De vloeibare lens

Herbert Blankesteijn

Dat vloeistoffen lenswerking kunnen vertonen is bekend. Druppels geven prachtige optische effecten als de zon erop schijnt, glazen water werken als lachspiegels, en de allermooiste vergrootglazen zijn vissekommen. Binnenkort zullen we lenzen van vloeistof tegenkomen in de camera's van mobiele telefoons.

Dat is geen voorspelling op termijn van vele jaren. Elektronicagigant Samsung heeft hiervoor een overeenkomst met het Franse bedrijf Varioptic [LINK: http://www.varioptic.com], dat op dit gebied heeft gepionierd en een aantal cruciale octrooien in bezit heeft. De techniek van Variopic heet 'electrowetting', en maakt onder andere gebruik van het vertrouwde verschijnsel dat olie en water elkaar afstoten. Een auto die 'in de was' is gezet en een regenbuitje over zich heenkrijgt, zit vol extra bolle druppels die zich weigeren te hechten aan de ingevette lak. Een lens volgens Varioptic is een reservoirtje met olie en water die, zoals dat nu eenmaal gaat, zich niet mengen.

Bovendien kan het grensvlak tussen te twee vloeistoffen met een elektrische spanning worden bestuurd. Hoe dat gaat is te zien op de afbeelding [Varioptic.jpg]. Het water is een geleidende vloeistof en wordt aangetrokken door de elektroden aan de rand. De olie is isolerend en gaat alleen voor het water opzij. Het gevolg is dat het water een hol oppervlak krijgt en de olie bol gaat staan. Door het verschil in brekende eigenschappen van olie en water is het resultaat een lens die zich gedraagt of hij bol is, ook al blijft het onder alle omstandigheden een plat reservoir. De sterkte van de lens is te regelen met de spanning die wordt aangelegd: hoe meer spanning, hoe sterker. Om ervoor te zorgen dat de lens niet vervormt door de zwaartekracht, zijn twee vloeistoffen gekozen met precies hetzelfde soortelijk gewicht.

De techniek heet 'electrowetting' en is een jaar geleden in de publiciteit gekomen doordat Philips er gebruik van maakt bij onderzoek [LINK: http://home.hccnet.nl/h.blankesteijn/index/2004/Nrc/Economie/040219%20Papieren%20beeldscherm%20is%20van%20plastic.htm] naar ultradunne beeldschermen in kleur. Hierbij wordt het effect van elektrische spanning gebruikt om olie meer of minder de lichtdoorgang te laten blokkeren [Electrowetting.gif].

De techniek van Varioptic heeft verschillende voordelen. Het besturen van de sterkte van de lens, wat niets anders is dan scherpstellen, kan uitermate snel gebeuren: in enkele honderdsten van een seconde. In grootte kunnen de lenzen variëren van een tiende mm tot ongeveer 3 cm. Extreem kleine lenzen zijn geschikt voor toepassingen als endoscopie. Bij de grootste omvang zou de scherpsteltijd toenemen tot ongeveer een tiende seconde. Het gebrek aan bewegende delen is een ander voordeel. Traditionele lenzen moeten bewegen om een object scherp in beeld te krijgen: de afstand tussen lens en projectievlak moet worden aangepast. Zonder bewegende delen heb je minder slijtage en minder kans op defecten. Tenslotte vragen deze vloeistoflenzen minder energie: ongeveer een tiende van de hoeveelheid die normale lenzen nodig hebben. In mobiele apparaten is dat cruciaal.

Overigens werkt Varioptic inmiddels ook aan zoomlenzen op basis van dit principe. Daarin zijn twee of meer aanpasbare lenzen aan elkaar gekoppeld. Volgens directeur Paillard van Varioptic is het in experimenten intussen gelukt een zoomfactor van 3 te krijgen. Dat is de waarde die de meeste digitale fototoestellen bieden. Daarmee maakt Varioptic avances naar de markt van de digitale camera's, waar hogere eisen worden gesteld dan bij cameratelefoons. De verwachting is om te beginnen dat uiterlijk in het eerste kwartaal van 2006, dus over een dik jaar, de eerste mobiele telefoons met vloeibare lenzen in de handel komen.