Lenti liquide a bassa potenza

Le lenti fatte di liquido hanno interessato ricercatori e ingegneri per decenni a causa della capacità della tecnologia di cambiare rapidamente forma e lunghezza focale. Ma gli approcci tradizionali, che utilizzano una corrente elettrica per modificare la forma della superficie di un liquido, richiedono molta energia. Ora, i ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute, a Troy, NY, stanno proponendo un tipo di lente liquida, composta da sole due gocce d'acqua, che cambia forma quando viene bombardata da onde sonore. L'uso del suono richiede molta meno energia rispetto ai metodi precedenti e potrebbe, con miglioramenti nella risoluzione, rendere l'obiettivo attraente per l'uso in piccole telecamere di sorveglianza e telefoni cellulari.

Ottica a goccia: Questa serie di immagini mostra gocce d'acqua in un cilindro cavo di teflon ogni quattro millisecondi. La forma curva dell'acqua forma una lente, che cambia forma, e quindi lunghezza focale, quando le onde sonore vengono applicate su un lato del cilindro.

Con vetro, plastica e altri materiali duri, è impossibile cambiare rapidamente la forma dell'obiettivo, e quindi mettere a fuoco: per regolare la lunghezza focale, è necessario spostare fisicamente l'obiettivo. Fotocamere estremamente piccole e molti telefoni cellulari semplicemente non hanno spazio sufficiente per consentire agli utenti di spostare un obiettivo rigido alla distanza richiesta per una gamma di lunghezze focali. Una lente liquida adattiva, tuttavia, consente alle piccole fotocamere di mettere a fuoco senza bisogno di spazio aggiuntivo. I liquidi sono il materiale preferito con cui lavorare quando si desidera modificare la forma di una lente, afferma Amir Hirsa , professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso Rensselaer e ricercatore capo del progetto.

Il sistema di lenti dei ricercatori, descritto in October's Fotonica della natura , è composto da un cilindro in teflon di diametro inferiore a due millimetri. Il cilindro è troppo pieno d'acqua in modo che le goccioline fuoriescano da entrambi i lati. Un altoparlante è collegato a un lato del cilindro, che si trova in una camera sensibile alla pressione. I ricercatori hanno pompato il suono tra 50 e 160 hertz nella camera, cambiando la forma della superficie della gocciolina.

Due società, Philips e Variottico , con sede in Francia, ha sviluppato prodotti che utilizzano un sistema di lenti liquide alternativo. Entrambi utilizzano due liquidi diversi che sono in contatto tra loro, il che crea una lente di imaging all'interfaccia. In un processo chiamato elettrowetting, la forma dell'interfaccia viene alterata quando viene applicata una corrente elettrica, modificando la tensione superficiale di entrambi i liquidi.

Il vantaggio del suo nuovo approccio, afferma Hirsa, è che richiede molta meno energia. Dice che l'elettrobagnatura richiede un potenziale elettrico da dieci a cento volt per regolare la lente liquida convenzionale. Al contrario, è necessario solo un piccolo potenziale di un paio di millivolt per guidare il suo design a due gocce.

Trovare il focus: Queste tre immagini sono state scattate, da sinistra a destra, dopo 0,007, 0,020 e 0,033 secondi. Il punto focale dell'obiettivo cambia quando le onde sonore alterano la forma della gocciolina. I ricercatori suggeriscono che una fotocamera che utilizza questa lente liquida potrebbe scattare decine di foto premendo un pulsante e lasciare che il software risolva quella che è più a fuoco.

Nei test, la fotocamera a lente liquida di Hirsa è stata in grado di scattare 250 immagini al secondo, a lunghezze focali variabili. Immagina una fotocamera in grado di catturare istantaneamente decine di immagini con diverse lunghezze focali e quindi utilizzare un semplice software di analisi delle immagini per determinare l'immagine più a fuoco. Diciamo che catturi 60 fotogrammi al secondo, dice. Prendi solo quello che è il più nitido.

Stein Kuiper, il ricercatore Philips che ha sviluppato la tecnica dell'elettrobagnatura, osserva che le idee dei ricercatori sembrano originali, ma vede degli svantaggi nell'approccio. Poiché l'obiettivo è in continuo movimento, ciò significa che una quantità significativa di luce viene persa, poiché la maggior parte delle volte l'oggetto è sfocato.

Inoltre, questi primi risultati non sono ad alta risoluzione, note Yuhwa lo , professore di ingegneria elettrica presso l'Università della California, San Diego. Anche le fotocamere di fascia bassa hanno un requisito di risoluzione piuttosto rigoroso, afferma. Tuttavia, afferma che in questa fase, l'obiettivo potrebbe essere utile per altre applicazioni ottiche, come la semplice messa a fuoco di fasci di luce invece di scattare foto di alta qualità.

Hirsa afferma che il suo team sta cercando di migliorare la risoluzione, possibilmente con diversi tipi di fluidi, come quelli che cambiano forma in risposta ai campi magnetici. Sta anche esplorando la possibilità di lavorare con produttori di elettronica e afferma che Samsung ha espresso interesse per l'obiettivo.

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