31/10/2016
Door Ad Spijkers
Onderzoekers van de afdeling Optische Schichten van Fraunhofer-IOF in Jena hebben een nieuw soort ontspiegeling ontwikkeld, die vals licht en reflectie van kunststof lenzen reduceert.
Om de weg van de lichtstralen in bijvoorbeeld camera's en autoverlichting optimaal te geleiden, zijn complexe lenzensystemen nodig. Ze bestaan uit meerdere lenzen in verschillende vormen. Transparant kunststof heeft het voordeel dat via spuitgieten willekeurige vormen mogelijk zijn
Eén probleem blijft echter: de lichtreflectie aan het oppervlak van de lens. De brekingsindex – een maat voor de reflectie van het licht – licht bij kunststof bij circa 1,5. Ter vergelijking: lucht heeft de brekingsindex 1, zodat een lens zo'n 8% van het invallende licht reflecteert. Gekromde oppervlakken versterken dit effect wanneer het licht onder een schuine hoek invalt.
Lagere brekingsindex
Een nieuwe ontspiegelingslaag voor gekromde kunststoflenzen reduceert de brekingsindex aan het oppervlak van kunststof optica tot bijna 1,1 en biedt daarmee een bijna perfecte overgang naar lucht.
Het Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) heeft met partners uit de industrie prototypen van de laag op verschillende lenzensystemen getest. De technologie blijkt het zogeheten valse licht duidelijk te reduceren. Vals licht bestaat uit reflecties die bijvoorbeeld in lenzensystemen van camera's rondgaan en het bundelen van de lichtstralen verstoren. Bovendien konden de onderzoekers in hun testen bewijzen dat lenzen met de ontspiegelingslaag duidelijk meer licht doorlaten dan conventionele lenzen.
Behalve optieken voor camera's en autoverlichting profiteren ook technologieën uit groeimarkten zoals virtual reality of door gebaren gestuurde machines voor Industrie 4.0 van de nieuwe ontwikkeling. Het belang van optische systemen voor het verzamelen van informatie neemt toe. Daarvoor zijn steeds krachtiger lenzensystemen nodig.
Meerlaags nanomateriaal
Het antireflectiesysteem combineert meerdere nieuwe lagen met een nanostructuur met tot nu toe gangbare homogene oxidelagen, in op elkaar gestapelde lagen. Met elke laag wordt het verschil in brekingsindex met lucht kleiner, totdat die van het oppervlak bijna gelijk is aan die van lucht. De onderzoekers gebruiken nieuwe nanomaterialen die ze kunnen opbrengen op complex gevormde lenzen.
Het stapelen van meerdere lagen maakt het mogelijk de ontspiegelingslaag in vergelijking met nu dubbel zo dik te maken. Conventionele ontspiegelingslagen kunnen alleen ongelijkmatig over gekromde lenzen worden verdeeld: aan de rand wordt de laag dunner dan in het gewelfde midden.
Fysiek dun betekent ook optisch dun: de dunne laag ontspiegelt alleen licht met korte golflengte. Meerdere lagen met een nanostructuur dekken een breed bereik van golflengten af. Tegelijkertijd daalt ook de reflectie bij schuine aanlichting.
In het bijzonder kunststof optieken zijn heel geschikt voor dit proces. De onderste laag van de ontspiegeling kan direct door plasma-etsen in de kunststof worden aangebracht. De onderzoekers kunnen aldus de meest uiteenlopende kunststoffen ontspiegelen.