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Linsen-Suppe bei Philips: Flüssige Optik

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Optische Linsen, die sich wie das menschliche Auge verhalten - ein regelrechter Geniestreich ist den Forschern der ehemaligen Lampenfabrik gelungen. Genial einfach, denn das Linsensystem kommt völlig ohne bewegliche Teile und aufwändige Mechanik aus.

Von der Natur abgekupfert

Wie unser Auge passt sich auch die FluidFocus-Linse an ihre visuellen Begebenheiten an. Durch Formänderung verstellen sich Brennweite und Fokus, das Bild wird scharf oder unscharf. Man könnte sagen, dass die Forscher sich dabei auf die älteste "Stiftung Warentest" der Welt berufen - die Natur.



Dass Öl auf Wasser schwimmt weiß jedes Kind, und simpel ausgedrückt hat sich Philips genau dieses Prinzip zunutze gemacht. Die Fettaugen, die bei einem Teller (Linsen-)Suppe immer oben schwimmen, sind ein alltägliches Beispiel dafür. Auch das FluidFocus-System nutzt zwei unterschiedliche Flüssigkeiten, eine wässrige und eine ölige.

Die verwendete Wasserlösung leitet den elektrischen Strom, die andere nicht. Außerdem lassen sie sich nicht vermischen und lenken einfallendes Licht unterschiedlich stark ab. Physiker und Brillenträger kennen diese Ablenkung als Brechungsindex.

Auf der nächsten Seite: Der eigentliche Clou Aus Flüssigkeit wird eine Linse

Doch jetzt kommt der Clou: Beide Flüssigkeiten befinden sich in einer kurzen Röhre, dessen Enden durchsichtig sind. Die Seitenwände sowie ein Ende der Röhre sind an ihrer Innenseite mit einer wasserabweisenden Beschichtung versehen. Deshalb sammelt sich die wässrige Lösung auf der anderen Seite und bildet eine Masse in Form einer Halbkugel. Und siehe da – fertig ist die Flüssig-Linse.

Natürlich war das nicht alles, schließlich will man ja noch den Fokus verändern. Um die Linse dementsprechend anzupassen, legen die Wissenschaftler ein elektrisches Feld über der wasserabweisenden Schicht an. In diesem Fall lässt die wasserabweisende Wirkung nach, weil sich auch die Spannung an der Oberfläche ändert.

"Electrowetting"

Dadurch lässt die schwächer gewordene Beschichtung jetzt zu, dass auch die Seitenwände mit Wasser benetzt werden. Das Gleichgewicht in der kleinen Röhre ändert sich, und damit auch Krümmung und Brennweite der erzeugten Linsen-Halbkugel. Philips nennt diesen Prozess sinnigerweise Electrowetting.

Auf diese Weise können optische Linsen sowohl kurz- als auch weitsichtig gemacht werden. Wer lieber ein besseres Fensterglas will, kann auch eine völlig plane Oberfläche erzeugen. Die Brennweite des 2,2 mm langen und 3 mm hohen Prototyps reicht von 5 cm bis unendlich. Die Übergänge sind fließend und vor allen Dingen schnell. So schnell, dass gewöhnliche Mechanik kaum mithalten kann – nur 10 ms sind es für den gesamten Brennweitenbereich.

Auf der nächsten Seite: Besser als feste Linsen FluidFocus-Linsen sind stoßfester als ihre oft gläsernen Verwandten und funktionieren in einem breiten Temperaturbereich. Ein hohe Lebenserwartung haben sie außerdem, mehr als 1 Million Einstellungen machen sie laut Philips klaglos mit. Die Linsen werden mit Gleichspannung gesteuert, der Energieverbrauch ist verschwindend gering und lässt batteriebetriebene Geräte länger durchhalten.

Herkömmlichen Linsen weit voraus

Von Digitalkameras über Bildtelefone bis hin zu Endoskopen und optischen Speicherlaufwerken wie DVD und CD-ROM sind dem Einsatzbereich kaum Grenzen gesetzt. FluidFocus-Linsen sind noch dazu viel sparsamer als feste, weil keine mechanische Kraft aufgewendet werden muss - das macht sie besonders für mobile Geräte interessant. Außerdem entfällt die Wartung beweglicher Teile.

Philips Flüssiglinse wird bereits als geeignet für die Massenproduktion angesehen. Wer sie schon vorab in Aktion sehen möchte, sollte auf der diesjährigen CeBIT einen kleinen Abstecher zum Stand der Philips Forschung machen.

(Benjamin Schnitzler)

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