Origami-Objektiv: Extrem flaches Teleobjektiv durch "gefalteten" Strahlengang

Je größer ein Objekt im Bild erscheinen soll, desto länger das Tele-Objektiv. Diese Faustregel gilt nicht mehr.

San Diego (USA) - Nur einen halben Zentimeter dick ist die Scheibe, die ein 38-Millimeter-Objektiv ersetzen kann. Das ultraflache Objektiv aus den USA lenkt die Lichtstrahlen im Zickzack durch sein Inneres. Damit erzielt es die gleiche Vergrößerung wie handelsübliche Objektive, in welchen mehrere Linsen hintereinander angeordnet sind.

Die Umlenk-Idee stammt aus dem 17. Jahrhundert, ihre Umsetzung gelang in einer angeschliffenen Kristallscheibe. Ein Einsatz in winzigen, leichten und doch hochauflösenden Kameras bietet sich für Mobiltelefone ebenso an wie für Überwachungskameras in unbemannten Fliegern oder Infrarotsichtgeräten. Auch die UV-Lithographie zur Produktion von Computerchips könnte profitieren, berichten die Entwickler. Verbesserungen sind abzusehen, ihren Prototyp haben sie seit der Veröffentlichung im Fachblatt "Applied Optics" bereits verkleinert und optimiert.

"Wenn alles gelingt, wird unsere Kamera aussehen wie ein Objektivdeckel, der scharfstellen kann und wie eine normale Kamera arbeitet", erklärt Joseph Ford, Professor für Elektro- und Computeringenieurwesen an der University of California San Diego (UCSD). "Je größer die Anzahl an 'Faltungen', desto leistungsfähiger die Optik". Ford und sein Doktorand Eric Tremblay bearbeiteten eine transparente, fünf Millimeter flache Kalziumfluorid-Scheibe mit 60 Millimetern Durchmesser. In beide Seiten ritzten sie per Diamantspitze konzentrische Kreise, die wie Spiegel wirken und den Strahlengang des einfallenden Lichts lenken. Als Objektivöffnung dient der äußere Kreis, durch den das Bild eintritt. Innerhalb der Scheibe wird es mehrfach oben und unten reflektiert, bis es die zentrale Austrittsöffnung verlässt, hinter der der digitale Bildsensor wartet. "Streng genommen ist unsere 'Faltlinse' keine Linse, weil sie mit Reflexion arbeitet. 'Gefaltete Optik' wäre korrekter", so Tremblay.

Der Prototyp des Objektivs hat seinen festen Brennpunkt im Abstand von 2,5 Metern. Im Vergleich mit einem herkömmlichen 38-Millimeter-Objektiv lieferten beide vergleichbare Auflösung, Farbe und Bildqualität, so die Forscher. Die Faltmethode basiert auf einer Theorie für astronomische Teleskope von 1672, wobei Spiegel das Licht geschickt umlenkten, um die Teleskoplänge zu verkürzen. Nachteile wie der begrenzte Fokusbereich des Scheibenobjektivs lassen sich durch digitale Nachbearbeitung der Bilder auffangen, sofern diese nicht durch Weiterentwicklung des Systems verschwinden. Für einen Einsatz der Scheibe in Handy-Kameras wäre Massenproduktion möglich, so Ford und Tremblay. Ihr aktueller Prototyp ist bereits fünfmal kleiner als die Scheibe, die in der Veröffentlichung beschrieben ist.