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Publikationsdatum
6. März 2004
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Die Philips Forschung präsentiert auf der diesjährigen CeBIT in Hannover ein einzigartiges Linsensystem mit variablem Fokus, in dem sich kein Teil mechanisch bewegt.

Das FluidFocus-System von Philips kommt für eine breite Palette von Anwendungen für die optische Bildgebung in Betracht, wie Digitalkameras, Kamera-Telefone, Endoskope, Heimsicherheitssysteme und optische Speicherlaufwerke.

Das System ahmt die Bewegungsabfolge des menschlichen Auges nach und setzt dafür eine Linse ein, die ihre Brennweite durch Formänderung anpasst.

Sie eignet sich für die Produktion hoher Stückzahlen und lässt die Nachteile der Systeme mit fester Linse, wie sie heute in vielen preiswerten Bildgebungssystemen eingesetzt werden, hinter sich.

Die FluidFocus-Linse von Philips besteht aus zwei unvermischbaren Flüssigkeiten mit unterschiedlichem Brechungsindex.

Bei der einen handelt es sich um eine elektrisch leitende wässrige Lösung und bei der anderen um ein elektrisch nicht leitendes Öl. Beide Flüssigkeiten befinden sich in einer kurzen Röhre mit transparenten Endkappen.

Die Innenflächen der Röhrenwand und eine der Endkappen sind mit einer wasserabweisenden Beschichtung versehen. Diese bewirkt, dass sich die wässrige Lösung am anderen Ende der Röhre zu einer halbkugelförmigen Masse verformt und dort als kugelförmig gebogene Linse in Erscheinung tritt.

Die Anpassung der Linsenform erfolgt durch Anlegen eines elektrischen Feldes über die wasserabweisende Beschichtung, so dass sich die wasserabweisende Wirkung verringert.

Dieser Prozess, das so genannte „Electrowetting“, resultiert aus einer elektrisch induzierten Änderungen der Oberflächenspannung.

Infolge dieser Veränderung der Oberflächenspannung leitet die wässrige Lösung die Benetzung der Seitenwände der Röhre ein und ändert den Krümmungsradius der gewölbten Oberfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten und damit die Brennweite der Linse.

Durch Verstärkung des angelegten elektrischen Feldes kann die anfangs konvexe Linse wieder eine völlig plane Form (kein Linseneffekt) annehmen oder sogar eine konkave Form. Somit ist es möglich, Linsen zu realisieren, die sich sanft vom konvergenten in den divergenten Zustand und wieder zurück verwandeln.

Das Vorführmodell der FluidFocus-Technologie, das auf der CeBIT 2004 von der Philips Forschung präsentiert wird, besitzt eine Linse mit einem Durchmesser von nur 3 Millimeter auf einer Länge von 2,2 Millimeter, die mühelos in kleinste optische Bahnen integriert werden kann.

Der Brennweitenbereich des Vorführmodells reicht von 5 cm bis unendlich und weist eine hohe Geschwindigkeit auf: Eine Schaltung über den gesamten Brennweitenbereich kann in weniger als 10 ms erfolgen.

Die Linse, die mit Gleichspannung gesteuert wird und über eine kapazitive Last verfügt, verbraucht praktisch keine Energie, was für batteriebetriebene tragbare Geräte ein echter Vorteil ist.

Darüber hinaus weist die Linse eine sehr hohe Lebensdauer auf. Philips hat die Linse bereits Tests mit mehr als 1 Million Brennweiteneinstellungen unterzogen, ohne dass Verluste bei der optischen Leistungsfähigkeit auftraten.

Weitere Leistungsmerkmale der Linse sind ihre Stossfestigkeit und ihre Einsetzbarkeit in einem breiten Temperaturbereich, was sie wiederum für mobile Anwendungen geeignet macht.

Aufgrund ihrer Konstruktion wird die Linse als kompatibel mit den für die Produktion hoher Stückzahlen angewandten Verfahren angesehen.