Je leest:

Een energiezuinige minilens

Een energiezuinige minilens

Auteur: | 7 oktober 2008

Amerikaanse onderzoekers hebben een prototype gebouwd van een twee millimeter grote vloeibare lens, waarvan de brandpuntsafstand met hele kleine stroompjes kan worden veranderd. Het onderzoek belooft een doorbraak in de miniaturisering van lenzen.

Als je een fototoestel scherpstelt, worden de lenzen van het toestel ten opzichte van elkaar verschoven. Op die manier kan het brandpunt van de lenzen zo worden ingesteld, dat het object dat je wilt fotograferen precies scherp te zien is. In hele kleine camera’s, zoals degene die in mobiele telefoons zitten, is geen ruimte om op die manier scherp te stellen. Een mogelijke oplossing is het gebruik van een vloeibare lens.

De vloeibare lenzen, die onder meer door Philips worden ontwikkeld, gebruiken het principe van electrowetting. Hierbij wordt de manier waarop druppels zich op een oppervlak gedragen gecontroleerd. Als je bijvoorbeeld een druppel water op een glazen plaat laat vallen, zal de druppel zich snel uitspreiden. Het oppervlak tussen het water en de plaat is groot. Dit wordt ook wel een ‘wetting’-situatie genoemd. Laat je nu zo’n zelfde druppel op een glasplaat die je bijvoorbeeld met een kaarsvlam met een laagje roet hebt bedekt, dan zal het druppeltje heel rond blijven. In dat geval spreken we van ‘non-wetting’.

Het principe van electrowetting: zonder spanning ligt de olie plat op het oppervlak van een elektrode (a), als er wel spanning staat verdringt het water de olie tot een druppel. Illustratie: Philips

Een vloeibare lens is feitelijk als een druppel vloeistof op een plaat, en door een elektrische stroom door die plaat te laten lopen veranderen de wetting-eigenschappen van de plaat. Daardoor verandert de bolheid van de druppel, en de kromming bepaalt het brandpunt van de lens.

Trillende druppels

Het grote nadeel van electrowetting-lenzen is dat de stroom die nodig is om het brandpunt van de lens te controleren heel hoog is. Een onderzoeksgroep van het Amerikaanse Rensselaer Polytechnisch Instituut in Troy heeft nu een slimme variant op de traditionele vloeibare lens bedacht, waarmee het mogelijk moet worden om met hele lage elektrische stroom hetzelfde effect te bereiken. Ze hebben daarvoor teflon cilindertjes met een doorsnede van twee millimeter gemaakt, die zo zijn afgevuld met water dat er een bol oppervlak aan beide kanten zit. De sterke oppervlaktespanning van water zorgt ervoor dat de druppels er niet uit vallen. Door aan één kant een geluidsgenerator te zetten wordt de vloeistof in trilling gebracht, en verandert de bolling van de druppels.

Dit is de vloeistoflens van de Amerikaanse onderzoekers, gefotografeerd met een tussentijd van 4 milliseconden. De bolling van de druppels oscilleert, zodat de brandpuntsafstand van de lens heel snel op en neer fluctueert. Foto: Amir Hirsa, Rensselaer Polytechnic Institute

Omdat het produceren van geluid weinig energie kost, zal een spanning van een paar duizendste volt genoeg zijn om deze lens te gebruiken. Wel zijn er nog een paar nadelen weg te werken. Zo zorgt de trilling van de lens ervoor dat het beeld dat je ermee ziet meestal niet scherp is. Als je echter veel beelden opneemt en slimme software gebruikt, is het alsnog mogelijk om een scherp beeld te krijgen. Toch raak je dus altijd een groot gedeelte van je lichtsignaal kwijt.

Een groter probleem is de resolutie van de vloeistoflenzen: die is op het moment nog heel erg laag. De onderzoekers hopen de resolutie te verbeteren door andere vloeistoffen te gebruiken, bijvoorbeeld vloeistoffen die op magnetische velden reageren. Als het lukt om de nadelen weg te werken of te verminderen, kan deze nieuwe lens een grote verbetering van mini-camera’s betekenen.

Een plaatje zoals gezien door de oscillerende lens. De middelste afbeelding is onscherp, de andere twee zijn gemaakt terwijl de kromming van de lens meer optimaal was voor deze brandpuntsafstand. Een uitdaging voor de beeldverwerking dus: hoe onderscheid je de scherpe afbeeldingen van de onscherpe? Foto: Amir Hirsa, Rensselaer Polytechnic Institute

Zie verder:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 07 oktober 2008

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.