低倍率液体レンズ

液体で作られたレンズは、形状と焦点距離をすばやく変更できるテクノロジーの能力により、何十年にもわたって研究者やエンジニアに関心を持ってきました。しかし、電流を使用して液体の表面形状を変化させる従来のアプローチでは、多くの電力が必要です。現在、ニューヨーク州トロイにあるレンセラー工科大学の研究者は、音波が当たると形が変わる、わずか2滴の水でできた一種の液体レンズを提案しています。サウンドを使用すると、以前の方法よりもはるかに少ない電力で済み、解像度が向上することで、小型の監視カメラや携帯電話での使用にレンズを魅力的にすることができます。

液滴光学： この一連の写真は、4ミリ秒ごとに中空のテフロンシリンダー内の水滴を示しています。水の湾曲した形状はレンズを形成し、音波がシリンダーの片側に適用されると、形状が変化し、したがって焦点距離が変化します。

ガラスやプラスチックなどの硬い素材では、レンズの形をすばやく変えることができないため、焦点を合わせることができません。焦点距離を調整するには、レンズを物理的に動かす必要があります。非常に小型のカメラや多くの携帯電話には、ユーザーがさまざまな焦点距離に必要な距離だけリジッドレンズを動かすことができる十分なスペースがありません。ただし、アダプティブリキッドレンズを使用すると、小さなカメラで余分なスペースを必要とせずに焦点を合わせることができます。液体は、レンズの形状を変更したいときに使用するのに人気のある素材です、と言います アミール・ヒルサ 、レンセリアーの機械工学および航空宇宙工学の教授であり、プロジェクトの主任研究員です。

10月に説明された研究者のレンズシステム ネイチャーフォトニクス は、直径2ミリメートル未満のテフロンシリンダーで構成されています。シリンダーは水で満たされているため、液滴が両側に膨らんでいます。スピーカーは、感圧チャンバー内にあるシリンダーの片側に接続されています。研究者たちは、50〜160ヘルツの音をチャンバーに送り込み、液滴の表面の形状を変化させました。

フィリップスとフィリップスの2社 バリオプティック フランスに拠点を置く、は、代替の液体レンズシステムを使用する製品を開発しました。両方とも、互いに接触している2つの異なる液体を使用します。これにより、界面にイメージングレンズが作成されます。エレクトロウェッティングと呼ばれるプロセスでは、電流を流すと界面の形状が変化し、両方の液体の表面張力が変化します。

彼の新しいアプローチの利点は、必要な電力がはるかに少ないことです。彼は、エレクトロウェッティングには、従来の液体レンズを調整するために数十から100ボルトの電位が必要であると言います。対照的に、彼の2滴の設計を駆動するために必要なのは、数ミリボルトのわずかな電位だけです。

焦点を見つける： これらの3つの写真は、左から右に、0.007、0.020、および0.033秒後に撮影されました。音波が液滴の形状を変えると、レンズの焦点が変わります。研究者たちは、この液体レンズを使用するカメラは、ボタンを押すだけで数十枚の写真を撮ることができ、ソフトウェアに最も焦点が合っているものを分類させることができると示唆しています。

テストでは、Hirsaの液体レンズカメラは、さまざまな焦点距離で1秒あたり250枚の画像を撮影することができました。彼は、焦点距離の異なる数十枚の画像を瞬時にキャプチャし、簡単な画像分析ソフトウェアを使用して最も焦点の合った画像を特定できるカメラを想定しています。毎秒60フレームをキャプチャするとします、と彼は言います。最も鋭いものを選んでください。

エレクトロウェッティング技術を開発したフィリップスの研究者であるスタイン・カイパーは、研究者のアイデアは独創的であるように見えるが、アプローチには欠点があると考えていると述べています。レンズは継続的に動いているため、これは、ほとんどの場合、オブジェクトの焦点が合っていないため、かなりの量の光が失われることを意味します。

さらに、これらの初期の結果は高解像度ではありません、メモ ユーファロー 、カリフォルニア大学サンディエゴ校の電気工学教授。ローエンドカメラでさえ、かなり厳しい解像度要件があります、と彼は言います。しかし、彼は、この段階では、レンズは、高品質の写真を撮る代わりに、単に光線を集束させるなど、他の光学用途に適している可能性があると述べています。

ヒルサ氏によると、彼のチームは、磁場に応じて形状が変化する流体など、さまざまな種類の流体を使用して、解像度を向上させることを目指しています。彼はまた、電子機器メーカーと協力する可能性を模索しており、Samsungがレンズに関心を示していると述べています。

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