Polacy wywrócili stolik z fotografią. Jest polski pomysł na rewolucję w kamerach i smartfonach
Ciekła optyka zamiast szkieł w aparatach i kamerach będzie prawdziwą rewolucją. Dlaczego? Bo będzie tańsza i do tego pozwoli robić lepsze zdjęcia.
Każdy, kto pracował z aparatem lustrzanką, albo większą kamerą wie, jak działa obiektyw. Dzięki soczewkom obraz można przybliżyć, lub uchwycić w szerokim kącie. Ta sama zasada obowiązuje w aparatach w smartfonach. Obiektywy są jednak drogie i skomplikowane, bo zbudowane z wielu niezwykle precyzyjnych części. Dodatkowo chcąc uzyskać większe przybliżenie, trzeba używać większej ilości ciężkich szkieł.
Soczewki ciekłokrystaliczne mają rozwiązać ten problem. Zniknie nawet potrzeba posiadania kilku obiektywów, każdy do innego rodzaju zdjęć Wszystko fotografować będzie można jednym obiektywem, który sam "uformuje" odpowiednią soczewkę. To rozwiązanie ucieszy nie tylko posiadaczy lustrzanek. Takie obiektywy mają też trafić do smartfonów, a nawet być wykorzystywane w medycynie.
Polski pomysł na soczewki ciekłokrystaliczne
Soczewki ciekłokrystaliczne mają wiele zalet w porównaniu z tradycyjnymi soczewkami szklanymi lub plastikowymi. Przede wszystkim są bardzo lekkie i cienkie, co sprawia, że można je łatwo montować w różnych urządzeniach. Poza tym są bardzo elastyczne i przestrajalne, co oznacza, że można zmieniać ich powiększenie i ostrość bez konieczności używania ruchomych części mechanicznych. Wystarczy zmienić napięcie elektryczne podawane na elektrody ITO. To otwiera wiele nowych możliwości dla projektantów i użytkowników urządzeń optycznych.
Soczewki ciekłokrystaliczne wykorzystują właściwości optoelektroniczne materiałów ciekłokrystalicznych. Mają niską masę i niewielką grubość w porównaniu z soczewkami szklanymi. Ich największą zaletą jest możliwość uzyskania szerokiego zakresu przestrajalności mocy optycznej bez konieczności wykorzystywania ruchów mechanicznych. Mówiąc wprost, powiększenie soczewki będzie sterowane elektrycznie i ograniczy, a może nawet całkowicie wyeliminuje stosowanie ruchomych części optyki
- mówi mgr inż. Tomasz Jankowski.
Jak wyjaśnia naukowiec, zalety soczewek ciekłokrystalicznych powodują, że mogą być one wykorzystane nie tylko w telefonach komórkowych czy aparatach fotograficznych, ale nawet w okularach korekcyjnych czy w okularach wirtualnej lub rozszerzonej rzeczywistości. Dzięki zastosowaniu takich soczewek urządzenia będą mniejsze, lżejsze i będą oferowały dużo więcej możliwości niż obecne.
W takim urządzeniu pojedyncza soczewka ciekłokrystaliczna mogłaby zmieniać swoją ogniskową. Natomiast za pomocą dwóch soczewek ciekłokrystalicznych ustawionych blisko siebie po zmianie ich ogniskowych uzyskujemy różne nastawy zoomu optycznego. Jednocześnie nie wykorzystujemy do tego ruchów mechanicznych, sterujemy nimi tylko i wyłącznie za pomocą napięcia, dzięki czemu z układów optycznych będziemy mogli wyeliminować ruchome elementy.
Obecnie badamy innowacyjne soczewki ciekłokrystaliczne i próbujemy uzyskać jak najlepszy element, mając na uwadze jego parametry optyczne. Oprócz nas robią to także inne zespoły, jednak te tworzone w Wojskowej Akademii Technicznej posiadają szereg zalet w porównaniu z innymi przedstawianymi w literaturze naukowej. Jesteśmy w stanie osiągnąć większą moc optyczną i szerszy zakres przestrajalności przy jednoczesnym zachowaniu dużej apertury 1 cm takiej soczewki i prostego sposobu jej sterowania, za pomocą jedynie dwóch źródeł napięciowych. Inne rozwiązania potrzebują nawet kilkudziesięciu źródeł zasilania
- wyjaśnia mgr inż. Tomasz Jankowski.
Jak działają soczewki ciekłokrystaliczne?
Molekuły ciekłego kryształu są materiałem dwójłomnym – posiadają różne współczynniki załamania w zależności od kierunku padania wiązki światła na taki materiał. Dodatkowo ciekły kryształ ma takie właściwości elektryczne, że kiedy umieścimy go w polu elektromagnetycznym, obraca się w kierunku linii pola elektromagnetycznego. Połączenie tych dwóch właściwości optoelektronicznych pozwala na możliwość zmiany efektywnego współczynnika załamania warstwy ciekłokrystalicznej, czyli zmiany powiększenia soczewki.
Taką warstwę umieszcza się pomiędzy dwiema równoległymi szklanymi płytkami, na których naparowana jest warstwa przewodząca z materiału ITO, czyli Indium Tin Oxide, mieszaniny tlenku indu i cyny, działającej jako elektroda. W celu uzyskania soczewki ciekłokrystalicznej w tej warstwie ciekłego kryształu musimy wytworzyć odpowiedni rozkład pola elektromagnetycznego. Spowoduje to rozkład różnego obrotu ciekłego kryształu i ostatecznie rozkład współczynnika załamania, dzięki czemu uzyskamy soczewkę zbliżoną do soczewki gradientowej.
Pomysł wykorzystania ciekłych kryształów do budowy soczewek nie jest nowy, ale dopiero w ostatnich latach dokonano znaczących postępów w tej dziedzinie. Pierwsze prace nad soczewkami ciekłokrystalicznymi pojawiły się już w latach 60. XX wieku, ale były ograniczone przez niską jakość i stabilność materiałów oraz trudności technologiczne. W latach 90. i na początku XXI wieku nastąpił rozwój nowych rodzajów ciekłych kryształów i metod sterowania nimi, co umożliwiło tworzenie soczewek o lepszych parametrach i większej przestrajalności.
Główna ilustracja: fot. Sebastian Jurek
