利用微流体,自动对焦液体镜头诞生了

出处:EETimes 发布于:2011-06-25 09:53:51

  美国加利福尼亚大学的科学家发明了液体镜头,它通过改变厚度仅为8mm的两种不同的液体交接处月牙形表面的形状,实现焦距的变化。这种液体镜头相对于传统的变焦系统而言,兼顾了紧凑的结构和低成本两方面的优势。这项产品已经被应用在浸润式微影设备,用以提升解析度,但该种镜头中不受控制的空气液滴(air droplets),必须以人工对焦;现在,美国壬色列理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute,RPI)开发出一种新式液体镜头,能透过超小型的微流体活塞(microfluidic pistons)以电气方式调整焦距,不须外加零件。

  这种镜头利用水与油的界面特点,通过改变界面形状来变换焦点。镜头的下层装有水,水位上下变化,镜头随之变形并对焦。它使用超高速振动的压电元件,对水面施加压力,致使界面发生变化。

  壬色列理工学院表示,他们所开发的电磁式液体镜头适合各种精密影像应用,包括浸润式微影、人工视网膜,以及手机用的超低功耗摄影机;这项技术是该校教授Amir Hirsa的研究成果,他以磁场小心翼翼地震荡饱含铁奈米粒子的流体液滴,液滴内部的流体就会像帮浦活塞一样被上下抽吸,并因此能进行液体镜头的对焦。

  这种镜头由液体制成,且可以高速变形,因此能在五百分之一秒的短时间里对焦。它有助于跟踪拍摄超高速移动的对象,以及在显微镜中使用这种镜头观察活动的微生物。

  因为磁场是由交流电所产生,镜头会在近与远的焦距之间不断循环;但研究人员表示,利用软体演算法能轻易地排除任何失焦的画面。在其实际试验过程中,研究团队能达到每秒30帧画面(frame-per-second)的概念验证影像。

  上述实验是在一片固态基板上凿两个孔洞,其中一个放置不透光的铁流体液滴──也就是活塞,另一个孔洞则是放置透明的液体镜头液滴,然後将基板作为隔板、密封在充满水的一个容器中(如下图)。当加入电磁脉冲,流体活塞就会在孔洞上下移动;而因为磁力、毛细现象与惯性,另一旁的镜头液滴将会跟着活塞液滴移动,在近与远的焦距之间摆荡。

  2006~2011 RPI的流体活塞控制液体镜头实验示意图

RPI的流體活塞控制液體鏡頭實驗示意圖

  液体镜头的概念早在数年前便已出现,但由于当时设计的产品在材质和变形控制上控制难度太大、尤其是液体材质中的空气泡去除与纯化要想达到理想效果更为困难,因此其开发设计才耗费了数年的时间。直到近日,由Varioptic公司发布的、结合了两种不同性质的液体材料终于造就了便宜且实用的液体镜头。现在出现了自动对焦液晶镜头,让产品更加,对于事物有了更加清晰的呈现,这样自动的系统就可以让不是很的摄像爱好者拍出让自己满意的作品。


  

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