Auch fürs Smartphone: Kaiserslauterer Physiker entwickeln elektrische Irisblende für Minikameras

Die Physiker um Professor Oesterschulze bauen die Mikroiris an einer speziellen Werkbank unter Luftausschluss zusammen. Im Bild zu sehen ist Doktorand Alexander Hein. (Foto: Thomas Koziel)

Professor Oesterschulze (links) und sein Doktorand Alexander Hein. (Foto: Thomas Koziel)

Fotografen nutzen Irisblenden, um die einfallende Lichtmenge zu kontrollieren und die Schärfentiefe einzustellen. Auf Grund ihrer Größe und des Energieverbrauchs sind den herkömmlichen Blenden jedoch Grenzen gesetzt: Sie können nicht in Minikameras wie bei Smartphones oder Tablets zum Einsatz kommen. Anders sieht es mit den mikrotechnisch hergestellten Blenden aus, an denen Physiker der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) und Chemiker der Universität Osnabrück derzeit arbeiten. Sie entwickeln eine elektrisch steuerbare Irisblende, die sich auch für Minikameras eignet. Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

Wenn Sonnenlicht das Auge trifft, wird die Pupille kleiner. Dafür sorgt die Iris. Sie wirkt als Blende und reguliert, wie viel Licht ins Auge gelangt. Auf demselben Prinzip basieren auch Blenden in Objektiven von Fotoapparaten. Sie steuern die Lichtmenge, die durch das Objektiv gelangt. Aber auch die Schärfentiefe eines Bildes lässt sich durch sie steuern. 

Eine herkömmliche Blende besteht aus mehreren beweglichen Lamellen, die nach innen und außen geschwenkt werden können. Zusammen bilden sie eine Blendenöffnung, deren Größe eingestellt werden kann. „Dieser Mechanismus benötigt viel Platz, weshalb er nicht in kleineren Kamerasystemen zum Einsatz kommt“, sagt Professor Dr. Egbert Oesterschulze, der an der TUK den Lehrstuhl für Physik und Technologie der Nanostrukturen innehat.

Das Team um Professor Oesterschulze arbeitet an einer Technik, mit deren Hilfe Blenden auch in mikrooptischen Systemen Verwendung finden. „Wir nutzen dabei sogenannte elektrochrome Materialien“, sagt der Physiker. „Sie ändern ihre optischen Absorptionseigenschaften beim Anlegen einer elektrischen Spannung. So können wir einzelne ringförmige Bereiche, die den gewünschten Blendenstufen der herkömmlichen Iris entsprechen, gezielt abdunkeln und somit die Lichtmenge und ebenso die Schärfentiefe auf Knopfdruck kontrollieren.“ 

Die Methode der Kaiserslauterer Wissenschaftler funktioniert wie folgt: „Die verwendeten elektrochromen Moleküle werden an der Oberfläche einer hochporösen Nanopartikelschicht chemisch gebunden“, erklärt der Professor. Wird an diese leitfähige Schicht von außen eine Spannung angelegt, so können diese Moleküle das einfallende Licht absorbieren oder lassen es passieren, je nachdem welche Spannung anliegt. „Die Dicke dieser Iris-Schicht ist mit rund 50 Mikrometer dünner als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Sie benötigt nur sehr wenig Platz zwischen zwei dünnen Glasplatten“, sagt Oesterschulze. „Dieser geringe Platzbedarf kombiniert mit dem geringen elektrischen Energieverbrauch ermöglicht es, die elektrochrome Iris in Mikroobjektiven zu nutzen.“ Dies wäre zum Beispiel für Smartphones interessant, aber auch für andere mikrooptische Kamerasysteme. 

Die Arbeiten werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit insgesamt 430. 000 Euro gefördert. Beteiligt dabei ist unter anderem Professor Dr. Lorenz Walder vom Institut für Chemie neuer Materialien der Universität Osnabrück.