Vorbild Auge: Flüssige Mikrolinse für Handykameras

Eine winzige Linse nach dem Vorbild von Insektenaugen haben amerikanische Wissenschaftler entwickelt. Sie könnten zu günstigen und leistungsfähigeren Objektiven in Kamerahandys führen.

Madison (USA)/Eindhoven (Niederlande) - Obwohl die CCD-Chips in Mobiltelefonen mit mehreren Millionen Bildpunkten glänzen, bleibt heute die Qualität der Fotos wegen der einfachen und lichtschwachen Optiken mit starrer Brennweite und ohne Zoomfunktion äußerst mäßig. Der Prototyp der neuen Flüssiglinse, den die Forscher in der Zeitschrift "Nature" beschreiben, empfindet mit Hydrogelen die Adaptionseigenschaften natürlicher Linsensysteme nach.

Für die variable Einstellung der Linsenbrennweite nutzten die Entwickler ein Zwei-Phasen-System aus Wasser und Öl. "Die zentrale Komponente ist ein regelbares Hydrogel, das in ein mikrofluidisches System integriert wurde", schreiben Hongrui Jiang und seine Kollegen von der University of Wisconsin in Madison. Flüssiglinsen mit Durchmessern zwischen einem halben und einigen Millimetern konnten damit realisiert werden. In Abhängigkeit von der Wölbung des Wassertropfens legt ein einfallender Lichtstrahl einen längeren Weg entweder durch die Wasser- oder die Ölkomponente zurück. Sowohl eine konkave als auch eine konvexe Krümmung des Meniskus des Wassertropfens war möglich. Damit konnte die Linse die Lichtstrahlen entweder bündeln oder streuen.

Die Steuerung der Tropfenwölbung erfolgte über einen Ring aus Hydrogel. Diese weichen Polymere reagieren entweder auf Temperatur- oder auf pH-Wert-Änderungen. Das wärmeempfindliche Hydrogel-Gemisch zieht sich bei Abkühlung zusammen und dehnt sich bei Erwärmung aus. Die Versuche zeigten, dass die Linse zwischen 23° und 33° Celsius das Licht streut (Brennweite -11,7 mm bis - unendlich) und zwischen 33° und 47° die Strahlen bündelt (22,8 mm bis unendlich). Das zweite Gemisch dagegen zeigt ein vergleichbares Verhalten, wenn der pH-Wert um das Gel zwischen sauren 2 und basischen 10 schwankt.

Marktreif sind diese Hydrogel-Flüssiglinsen für Handykameras allerdings noch nicht. Mit Einstellzeiten von bis zu 25 Sekunden ist das System schlicht zu langsam. Schneller mit Fokussierzeiten von nur zehn Millisekunden reagieren dagegen Flüssiglinsen von Forschern des Elektronikkonzerns Philips. Auch diese Optiken basieren auf Zweiphasen-Systemen aus Wasser und Öl. Eingefüllt in eine rund zwei Millimeter lange und drei Millimeter breite Röhre, brechen die beiden Flüssigkeiten sichtbares Licht unterschiedlich stark. Für eine Steuerung der Brennweite ebenfalls über die Tropfenwölbung müssen die Wände dieses winzigen Linsenbehälters mit einem hydrophoben, Wasser abstoßenden Lack beschichtet sein. Das ermöglicht über einen Stromfluss eine viel einfachere Kontrolle der Brennweite als über pH-Wert oder Temperaturänderungen. Noch weiter wähnt sich sogar die französische Firma Varioptic. Jüngst verkündete das Unternehmen, dass noch in diesem Jahr mit einer Serienproduktion von Flüssiglinsen, die ähnlich wie die Philips-Entwicklung arbeitet, begonnen werden könnte.