【ニューロ・ナノ・オプティックス】塩粒サイズのマイクロカメラで何ができる？？

先日に引き続き皆さんこんばんわ。お疲れ様です🤗

先日に引き続き超小型のマイクロカメラの将来性と可能性について触れていこうと思います。

その小ささはなんと塩粒位の大きさ

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「塩粒サイズのマイクロカメラ」は、0.5㎜四方の超小型カメラ。従来のマイクロカメラでは鮮明な画像の撮影が困難だったが、「メタ表面（メタサーフェス）」と呼ばれる光学技術を導入することで、一般的なサイズのカメラと遜色ない画質のフルカラー画像の撮影が可能になった。また、このメタ表面は標準的な半導体の製造方法と互換性のある窒化ケイ素をベースに作製されており、従来のカメラ用レンズよりも低コストで大量生産が可能。今後は病気の診断などに利用される医療用ロボットの目に利用や、胃カメラや内視鏡に利用したり、脳イメージング（脳の活動の測定）に活用するなど、その極小サイズを生かした多方面での活用が期待されている。

製品のスペック

「メタ表面」を採用した小型カメラで、通常サイズのカメラと同等に鮮明なフルカラーの画像を撮影できます。このカメラには、カメラ内部に埋め込まれた約100ナノメートルの円柱160万本の構造があり、光波面全体をとらえることで、光の波を制御します。この円柱は、光アンテナのように機能し、1つ1つ異なる形状に最適化されています。従来のメタ表面を使用したカメラは、高画質で撮影するために、光量を人工的に整えた環境や実験室など特殊な環境下でレーザー光を必要としましたが、このマイクロカメラでは、メタ表面が十分な精度で画像を生成するように円柱のモデルが作成されているため、自然光でもパフォーマンスの高い撮影が可能です。

非常に小型であることから、疾病を診断・治療する医療用ロボットを用いた内視鏡検査や、大きさや重量に制限のあるロボットに搭載や、脳イメージング（脳の活動の測定）への活用など、極小サイズを生かした多方面への実用化が期待されている。また、このカメラ複数台を物体表面に分散配置することによって、新しい形の撮影が可能になる。

動画の内容

スマートフォンのカメラは年々進化し、複雑化しており、その結果、カメラの突起部が大きくなっています。スマートフォン以外の多くのアプリケーションでも、かさばる複合光学系に頼っています。本研究では、かさばる複合光学系の代わりにメタサーフェス光学を提案します。従来の光学系は、一連のガラスレンズに頼っていますが、メタサーフェスは、サブ波長のナノアンテナを使用して光をより細かく制御します。本研究では、AI技術を用いて、ナノ光学とソフトウェア処理を共同設計し、ニューラル・ナノ・オプティクスを生成することができます。このために、位相値を空間的に変化するPSFにマップする効率的な微分可能なプロキシ関数を使用して、ナノオプティックスを学習します。これにより、フルウェーブシミュレーションを使用する場合に比べて、ナノオプティックスを3,000倍高速に設計することができます。ここでは、視野全体の収差を最小化する設定に収束する最適化のタイムラプスを示します。この最適化全体は、わずか1日で完了します。ニューロ・ナノ・オプティックスは、従来の技術を大幅に上回り、高品質な広視野角カラーイメージングを実現した、初めてのメタ光学イメージャーです。当社のナノカメラは、従来の技術に比べ、解像度、色の正確さ、収差の軽減において、大幅な改善を示しています。ナノカメラは、サイズが500,000倍小さいにもかかわらず、従来のカメラと同等の品質を実現することができます。以下は、従来のカメラとナノカメラの比較です。様々なシーンで、従来のカメラに匹敵する高品質なカラー画像を実現しています。そして、これらの性能は、お米粒よりも小さいレンズに詰め込まれています。

知財図鑑より

将来の可能性として考察と評価

この製品には、多くの可能性があります。まず、従来の複合光学系に比べて、サイズが500,000倍も小さいことから、携帯性に優れ、様々な場所や用途で利用できます。例えば、医療分野では、内視鏡やワイヤレスカメラカプセルなど、小型化が求められている機器に利用できます。また、IoTデバイスやモバイル端末、センサーなど、小型化が必要な機器にも応用が可能です。さらに、AI技術と組み合わせることで、より高度な画像処理や解析が可能になります。このように、ニューロ・ナノ・オプティックスは、様々な分野で新しい可能性を切り開くことが期待されています。