Tækni til framleiðslu á myndavélum með ljósleiðaraaðdrátt í snjallsímum
Á undanförnum árum hafa snjallsímamyndavélar þróast hratt. Þó að símar hafi áður treyst á eina einfaldri linsu, eru margir þeirra nú með margar myndavélar, stóra skynjara, háþróaða myndvinnslu og eiginleika sem áður fyrr voru aðeins að finna í faglegum myndavélum. Ein af spennandi nýjungum er ljósleiðari - möguleikinn á að stækka mynd án þess að fórna smáatriðum verulega, eins og stafrænn aðdráttur. En að ná fram ljósleiðari í tæki eins þunnt og snjallsími er ekki auðvelt verk. Þessi grein fjallar um tæknina á bak við ljósleiðara í snjallsímum, allt frá ljósfræðilegum meginreglum og linsuhönnun til periscope-kerfa og stöðugleika til framleiðsluáskorana.
1. Að skilja ljósleiðaraaðdrátt vs. stafrænan aðdrátt
Ljósaðdráttur þýðir að stækkun er náð með því að breyta brennivídd með linsueiningum. Þar sem ljós er „stækkað“ líkamlega áður en það nær skynjaranum helst myndgæðin mikil: smáatriði varðveitast betur, suð er betur stjórnað og skerpan er stöðugri.
Aftur á móti sker stafræn aðdráttur í raun svæði myndarinnar úr skynjaranum og stækkar það síðan með reikniritum. Niðurstaðan virðist oft óskýr eða pixluð, sérstaklega við mikla stækkun, þar sem engar viðbótar sjónrænar upplýsingar eru innifaldar.
Þess vegna keppast snjallsímaframleiðendur við að kynna aðdráttarlinsur (2x–3x) og jafnvel periscope-kerfi (5x–10x) svo að notendur geti tekið myndir úr fjarlægð án þess að tapa gæðum.
2. Aðalatriði: Brennvídd og takmarkanir á snjallsímaþykkt
Í hefðbundnum myndavélum þarfnast ljósleiðari pláss til að færa linsuna fram og til baka. DSLR eða spegillausar myndavélar eru með þykkari kassa, sem gerir kleift að breyta fjarlægðinni milli linsueininga meira sveigjanlega.
Snjallsímar standa frammi fyrir mikilli áskorun: pláss er afar takmarkað (venjulega um 7–9 mm þykkt). Til að ná mikilli sjónstækkun þarf lengri brennivídd – en sú brennivídd krefst einnig meira pláss. Þá kemur nútíma sjóntækni við sögu.
3. Aðferðir við aðdrátt í snjallsíma: Föst aðdráttarlinsa vs. breytileg aðdráttarlinsa
Almennt eru tvær leiðir til að veita sjón-aðdrátt:
1. Föst aðdráttarlinsa (föst stækkun)
Margir snjallsímar nota aðdráttarmyndavélar með fastri stækkun, eins og 2x eða 3x. Þetta er auðveldara í framkvæmd því einingin þarf ekki að hreyfast um allt aðdráttarsviðið; hún þarf bara að stilla fókus.
2. Breytileg sjónræn aðdráttur (raunveruleg aðdráttur)
Flóknara þar sem það þarfnast hreyfanlegs linsuþáttar til að breyta brennivíddinni. Sumir hágæða snjallsímar eru farnir að innleiða þetta (t.d. 3,5x–7x sviðið), en fjöldi þeirra er enn takmarkaður vegna vélrænna, kostnaðar- og endingaráskorana.
4. Periscope-tækni: Að snúa ljósleiðum til að passa í snjallsíma
Frægasta nýjungin í snjallsímum fyrir mikla ljósleiðaraaðdrátt er periscope myndavélin. Meginreglan:
– Ljós kemur inn um aftari linsu snjallsímans.
– Síðan endurkastast það 90 gráður af prisma eða spegli (venjulega prisma).
– Eftir það ferðast ljósið samsíða snjallsímanum (lárétt), ekki í gegnum þykkt símans.
Með því að „brjóta“ ljósleiðina geta framleiðendur bætt við lengri aðdráttarlinsum án þess að síminn verði þykkari. Þess vegna geta periskopar náð 5x til 10x ljósaðdrátt.
Mikilvægir þættir periskops:
– Hágæða prisma/spegill: verður að vera nákvæmur til að skerða ekki skerpu og birtuskil.
– Aðdráttarlinsusamstæða: samanstendur venjulega af nokkrum plast- og/eða glerhlutum.
– Skynjari: notar oft sérsniðna skynjarastærð vegna þess að pláss fyrir einingar er takmarkað.
– Fókus- og stöðugleikakerfi: mjög mikilvægt því við mikla stækkun líta jafnvel litlir titringur stórir út.
5. Linsuhönnun: Efni og uppröðun sjónrænna þátta
Að búa til ljósleiðara í snjallsíma þýðir að hanna ljósleiðara sem:
– hvass í miðjunni og á brúnum,
– lágmarks röskun,
– lágmarks litfrávik (litajaðar),
– helst bjart (ljósopið er nógu stórt),
– og helst þunnt og höggþolið.
Linsuefni
Flestar snjallsímalinsur nota ljósfræðilegt fjölliðuplast því það er létt, ódýrt og auðvelt að móta með mikilli nákvæmni. Hins vegar nota sumir framleiðendur glerhluta eða sérstök efni til að bæta ljósleiðni og draga úr röskun fyrir hágæða aðdráttarlinsur/periscope-einingar.
Rað frumefna
Aðdráttarlinsur eru yfirleitt samansettar úr nokkrum aspherískum linsum. Aspherískar linsur geta dregið úr frávikum með færri linsum - sem er nauðsynlegt til að spara pláss.
6. Sjálfvirk fókus: VCM og nútímaleg fókustækni
Sjónræn aðdráttur er aðeins gagnlegur ef fókusinn er hraður og nákvæmur. Fókuskerfi í snjallsímum nota venjulega:
– VCM (raddspólumótor): lítill rafsegulmótor sem færir linsuna til að stilla fókus.
– Dual Pixel PDAF eða quad pixel PDAF: skynjaratækni sem hjálpar til við að greina fasa fyrir hraðari fókus.
– Sjálfvirkur leysigeislafókus (á sumum gerðum): hjálpar til við að mæla fjarlægðir fljótt í dimmu umhverfi eða þegar myndefni eru nálægt.
Í aðdráttarmyndavélum þarf sjálfvirki fókusinn að vera nákvæmari því dýptarskerpan getur verið minni og smáir titringar eru áberandi.
7. OIS með sjónrænum aðdrætti: Stöðugleiki er erfiðari
Við langar brennivíddir er helsta vandamálið titringur í höndum. Þess vegna eru aðdráttar-/periscope-einingar oft með OIS (sjónrænni myndstöðugleika).
Það eru tvær almennar aðferðir:
– Linsfærsla með OIS: linsueiningar eru færðar til til að bæta upp titring.
– Skynjarafærsla á OIS: skynjarinn er færður (algengara í stórum myndavélum, nú farið að birtast í ákveðnum snjallsímum).
Fyrir periskopa er OIS krefjandi vegna takmarkaðs rýmis og „brotins“ ljósleiðar. Vélbúnaðurinn verður að vera afar nákvæmur og höggþolinn.
8. Framleiðsluferli: Mikil nákvæmni í litlum mælikvarða
Framleiðsla á ljósleiðara fyrir snjallsíma felur í sér fjölda mikilvægra ferla:
1. Prentun/framleiðsla linsuþátta
Plastþættir eru mótaðir með nákvæmri sprautusteypu. Fyrir gler er ferlið flóknara, þar á meðal slípun og pússun.
2. Endurskinsvörn
Þunnt lag er borið á til að draga úr innri endurskini og auka birtuskil, sérstaklega mikilvægt í periscope-kerfum þar sem endurskin geta verið fleiri.
3. Samsetning eininga (stilling)
Þetta er mikilvægt skref. Linsan, prisman og skynjarinn verða að vera í samræmi við vikmörk míkrómetra. Jafnvel minnsta villa getur dregið úr skerpu og valdið röskun.
4. Kvörðun frá verksmiðju
Eftir samsetningu er einingin stillt fyrir fókus, OIS, bjögun, vignettu og litaeiginleika. Þessi kvörðunargögn eru notuð af hugbúnaði myndavélarinnar til leiðréttingar í rauntíma.
9. Helstu áskoranir: Ljós, hávaði og gæði við mikla aðdráttarstillingu
Þó að ljósleiðari auki smáatriði, þá fylgir honum einnig áskorunum:
– Minni ljósop á aðdráttar-/periscope-linsum: Til að linsurnar passi eru þær oft með minni ljósop en á aðalmyndavélum. Þetta gerir næturmyndatöku erfiðari þar sem minna ljós kemst inn.
– Minni skynjari: Aðdráttarlinsur nota oft minni skynjara en aðalmyndavélin.
– Ljósbrot og frávik: í smáhönnunum er erfiðara að stjórna frávikum.
– Myndavélaskipti: þegar notandinn stækkar „á milli“ 1x og 3x getur síminn valið aðalmyndavélina eða aðdráttarmyndavélina og síðan framkvæmt blönduð vinnslu.
Til að vinna bug á þessum göllum treysta framleiðendur á:
– fjölrammastöflun (að sameina margar myndir),
– ofurupplausn,
– Gervigreindarhreinsun,
– HDR,
– og blendingsaðdráttur (sameinuð sjón- og snjallskurður).
10. Framtíðin: Sannkallaður samfelldur aðdráttur og þynnri hönnun
Þróunin sem gæti þróast fram í tímann er eftirfarandi:
– samfelld ljósleiðaraaðdráttur með breiðara svið,
– bjartari periscope-eining (stærri ljósop),
– Sterkari OIS,
– stærri aðdráttarskynjari,
– sem og skilvirkari hönnun á brotnum sjónglerjum.
Þar að auki munu fleiri og fleiri framleiðendur sameina sjónræna getu og tölvuvinnslu: aðdráttarniðurstaðan mun ekki aðeins ráðast af linsunni heldur einnig af greind hugbúnaðarins sem „fyllir inn“ smáatriði á eðlilegri hátt.
Niðurstaða
Tæknin á bak við myndavélar með ljósleiðaraaðdrátt í snjallsímum er blanda af ljósfræði, nákvæmnivélfræði og tölvuljósmyndun. Til að skila mikilli ljósleiðaraaðdrátt í þunnu húsi nota framleiðendur fasta aðdráttarlinsu, periscope-kerfi (brotna sjóntæki), smáar aspherískar linsur, hraða sjálfvirka fókus og nákvæma ljósleiðarastöðugleika (OIS). Þrátt fyrir áskoranir ljóss og rýmis heldur nýsköpun áfram að þróast og færir snjallsímamyndavélar nær getu sérstakra myndavéla - með þeim þægindum að hafa þær alltaf í vasanum.
Ef þú vilt get ég bætt við sérstökum köflum eins og: samanburði á periskopi og venjulegri aðdráttarlinsu, dæmum um 5x/10x einingararkitektúr eða tæknilegri útskýringar á brennivídd og ljósopsformúlum á mini-kerfum.
