Flache Linsen mit Nano-Partikeln für Smartphone- und Mini-Kameras

Eine Gruppe von Ingenieuren um den Physikprofessor Andrei Faraon haben am Caltech (California Institute of Technology) flache Mikrolinsen mit Meta-Oberflächen hergestellt. Die plane Oberfläche der Linsen besteht aus mehreren Millionen speziell angeordneter Siliziumzylinder mit einer Länge von 600 Nanometern – ein menschliches Haar ist über 150 Mal so dick – und unterschiedlichen Durchmessern.

Herkömmliche Linsen bündeln das Licht durch ihre gekrümmte Oberfläche. Licht braucht beim Weg durch die Linse an den dickeren Stellen länger als an den dünneren Rändern. Den gleichen Effekt beobachteten die Forscher an den Meta-Oberflächen aus Silizium: Zylinder mit kleinem Durchmesser lassen das Licht schneller passieren als solche mit größerem Durchmesser. Durch die Anordnung der Nanozylinder kann man die optischen Eigenschaften der planen Linsen genau bestimmen.

Die durch die unterschiedlichen Lichtlaufzeiten auftretenden Verzeichnungen glichen die Forscher durch Kombinieren zweier Meta-Oberflächen aus. Dadurch eignen sich die flachen Linsen nicht nur für Smartphone-Kameras, sondern auch für Mikroskope und andere medizinische Geräte, wo es auf eine hohe Abbildungsqualität ankommt.

Ein weiterer Vorteil der neuen Linsen: Sie lassen sich in der Massenfertigung mit der gleichen Technik wie Mikrochips billig herstellen und direkt bei der Produktion beispielsweise mit CMOS-Bildsensoren (complementary metal-oxyde semiconductors) kombinieren.

Zurzeit arbeitet das Team um Professor Faraon an der Integration der Linsen in Minikameras und Mikroskopen und an der Erweiterung ihrer optischen Eigenschaften. Annährend flache und massereduzierte Linsen erreicht man nach Augustin Jean Fresnel auch durch ringförmige Aufteilung der Oberfläche. Die Fresnel-Linsen haben aber eine sehr schlechte Abbildungsqualität, weshalb sie hauptsächlich zum groben Bündeln von Licht – etwa in Leuchttürmen oder in Overhead-Projektoren – eingesetzt werden. (rop)