In 2008 was het een bijzondere stap: om een scherp beeld te krijgen, gebruikte de camera van John Rogers en zijn collega’s (University of Illinois) een bolvormige sensorplaat. Dat wil zeggen dat de sensoren die het inkomend licht omzetten in beeld (zoals op een CCD), niet op een plat vlak liggen, maar op een gebogen plaat. Hij had dit ‘afgekeken’ van het menselijk oog: het licht dat ons oog binnenkomt, komt terecht op een bolvormige retina, zodat de vertekening die normaalgesproken optreedt, teniet gedaan wordt.

BenFrantzDale

Geen rechte lijn

Een bolle lens heeft altijd last van ‘beeldveldwelving’. Hoe verder een punt van de middenas van de lens ligt, hoe dichterbij het brandpunt. De punten van een rechte lijn komen hierdoor als een bolle lijn in de camera.

Lees meer over vervormingen (aberratie) in het Kennislink-artikel ‘Door de ogen van een Leeuwenhoek’

Het nadeel van zo’n bolling is dat inzoomen problematisch is. Je vervormt daarbij namelijk de lens en dan klopt die niet meer met de bolling van de sensorplaat. Zelfs de natuur heeft hier geen antwoord op: er zijn geen voorbeelden van ogen die kunnen inzoomen. Maar Rogers heeft er wat op gevonden: hij laat zowel de lens als de sensorplaat vervormen door het in- of uitpompen van vloeistof. De hoeveelheid waterdruk bepaalt de vervorming en zo kan hij zorgen dat de twee altijd matchen.

Ruimte vol vloeistof

In de afbeelding hieronder zie je links een foto van de ‘oogbalcamera’ (in de literatuur noemen ze het een eyeball camera). Hij is maar vijvenhalve centimeter breed, zoiets als een luciferdoosje. Rechts zie je illustraties van de twee hoofdonderdelen: de lens en de detector.

Het hele bovenste gedeelte vormt de lens: bovenop een membraan (dun vliesje) gemaakt van een speciaal soort silicium en daaronder een glazen plaat. Het onderste gedeelte is de detector, die ervoor zorgt dat het licht dat door de lens komt, wordt omgezet in beeld (zoals een foto).

Jung et al., 2011

Normaalgesproken zou je in de lens alleen de glazen plaat hebben, dat ís dan de lens. Maar door het toevoegen van het membraan en de vloeistof daartussen, krijg je een lens-systeem dat kan inzoomen: als je meer vloeistof in de ruimte pompt, gaat het membraan bol staan, waardoor je ‘in totaal’ een bolle lens krijgt en dus inzoomt.

Het Kennislink-artikel ‘Robotoog ziet het daglicht’ legt uit hoe Rogers in 2008 een sensorplaat maakte die bol kan staan.

John Rogers

De sensorplaat is in de oogbalcamera altijd gebogen, in dit geval doordat hij op een membraan van silicium is geplaatst. De mate van bolling moet je voor het inzoomen kunnen aanpassen en daarvoor dient de ruimte ónder het membraan. Door die met vloeistof te vullen of juist leeg te pompen kun je bepalen hoe bol de sensorplaat precies gaat staan.

Het inzoomen is vervolgens een wisselwerking tussen het vol- en leegpompen van de twee ruimtes. De ingangen zijn hiervoor aansloten op vloeistofpompjes, die nu nog met de hand worden bediend. In een volgend ontwerp is het wellicht mogelijk de ruimtes via één automatische pomp met elkaar te verbinden.

Nuttige combinatie

Rogers combineert in zijn systeem pluspunten uit twee werelden. Aan de ene kant heb je het ‘oogsysteem’ met de bolvormige sensorplaat, waardoor het kijkveld groter is dan bij een normale camera (vergelijk maar eens wat je met je ogen ziet met wat je door een camera ziet). Het apparaat kan hierdoor eenvoudig en compact blijven, en dat maakt het uitermate geschikt voor bijvoorbeeld inwendig onderzoek.

Bij bijvoorbeeld endoscopie brengt een arts een instrument in met daarop een camera, waarmee hij het inwendige van een patiënt bekijkt. Hierbij is het belangrijk dat de camera zo klein mogelijk is, maar wel zoveel mogelijk ‘ziet’.

iHealthSpot, Inc.

Aan de andere kant kun je er nu ook gewoon mee inzoomen, zoals met een gangbare camera. Dat is weer handig als je de camera gebruikt voor bijvoorbeeld de beveiliging van een ruimte. De oogbalcamera heeft op dit moment 3,5x optische zoom, ongeveer net zo veel als een (goedkopere) digitale camera.

Voor de meeste toepassingen moet nog wel de resolutie flink omhoog. De camera produceert nu beeld met een paar duizend pixels. Ter vergelijking: een gemiddelde fotocamera heeft tegenwoordig zo’n 5 megapixels, dat zijn 5 miljoen beeldpunten. “Natuurkundig gezien is er echter geen reden waarom die resolutie met een oogbalcamera niet mogelijk is”, aldus Rogers. Kwestie van tijd dus…

Lees meer over camera’s en lenzen op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/oogbalcamera/lens/camera/index.atom?m=of", “max”=>"10", “detail”=>"minder"}