Thiết bị ống kính máy ảnh có khả năng thay đổi tiêu cự mà không cần dùng bộ phận điều chỉnh vật lý

Hiện nay, các loại ống kính (thấu kính) zoom hiện đại sử dụng trong nhiếp ảnh hoạt động rất hiệu quả và chất lượng. Tuy nhiên, thiết kế và cấu tạo bên trong của nó có độ phức tạp vi cơ học ở mức đáng ngạc nhiên, với khoảng hơn 20 thấu kính được thiết kế để có thể di chuyển theo các hướng khác nhau với tốc độ khác nhau trong quá trình thu phóng hoặc lấy nét. Trên thực tế, thiết bị ống kính có độ bền cao, có thể sử dụng trong nhiều năm mặc dù nó là bộ phận dễ bị trầy xước, bám bụi, dính nước mưa, hay thậm chí là ảnh hưởng bởi sự thay đổi của nhiệt độ môi trường.

Tuy nhiên, một nhóm các nhà nghiên cứu Vật liệu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Hoa Kỳ mới đây đã phát triển thành công một thiết bị ống kính cho phép người sử dụng lấy nét một cách nhanh chóng và chính xác bằng cách sử dụng vật liệu chuyển pha trong suốt mà không cần dùng các bộ phận điều chỉnh vật lý. Thay vào đó, công nghệ "siêu thấu kính có cấu tạo siêu mỏng và có thể điều chỉnh" này có khả năng tự sắp xếp lại cấu trúc nguyên tử khi tiếp xúc với nhiệt độ cao.

Vật liệu được đề cập là một bước ngoặt mới và là tiền đề để phát triển vật liệu germanium/antimon/tellurium được sử dụng trong sản xuất đĩa CD và DVD có thể ghi lại dữ liệu. Trong các ứng dụng này, tia laser được sử dụng quá trình xử lý nhiệt để chuyển vật liệu giữa các trạng thái trong suốt và không trong suốt. Tuy nhiên, trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học của MIT đã bổ sung chất selenium (selen) vào hỗn hợp vật liệu và phát hiện ra rằng: khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, cấu trúc nguyên tử của vật liệu chuyển từ cấu trúc vô định hình sang cấu trúc tinh thể, từ đó, làm thay đổi lực khúc xạ mà không làm thay đổi độ trong suốt của nó.

Siêu thấu kính có cấu tạo siêu nhỏ, bề mặt được khắc theo mẫu một cách tỉ mỉ và chính xác, và được thiết kế để khúc xạ hoặc phản chiếu ánh sáng theo những cách thức nhất định. Khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, các đặc tính quang học của thấu kính thay đổi. Trong cấu hình nguyên mẫu, ống kính tập trung ánh sáng hồng ngoại vào một điểm gần trong điều kiện nhiệt độ phòng, sau đó di chuyển điểm lấy nét ra xa hơn khi tiếp xúc với nhiệt độ cao.

Trong thử nghiệm, các chuyên gia đã đặt ống kính meta trên bệ và chiếu chùm tia laser được điều chỉnh theo các bước song của dải hồng ngoại. Các nhà nghiên cứu đã đặt trước ống kính hai biểu đồ độ phân giải trong suốt ở các khoảng cách khác nhau và nhận thấy rằng ống kính có khả năng phân giải hình ảnh sắc nét ở khoảng cách gần hơn trong điều kiện nhiệt độ phòng, ở khoảng cách xa hơn trong điều kiện nhiệt độ cao, hay thậm chí ngay cả sau khi nguồn nhiệt đã được loại bỏ.

“Kết quả cho thấy công nghệ thấu kính siêu mỏng, có thể điều chỉnh được mà không cần dùng bộ phận điều chỉnh vật lý, có thể thu được hình ảnh của các vật thể xếp chồng lên nhau ở các độ sâu khác nhau mà không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng quang sai, mang lại hiệu quả và chất lượng tốt hơn so với hệ quang học truyền thống vốn có kích thước, cấu tạo cồng kềnh”, nhà nghiên cứu Tian Gu, Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Vật liệu của MIT cho biết.

Nhóm nghiên cứu tin rằng có thể chế tạo công nghệ mới với bộ vi nhiệt tích hợp với mục đích nhanh chóng làm nóng vật liệu bằng chùm tia laser phát xung cực ngắn, chỉ vài mili giây, điều chỉnh nhiệt độ một cách chính xác để từ đó cho phép điều chỉnh tiêu cự liên tục trong các trạng thái trung gian giữa khoảng cách tiêu cự tối thiểu và tối đa - mặc dù chưa xác định được tốc độ hạ nhiệt và lấy nét lại ở khoảng cách tối thiểu của ống kính.

Bài báo về nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Nature Communications.

Mikhail Shalaginov, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết: “Nhìn chung, việc điều chỉnh các đặc tính của một thiết bị quang học sau khi chế tạo không dễ thực hiện. Các nhà khoa học cho biết nguyên mẫu thấu kính hồng ngoại này có thể hữu ích đối với các ứng dụng ống kính ngắm nhiệt thu nhỏ, camera ảnh nhiệt hay còn gọi là camera nhiệt có kích thước siêu nhỏ gọn và thiết bị nhìn đêm cấu hình thấp. Họ cũng hy vọng trong tương lai sẽ tiến hành những nghiên cứu nhằm cải thiện và áp dụng công nghệ mới trong ứng dụng ống kính zoom siêu nhỏ gọn dành cho điện thoại thông minh mà không cần dùng bộ phận điều chỉnh vật lý”.

P.K.L (NASATI), theo https://newatlas.com/photography/mit-metalens/, 02/2021