Flüssige Linsen: Schnelle Fokussierung mit Schallwellen

Winzige Wassertropfen verformen sich unter Schalldruck und können so als Flüssiglinsen mit extrem schnell veränderbaren Brennweiten genutzt werden

Flüssiglinse
Flüssiglinse

Troy (USA) - In Fotohandys und Webkameras ist wenig Platz für eine komplexe Kameraoptik. Statt starrer Linsen aus Glas oder Kunststoff können hier winzige, flüssige Linsen mit schnell variablen Autofokus eingesetzt werden. Über elektrische Spannungen können die transparenten Öl- und Wassertropfen verformt und so zu verschiedenen Brennweiten justiert werden. Schneller und Strom sparender klappt das auch mit Schallwellen. Den Prototyp einer solche flüssigen Schalllinse präsentieren nun amerikanische Wissenschaftler in der Fachzeitschrift "Nature Photonics".

"Viele Systeme für flüssige Linsen nutzen Brachialkräfte, um die Form schnell zu ändern", schreiben Amir H. Hirsa und Carlos A Lopez vom Rennsselaer Polytecnic Institute in Troy. Ihnen dagegen genügt ein geringer Schalldruck von 5 bis 30 Pascal, den sie mit einem winzigen elektronischen Lautsprecher auf Wassertropfen ausüben können. Jeweils zwei Tropfen füllten sie in eine kleine Teflonröhre mit nur knapp zwei Millimeter Durchmesser. Durch den Druck der Schallwelle versetzen sie die Tropfen in Schwingung. Dabei verformen sie sich und verändern so die Brennweite für das einfallende Licht.

Um mit dieser Flüssiglinse auch scharf fokussierte Aufnahmen schießen zu können, synchronisierten sie die etwa 50 mal pro Sekunde schwingenden Tropfen mit dem Bildauslöser. Im Prinzip lassen sich mit dieser Technik Objektive entwickeln, die sich binnen weniger Mikrosekunden auf die gewünschte Brennweite einstellen. Neben Optiken für Handys sehen Hirsa und Lopez mögliche Anwendungen für autonome Mikrokameras beispielsweise in Aufklärungsrobotern. Von Vorteil soll dabei der geringe Stromverbrauch der Schallquellen sein.

Von einer Marktreife sind diese Schalllinsen allerdings noch weit entfernt. Erste Objektive mit Flüssiglinsen für Handys liefert dagegen schon das französische Unternehmen Varioptic in Lyon. In ihren Linsen verformen sich Öl- und Wassertropfen durch einen Spannungspuls im zylinderförmigen Behälter. Dabei werden die Flüssigkeiten von den Innenwänden kontrolliert abgestoßen. Mit diesem Prozess der elektrischen Benetzung – im Fachslang Electrowetting – lassen sich sogar ohne jede Mechanik kleine, schnelle Autofokus-Objektive produzieren.