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uni'wissen 01-2014

Ein Objektiv bauen, das wie ein Auge funktio- niert: So lautet die Aufgabe, der sich das Team in Prof. Dr. Hans Zappes Labor stellt. Se- bastian Petsch entwickelt eine Linse, Stefan Schuhladen eine Blende. Die Forscher experi- mentieren mit Flüssigkeiten und Kunststoffen, um eine Technik hervorzubringen, die der Ar- beitsweise des menschlichen Auges näher kommt, als es bisher möglich war. Das Auge bildet die Umgebung in unterschied- lichen Helligkeiten und Farben ab. Essenziell sind dafür die Linse und die Iris, die ein Abbild auf der Netzhaut entstehen lassen. Die Zellen der Netz- haut lesen die- ses Bild aus und geben die Informationen an das Gehirn weiter. Auf Fo- tos oder Videos versuchen Menschen, Bilder festzuhalten – in im- mer besserer Qualität. Mit 3-D und Ultra-HD will die Unterhaltungsindustrie dem echten Seherleb- nis näher kommen. Auch dort geht es nicht ohne die Linse, die Licht bündelt, und ein System, wel- ches das entstehende Abbild scharf stellt. Das Auge ist dem Menschen das vertrauteste Sehsys- tem. Deswegen greifen Ingenieurinnen und Inge- nieure auf dieses Vorbild zurück, wenn sie Linsen und Objektive entwerfen. „Bisher fehlten aber Ma- terialien, die Bewegungen der menschlichen Lin- se und Iris nachahmen, um die Physiologie des Auges nachzubilden“, erklärt Zappe, Inhaber der Gisela-und-Erwin-Sick-Professur für Mikrooptik am Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Albert-Ludwigs-Universität. Die Freiburger Wis- senschaftler nutzen neue Mikrotechnik und flexib- le Materialien, um ein Objektiv zu entwickeln, das wie das Auge funktioniert und sich an die Licht- verhältnisse anpasst. Im Juni 2013 gelang es Zappe gemeinsam mit seinen Doktoranden Schuhladen und Petsch, einen ersten Prototyp ei- nes solchen Objektivs zusammenzubauen. Gummilinse und Flüssigblende Das Linsensystem des Auges besteht aus der Hornhaut, der Linse und der Iris. Linse und Iris passen sich den Lichtverhältnissen an: Muskeln verformen die dehnbare Linse und regulieren die Brennweite, sodass ein scharfes Bild auf der Netzhaut entsteht. Die Iris kontrolliert durch Öff- nen und Schließen die Menge an Licht, die durch die Linse einfällt. Im Gegensatz hierzu arbeiten Kameras und Mikroskope mit harten Linsen, die vor- oder zurückgleiten, um die Schärfe einzu- stellen. Blenden übernehmen die Aufgabe der Iris. Sie regulieren die Intensität des einfallenden Lichts und verändern die Tiefenschärfe. Die ent- sprechenden Bauteile brauchen viel Platz. Im Vergleich zu professionellen Kameraobjektiven, die je nach Brennweite kaum in einen Reisekoffer passen, besticht das Auge durch Kompaktheit. „Schärfe und Beleuchtung ließen sich nach dem gleichen Prinzip wie im Auge einstellen“ Mikromotoren verändern die Krümmung der Linse, indem sie an kleinen Ankern ziehen. Ein Bild kann auf diese Weise scharfgestellt werden. 29

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