Origami-Optik für flache Kameras

Die größten Teleskope der Welt brechen das Licht ferner Sterne nicht mit mächtigen Linsen, sondern lenken es mit einer Reihe von Spiegeln. Das gleiche Prinzip nutzen amerikanische Ingenieure für eine extrem flache Tele-Optik. Das Licht läuft dabei innerhalb eines Kristalls auf einem mehrfach “gefalteten” Weg.

Die Origami-Optik ist relativ breit, dafür aber sehr flach. Foto: Courtesy UC San Diego

Bei einer Dicke von etwa fünf Millimetern bringe es das System auf eine effektive Brennweite von 35 Millimetern, erläutert Eric Tremblay von der University of California, San Diego. “Diese Art von Miniaturkamera ist für Anwendungen attraktiv, die hochauflösende Bilder bei kurzer Belichtungszeit erfordern. Genau so wollen Handy-Kameras sein, wenn sie einmal groß sind.” Tremblay und seine Kollegen präsentieren ihre Entwicklung im Fachblatt “Applied Optics”.

Kernstück des Systems ist eine sechs Zentimeter weite Calciumfluorid-Scheibe. Diese spannen die Forscher in eine Art Drehbank und fräsen mit einem Diamantwerkzeug ringförmige Vertiefungen in eine Seite, die künftige Rückseite. Die Vorderseite bedecken sie mit einer spiegelnden Schicht, die lediglich einen schmalen Ring am Rand der Kristallscheibe freilässt. Durch diese ringförmige Öffnung in den Kristall eintretendes Licht wird an der Innenseite der Vertiefungen und an der Spiegelschicht insgesamt achtmal reflektiert, bevor es auf einen Sensorchip trifft.

Das Licht tritt am Rand der Scheibe ein und trifft nach mehrfacher Reflexion auf den Sensorchip unter der Scheibe. Grafik: Courtesy UC San Diego

Im Laborversuch habe die Achtfach-Faltoptik ebenso gute Bilder geliefert wie eine herkömmliche Kamera mit 38 Millimetern Brennweite, so Tremblay weiter. Zwar sei das Prinzip des gefalteten Strahlengangs schon seit Jahrhunderten bekannt, bei der Serienfertigung von Kameras aus technischen Gründen aber kaum zur Anwendung gekommen.

Forschung: Eric J. Tremblay und Joseph E. Ford, Department of Electrical and Computer Engineering, University of California, San Diego; Ronald A. Stack und Rick L. Morrison, Distant Focus Corporation, Champaign, Illinois

Veröffentlichung Applied Optics, Vol. 46(4), pp 463-71

WWW:
Electrical and Computer Engineering, UC San Diego

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