211service.com
Linser av flytande
Vi förväntar oss inte mycket av en mobiltelefonkamera. För det första har bara en handfull kameratelefoner ett linssystem som automatiskt kan fokusera på objekt på olika avstånd – vilket orsakar många suddiga ögonblicksbilder.
Men det kan finnas en lösning på problemet med kameratelefonfokus – och en lösning som också kan användas i andra enheter. Saman Dharmatilleke, Isabel Rodriguez och kollegor på Institutet för materialforskning och teknik i Singapore har föreslagit att den stationära plastlinsen i de flesta kameratelefoner ska ersättas med en droppe vätska, som vatten, som kan autofokuseras genom att variera mängden tryck som appliceras på droppen. Teamets lins har inga rörliga delar, vilket gör den robust, och den använder bara minimal elektricitet, så den skulle inte tömma ett mobiltelefonbatteri.
[Klicka här för att se bilder av den flytande linsen.]
Dessutom kan de optiska egenskaperna hos vätskor vara bättre än standardlinsmaterial. Vatten är mer genomskinligt för ljus än glas eller plast, säger Rodriguez. Vatten kan inte repas och är i princip felfritt.
Tekniken, som dök upp online i numret 26 januari av Bokstäver i tillämpad fysik , bygger på det faktum att en droppe av en vätska med hög ytspänning har en naturlig krökning som liknar den hos en konventionell lins. När droppen placeras i en liten brunn och tryck appliceras på den, förändras droppens krökning; mer tryck ökar krökningen och mindre planar ut droppen. När krökningen ändras, ändras objektivets brännvidd, vilket gör att en tydlig bild kan fångas från olika avstånd. I de flesta kameror flyttar autofokusfunktionen den solida linsen mekaniskt framåt eller bakåt för att justera brännvidden. Men i en kamera med flytande linser stannar droppen kvar och bara dess krökning ändras.
Forskarna testade olika storlekar av droppar, från 100 mikron till 3 millimeter: alla reagerade på tryckförändringar inom millisekunder. Ju större linsen är, desto mer ljus samlar den upp, och mer ljus ger bättre bilder. Men när en droppe blir för stor är det svårare att hålla sig stabil. Upp till två millimeter håller objektivet sig perfekt i bländaren genom ytspänning, säger Rodriguez. Du måste skaka den väldigt hårt för att den ska flytta ut. Hon misstänker att linser på en till två millimeter i diameter är idealiska för de flesta miniatyriserade bildsystem.
Även om detta team inte är först med att använda vätska för linser, är de de första som justerar brännvidden genom att helt enkelt applicera tryck. 2004 tillkännagav Philips en flytande linssystem , med hjälp av en teknik som kallas elektrovätning, som är beroende av den inneboende elektriska ledningsförmågan hos vattenliknande vätskor. Med denna teknik appliceras en elektrisk ström på en vätskelins, vilket förändrar bindningarna av vätskans molekyler, vilket förändrar droppens krökning. I januari, det franska företaget Varioptisk introducerade en mobiltelefon som innehåller en elektriskt variabel vätskelins, som använder en version av elektrovätning som, säger Rodriguez, är före Philips design.
Stein Kuiper, Philips-forskaren som utvecklade elektrovätningstekniken för sitt företags flytande linser, ser fördelar med att använda tryck istället. Vätskans elektriska egenskaper är inte relevanta, vilket möjliggör ett bredare utbud av vätskor, och därmed linsens optiska och mekaniska egenskaper. Dessutom, säger Kuiper, kan spänningen som krävs för att ändra trycket i ett vätskelinssystem vara mindre än vad som krävs i ett system som använder elektrovätning. Av dessa skäl, säger han, har Philips byggt upp immateriella rättigheter för båda typerna av linser.
För närvarande har Dharmatilleke och hans team samarbetat med ett lokalt företag för att finjustera och tillverka deras flytande linssystem, och de söker kommersialisering av tekniken. Som Rodriguez noterar sträcker sig tillämpningar för dessa linser bortom kameratelefoner, till webbkameror och bärbara medicinska apparater.
Bilder med tillstånd av Isabel Rodriguez på Institutet för materialforskning och teknik .