211service.com
Vloeibare lens met laag vermogen
Lenzen gemaakt van vloeistof zijn al tientallen jaren geïnteresseerd in onderzoekers en ingenieurs vanwege het vermogen van de technologie om snel van vorm en brandpuntsafstand te veranderen. Maar traditionele benaderingen, die een elektrische stroom gebruiken om de oppervlaktevorm van een vloeistof te veranderen, vereisen veel kracht. Nu stellen onderzoekers van het Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, NY, een soort vloeibare lens voor - gemaakt van slechts twee druppels water - die van vorm verandert wanneer ze worden gebombardeerd met geluidsgolven. Het gebruik van geluid vereist veel minder stroom dan eerdere methoden en zou, met verbeteringen in resolutie, de lens aantrekkelijk kunnen maken voor gebruik in kleine bewakingscamera's en mobiele telefoons.
Druppeloptiek: Deze reeks foto's toont elke vier milliseconden waterdruppels in een holle Teflon-cilinder. De gebogen vorm van het water vormt een lens, die van vorm verandert, en dus van brandpuntsafstand, wanneer geluidsgolven aan één kant van de cilinder worden toegepast.
Met glas, plastic en andere harde materialen is het onmogelijk om de vorm van de lens snel te veranderen, en dus om scherp te stellen: om de brandpuntsafstand aan te passen, moet je de lens fysiek verplaatsen. Extreem kleine camera's en veel mobiele telefoons hebben gewoon niet genoeg ruimte om gebruikers in staat te stellen een starre lens te verplaatsen over de afstand die nodig is voor een reeks brandpuntsafstanden. Een adaptieve vloeistoflens stelt kleine camera's echter in staat scherp te stellen zonder dat er extra ruimte nodig is. Vloeistoffen zijn een favoriet materiaal om mee te werken als je de vorm van een lens wilt veranderen, zegt Amir Hirsa , hoogleraar werktuigbouwkunde en ruimtevaarttechniek bij Rensselaer en hoofdonderzoeker van het project.
Het lenssysteem van de onderzoekers, beschreven in oktober Natuurfotonica , is samengesteld uit een tefloncilinder met een diameter van minder dan twee millimeter. De cilinder is te vol met water, zodat er aan weerszijden druppels uitpuilen. Aan één kant van de cilinder is een luidspreker aangesloten, die zich in een drukgevoelige kamer bevindt. De onderzoekers pompten geluid tussen 50 en 160 hertz de kamer in, waardoor de vorm van het oppervlak van de druppel veranderde.
Twee bedrijven, Philips en Varioptic , dat in Frankrijk is gevestigd, heeft producten ontwikkeld die gebruikmaken van een alternatief vloeistoflenssysteem. Beide gebruiken twee verschillende vloeistoffen die met elkaar in contact staan, waardoor een beeldvormende lens op het grensvlak ontstaat. In een proces dat electrowetting wordt genoemd, verandert de vorm van het grensvlak wanneer er een elektrische stroom op wordt toegepast, waardoor de oppervlaktespanning van beide vloeistoffen verandert.
Het voordeel van zijn nieuwe aanpak, zegt Hirsa, is dat er veel minder stroom voor nodig is. Hij zegt dat voor electrowetting een elektrisch potentiaal van tientallen tot honderd volt nodig is om de conventionele vloeistoflens af te stellen. Daarentegen is slechts een klein potentieel van een paar millivolt nodig om zijn ontwerp met twee druppels aan te drijven.
Focus vinden: Deze drie foto's zijn van links naar rechts genomen na 0,007, 0,020 en 0,033 seconden. Het brandpunt van de lens verandert als de geluidsgolven de vorm van de druppel veranderen. De onderzoekers suggereren dat een camera die deze vloeibare lens gebruikt, met een druk op de knop tientallen foto's kan maken en de software de scherpste kan laten uitzoeken.
Tijdens tests kon Hirsa's camera met vloeibare lens 250 beelden per seconde maken bij verschillende brandpuntsafstanden. Hij stelt zich een camera voor die onmiddellijk tientallen beelden met verschillende brandpuntsafstanden kan vastleggen en vervolgens eenvoudige beeldanalysesoftware kan gebruiken om het meest in-focus beeld te bepalen. Stel dat je 60 frames per seconde vastlegt, zegt hij. Neem gewoon degene die het scherpst is.
Stein Kuiper, de Philips-onderzoeker die de electrowetting-techniek ontwikkelde, merkt op dat de ideeën van de onderzoekers origineel lijken, maar hij ziet nadelen aan de aanpak. Omdat de lens continu in beweging is, betekent dit dat er een aanzienlijke hoeveelheid licht verloren gaat, omdat het object meestal onscherp is.
Bovendien hebben deze vroege resultaten geen hoge resolutie, opmerkingen Yuhwa lo , een professor in elektrotechniek aan de Universiteit van Californië, San Diego. Zelfs de low-end camera's hebben een vrij strikte resolutie-eis, zegt hij. Hij zegt echter dat de lens in dit stadium goed zou kunnen zijn voor andere optische toepassingen, zoals het eenvoudig focussen van lichtstralen in plaats van het maken van hoogwaardige foto's.
Hirsa zegt dat zijn team de resolutie wil verbeteren, mogelijk met verschillende soorten vloeistof, zoals vloeistoffen die van vorm veranderen als reactie op magnetische velden. Hij onderzoekt ook de mogelijkheid om samen te werken met elektronicafabrikanten en zegt dat Samsung interesse heeft getoond in de lens.