このフラットレンズ技術は、携帯電話の画面のノッチと背面カメラの突起をなくす可能性がある

AppleのFace IDは、安全に本人確認を行う上で非常に簡単ですが、iPhone画面上部の見苦しいノッチをはじめ、いくつかの欠点があります。ハーバード大学発のMetalenz社は、顔認証においてより優れたアプローチを持っていると考えています。それは、偏光レンズを用いてセキュリティを向上させる新しいレンズ技術で、スマートフォンの画面の下に隠すことも可能なのです。

Metalenz は、その社名が示すように、カメラと、150 年以上使用されてきたレンズの製造方法に革命を起こすと期待される、メタレンズ (およびメタサーフェス) と呼ばれる比較的新しい技術に基づいて設立されました。スマートフォンの前面と背面に搭載されているものも含め、ほとんどのカメラは、実際には複数のレンズ要素を積み重ねて構成されたレンズに依存しています。これらのレンズ要素はそれぞれ、光を曲げてセンサーに向けるよう戦略的に形成および配置されており、その過程で生じる歪みや収差は最小限に抑えられています。このアプローチは非常にクリーンでシャープな画像を生み出しますが、サイズという代償があります。使用するレンズ要素の数が多いほど、カメラが捉えられる画像は良くなります。そのため、プロの写真家が DSLR カメラで使用する高品質のレンズは巨大 (カメラ自体よりもはるかに大きい) であり、優れたスマートフォンカメラによってデバイスの背面がかなり大きくなっているのです。

カメラレンズの製造も厳密な工程で、レンズ要素を完璧に湾曲させ、研磨して、通過する光を曲げて方向を変える必要があります。そのため、カメラ用の良質なレンズは数千ドルもするのです。メタレンズは、この問題に対して全く異なるアプローチを採用しています。完璧に滑らかな湾曲仕上げではなく、メタレンズは薄く完全に平らで、表面は数千個の微細なナノ構造で覆われており、同心円状のパターンが連続して並んでいます。これらのナノ構造は、従来のレンズ要素の曲面と同じように光を曲げて方向を変えますが、メタレンズ 1 枚だけで、現在のレンズ技術と同等、あるいはそれ以上の優れた結果を得ることができます。

メタレンズを使用するメリットは数多くあります。マイクロチップ製造と同じ設備を用いて、毎日数百万個という大量生産が可能であるため、スマートフォンなどの消費者向けデバイスへの実装コストが大幅に削減されます。また、レンズが1つなので、カメラセンサーに当たる光量が増え、暗い場所でも撮影能力が向上します。しかし、さらに重要なのは、メタレンズによってスマートフォンのカメラの突起がなくなり、近い将来、iPhoneの画面上部にあるあの醜いノッチもなくなるということです。

メタレンズ社は本日、同社のメタレンズ技術の新バージョン「PolarEyes」を発表しました。この技術により、従来のカメラシステムでは通常は無視されていた偏光情報をカメラセンサーで取得できるようになります。偏光を捉えられるカメラ自体は新しいアイデアではありませんが、高価であり、研究、工学、医療分野では、皮膚がんの視覚的検出、大気汚染の検出、さらには物体の応力を研究して破損や損傷の可能性のある箇所を事前に検知するといった用途に主に利用されています。メタレンズ社は、この技術がスマートフォンに搭載できるほど安価になるため、最終的には消費者にもメリットをもたらすと考えています。

Capturing polarized light still provides enough detail to accurately identify a user when only half of their face is visible as a result of wearing a mask. — 偏光を捉えることで、マスク着用により顔の半分しか見えなくても、ユーザーを正確に識別するのに十分な詳細が得られます。GIF : Metalenz

多くのスマートフォンの顔認識機能は、高品質のマスクや印刷された顔写真でさえ簡単に誤認識されてしまいます。しかし、人間の顔の皮膚から反射する偏光は、シリコンマスクや印刷物から反射する偏光とは明らかに異なり、複雑な画像認識アルゴリズムや専用プロセッサがなくても、その違いは容易に見分けられます。

AppleのFace IDは、iPhoneのTrueDepthカメラを搭載しているため、他の多くの顔認識システムよりもはるかに欺瞞が困難です。このカメラは、ユーザーの顔に目に見えないドットを投影し、その3D構造を捉えて認証します。しかし、投影されるグリッドパターンの解像度には限界があり、近年ではマスクで顔の半分が覆われているとFace IDが使えなくなり、セキュリティを犠牲にする回避策が必要になることが分かっています。

Metalenz PolarEyesは、Face IDなどのセキュリティ機能の安全性を高めるだけでなく、ユーザーの顔の半分しか検出できない場合（つまり、適切にマスクを着用している場合）でも機能します。さらに、iPhoneのTrueDepthカメラは、単一のセンサーと、スマートフォンの画面の下に隠せるほど小さなメタレンズで置き換えられます。これにより、見苦しいノッチが不要になり、Face IDなどの機能をノートパソコンにも搭載できるようになる可能性もあります（現状では、画面が薄すぎてハードウェアを搭載できないためです）。

メタレンズ技術には大きな可能性があり、研究段階を終え、ハーバード大学などの大学の研究室から出ていくのは喜ばしいことですが、次世代のスマートフォンからカメラの突起やノッチがなくなる時期についてはまだ明確な見通しがありません。メタレンズの技術が一般向けデバイスに搭載される時期は、特にサプライチェーンが混乱に陥っているパンデミックのさなかではなおさら不透明です。しかし、いつかスマートフォンが高価な独立型デジタルカメラの必要性を完全に置き換え、手に取るたびにノッチ付きの画面が目の前に現れるようなことがなくなる日が来るという希望はあります。