có thể dùng nhận diện trên nhiều vùng bước sóng ánh sáng. Những tính chất của vật liệu plasmonic được xác định rất cụ thể trong quá trình sản xuất thấu kính metalens, để đảm bảo hiệu quả bắt sáng của ống kính.
Quảng cáo
Những kết cấu siêu nhỏ (như trong hình chụp dưới kính hiển vi điện tử phía trên đây) làm nhiệm vụ bẻ cong, phân cực hoặc hội tụ, rồi định hướng lại nguồn sáng, theo cách giống hệt như những thấu kính hội tụ hay phân kỳ trong ống kính chụp hình làm việc cả trăm năm qua.
Bên cạnh việc kích thước và độ dày cực nhỏ, lợi thế đáng ngạc nhiên nhất của metalens chính là việc không bao giờ xảy ra hiện tượng quang sai hoặc cầu sai, vì chúng không phải những thấu kính có tiêu cự cụ thể như truyền thống. Và vì chỉ có đúng một thấu kính chắn giữa cảnh vật và cảm biến CMOS, nên ánh sáng lọt vào cảm biến chụp hình cũng sẽ có cường độ cao hơn so với việc dùng một dàn lens chắn CMOS để triệt tiêu quang sai.
Và ở ngoài đời thật, dưới mắt thường, không có kính hiển vi, một thấu kính metalens trông như thế này. Với kích thước như thế này, điện thoại trong tương lai sẽ lại có thể thực hiện cuộc chạy đua “siêu mỏng” như vài năm trước, mà không ảnh hưởng tới chất lượng ảnh chụp. Một giải pháp khác là những hệ thống camera selfie hoặc nhận diện khuôn mặt siêu nhỏ giấu dưới màn hình:
Một lợi thế trên lý thuyết nữa của metalens là sản lượng “ống kính” có thể tạo ra hàng ngày có để đạt con số hàng triệu đơn vị, chứ không tốn nhiều công sức và thời gian sản xuất ra những thấu kính không tì vết như trong ống kính máy ảnh và điện thoại bây giờ anh em đang dùng.
Tính đến thời điểm hiện tại, lăng kính phân cực ánh sáng để ghi hình mới chỉ được áp dụng vào những ngành mang tính chuyên môn cao như y tế. Lấy ví dụ, ống kính phân cực ánh sáng có thể giúp các bác sĩ nhận diện ung thư da, hoặc các nhà khoa học đánh giá mức độ ô nhiễm của không khí, hay thậm chí là đo đạc áp lực mà một món đồ đang phải chịu để nghiên cứu độ bền vật liệu.
Tổng kết lại những lợi thế của metalens:
- Kích thước cực nhỏ, chỉ bằng hạt gạo.
- Kết cấu được thiết kế chính xác để thu nhận nguồn sáng, hoàn toàn không xảy ra cầu sai và quang sai như lens truyền thống.
- Chỉ cần một lăng kính, giúp CMOS lấy sáng nhiều hơn so với cả hệ thống lens hiện tại.
- Có thể tạo ra những hệ thống máy ảnh với cơ chế lấy nét tự do mà lăng kính hoàn toàn không phải di chuyển, vì thế không tạo ra nguy cơ hỏng hóc như hệ thống ống kính truyền thống.
- Sản xuất dựa trên tiến trình in thạch bản hệt như chip bán dẫn, sản lượng có thể đạt hàng triệu lăng kính mỗi ngày.
- Có thể đáp ứng rất nhiều nhu cầu và sản phẩm thương mại, từ tiêu dùng đến chuyên nghiệp.
Hiện giờ công nghệ ống kính phân cực ánh sáng vẫn còn rất đắt, nhưng giải pháp mà Metalenz đưa ra lại có tiềm năng phục vụ thị trường tiêu dùng. Metalenz là đơn vị nghiên cứu sản phẩm thương mại, được tách ra từ nhóm phát triển và nghiên cứu của đại học Harvard, và giải pháp của họ được đặt tên là PolarEyes, phát triển để phục vụ những hệ thống nhận diện gương mặt sinh trắc học, như chính bản thân Face ID chẳng hạn.
Những “ống kính phẳng” PolarEyes trong hình trên có khả năng thu nhận những dải sóng ánh sáng phân cực mà hệ thống camera truyền thống thường có xu hướng bỏ qua. Nhờ đó, mức độ bảo mật và tiện dụng của Face ID hay mọi giải pháp nhận diện gương mặt khác đều sẽ được tăng đáng kể.
Lấy ví dụ, vài chiếc điện thoại Android bây giờ vẫn còn có thể bị đánh lừa bởi một gương mặt đeo khẩu trang hoặc một tấm hình 2D in gương mặt chủ máy với độ chi tiết cao. Face ID thì khó đánh lừa hơn nhiều, vì nó sở hữu camera TrueDepth, định hình gương mặt theo dạng lưới, với những tia hồng ngoại mà mắt anh em không nhìn thấy để phân vùng gương mặt dưới dạng hình ảnh không gian 3 chiều. Tuy nhiên giới hạn của camera TrueDepth cũng đã được ghi lại rất cụ thể, lưới tia hồng ngoại có độ phân giải giới hạn, đeo khẩu trang che nửa mặt là Face ID coi như vô dụng, chí ít là cho tới khi Apple ra mắt tùy chọn dùng Face ID khi đeo khẩu trang.
Xét riêng tới trường hợp của Apple, ống kính metalens sẽ cho phép dữ liệu mà camera TrueDepth nhận được dồi dào hơn, chi tiết hơn, mà thậm chí che nửa mặt cũng đủ nhận diện chủ máy. Quan trọng hơn cả, với metalens, toàn bộ module camera Face ID trên iPhone hay iPad sẽ trở thành một ống kính duy nhất kẹp chung với ống kính siêu nhỏ. Và cũng nhờ kích thước của metalens, biết đâu trong tương lai Face ID sẽ lên được MacBook?
Nhưng đó cũng mới chỉ là một trong số vô vàn những ứng dụng tiềm năng của công nghệ ống kính metalens. Tuy nhiên vẫn chưa thấy có một roadmap cụ thể và chi tiết để xem tới khi nào công nghệ này mới được đưa ra khỏi phòng nghiên cứu của đại học Harvard, quan trọng nhất là có định hướng sản xuất tối ưu chi phí để giúp thương mại hóa công nghệ này.
