211service.com
Soczewka płynna o niskiej mocy
Soczewki wykonane z płynu od dziesięcioleci interesują badaczy i inżynierów ze względu na zdolność technologii do szybkiej zmiany kształtu i ogniskowej. Jednak tradycyjne metody, które wykorzystują prąd elektryczny do zmiany kształtu powierzchni cieczy, wymagają dużej mocy. Teraz naukowcy z Rensselaer Polytechnic Institute w Troy w stanie Nowy Jork proponują rodzaj płynnej soczewki – wykonanej tylko z dwóch kropli wody – która zmienia kształt pod wpływem bombardowania falami dźwiękowymi. Korzystanie z dźwięku wymaga znacznie mniej energii niż poprzednie metody, a dzięki poprawie rozdzielczości może sprawić, że obiektyw będzie atrakcyjny do stosowania w małych kamerach monitorujących i telefonach komórkowych.
Optyka kropelkowa: Ta seria zdjęć przedstawia kropelki wody w wydrążonym teflonowym cylindrze co cztery milisekundy. Zakrzywiony kształt wody tworzy soczewkę, która zmienia kształt, a tym samym ogniskową, gdy fale dźwiękowe są przyłożone do jednej strony cylindra.
Przy szkle, plastiku i innych twardych materiałach nie da się szybko zmienić kształtu obiektywu, a co za tym idzie, ustawić ostrość: aby wyregulować ogniskową, trzeba fizycznie przesunąć obiektyw. Niezwykle małe aparaty i wiele telefonów komórkowych po prostu nie mają wystarczająco dużo miejsca, aby umożliwić użytkownikom przesunięcie sztywnego obiektywu na odległość wymaganą dla różnych ogniskowych. Adaptacyjny płynny obiektyw umożliwia jednak ustawianie ostrości małym aparatom bez konieczności zajmowania dodatkowego miejsca. Płyny są ulubionym materiałem do pracy, gdy chcesz zmienić kształt soczewki, mówi Amir Hirsa , profesor inżynierii mechanicznej i lotniczej w Rensselaer i główny badacz projektu.
System soczewek badaczy, opisany w październikowym Fotonika przyrody , składa się z teflonowego cylindra o średnicy mniejszej niż dwa milimetry. Cylinder jest przepełniony wodą, tak że kropelki wybrzuszają się po obu stronach. Głośnik jest podłączony z jednej strony cylindra, który znajduje się w komorze czułej na nacisk. Naukowcy pompowali do komory dźwięk o częstotliwości od 50 do 160 Hz, zmieniając kształt powierzchni kropli.
Dwie firmy, Philips i Varioptyka , z siedzibą we Francji, opracowała produkty wykorzystujące alternatywny system soczewek ciekłych. Oba używają dwóch różnych cieczy, które stykają się ze sobą, co tworzy soczewkę obrazowania na styku. W procesie zwanym zwilżaniem elektrycznym kształt interfejsu zmienia się, gdy przykładany jest do niego prąd elektryczny, zmieniając napięcie powierzchniowe obu cieczy.
Zaletą jego nowego podejścia, mówi Hirsa, jest to, że wymaga znacznie mniej energii. Mówi, że elektrozwilżanie wymaga potencjału elektrycznego od dziesiątek do stu woltów, aby dostosować konwencjonalną soczewkę płynną. W przeciwieństwie do tego, do napędzania jego dwukroplowej konstrukcji potrzebny jest tylko niewielki potencjał kilku miliwoltów.
Znajdowanie ostrości: Te trzy zdjęcia zostały zrobione, od lewej do prawej, po 0,007, 0,020 i 0,033 sekundy. Ognisko soczewki zmienia się, gdy fale dźwiękowe zmieniają kształt kropli. Naukowcy sugerują, że aparat używający tego płynnego obiektywu może wykonać dziesiątki zdjęć za naciśnięciem przycisku i pozwolić oprogramowaniu uporządkować to, które jest najbardziej ostre.
W testach aparat Hirsy z ciekłym obiektywem był w stanie wykonać 250 zdjęć na sekundę przy różnych ogniskowych. Wyobraża sobie aparat, który mógłby natychmiast zarejestrować dziesiątki obrazów o różnych ogniskowych, a następnie użyć prostego oprogramowania do analizy obrazu w celu określenia najbardziej ostrego obrazu. Powiedzmy, że przechwytujesz 60 klatek na sekundę, mówi. Po prostu weź ten, który jest najostrzejszy.
Stein Kuiper, badacz Philipsa, który opracował technikę elektrozwilżania, zauważa, że pomysły naukowców wydają się oryginalne, ale widzi wady tego podejścia. Ponieważ obiektyw stale się porusza, oznacza to, że znaczna ilość światła jest tracona, ponieważ przez większość czasu obiekt jest nieostry.
Dodatkowo, te wczesne wyniki nie są wysokiej rozdzielczości, zauważa Yuhwa lo , profesor elektrotechniki na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego. Mówi, że nawet kamery z niższej półki mają dość surowe wymagania dotyczące rozdzielczości. Mówi jednak, że na tym etapie obiektyw mógłby być dobry do innych zastosowań optycznych, takich jak po prostu skupianie wiązek światła zamiast robienia wysokiej jakości zdjęć.
Hirsa mówi, że jego zespół stara się poprawić rozdzielczość, prawdopodobnie za pomocą różnych rodzajów płynów, takich jak te, które zmieniają kształt w odpowiedzi na pola magnetyczne. Bada też możliwość współpracy z producentami elektroniki i mówi, że Samsung wyraził zainteresowanie obiektywem.