たった1枚のレンズで従来のスマートフォン向けカメラレンズを超える光学性能を実現した「Metalenz」とは？

ハーバード大学発のベンチャー企業「Metalenz」が、ナノテクノロジーを用いて、従来のスマートフォン向けレンズを超える光学性能を持ちながら、カメラモジュールの小型化にも貢献するレンズを開発しました。

A new lens technology is primed to jumpstart phone cameras | Ars Technica
https://arstechnica.com/gadgets/2021/02/a-new-lens-technology-is-primed-to-jumpstart-phone-cameras/

2007年に登場した初代iPhoneには2MPの写真が撮影できるカメラが搭載されていました。その後、スマートフォンのカメラ性能は向上し、2021年1月にSamsungが発表した「Galaxy S21 Ultra」には108MPの高精細な写真を撮影できるカメラが搭載されています。また、ハードウェアだけでなく、明暗差の激しい場面でのHDR処理や、暗所でのノイズ低減処理といったソフトウェア面の性能も大きく向上しました。

プロカメラマンが「iPhone 12 Pro」のカメラを使い倒しレビュー、進化したソフトとハードの両方を体感 - GIGAZINE

しかし、上記のようにスマートフォン向けカメラのイメージセンサーやソフトウェアの性能が向上したのに対して、レンズの性能に関しては技術革新が起きていないとのこと。カール・ツァイスのイノベーションマネージャーであるオリバー・シンデルベック氏は、「スマートフォンの光学系は、レンズ枚数の追加や、非球面レンズの採用によって洗練されてきました。しかし、過去10年間で革命は起きていません。近年のスマートフォンに搭載されているレンズの光学系は、4～7枚のレンズで構成されています。カメラに詰め込みたい要素が多いほど、必要なスペースも大きくなります」とレンズの技術革新の遅れがカメラモジュールの肥大化に影響していると指摘しています。

ハーバード大学で極小の構造体を用いて光の屈折や収差を制御する技術「光メタサーフェス」を研究していたロバート・デブリン氏が2017年に設立したMetalenzは、1mm×1mm～3mm×3mmのガラスウェハー状に構築された1枚のレンズに、従来の複数枚のレンズで構成されたシステムを超える光学性能を持たせることに成功しました。

Metalenzが開発したレンズには、数ナノメートルの円形のナノ構造が数百万個搭載されているとのこと。デブリン氏は、「一般的な湾曲したレンズは、光を加速・減速することで屈折させています。Metalenzが開発したレンズは、ナノ構造の一つ一つが従来のレンズと同様に光を屈折させる機能を持っています。また、さまざまな直径のナノ構造を組み合わせることで、湾曲したレンズを複数枚組み合わせるのと同様に、光の収差や、画像のゆがみを補正することができます」と語っています。

Metalenzが開発したレンズは、1枚のレンズで従来のレンズを用いたカメラシステムと同等の画質の写真を撮影できるとのこと。そのため、カメラモジュールの大きさを小さくすることができるとデブリン氏は主張しています。さらに、デブリン氏は「Metalenzのレンズは従来のレンズよりも多くの光をイメージセンサーに届けるため、明るい写真を撮影することができます。また、Appleの顔認証技術Face IDなどに使われている3Dセンサーは対象をスキャンするためにレーザーを照射する際に多くの電力を消費しますが、Metalenzのレンズを用いることでレーザーの出力を抑えることができ、電力の節約にも役立ちます」とMetalenzをスマートフォン向けカメラに採用することのメリットを主張しています。

なお、Metalenzはすでに2つの半導体メーカーと契約を結んでおり、2021年末までにMetalenzの開発したレンズを搭載するカメラモジュールの生産を始める予定とのことです。