211service.com
Linser af væske
Vi forventer ikke meget af et mobiltelefonkamera. For det første har kun en håndfuld kameratelefoner et linsesystem, der er i stand til automatisk at fokusere på objekter på forskellige afstande - hvilket forårsager mange uklare snapshots.
Men der kan være en løsning på problemet med kameratelefonfokus - og en, der også kan finde anvendelse i andre enheder. Saman Dharmatilleke, Isabel Rodriguez og kolleger på Institut for Materialeforskning og Engineering i Singapore har foreslået at erstatte den stationære plastiklinse i de fleste kameratelefoner med en dråbe væske, såsom vand, der kunne autofokuseres ved at variere mængden af tryk, der påføres dråben. Holdets linse har ingen bevægelige dele, hvilket gør den robust, og den bruger kun minimal elektricitet, så den ville ikke dræne et mobiltelefonbatteri.
[Klik her for at se billeder af den flydende linse.]
Derudover kan de optiske egenskaber af væsker være bedre end standard linsemateriale. Vand er mere gennemsigtigt for lys end glas eller plastik, siger Rodriguez. Vand kan ikke ridses og er i princippet fejlfrit.
Teknologien, som dukkede op online i 26. januar-udgaven af Anvendt fysik bogstaver , er baseret på det faktum, at en dråbe af en væske med høj overfladespænding har en naturlig krumning svarende til en konventionel linse. Når dråben anbringes i en lille brønd, og der påføres tryk på den, ændres dråbens krumning; mere tryk øger krumningen, og mindre udjævner dråben. Efterhånden som krumningen ændres, ændres objektivets brændvidde også, hvilket gør det muligt at tage et klart billede fra forskellige afstande. I de fleste kameraer flytter autofokus-funktionen mekanisk den solide linse frem eller tilbage for at justere brændvidden. Men i et flydende linsekamera bliver dråben siddende, og kun dens krumning ændres.
Forskerne testede varierende størrelser af dråber, fra 100 mikron til 3 millimeter: alle reagerede på trykændringer inden for millisekunder. Jo større objektivet er, jo mere lys opsamler det, og mere lys giver bedre billeder. Men når en dråbe bliver for stor, er den sværere at holde stabil. Op til to millimeter forbliver objektivet perfekt i blænden ved overfladespænding, siger Rodriguez. Du skal ryste den meget hårdt for at den kan bevæge sig ud. Hun formoder, at linser på en til to millimeter i diameter er ideelle til de fleste miniaturiserede billeddannelsessystemer.
Selvom dette hold ikke er det første, der bruger væske til linser, er de de første til at justere brændvidden ved blot at påføre tryk. I 2004 annoncerede Philips en flydende linsesystem , ved hjælp af en teknik kaldet elektrobefugtning, som er afhængig af den iboende elektriske ledningsevne af vandlignende væsker. Med denne teknik påføres en elektrisk strøm til en væskelinse, der ændrer bindingerne af væskens molekyler og ændrer derved dråpens krumning. I januar, det franske selskab Varioptisk indført en mobiltelefon indeholdende en elektrisk variabel flydende linse, som bruger en version af elektrobefugtning, der, siger Rodriguez, går forud for Philips-designet.
Stein Kuiper, Philips-forskeren, der udviklede elektrobefugtningsteknikken til sit firmas flydende linser, ser fordele ved at bruge tryk i stedet. Væskens elektriske egenskaber er ikke relevante, hvilket giver mulighed for et bredere udvalg af væsker og dermed linsens optiske og mekaniske egenskaber. Derudover, siger Kuiper, kan den spænding, der kræves for at ændre trykket i et flydende linsesystem, være mindre end det, der kræves i et system, der bruger elektrobefugtning. Af disse grunde, siger han, har Philips opbygget intellektuelle ejendomsrettigheder på begge typer objektiver.
I øjeblikket har Dharmatilleke og hans team samarbejdet med en lokal virksomhed for at finjustere og fremstille deres flydende linsesystem, og de søger kommercialisering af teknologien. Som Rodriguez bemærker, strækker applikationer til disse linser sig ud over kameratelefoner, til webcams og bærbart medicinsk udstyr.
Billeder udlånt af Isabel Rodriguez på Institut for Materialeforskning og Engineering .