Nuevas tecnologías de Lentes Líquidas

Un nuevo circuito integrado de MAXIM es capaz de manejar una creativa tecnología de lentes en estado líquido, capaces de prolongar la vida útil de las baterías en las próximas generaciones de teléfonos móviles y cámaras fotográficas. El MAX141515 está dispuesto a competir con otros dispositivos en el liderazgo del manejo de esta revolucionaria técnica.

MAXIM está uniendo sus esfuerzos, junto a Varioptic, para lograr que un importante grupo de fabricantes de dispositivos fotográficos reemplacen las lentes sólidas y convencionales por una nueva generación de lentes líquidas. Con su continuo movimiento de enfoque y zoom, las lentes duras tradicionales consumen grandes cantidades de energía de las baterías, cosa que las lentes líquidas no. Además, los molestos sonidos de los mecanismos tienden a escucharse en las grabaciones, sin mencionar los múltiples problemas mecánicos que pueden originarse por la arenilla, el polvo y los infaltables golpes.

Pero, ¿qué son las lentes liquidas?
Básicamente, se forman por el enlace curvo que se genera al unir físicamente una gota de aceite y una gota de agua. A través de un proceso denominado “electrowetting” se puede manipular la curvatura y forma del enlace, de manera electrostática. Vale agregar que, a pesar de conocerse desde fines del siglo XIX, este fenómeno ha sido raramente usado y poco comprendido.

Las compañías que quieran mejorar sus productos utilizando lentes líquidas deben ser capaces de generar y controlar una alta tensión (42Volts) dentro de un dispositivo tan pequeño y superpoblado como es un teléfono móvil.

Es decir, deben lograr un diseño con la menor cantidad de partes posibles y con un mínimo volumen espacial.  El dispositivo de la firma MAXIM, MAX141515, es un trabajo exclusivo destinado para las lentes líquidas de autofoco, Varioptic Arctic 314. Se espera que estas lentes comiencen a ser incorporadas en las cámaras de los fabricantes asiáticos, pese a que la mayoría aún mantiene los diseños antiguos. Los tiempos están cambiando y eso trae aparejadas nuevas tendencias que deben seguirse para no quedar a la cola de la tecnología.

Alta tensión para manejar las lentes
MAXIM denomina técnicamente al MAX141515 como “Driver para Lentes Líquidas“. Este componente puede suministrar un alto voltaje, a través de una salida diferencial, según la necesidad de ajuste de la lente. Esta tensión debe variar entre 0 y 47Volts. Una interface I2C suministra los datos necesarios para controlar el convertidor de bomba de carga amplificada (charge-pumpbased boost converter), terminando el proceso en un puente H integrado. También se utiliza, para el control de la bomba de carga, un convertidor digital – analógico de 8 bits (DAC). El MAX141515 será capaz de funcionar con apenas una o dos baterías de litio, en un encapsulado de tan sólo 1 por 2 milímetros.

La empresa está muy orgullosa de haber podido diseñar, miniaturizar e introducir en un encapsulado tan pequeño una lista tan extensa de materiales, reduciendo a tan sólo dos los componentes externos necesarios para un funcionamiento óptimo del sistema. Sin embargo, la compañía no hará público, bajo ninguna circunstancia, cómo logró este hecho. Por su parte, Varioptic explica  la manera en que las lentes líquidas cambian su forma ante la presencia de un campo electrostático. Esto demuestra que, al igual que MAXIM, tampoco está dispuesta a divulgar tan fácilmente sus secretos comerciales.

Los investigadores interesados pueden rastrear información en toda la bibliografía que Varioptic va emitiendo, como por ejemplo la presentación que hizo la compañía en 2006 para la Sociedad Óptica de Japón, donde se ofrecen algunas pistas acerca de cómo se construyen las lentes líquidas.  La lente en sí misma comprende dos líquidos no-mezclables, retenidos en una especie de celda; esta última posee unas “ventanas” que permiten el paso de la luz. Uno de los líquidos, el basado en agua, es eléctricamente conductor. El otro, que es un aceite de características especiales, es apolar y, por lo tanto, no es un elemento conductor. El enlace natural entre los dos líquidos es físicamente curvo y, debido a que el índice de refracción de los dos materiales es diferente, se logra una lente. El gran desafío es controlar su grado de curvatura. El proceso denominado “electrowetting” hace que dicho control sea posible.
Esta técnica puede definirse como el cambio de ángulo que se produce entre un electrolito y un sólido debido a la aplicación de una diferencia de potencial entre ellos. Potenciales de 0 a 60 Volts a través de la lente pueden cambiar significativamente su curvatura y controlar su forma.

¿Se puede lograr una lente verdaderamente efectiva con este método? ¿Qué tan buena puede ser una lente liquida desde el punto de vista óptico? Según Varioptic, con una capacidad de producción actual de millones de unidades por mes, se podrá acceder a un producto que ofrece una calidad de imagen de 2 Megapíxel. Además, la empresa agrega que en el modo ZOOM las lentes líquidas ofrecen un rango típico de 20 dioptrías (-5 a +15). Esto permite a la mayoría de los nuevos sistemas ópticos enfocar desde los 5 centímetros hasta infinito. La transparencia (transmisión de la claridad) puede considerarse en un 97%, tomando como parámetro una longitud de onda de 587 nanómetros (correspondiente al color verde).
Otro de los temas a destacar es la velocidad de respuesta de estas lentes al enfocar, que es muy inferior a la de los sistemas mecánicos de lentes rígidas. En condiciones normales, los tiempos de respuesta de las lentes líquidas van desde 50 a 100 milisegundos. Varioptic demuestra esta velocidad en el siguiente vídeo.

La gran ventaja aquí no solo es la velocidad, sino la ausencia total de ruido mecánico en sistemas de filmación de vídeo. La pregunta obvia sobre las lentes líquidas es saber qué sucede con ellas cuando son expuestas al frío.

Varioptic especifica temperaturas de -20°C a 60°C para operación, y -40°C a 85°C para almacenamiento. Esto se debe a ciertos aditivos que se colocan en los fluidos, de los que la compañía no hace comentarios. Varioptic admite que el tiempo de respuesta debido a cambios de viscosidad varía en pequeñas proporciones sobre el rango de temperatura de trabajo.

Otro interrogante se abre al hablar de la gravedad o de las vibraciones mecánicas.
Varioptic afirma que la densidad de ambos líquidos se mantiene con pequeñas variaciones, tal como sucede con las variaciones de temperatura. La fuerza de gravedad para ambos líquidos es la misma, motivo por el cual retienen su forma. Además, ambos líquidos, por estar diseñados con densidades iguales, no se mezclan. La fuerza electroestática y la tensión superficial de los líquidos mantienen el enlace siempre de manera estable, haciendo que cualquier impacto sea imperceptible en la imagen. Desde el punto de vista de la fiabilidad, Varioptic garantiza que la lente será robusta y confiable contra choques y vibraciones.

Y tú, ¿qué opinas de esta nueva tecnología?