Verkabelte Brille
Mit Hilfe gewöhnlicher Flüssigkristalle wollen Forscher der University of Arizona der Alters-Weitsichtigkeit zu Leibe rücken.
Mit Hilfe gewöhnlicher Flüssigkristalle wollen Forscher der University of Arizona der Alters-Weitsichtigkeit zu Leibe rücken. Guoqiang Li und seine Kollegen haben Brillengläser entwickelt, deren Brennweite sich elektronisch ansteuern lässt. Die Brille soll eine Alternative zu herkömmlichen bifokalen Modellen bieten.
Zwar seien bislang schon diverse Versuche mit elektronisch regelbaren Linsen gemacht worden, schreiben Li und seine Kollegen in einem Aufsatz, der in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) erscheinen soll. Die Flüssigkristallschichten in diesen Prototypen seien jedoch zu dick gewesen, sodass die Linse viel zu langsam schalte.
Flüssigkristalle sind bereits vor gut 115 Jahren entdeckt worden: Moleküle in Form von langgestreckten Stäbchen, die eine räumliche Orientierung aufweisen. Je nach Anordnung der Stäbchen im Raum unterscheidet man drei Erscheinungsformen: In der (einfachsten) nematischen Phase zeigen alle Moleküle in dieselbe Richtung. Trifft Licht auf eine solche Flüssigkeit, so tritt eine starke Doppelbrechung auf, wenn sich die optische Achse der Moleküle quer zur Lichteintrittsrichtung befindet – ein Effekt, der normalerweise für Displays genutzt wird.
Li und Kollegen setzen nun auf die Geometrie einer so genannten Fresnel-Linse. Die Linse besteht aus einer Flüssigkristallschicht, die zwischen zwei dünnen Glasschichten eingebettet ist. Die Innenseite der Glasschichten ist mit konzentrischen, ringförmigen, Elektroden aus tranparentem Indiumzinnoxid bedeckt. Wird an die Elektroden eine Spannung von etwa zwei Volt angelegt, orientieren sich die Kristalle um und erzeugen innerhalb jeder Zone eine spezifische Phasenverschiebung. Als Spannungsversorgung reicht eine normale Batterie. Der Wechsel zwischen den beiden Zuständen benötigt weniger als eine Sekunde. Um die Brille zu testen, verwendeten Li und Kollegen eine Kamera als künstliches Auge.
Den Prototyp haben Li und seine Kollegen nun so eingerichtet, dass die Linse ohne Stromversorgung den Blick in die Ferne durch entsprechende Vergrößerung unterstützt, während sie mit Stromfluss auf Nahsicht mit geringerer Vergrößerung umschaltet. So sei das Risiko gering, wenn es Probleme mit der Stromversorgung geben sollte, erklären die Wissenschaftler. Zurzeit kann man die Brille nur von Fern- auf Nahsicht umschalten. Der nächste Schritt sei nun, die Linse auf drei verschiedene Brennweiten zu erweitern und mit einem Abstandsmesser zu kombinieren. "Dabei wird aber die elektronische Ansteuerung komplexer", sagt Li. Auch die chromatische Aberration – Bildfehler, die durch die Wellenlängenabhängigkeit des Effektes entstehen, wolle man noch korrigieren. "Aber zum Lesen von schwarzen Buchstaben auf weißem Grund funktioniert das System gut", meint Li. Es gäbe auch schon ein Unternhemen, das an einer Kommerzialisierung interessiert sei – Namen will Li jedoch nicht nennen.
In jüngster Zeit sind eine ganze Reihe von steuerbaren Linsen entwickelt worden, die jedoch alle einen sehr viel kleineren Durchmesser aufweisen. So haben Saman Dharmatilleke und Kollegen vom Institut für Materialforschung (IMRE) in Singapur erst im März ein preisgünstiges variables Linsenmodul entwickelt, das klein genug wäre, um in Handygehäusen Platz zu finden. In ein wenige Millimeter kleines Gehäuse aus Kunststoff (Polymethylmethacrylat, PMMA) füllten die Forscher ein Tropfen Wasser. Wegen der Oberflächenspannung bildete sich ein konvexe Wölbung heraus. Über einen mikrometerfeinen Seitenkanal kann Druck auf diesen Tropfen ausgeübt werden, sodass sich dessen Wölbung verändert. Auch der Elektronikkonzern Philips arbeitet an flüssigen Linsen für Handykameras mit Autofokus und Zoom. Ihre Optik nutzt die variable Benetzung verschiedener Flüssigkeiten an elektrisch aufgeladenen Randflächen. Für beide Ansätze wird mit einer Produktreife in wenigen Jahren gerechnet. (wst)
