Jako lidské oko: unikátní objektiv pro fotomobily

Philips začátkem března představil vynález: tekutou čočku, která bez jakýchkoli mechanických částí dokáže měnit ohnisko. Je určena například i pro fotomobily a princip nové technologie je vlastně až geniálně jednoduchý.
Jako lidské oko: unikátní objektiv pro fotomobily

Neměl jsem zatím možnost a odvahu podrobně prozkoumat vnitřnosti digitálních fotoaparátů v mobilních telefonech. Myslím ale, že nebudu daleko od pravdy, když si tipnu, že je tvoří jedna miniaturní čočka zaostřená na nekonečno, která se trochu snaží usměrnit světelné paprsky dopadající na snímací čip. Toto řešení se používá i v nejlevnějších fotoaparátech, kde však ke větší kvalitě snímků přispívají větší rozměry a s tím spojená světelnost objektivu.

Systém jedné pevně zaostřené čočky není ideální, proto například Olympus vyvíjí soustavu prizmatických hranolů, v nichž se světlo lomí užitečnějším způsobem. O Olympusu a jeho technologii jsme psali už dříve v této bleskovce.

Klepněte pro větší obrázek 
Soustava prizmatických čoček v „mobilním“ objektivu Olympus

Netřepat a nemíchat

Philips přichází s nápadem, který nazývá FluidFocus: jedná se o jedinou čočku, která však může měnit svůj tvar a zaostřovat. Princip lze snadno demonstrovat na lidském oku, které vidí nejostřeji jen věci, na které zaostří, a zbytek je rozmazaný (nejvíce je to patrné na blízkých předmětech). Svaly však mohou v mžiku změnit charakteristiku čočky a přeostřit na bližší nebo vzdálenější předmět.

U oka se ale tato vlastnost dá pochopit – resp. je stejně šílená jako některé další funkce lidského těla, takže raději věříme, že to nějak funguje a jsme za to rádi. Jak ale podobného efektu dosáhnout u neživé látky? Philips místo skla, plastu nebo jiného pevného materiálu použil kapalinu. Jedná se o elektricky vodivou látku (za chvíli zjistíte proč), která se díky povrchovému napětí smrskne v kapiláře do podoby čočky a aby s sebou nějak nemlela, prostor kolem vyplňuje další kapalina s jiným indexem lomu - olej. Na rozhraní mezi oběma látkami, které jsou navzájem nemísitelné, se láme světlo.

Jak je vidět na obrázku, obě kapaliny jsou uzavřeny ve velmi malé průhledné trubičce. Její velikost je omezena fyzikálními vlastnostmi kapaliny-čočky, v předváděcím vzorku šlo o 3 mm v průměru a 2,2 mm na výšku. Kdyby byla trubička příliš velká, povrchové napěti nebude stačit na to, aby z kapaliny vytvořilo dokonalou čočku, hladina by byla zakulacená jen na okrajích.

Klepněte pro větší obrázek 
Objektiv (pravý prst) může být jen velmi malý, při použití ve fotomobilech to ale
ničemu nevadí, důležité naopak je, že malé může být i pouzdro s elektronikou (vlevo)

Co když zmrzne?

Stále ale máme pouze jednoduchou čočku s pevnou ohniskovou vzdálenosti a my přece potřebujeme zaostřovat. Přichází zde ke slovu technologie, která se nazývá electrowetting, česky jí říkejme třeba elektrozvlhčování. Napřed ale klepněte na následující obrázek, kde je příčný řez objektivem.

Klepněte pro větší obrázek 

Zatím se dívejte jen na levou část obrázku. Je zde dobře vidět tvar obou kapalin, které jsou uzavřeny ve skleněné trubičce (světle modrá), jejíž vnitřní část je vystlána hydrofobní neboli voduodpuzující látkou (žlutá). Také díky ní je modrá čočka krásně vypouklá a rozhraní obou kapalin funguje jako rozptylka. Když však do červených elektrod pustíte proud, modré čočce nezbude nic jiného, než se natlačit na stěny a hle – hladina se rázem změnila, může být klidně vodorovná, případně se prohnout i úplně opačným směrem než byla původně. Je to vidět v pravé části obrázku, kdy se objektiv chová jako spojka.

Klepněte pro větší obrázek
Různé tvary plochy mezi oběma kapalinami

V předváděcím zařízení dokázal objektiv měnit ohniskovou vzdálenost od pěti centimetrů až do nekonečna a uměl to velmi rychle, přes celý rozsah se dostal za méně než deset milisekund. Čočku napájí stejnosměrné napětí a představuje kapacitní zátěž, nespotřebovává téměř žádnou energii. Ta je potřeba jen pro změnu tvaru, po odpojení proudu hladina stále drží svůj tvar. Philips tvrdí, že ve finálních výrobcích bude objektiv odolný proti nárazu a bude fungovat ve velkém rozpětí teplot. Výroba bude velmi jednoduchá a levná.

Názorné video: na stránkách Philipsu si můžete prohlédnout videoprezentaci, která ve zvětšení názorně ukazuje chování kapalné čočky. Určitě se na toto video podívejte, je velmi efektní.

Jen jestli přežije

Philips svoji technologii necílí pouze na mobilní telefony. Své místo by mohla najít také v digitálních fotoaparátech (asi jen těch nejlevnějších), v domácích zabezpečovacích systémech, endoskopech nebo v optických zařízeních pro ukládání dat. Na rychlé zavedení do praxe se ale ještě příliš netěšme. Podobným vynálezům to trvá většinou hodně dlouho a velké množství z nich zůstane jenom u prototypů.

Internetové odkazy

Témata článku: Ostatní, Výzkumné oddělení, Objekt, Objektiv, Lidské oko, Oko, Foto