Revoluční optika napodobuje lidské oko

Mechanické předměty mají tendenci se opotřebovávat a případně porouchat. Nový fluidní optický systém společnosti Philips, využitelný například v digitálních fotoaparátech se zoomem, tuto nevýhodu eliminuje.

Již se vám někdy stalo, že vám vypověděla poslušnost optika vašeho digitálního fotoaparátu? Takový problém by se mohl stát minulostí díky nové technologii, kterou její vynálezce nazval FluidFocus. Tekutá čočka Společnost Philips Electronics vynalezla náhradu klasické soustavy čoček, která je schopna zaostřit na objekty v různých vzdálenostech a pracuje podobným způsobem jako lidské oko. Na rozdíl od sytému čoček, které jsou v současnosti používány v digitálních fotoaparátech se zoomem a dalších podobných zařízeních, nemá tato novinka žádné pohyblivé mechanické části. Je to dáno tím, že ohniskovou vzdálenost mění tak, že mění svůj tvar.

Obrázek:

(A) Schematický příčný řez čočkou FluidFocus.
(B) Při působení elektrického napětí se elektrické náboje akumulují v elektrodě ve skleněné stěně a opačné náboje se shromažďují v blízkosti rozhraní mezi pevnou hmotou a kapalinou ve vodivé tekutině. Výsledná elektrostatická síla snižuje povrchové napětí na tomto rozhraní a s ním také dotykový úhel q a tak i ohniskovou vzdálenost čočky.
(C) až (E) ukazují tvary čočky o průměru 6 mm při různém elektrickém napětí.

Legenda:

Incident light - dopadající světlo
Hydrophobic coating - vodu-odpuzující obal
Insulating fluid - izolační kapalina
Electrodes - elektrody
Glass - sklo
Conducting fluid - vodivá kapalina

Čočka FluidFocus se skládá ze dvou nesmísitelných kapalin s různým indexem lomu. Jedna kapalina je elektricky vodivý vodný roztok a druhá je nevodivý olej. Obě tekutiny jsou uzavřené v trubičce dlouhé 2,2 mm s průhlednými uzávěry na obou koncích. Průměr těchto uzávěrů u prototypu činí 3 mm. Vnitřní povrch stěny trubičky a jeden z jejích uzávěrů jsou potaženy hydrofobním (vodu-odpuzujícím) povlakem, který způsobuje, že se vodný roztok přetváří na půlkulatou hmotu na protějším konci trubičky, kde se poté chová jako sféricky zakřivená čočka. Ostření elektřinou Tvar čočky se mění v závislosti na působení elektrického pole na hydrofobní povlak. Jedná se o proces nazývaný „electrowetting“ (tj.elektrozvlhčování či elektrické namáčení), který je výsledkem změny povrchového napětí, která je vyvolaná elektřinou. V jeho důsledku začne vodný roztok zvlhčovat boční stěny trubičky, čímž změní poloměr zakřivení meniskové (konkávně-konvexní) stěny mezi dvěma kapalinami, a tak i ohniskovou vzdálenost čočky. Zvýšením působení elektrického pole lze povrch zpočátku konvexní čočky zcela vyrovnat nebo ji dokonce přeměnit na konkávní. Díky tomu je možné získat čočky, které se hladce mění ze spojných (tzv. spojky) na rozptylné (tzv. rozptylky) a zpět.

Rozpětí ohniskové vzdálenosti protoypu dosahuje 5 cm až do nekonečna, přičemž její změna je poměrně rychlá. Přepnutí přes celé rozpětí ohniskové vzdálenosti je dosaženo za méně než 10 ms. Mezi další pozitivní vlastnosti této technologie patří dlouhá životnost čoček. Při testování prošla čočka více než 1 miliónem zaostřovacích operací bez jakékoli ztráty optického výkonu.

Využití

S prototypem se budou moci uživatelé seznámit již na letošním veletrhu CeBIT v německém Hannoveru. Využití technologie FluidFocus přitom nespadá jen do oblasti digitální fotografie, ale implementovat se může do endoskopů, domácích zabezpečovacích systémů či optických zařízení pro ukládání dat.