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液体镜头

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  1 微型液体镜头受宠
  2 望远镜看中反射型液体镜头
  3 应用
  4 消费电子采用传导型液体镜头
  微型液体镜头受宠
  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。
  而传统的变焦镜头是通过调整两个固定焦距的镜头之间的距离来实现变焦。而液体镜头则通过改变液体的压力来调整焦距。这样设备可以在一个很小的固定距离范围内实现变焦系统。根据加利福尼亚大学的科学家的试验,这种液体镜头非常容易批量生产,而且成本将大幅度下降。
  无独有偶,法国的Varioptic公司在2004年年底发布了一项用于手机的采用了电子技术的液体镜头专利。使用这种镜头的手机,只要在镜头中加入几滴油或者水,就可以让镜头实现自动变焦,并且准确地把焦点放在需要拍照的物体上。 Varioptic表示对液体镜头技术在拍照手机和200万以下像素的数码照相机领域取得突破很有信心。
  现在,随着拍照手机等的流行,人们对微型变焦镜头的需求持续膨胀,让原本在2000年就已经在天文望远镜中成功实现的液体镜头受到人们的密切关注。毕竟,天文望远镜与拍照手机等消费电子的市场不可同言而语。
  望远镜看中反射型液体镜头
  液体镜头可以按照不同方式进行分类,如有使用一种液体的,也有使用发射率不同的完全不能融合的两种液体的。目前,液体镜头按照实现方式的不同可以分成传导型和反射型两类。
  2000年以前,天文望远镜的造价都高达数千万美元,个人几乎是不可能拥有的,只能共享。天文学家何其多也,而天文望远镜何其少也。2000年后,只用100多万美元,科学家就造成了一个巨大的天文望远镜。成本降低的关键是首次采用了液体镜头,而不是传统采用的磨光金属、坚硬的玻璃和大型的镜面。反射望远镜上的反射镜,最好是抛物面的,也就是液体在旋转的容器里形成的那种表面的形状。制造望远镜的人要付出大量辛勤的劳动才能使反射镜有这样的表面。打磨望远镜用的反射镜的工作常常要延续好几年。美国的物理学家乌德为了解决这个困难,创造了液体镜面:他在一个大容器里旋转水银,得到一个理想的抛物面,由于水银能很好地反射光线,所以能起反射镜的作用。
  应用
  反射式液体镜头已经在大型望远镜中得到了应用,代替传统望远镜中使用的玻璃反射境。当盛满液体(通常采用水银)的容器旋转时,向心力会产生一个光滑的用于望远镜的反射凹面。通常这样一个光滑的曲面,完全可以代替需要大量复杂工艺并且价格昂贵的玻璃镜头,而哈勃空间望远镜的失败也让我们了解了玻璃镜头何等脆弱。
  反射型液体镜头绝对不会存在易碎这样的问题,通过改变液体容器的旋转速度,可以形成曲率不同的发射曲面。英国 Columbia 大学(UBC) 的科学家已经研制了一架直径236英寸(6米)液体发射境面望远镜(LMT)。作为全球第13大的望远镜,其反射曲面是由一个盛满水银的容器以5RPM的速度旋转形成的。而这架望远镜的造价仅为100万美元左右,而用传统技术建造同样大小的一架望远镜约需1亿美元。
  消费电子采用传导型液体镜头
  而传导型液体镜头使用两种不能融合的液体,每一种液体拥有不同的折射率,生成一种与传统的高质量的光学镜头一样的可变聚焦镜头,而镜头大小却可以减少到10mm。两种液体,其中一种是导电的水性溶液,另一种是不导电的油。这两种液体被装在一个加有弹簧装置的很小的管子里,管子的内部和弹簧装置涂上防水材料,通过弹簧装置加压和调整在管子两端的直流电电压,在管子的一端形成相当与玻璃镜头的月牙型的曲面,曲面的曲率就是液体镜头的焦距。根据相关测试,每次的变焦过程所消耗的能量仅为0.1 微焦耳(mJ),而变焦所用的时间从最极端的凸面到凹面也仅需几毫秒。另外,两种液体的边界非常光滑和规整,使得液体镜头可用于诸如医学上用的内窥镜成像系统,也可以应用在空间狭小的其他领域,如显微镜照相机。
  这种模仿人类眼球功能的小型液体镜头已经由飞利浦公司推出。它的两种液体被装在一个直径3毫米、高2.2毫米的小型管状容器当中,该镜头最近可对距离其5cm的物体聚焦,而远近焦距可在10微秒的瞬间内完成调节。
  人的眼球也是通过改变焦距来观察远近不同的物体,不同的是,人是通过眼球周围的肌肉调节焦距。因此,可以说这种新型镜头周围的电场就相当于人类眼球周围的肌肉。


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