211service.com
Lågeffekts flytande lins
Linser gjorda av vätska har intresserat forskare och ingenjörer i decennier på grund av teknikens förmåga att snabbt ändra form och brännvidd. Men traditionella tillvägagångssätt, som använder en elektrisk ström för att ändra ytformen på en vätska, kräver mycket kraft. Nu föreslår forskare vid Rensselaer Polytechnic Institute i Troy, NY, en typ av flytande lins – gjord av endast två droppar vatten – som ändrar form när den bombarderas med ljudvågor. Att använda ljud kräver mycket mindre kraft än tidigare metoder och skulle med förbättringar i upplösning kunna göra objektivet attraktivt att använda i små övervakningskameror och mobiltelefoner.
Droppoptik: Denna serie bilder visar vattendroppar i en ihålig tefloncylinder var fjärde millisekund. Vattnets krökta form bildar en lins, som ändrar form, och därför brännvidd, när ljudvågor appliceras på ena sidan av cylindern.
Med glas, plast och andra hårda material är det omöjligt att snabbt ändra formen på linsen och därför fokusera: för att justera brännvidden måste du fysiskt flytta linsen. Extremt små kameror och många mobiltelefoner har helt enkelt inte tillräckligt med utrymme för att tillåta användare att flytta en stel lins det avstånd som krävs för en rad brännvidder. En adaptiv flytande lins gör dock att små kameror kan fokusera utan att behöva något extra utrymme. Vätskor är ett favoritmaterial att arbeta med när man vill ändra formen på en lins, säger man Amir Hirsa , professor i maskin- och rymdteknik vid Rensselaer och ledande forskare i projektet.
Forskarnas linssystem, beskrivet i oktober Naturfotonik , består av en tefloncylinder mindre än två millimeter i diameter. Cylindern är överfylld med vatten så att droppar buktar ut på båda sidor. En högtalare är ansluten till ena sidan av cylindern, som är i en tryckkänslig kammare. Forskarna pumpade in ljud på mellan 50 och 160 hertz i kammaren, vilket ändrade formen på droppens yta.
Två företag, Philips och Varioptisk , som är baserat i Frankrike, har utvecklat produkter som använder ett alternativt vätskelinssystem. Båda använder två olika vätskor som är i kontakt med varandra, vilket skapar en bildlins vid gränssnittet. I en process som kallas elektrovätning, ändras formen på gränssnittet när en elektrisk ström appliceras på det, vilket ändrar ytspänningen för båda vätskorna.
Fördelen med hans nya tillvägagångssätt, säger Hirsa, är att det kräver mycket mindre kraft. Han säger att elektrovätning kräver en elektrisk potential på tio till hundra volt krävs för att justera den konventionella vätskelinsen. Däremot krävs bara en liten potential på ett par millivolt för att driva hans två-droppsdesign.
Hitta fokus: Dessa tre bilder togs, från vänster till höger, efter 0,007, 0,020 och 0,033 sekunder. Linsens brännpunkt ändras när ljudvågorna ändrar formen på droppen. Forskarna föreslår att en kamera som använder denna flytande lins kan ta tiotals bilder med en knapptryckning och låta programvaran sortera ut den som är mest i fokus.
I tester kunde Hirsas flytande linskamera ta 250 bilder per sekund, med olika brännvidder. Han föreställer sig en kamera som omedelbart kan fånga tiotals bilder med olika brännvidder och sedan använda en enkel bildanalysmjukvara för att avgöra vilken bild som är mest i fokus. Säg att du fångar 60 bilder per sekund, säger han. Ta bara den som är skarpast.
Stein Kuiper, Philips-forskaren som utvecklade elektrovätningstekniken, konstaterar att forskarnas idéer verkar originella, men han ser nackdelar med tillvägagångssättet. Eftersom linsen rör sig kontinuerligt innebär det att en betydande mängd ljus går förlorad, eftersom objektet för det mesta är ur fokus.
Dessutom är dessa tidiga resultat inte högupplösta, noterar Yuhwa lo , professor i elektroteknik vid University of California, San Diego. Även de billiga kamerorna har ett ganska strikt upplösningskrav, säger han. Han säger dock att objektivet i det här skedet kan vara bra för andra optiska applikationer, som att helt enkelt fokusera ljusstrålar istället för att ta bilder av hög kvalitet.
Hirsa säger att hans team försöker förbättra upplösningen, möjligen med olika typer av vätska, till exempel de som ändrar form som svar på magnetfält. Han undersöker också möjligheten att arbeta med elektroniktillverkare och säger att Samsung har uttryckt intresse för objektivet.