Lentille liquide de faible puissance

Les lentilles en liquide intéressent les chercheurs et les ingénieurs depuis des décennies en raison de la capacité de la technologie à changer rapidement de forme et de distance focale. Mais les approches traditionnelles, qui utilisent un courant électrique pour modifier la forme de la surface d'un liquide, nécessitent beaucoup de puissance. Aujourd'hui, des chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute, à Troy, dans l'État de New York, proposent un type de lentille liquide – constituée de seulement deux gouttes d'eau – qui change de forme lorsqu'elle est bombardée d'ondes sonores. L'utilisation du son nécessite beaucoup moins d'énergie que les méthodes précédentes et pourrait, avec des améliorations de la résolution, rendre l'objectif attrayant pour une utilisation dans les petites caméras de surveillance et les téléphones portables.

Optique gouttelette : Cette série d'images montre des gouttelettes d'eau dans un cylindre creux en téflon toutes les quatre millisecondes. La forme incurvée de l'eau forme une lentille, qui change de forme, et donc de distance focale, lorsque des ondes sonores sont appliquées sur un côté du cylindre.

Avec le verre, le plastique et autres matériaux durs, il est impossible de changer rapidement la forme de l'objectif, et donc de faire la mise au point : pour régler la distance focale, il faut déplacer physiquement l'objectif. Les appareils photo extrêmement petits et de nombreux téléphones portables n'ont tout simplement pas assez de place pour permettre aux utilisateurs de déplacer un objectif rigide de la distance requise pour une gamme de distances focales. Un objectif liquide adaptatif, cependant, permet aux petites caméras de faire la mise au point sans avoir besoin d'espace supplémentaire. Les liquides sont un matériau de prédilection pour travailler lorsque vous souhaitez modifier la forme d'une lentille, dit Amir Hirsa , professeur de génie mécanique et aérospatial à Rensselaer et chercheur principal sur le projet.

Le système de lentilles des chercheurs, décrit dans le Photonique de la nature , est composé d'un cylindre en Téflon de moins de deux millimètres de diamètre. Le cylindre est trop rempli d'eau de sorte que les gouttelettes gonflent de chaque côté. Un haut-parleur est accroché à un côté du cylindre, qui se trouve dans une chambre sensible à la pression. Les chercheurs ont pompé un son entre 50 et 160 hertz dans la chambre, modifiant la forme de la surface de la gouttelette.

Deux sociétés, Philips et Varioptique , basée en France, a développé des produits utilisant un système alternatif à lentille liquide. Les deux utilisent deux liquides différents qui sont en contact l'un avec l'autre, ce qui crée une lentille d'imagerie à l'interface. Dans un processus appelé électromouillage, la forme de l'interface est modifiée lorsqu'un courant électrique lui est appliqué, modifiant la tension superficielle des deux liquides.

L'avantage de sa nouvelle approche, dit Hirsa, est qu'elle nécessite beaucoup moins de puissance. Il dit que l'électromouillage nécessite un potentiel électrique de plusieurs dizaines à cent volts pour ajuster la lentille liquide conventionnelle. En revanche, seul un faible potentiel de quelques millivolts est nécessaire pour piloter sa conception à deux gouttelettes.

Trouver la concentration : Ces trois photos ont été prises, de gauche à droite, après 0,007, 0,020 et 0,033 secondes. Le foyer de la lentille change à mesure que les ondes sonores modifient la forme de la gouttelette. Les chercheurs suggèrent qu'un appareil photo utilisant cette lentille liquide pourrait prendre des dizaines de photos en appuyant sur un bouton et laisser le logiciel trier celle qui est la plus nette.

Lors des tests, la caméra à objectif liquide de Hirsa a pu prendre 250 images par seconde, à différentes distances focales. Il envisage une caméra capable de capturer instantanément des dizaines d'images avec différentes distances focales, puis d'utiliser un simple logiciel d'analyse d'images pour déterminer l'image la plus nette. Disons que vous capturez 60 images par seconde, dit-il. Prenez celui qui est le plus pointu.

Stein Kuiper, le chercheur de Philips qui a développé la technique d'électromouillage, note que les idées des chercheurs semblent originales, mais il voit des inconvénients à l'approche. Étant donné que l'objectif est en mouvement continu, cela signifie qu'une quantité importante de lumière est perdue, car la plupart du temps l'objet est flou.

De plus, ces premiers résultats ne sont pas en haute résolution, note Yuhwa lo , professeur de génie électrique à l'Université de Californie à San Diego. Même les caméras bas de gamme ont une exigence de résolution assez stricte, dit-il. Cependant, il dit qu'à ce stade, l'objectif pourrait être bon pour d'autres applications optiques, telles que la simple focalisation des faisceaux de lumière au lieu de prendre des photos de haute qualité.

Hirsa dit que son équipe cherche à améliorer la résolution, éventuellement avec différents types de fluides, tels que ceux qui changent de forme en réponse aux champs magnétiques. Il explore également la possibilité de travailler avec des fabricants d'électronique et dit que Samsung a exprimé son intérêt pour l'objectif.

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