211service.com
Lenzen van vloeistof
We verwachten niet veel van een mobiele telefooncamera. Om te beginnen hebben slechts een handvol cameratelefoons een lenssysteem dat in staat is om automatisch scherp te stellen op objecten op verschillende afstanden, waardoor veel wazige snapshots ontstaan.
Maar er is misschien een oplossing voor het probleem van de focus van cameratelefoons - en een oplossing die ook op andere apparaten kan worden gebruikt. Saman Dharmatilleke, Isabel Rodriguez en collega's van de Instituut voor Materiaalonderzoek en Engineering in Singapore hebben voorgesteld de vaste plastic lens in de meeste cameratelefoons te vervangen door een druppel vloeistof, zoals water, die automatisch kan worden scherpgesteld door de hoeveelheid druk die op de druppel wordt uitgeoefend te variëren. De lens van het team heeft geen bewegende delen, waardoor hij robuust is, en hij gebruikt slechts minimale elektriciteit, zodat de batterij van een mobiele telefoon niet leegloopt.
[Klik hier om afbeeldingen van de vloeibare lens te bekijken.]
Bovendien kunnen de optische eigenschappen van vloeistoffen beter zijn dan die van standaard lensmateriaal. Water is transparanter voor licht dan glas of plastic, zegt Rodriguez. Water kan niet worden bekrast en is in principe vrij van gebreken.
De technologie, die online verscheen in het nummer van 26 januari van Technische Natuurkunde Brieven , is gebaseerd op het feit dat een druppel vloeistof met een hoge oppervlaktespanning een natuurlijke kromming heeft die vergelijkbaar is met die van een conventionele lens. Wanneer de druppel in een kleine put wordt geplaatst en er druk op wordt uitgeoefend, verandert de kromming van de druppel; meer druk verhoogt de kromming, en minder vlakt de druppel af. Naarmate de kromming verandert, verandert ook de brandpuntsafstand van de lens, waardoor vanaf verschillende afstanden een helder beeld kan worden vastgelegd. Bij de meeste camera's beweegt de autofocusfunctie de vaste lens mechanisch naar voren of naar achteren om de brandpuntsafstand aan te passen. Maar in een camera met vloeibare lens blijft de druppel zitten en verandert alleen de kromming ervan.
De onderzoekers testten druppels van verschillende groottes, van 100 micron tot 3 millimeter: ze reageerden allemaal binnen milliseconden op drukveranderingen. Hoe groter de lens natuurlijk, hoe meer licht hij opvangt, en meer licht levert betere foto's op. Maar wanneer een druppel te groot wordt, is het moeilijker stabiel te houden. Tot twee millimeter blijft de lens perfect in het diafragma door oppervlaktespanning, zegt Rodriguez. Je moet het heel hard schudden om eruit te komen. Ze vermoedt dat lenzen met een diameter van één tot twee millimeter ideaal zijn voor de meeste geminiaturiseerde beeldvormingssystemen.
Hoewel dit team niet de eerste is die vloeistof voor lenzen gebruikt, zijn ze de eersten die de brandpuntsafstand aanpassen door simpelweg druk uit te oefenen. In 2004 kondigde Philips een vloeibaar lenssysteem , met behulp van een techniek genaamd electrowetting, die afhankelijk is van de intrinsieke elektrische geleidbaarheid van waterachtige vloeistoffen. Met deze techniek wordt een elektrische stroom op een vloeistoflens aangebracht, waardoor de bindingen van de vloeistofmoleculen worden gewijzigd, waardoor de kromming van de druppel verandert. In januari heeft het Franse bedrijf Varioptic introduceerde een mobiele telefoon met een elektrisch variabele vloeistoflens, die een versie van electrowetting gebruikt die, zegt Rodriguez, dateert van vóór het Philips-ontwerp.
Stein Kuiper, de Philips-onderzoeker die de electrowetting-techniek ontwikkelde voor de vloeistoflenzen van zijn bedrijf, ziet voordelen in het gebruik van druk. De elektrische eigenschappen van de vloeistof zijn niet relevant, wat een breder scala aan vloeistoffen mogelijk maakt, en dus optische en mechanische eigenschappen van de lens. Bovendien, zegt Kuiper, kan de spanning die nodig is om de druk in een vloeistoflenssysteem te veranderen, lager zijn dan nodig is in een systeem dat gebruik maakt van electrowetting. Om deze redenen heeft Philips volgens hem intellectuele eigendomsrechten opgebouwd op beide typen lenzen.
Momenteel werken Dharmatilleke en zijn team samen met een lokaal bedrijf om hun vloeistoflenssysteem te verfijnen en te produceren, en ze streven naar commercialisering van de technologie. Zoals Rodriguez opmerkt, reiken toepassingen voor deze lenzen verder dan cameratelefoons, tot webcams en draagbare medische apparaten.
Afbeeldingen met dank aan Isabel Rodriguez op de Instituut voor Materiaalonderzoek en Engineering .