Również dla smartfonów: fizycy z Kaiserslautern opracowują elektryczną przesłonę tęczówki dla miniaturowych kamer

Fizycy pod kierunkiem profesora Oesterschulze składają mikro-osi na specjalnym stanowisku pracy w warunkach bez dostępu powietrza. Na zdjęciu widać doktora Alexandra Hein. (Zdjęcie: Thomas Koziel)

Profesor Oesterschulze (z lewej) i jego doktorant Alexander Hein. (Zdjęcie: Thomas Koziel)

Fotografowie korzystają z przysłon tęczówki, aby kontrolować ilość wpadającego światła i ustawiać głębię ostrości. Ze względu na ich rozmiar i zużycie energii, tradycyjne przysłony mają jednak ograniczenia: nie mogą być stosowane w miniaturowych kamerach, takich jak te w smartfonach czy tabletach. Inaczej wygląda to w przypadku mikrotechnicznych przysłon, nad którymi obecnie pracują fizycy z Politechniki Kaiserslautern (TUK) i chemicy z Uniwersytetu Osnabrück. Opracowują one elektrycznie sterowaną przysłonę tęczówki, która nadaje się również do miniaturowych kamer. Projekt jest finansowany przez Niemiecką Fundację Badawczą.

Gdy promienie słoneczne trafiają do oka, źrenica się zwęża. Za to odpowiada tęczówka. Działa ona jak przysłona i reguluje, ile światła dostaje się do oka. Na tej samej zasadzie opierają się również przysłony w obiektywach aparatów fotograficznych. Kontrolują one ilość światła, które przechodzi przez obiektyw. Ale także głębia ostrości obrazu może być przez nie regulowana.

Tradycyjna przysłona składa się z kilku ruchomych lameli, które mogą być przechylane do wewnątrz i na zewnątrz. Razem tworzą otwór przysłony, którego rozmiar można ustawić. „Ten mechanizm wymaga dużo miejsca, dlatego nie jest stosowany w mniejszych systemach kamer”, mówi profesor dr Egbert Oesterschulze, który na TUK pełni funkcję kierownika Katedry Fizyki i Technologii Nanostruktur.

Zespół pod kierownictwem profesora Oesterschulze pracuje nad techniką, dzięki której przysłony mogą być również wykorzystywane w mikrooptycznych systemach. „Używamy w tym celu tzw. materiałów elektrochromowych”, mówi fizyk. „Zmieniają one swoje właściwości absorpcyjne pod wpływem przyłożonego napięcia elektrycznego. W ten sposób możemy celowo zaciemniać pojedyncze pierścieniowe obszary, odpowiadające pożądanym stopniom przysłony w tradycyjnej tęczówce, i tym samym kontrolować ilość światła oraz głębię ostrości na żądanie.”

Metoda naukowców z Kaiserslautern działa w następujący sposób: „Używane molekuły elektrochromowe są chemicznie związane z powierzchnią wysoko porowatej warstwy nanoprzecinek”, wyjaśnia profesor. „Gdy na tę przewodzącą warstwę zostanie przyłożone napięcie, molekuły te mogą absorbować wpadające światło lub przepuszczać je, w zależności od napięcia. Grubość tej warstwy tęczówki wynosi około 50 mikrometrów, czyli jest cieńsza od średnicy ludowego włosa. Potrzebuje ona tylko bardzo mało miejsca między dwoma cienkimi szklanymi płytkami”, mówi Oesterschulze. „Ten niewielki zapotrzebowanie na miejsce, połączone z niskim zużyciem energii elektrycznej, umożliwia zastosowanie elektrochromicznej tęczówki w mikroobiektywach.” To byłoby na przykład interesujące dla smartfonów, ale także dla innych mikrooptycznych systemów kamer.

Prace są finansowane przez Niemiecką Fundację Badawczą kwotą 430 000 euro. Wśród współpracujących jest między innymi profesor dr Lorenz Walder z Instytutu Chemii Nowych Materiałów Uniwersytetu Osnabrück.