ne? Objektifte "su" var mı?
İnsan gözünün güçlü bir ayarlama yeteneğine sahip olduğunu ve ışığa ve arka plan hedeflerine uyum sağlamak için lensin eğriliğinin siliyer kasın kasılması ve gevşemesi yoluyla ayarlanabileceğini biliyoruz. Öyleyse, ekolojiyi taklit etme perspektifinden bakıldığında, optik teknolojiyi geliştirmemiz için insan "sulu" gözleri bize hangi ilham veya referansa sahip? Bugün bahsedeceğimiz sıvı lens bunlardan biridir.
Sıvı lensi derinlemesine tanımadan önce bir soru soralım: Sıvı lensin siyah teknolojisi ile günlük yaşamımız arasındaki bağlantı nedir? Cevap, bağlantının büyük olmasıdır!
Hayatımıza en yakın olan cep telefonu kameralarına bir örnek verin. Piyasadaki neredeyse tüm cep telefonu yakınlaştırmaları şu anda dijital yakınlaştırma kullanıyor Çift kameralı veya üç kameralı telefonlar bile algoritmalar aracılığıyla yalnızca çift veya üçlü optik yakınlaştırma sağlayabilir ve daha büyük yakınlaştırma faktörleri yalnızca dijital yakınlaştırma ile elde edilebilir. .
Bununla birlikte, dijital yakınlaştırma, bir algoritma aracılığıyla resmi büyütür ve aslında lensin odak uzunluğunu değiştirmez, bu nedenle dijital yakınlaştırmanın etkisi genellikle çok zayıftır.
O halde optik zoom neden cep telefonlarında kullanılamıyor? Tek bir neden var: boşluk. Optik yakınlaştırma elde etmek için, Şekil 1'de gösterildiği gibi bir optik lens grubu ve belirli bir lens hareket mesafesi gereklidir. Günümüzde cep telefonları gittikçe inceldikçe bu kadar ince bir cep telefonuna zoom lens grubu kurmak çok zor.
Bir çözüm var mı? Sıvı mercek ışığı görmemize izin verir.
Şekil 1 Tipik yakınlaştırma lensi lens grubu
Peki sıvı lens nedir? Geleneksel lensten farklı olarak sıvı mercek, mekanik bağlantı olmaksızın bir veya daha fazla sıvıdan oluşan optik bir elemandır.Optik elemanın dahili parametreleri harici kontrol ile değiştirilebilir ve geleneksel optik merceğin eşleşemeyeceği bir performansa sahiptir. Basitçe söylemek gerekirse, lensin ortamı camdan sıvıya değişir. Daha doğrusu, lensin kırılma indisini dinamik olarak ayarlayan veya yüzey şeklini değiştirerek odak uzunluğunu değiştiren yeni bir optik eleman türüdür.
Mevcut araştırma sonuçlarına göre, sıvı lensler esas olarak üç kategoriye ayrılmaktadır: gradyan indeksli lensler (sıvı kristaller), sıvı dolu lensler ve elektro ıslatma etkisi lensleri.
Üç sıvı lens aşağıda tanıtılmıştır:
Gradyan indeks merceği, yakınlaştırmayı sağlamak için sıvı kristalin kırılma indisini ayarlamak için sıvı kristale uygulanan voltajı değiştirmektir. Bu teknolojinin avantajları şunlardır: düşük kontrol voltajı, diziye ulaşılması kolay; ancak dezavantajları da açıktır: ayarlanabilir odak uzaklığı aralığı küçüktür, ışık enerjisi kaybı büyüktür ve elektrik alanındaki sıvı kristalin homojen olmaması büyük optik distorsiyona neden olur , Görüntü bozulmasına neden olur.
Sıvı dolgulu lens, sıvıyı doldurup emerek yüzeyin eğriliğini değiştirerek yakınlaştıran bir mercektir.Vücut boşluğundaki sıvıyı yeniden dağıtmak ve eğrilik yarıçapını değiştirmek için boşluktaki sıvıya basınç uygulamak için mekanik bir cihaz kullanılır. Bu yöntem, düşük tahrik gücü tüketimi, esnek lens açıklığı boyutu, yalnızca filmin mekanik özellikleriyle belirlenen şekil, sıvı doldurma ile ilgisi olmayan ve geniş yakınlaştırma aralığı gibi avantajlara sahiptir. Dezavantajları şunlardır: Lens büyük olduğunda titreşim ve yerçekiminin etkilerine karşı daha duyarlıdır ve yapı daha karmaşıktır.
Şekil 2 Sıvı dolu lensin şematik diyagramı
Elektro ıslatma efektli lens, uygulanan voltajı değiştirerek katı bir yüzey üzerindeki sıvının ıslatma özelliklerini kontrol eden sıvı bir lenstir. Peki elektro-ıslatma etkisi nedir? Basitçe söylemek gerekirse, damlacığın yüzey şeklini voltajla kontrol etmektir. Daha doğrusu, elektro-ıslatma etkisi fiziksel ve kimyasal bir olgudur.Katı yüzey üzerindeki sıvının ıslatma özellikleri, sıvı-katı arayüzün uygulanan voltajını değiştirerek kontrol edilir, böylece damlacığın temas açısını insan gibi görünmesi için değiştirir. Gözün lensi, yakınlaştırmayı sağlamak için eğriliğini değiştirir. Aynı zamanda, uygulanan farklı voltajlar için yüzey eğriliği optik yakınlaştırmayı sağlamak için değişecektir.
Aşağıdaki Şekil 3'ün sol tarafı, voltaj uygulanmadığında tüm sıvı merceğin içbükey bir mercek gibi davrandığını gösterir; 110V uygulandığında, sıvı seviyesi ışık toplama etkisi oluşturmak için dışbükey bir mercek oluşturacak şekilde değişir. Aşağıdaki Şekil 4, sıvı merceğin odaklanma etkisini göstermektedir. Bu yöntemin avantajları kısa tepki süresi, geniş yakınlaştırma aralığı, rahat çalışma, iyi entegrasyon performansı, basit yapı vb. Ve şu anda sıvı lenslerin en yaygın araştırma yönüdür. Bununla birlikte, yüksek sürüş voltajı (onlarca ila yüzlerce volt) ve çapı büyütmenin zorluğu gibi eksiklikler de vardır. Son araştırmalar, sürüş voltajının 30-50V'a düşürülebileceğini gösteriyor, ancak bu hala cep telefonu kameraları için çok yüksek.
Şekil 3 (a). Gerilim uygulanmadı, (b) gerilim değeri 110V
Şekil 4 Nesneyi sıvı lensle sabit odakta, 50 cm odak uzunluğunda ve 2 cm odak uzunluğunda görüntülemenin etkisi
Cep telefonu kameralarındaki uygulama olanaklarına ek olarak, sıvı lensler ayrıca biyomedikal minyatürleştirme için geniş alana sahiptir. Şu anda, en sıcak araştırma tıbbi endoskopların minyatürleştirilmesidir.
Tıbbi endoskop optik sistemi çok geniş bir nesne mesafe aralığı (3 ila 100 mm) gerektirdiğinden, sıradan optik sistemlerin bu kadar geniş bir alan derinliği içinde net görüntüleme elde etmesi zordur, bu da endoskopun görüntüleme kalitesini kullanımda kılar. Belirli kısıtlamalar. Aynı zamanda, nesne mesafesini değiştirmeden yerel bir alandaki lezyonların görüntü büyütmesinin nasıl elde edileceği de doktorların başarmayı umduğu bir işlevdir.
Bununla birlikte, endoskop optik sistemi, sistem boyutu ve lens sayısı konusunda çok katı gereksinimlere sahiptir ve geleneksel optik sistemin yakınlaştırmayı başarması zordur. Bu nedenle, sıvı lens önemli bir atılım yönü haline geldi. Amerika Birleşik Devletleri Kaliforniya Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, sıvı lensler üzerinde tıbbi araştırmalar yaptılar ve bunları kolesistektomiye başarıyla uyguladılar (Şekil 5).
Şekil 5 Sıvı lens endoskopu kullanılarak safra kesesinin yakınlaştırılmış görüntülemesi
Sıvı yakınlaştırma lensi mühendisliğe uygulandığında, geleneksel yakınlaştırma yapısı tasarımına dayalı olarak optik teknolojinin geliştirilmesine destek sağlamak için uyarlanabilir optiklerle çalışacaktır. Sıvı lens teknolojisinin ortaya çıkışı, cep telefonu kameralarının ve tıbbi ekipman endoskoplarının otomatik odaklanması gibi çeşitli alanların ihtiyaçlarını karşılamak için optik sistemlerin minyatürleştirme ve akıllılaştırma sürecini hızlandırabilir. Aynı zamanda şu anda tasarlanmış tek bir likit lens ile son derece yüksek görüntü kalitesi elde etmenin zor olduğunu ve çok az olgun likit lens ürününün olduğunu gördük.Birçok işletme ve bilimsel araştırma birimi deneysel aşamadadır.
Ancak likit lenslerin geleceği hala umut verici. Belki ileride bir gün, kullandığımız cep telefonu kamerası artık ön plana çıkmayacak, daha ince ve daha ince cep telefonları trendi altında optik yakınlaştırma sağlayabilecek, daha uzaktaki nesneleri net bir şekilde yakalayabilecek; daha küçük endoskoplar kullanabiliriz, Aynı zamanda daha net lezyonlar alabilir. Belki de bunların hepsi bir gün sıvı lenslerle mükemmel bir şekilde başarılabilir.
