Adaptierbare plenoptische Kameras: Design, Herstellung, Integration

• Applicants: Professor Dr. Henning Fouckhardt; Dr.-Ing. Sylvia Gebhardt; Professor Dr. Peter Michler; Professor Dr. Wolfgang Osten; Privatdozent Dr. Joachim Stumpe; Professor Dr. Andreas Tünnermann
• Subject Area: Microsystems
• Term: from 2011 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 204509437

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

Die Arbeitsgruppe Fouckhardt im Fachbereich Physik der TU Kaiserslautern war im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms „Aktive Mikrooptik“ an zwei Gemeinschaftsprojekten beteiligt, in denen Elektrobenetzung zur Manipulation (insbesondere Bewegung) von Tröpfchen eingesetzt wurde. Elektrobenetzung bezeichnet einen Effekt, der beinhaltet, dass bei Anlegen einer elektrischen Spannung (typische Größenordnung: 100 V) zwischen einem elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen (z.B. einem Wassertropfen) und einer festen, mit einer Isolatorschicht überzogenen Elektrode der Kontaktwinkel des Tropfens auf seiner Unterlage (der Isolatorschicht als dem Substrat) verringert wird. Elektrobenetzung kommt z.B. zum Einsatz für variable Flüssigkeitslinsen mit elektrisch steuerbarer Krümmung und damit auch Brennweite. Elektrobenetzung bietet aber auch eine Möglichkeit, leitfähige Tropfen auf der Unterlage zu bewegen. Denn sitzt der ionische Tropfen über dem Rand der Elektrode, entsteht ein inhomogenes elektrisches Feld zwischen der Elektrode und dem Tropfen, in dem er selbst in Richtung auf die Elektrode bewegt wird. Im zweiten oben erwähnten SPP-Gemeinschaftsprojekt war die Arbeitsgruppe mit Tropfen als optischen Iris-Blenden befasst. Dabei ging es nicht um die Veränderung des Öffnungsdurchmessers der Blenden, sondern um eine räumliche Positionierung der Tropfen/Blenden bei fixem Blendendurchmesser. Mehr noch handelte es sich um ein zwei¬-dimensionales (3x3) Feld (Array) von gleichen Iris-Blenden mit identischen Öffnungsdurchmessern, die synchron bewegt wurden. Als Iris-Blenden wurden transparente, 60 Nanoliter kleine Wassertropfen verwendet, die in eine Umgebung aus dem Öl Decan (geschwärzt mit dem Farbstoff Sudan-Schwarz) eingebettet waren. Jede der 3x3 Zellen in dem Feld enthielt einen Tropfen, der mittels Elektrobenetzung jeweils innerhalb seiner Zelle in 2x2 verschiedene Positionen bewegt werden konnte. Dabei lag die Ansprechzeit der Tropfen unter 40 ms.

Publications

• Plenoptic cameras. Chapter 17 in H. Zappe (Ed.): Tunable Micro-optics. Cambridge University Press (2015)
  A. Tuennermann, S. Gebhardt, H. Fouckhardt et al. (u. a. C. Heisel)
  
• Microfluidic Droplet Array as Optical Irises Actuated via Electrowetting. Advances in OptoElectronics Volume 2018, Article ID 1262947, 8 pages
  C. Heisel, J. Strassner, D. Palm, H. Fouckhardt