Chế tạo thành công ống kính máy ảnh có thể thay đổi tiêu cự mà không cần các bộ phận chuyển động

Một nhóm tại MIT đã phát triển và thử nghiệm một "siêu thấu kính" mới có khả năng thay đổi tiêu cự theo nhiệt độ, không có bộ phận chuyển động.

Các ống kính zoom hiện đại có thể hoạt động hoàn hảo và trơn tru. Nhưng nếu mở một cái ra bạn sẽ choáng ngợp bởi mức độ phức tạp vi cơ học tới mức đáng sợ của chúng, với 20 thành phần thủy tinh được đánh bóng trở lên và được thiết lập để di chuyển theo các hướng khác nhau với tốc độ khác nhau khi bạn thực hiện việc zoom hoặc lấy nét. Thực tế là những hệ thống này đã tồn tại trong nhiều năm và có thể vẫn sử dụng tốt cho dù bị va đập, tiếp xúc với mưa, bụi và nhiệt độ thay đổi, là một minh chứng thành công cho các công nghệ đã phát triển chúng.

Thấu kính được các nhà khoa học MIT tạo ra có thể thay đổi độ khúc xạ dựa trên nhiệt độ.

Nhưng một phát triển mới từ nhóm Nghiên cứu Vật liệu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) tuyên bố có thể tập trung ánh sáng nhanh chóng và chính xác bằng cách sử dụng một vật liệu chuyển pha trong suốt mà không cần phải di chuyển bất cứ thứ gì. Thay vào đó, cái mà họ gọi là "siêu thấu kính siêu mỏng có thể điều chỉnh"này sẽ sắp xếp lại chính cấu trúc nguyên tử của nó khi phản ứng với nhiệt.

Vật liệu được đề cập là một bước ngoặt mới dựa trên germanium/antimon/tellurium, loại vật liệu thường được sử dụng trong các đĩa CD và DVD có thể tái sử dụng. Trong quá trình ghi lại đó, nhiệt laser được sử dụng để chuyển vật liệu giữa trạng thái trong suốt và không trong suốt. Nhưng nhóm nghiên cứu của MIT đã thêm selen vào hỗn hợp và nhận thấy rằng khi nhiệt được thêm vào, cấu trúc nguyên tử của nó "chuyển từ một đám rối ngẫu nhiên, vô định hình của các nguyên tử sang một cấu trúc tinh thể có trật tự hơn", làm thay đổi sức khúc xạ mà không làm thay đổi độ trong suốt của nó.

Hình ảnh phóng đại của vật liệu cho thấy các đặc điểm sắp xếp trật tự siêu nhỏ của nó.

Siêu thấu kính sẽ có cấu trúc nhỏ, với các hoa văn chính xác được khắc trên bề mặt của nó, có thể được thiết kế để khúc xạ hoặc phản xạ ánh sáng theo những cách nhất định. Khi vật liệu bị nung nóng, các đặc tính quang học của nó thay đổi. Trong thử nghiệm của nhóm nghiên cứu, nó đã tập trung ánh sáng hồng ngoại vào một điểm gần ở nhiệt độ phòng, và sau đó di chuyển điểm lấy nét của nó ra xa hơn khi nhiệt được tác dụng.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm ống kính này bằng cách đặt nó trên sân khấu và chiếu sáng nó bằng chùm tia laser được điều chỉnh theo dải hồng ngoại. Họ đã đặt hai biểu đồ độ phân giải trong suốt trước mặt nó ở các khoảng cách khác nhau và nhận thấy rằng nó có thể phân giải hình ảnh sắc nét của hình ảnh gần hơn ở nhiệt độ phòng và hình ảnh sắc nét tương tự của hình ảnh ở xa hơn khi được làm nóng lên, ngay cả sau khi nguồn nhiệt đã được loại bỏ.

"Kết quả cho thấy thấu kính siêu mỏng có thể điều chỉnh được, không có bộ phận chuyển động, có thể thu được hình ảnh không có quang sai của các vật thể chồng lên nhau ở các độ sâu khác nhau, sánh ngang với các hệ thống quang học cồng kềnh truyền thống", Tian Gu, một nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Vật liệu của MIT cho biết.

Nhóm nghiên cứu tin rằng nó có thể được chế tạo với bộ vi nhiệt tích hợp, có thể "nhanh chóng làm nóng vật liệu với các xung ngắn trong vài mili giây", từ đó điều chỉnh nhiệt độ một cách chính xác để cho phép điều chỉnh tiêu cự thay đổi liên tục trong một loạt các trạng thái trung gian giữa khoảng cách tiêu cự tối thiểu và tối đa. Tuy nhiên, chưa rõ nó sẽ có thể hạ nhiệt và đặt lại tiêu điểm ở khoảng cách tối thiểu nhanh như thế nào.

Ống kính máy ảnh trong tương lai có thể sẽ không cần cồng kềnh và phức tạp nữa.

"Nói chung khi người ta chế tạo một thiết bị quang học, rất khó để điều chỉnh các đặc tính của nó sau khi chế tạo", Mikhail Shalaginov, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết. "Đó là lý do tại sao loại vật liệu này giống như một 'chén thánh' dành cho các kỹ sư quang học, cho phép chuyển đổi tiêu điểm một cách hiệu quả và trên một phạm vi lớn."

Nhóm nghiên cứu cho biết nguyên mẫu của họ tạo ra có thể hữu ích trong phạm vi nhiệt thu nhỏ, như máy ảnh nhiệt siêu nhỏ gọn và kính nhìn ban đêm cấu hình thấp. Các hướng phát triển tiếp theo có thể cho phép tạo ra các ống kính zoom siêu nhỏ gọn cho điện thoại thông minh không có bộ phận chuyển động.

Nghiên cứu đã được đăng tải trên Nature Communications.