Ultraweitwinkel-Kamera dünner als eine Münze: Forscher nutzen Parasiten-Augen als Vorbild

Koreanische Forscher haben eine nur zwei Millimeter dünne Kamera entwickelt, die dennoch ein extremes Weitwinkelbild liefert. Die Inspiration dafür kam aus der Natur, genauer gesagt von einem Parasiten.

Wenn die Natur das Objektiv neu erfindet

Wer schon einmal mit einem Weitwinkelobjektiv gearbeitet hat, kennt den Kompromiss: Entweder man akzeptiert die kissenförmige Verzeichnung an den Rändern, oder man schleppt schwere, optisch aufwendige Gläser mit sich herum. Ein Forscherteam des KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology) hat dieses alte Problem nun mit einem ungewöhnlichen Vorbild gelöst und sich dabei von einem Parasiten namens Xenos peckii inspirieren lassen.

Dieses winzige Insekt besitzt Augen, die aus einzelnen Kacheln aufgebaut sind. Jede Mini-Linse erfasst nur einen schmalen Ausschnitt der Umgebung, das Gehirn des Tieres setzt daraus aber ein scharfes Gesamtbild zusammen. Genau dieses Prinzip haben die Wissenschaftler auf einen flachen Chip übertragen und nennen diese “SOEMLA”-Kamera.

Das Herzstück besteht aus 35 winzigen Mikrolinsen, die in einem 5×7-Raster angeordnet sind. Jede dieser Linsen hat eine leicht versetzte Blende und schaut dadurch in eine ganz eigene Richtung. Gemeinsam decken sie ein Sichtfeld von 140 Grad ab – mehr, als das menschliche Auge scharf erfassen kann.

Damit das Licht auch an den Rändern nicht verschwimmt, setzen die Forscher auf elliptische statt runde Linsen. Ihre eiförmige Form korrigiert schräg einfallendes Licht so präzise, dass das Bild bis in die äußersten Ecken scharf bleibt. Hierbei kommen 9 verschiedene elliptische Linsenformen zum Einsatz.

Software statt Glasschliff

Was die SOEMLA-Kamera wirklich spannend macht, passiert erst nach dem Klick. Anstelle eines einzigen Fotos liefern die 35 Linsen 35 kleine Puzzleteile. Eine intelligente Software fügt diese nahtlos zusammen, gleicht Helligkeitsunterschiede aus und berechnet daraus ein fertiges Bild mit einer Auflösung von etwa einem Megapixel. Dieser Vorgang ähnelt dem Stitching einer mehrreihigen Panoramaaufnahme. 

Die Technik befindet sich zwar noch im Laborstadium, die Perspektiven sind jedoch spannend. Smartphones könnten in Zukunft ohne die störenden Kamera-Beulen auskommen. In der Medizin könnten hauchdünne Endoskope Chirurgen einen Panoramablick ins Körperinnere ermöglichen. Zahnärzte können mit einer einzigen Aufnahme alle Zähne fotografieren. Für die Alltagsfotografie bedeutet die bauartbedingte Tiefenschärfe, dass von wenigen Millimetern bis zum Horizont alles scharf ist. Und das, ohne zu fokussieren.

Die klassische Optik mit Glaslinsen wird so schnell nicht verschwinden. Aber SOEMLA zeigt deutlich, wohin die Miniaturisierung von Fototechnik gehen kann. Wer denkt, SOEMLA sei klein, sollte sich die Metasurface-Kamera von Princeton ansehen, welche kaum größer als ein Salzkorn und nutzt 1,6 Millionen Antennen statt Glas. Oder die Rice University zeigt mit der FlatCam, dass man für ein Foto nicht einmal mehr eine Linse braucht.

Quelle: Nature | via: Digitalcameraworld | Bilder: Kwon, JM., Kwon, Y., Cha, YG. et al.