Funktionsweise von Flüssiglinsen und Unterschiede zu konventionellen Linsen

Flüssigkeitslinsen sind design ed basierend auf bionischen Prinzipien, wobei sie bemerkenswerte Ähnlichkeiten mit der Kristallinse des menschlichen Auges aufweisen. Ebenso wie der menschliche Augen bei der Fokussierung auf die Ziliarmuskulatur zurückgreift, um die Brechkraft seiner Linse zu steuern, funktionieren Flüssigkeitslinsen durch das Einschließen von optischen Flüssigkeiten innerhalb einer elastischen Polymermembran. Wird ein elektrischer Strom angelegt, entsteht in diesem geschlossenen System ein Druck, der die Krümmung der Membran verändert und dadurch eine nahezu augenblickliche Fokussieranpassung ermöglicht.

Ein verbreitetes Herstellungsverfahren für Flüssigkeitslinsen ist als „Elektrowetting“ bekannt. Dieses Verfahren benötigt zwei unlösliche Flüssigkeiten – ähnlich wie Öl und Wasser. Sobald diese Flüssigkeiten miteinander in Kontakt kommen, bildet sich zwischen ihnen eine gekrümmte Grenzfläche aus, die als optisches Element fungiert und effektiv wie eine Linse wirkt. Durch Anlegen eines elektrischen Stroms wird der Radius dieser optischen Grenzfläche (mittels erhöhtem elektrostatischem Druck) verändert, wodurch sich auch die Krümmung der „Linse“ anpasst.

Höhere angelegte Spannungen erzeugen zudem eine stärkere Krümmung und verändern dadurch direkt die Brennweite der Linse. Erstaunlicherweise können Flüssiglinsen (manchmal auch elektrisch einstellbare oder „intelligente“ Linsen genannt) sogar zwischen konvexen und konkaven Konfigurationen wechseln. Diese schnelle Anpassbarkeit macht sie äußerst wertvoll für vielfältige Anwendungen. Da sie innerhalb weniger Millisekunden von extrem nahegelegenen Objekten bis ins Unendliche fokussieren können, sind sie ideal für Szenarien geeignet, bei denen fortlaufende Entfernungsanpassungen erforderlich sind. Beispielsweise bei der Inspektion von Objekten unterschiedlicher Größen oder in variierenden Abständen zur Linse zeigen Flüssiglinsen eine einzigartige Vielseitigkeit.

Im Vergleich zu herkömmlichen Linsen bieten Flüssiglinsen folgende deutliche Vorteile:

Fokussiergeschwindigkeit:

 Flüssiglinsen: Erreichen Sie eine schnelle Autofokusfunktion mit millisekundengenauen Reaktionszeiten, die der Anpassungsfähigkeit des menschlichen Auges an sich verändernde Szenen und Entfernungen nachempfunden ist. Sie eignen sich hervorragend für Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie die Aufnahme schnell bewegter Objekte oder industrielle Bildgebung auf Produktionslinien und erreichen nahezu 100 % erfolgreiche Bildaufnahmequoten.

Konventionelle Linsen: Verlassen sich auf mechanische Komponenten (z. B. Motoren und Getriebe), um die Linsenelemente physisch zur Fokussierung zu verschieben. Ihre Fokussiergeschwindigkeit ist vergleichsweise langsamer, insbesondere während kontinuierlicher Autofokus- oder schneller Zoomvorgänge. Mechanischer Verschleiß über die Zeit kann zu Unschärfen bei der Fokussierung und einer verschlechterten Bildqualität führen.

Zoommechanismus-Design:

 Flüssiglinsen: Die Brennweite wird durch Umformung von internen Fluiden oder Druckmodulation – ohne physische Verschiebung von Komponenten – angepasst. Dadurch werden größere Zoombereiche ermöglicht und hochauflösende optische Zoomfunktionen vereinfacht. Eine präzise Steuerung der Brennweite erfolgt über die Spannungsregelung.

 Konventionelle Linsen: Nutzen Multi-Element-Linsengruppen, die sich mechanisch entlang der optischen Wege verschieben. Diese komplexe Architektur führt zu strukturellen Einschränkungen, welche den Zoombereich und die Präzision begrenzen und den Designaufwand erhöhen.

Platzersparnis:

Flüssiglinsen: Weisen von Natur aus einfachere Strukturen auf, ohne voluminöse mechanische Baugruppen, was deutlich kompaktere Abmessungen ermöglicht. Dieser Vorteil erweist sich als entscheidend für flache Elektronikgeräte wie Smartphones und Tablets, da er eine minimale Kameravorspringung reduziert und schlankere Industriedesigns ermöglicht.

Konventionelle Linsen: Benötigen aufgrund mehrerer optischer Elemente und mechanischer Antriebe erheblichen Platz, wodurch sie für platzkritische Anwendungen ungeeignet sind.

Haltbarkeit und Zuverlässigkeit:

Flüssiglinsen: Vermeiden mechanischen Verschleiß vollständig, da die Fokussierung auf der Fluidtechnik basiert. Dadurch bieten sie eine verlängerte Einsatzdauer und halten während langfristiger Nutzung stets eine gleichbleibende Stabilität und Zuverlässigkeit aufrecht.

Konventionelle Linsen: Leiden unter unvermeidbarem mechanischem Verschleiß (Abnutzung, Lockerung) im Laufe der Zeit, wodurch periodische Wartung erforderlich ist, um die optische Leistung zu erhalten und ein vorzeitiges Versagen zu verhindern.

Herstellungskosten:

Flüssiglinsen: Vereinfachen die Produktion, indem präzise Bearbeitungsverfahren und komplexe Montageprozesse entfallen. Der Einsatz kostengünstiger Materialien wie optische Flüssigkeiten reduziert die Kosten zusätzlich, insbesondere bei Massenproduktion.

Konventionelle Linsen: Erfordern Fertigungstechniken mit hoher Präzision und teure Materialien (Spezialoptikglas/Kunststoffe). Der aufwendige Aufbau erhöht die Produktionskomplexität und die Kosten erheblich.

Optische Leistung:

Flüssiglinsen: Ermöglichen eine dynamische Anpassung des Brechungsindex und der Dispersionseigenschaften in optischen Flüssigkeiten. Diese Anpassbarkeit bietet überlegene optische Eigenschaften, darunter verbesserte Lichtdurchlässigkeit und extrem geringe Dispersion, und steigert letztendlich die Bildqualität.

Konventionelle Linsen: Besitzen feste optische Eigenschaften, die während der Herstellung bestimmt werden. Sobald Material und Krümmung der Linsen festgelegt sind, bleiben ihr Dispersionsverhalten und ihre Lichtdurchlässigkeit unveränderlich.

Das oben Genannte sind alle Unterschiede zwischen Flüssiglinsen und herkömmlichen Linsen. Wir freuen uns auf Ihre Zustimmung.