Ultradünne Linse schafft variable Brennweite

Wissenschaftler der Forschungsinstitution SINTEF haben eine neue ultradünne Linse mit variabler Brennweite entwickelt. Ein piezoelektrischer Dünnfilm verändert, wenn eine Spannung angelegt wird, durch eine ganz leichte physische Verformung eine Änderung der Brennweite, so die Fachleute. Klassische optische Linsen haben gewölbte Oberflächen. Mehrere miteinander kombiniert, verändern die Brennweite. Bei flachen Linsen war diese Fokussierung bisher nicht möglich.

«Dieses stromsparende, ultrakompakte Varioobjektiv könnte in Sensor- und Bildgebungstechnologien genutzt werden, bei denen Systemgrösse, Gewicht und Kosten wichtig sind», sagt Projektleiter Christopher Dirdal. Er denkt dabei an bildgebende medizinische Diagnosegeräte und Drohnenkameras. Die neue Linse besteht aus zwei strukturierten Folien, zwischen denen sich der Piezofilm befindet. Piezoelektrisches Material, in diesem Fall Blei-Zirkonat-Titanat, verformt sich, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. Umgekehrt wird elektrische Energie frei, wenn man eine solche Keramik verformt. Es wird etwa in vielen Feuerzeugen genutzt, um Funken auszulösen, die Gas in Brand setzen.

Die Linsen sind ultradünn und mit Nanostrukturen übersät, von denen jede wie eine winzige optische Linse wirkt. Miteinander kombiniert haben sie eine feste Brennweite. Der Piezokristall verändert, wenn eine Spannung von 23 Volt angelegt wird, den Abstand der beiden Linsen, sodass sich die Brennweite ändert. Dabei geht es um eine Änderung von 7,2 Mikrometern, die für das Auge nicht sichtbar, aber optisch sehr effektiv ist. Die Linsenfolien lassen sich mit etablierten Techniken in grosser Zahl kostengünstig herstellen, sagen die Forscher. Dirdal glaubt, dass Änderungen am Design noch stärkere Brennweiten-Änderungen ermöglichen.