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Sphärisches Objektiv: Weitwinkelkamera mit 85 Megapixeln in Walnussgröße

US-Forschern ist es gelungen, eine winzige sphärische Weitwinkellinse zu entwickeln. Mit Glasfasern lenken sie das Licht zum Sensor, um die sphärische Projektion auf die flache Oberfläche zu projizieren. Bald soll so auch eine Miniaturkamera mit 85 Megapixeln gebaut werden können.

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Weitwinkelkamera der Forscher (l.) neben einem Weitwinkel von Canon
Weitwinkelkamera der Forscher (l.) neben einem Weitwinkel von Canon (Bild: Jacobs School of Engineering UC San Diego)

Forscher an der Jacobs School of Engineering an der Uni Kalifornien in San Diego haben eine Weitwinkeloptik entwickelt, die verglichen mit normalen Objektiven winzig aussieht, dennoch sehr lichtstark ist und eine extrem hohe Auflösung erreicht. Das wäre nicht nur für Handykameras ideal, sondern würde auch fliegenden Kameras in Drohnen eine deutlich bessere Aufnahmequalität bescheren.

  • Die Kamera mit monozentrischer Linse (l.) neben einem Canon 8-15 mm Fisheye (Bild: UC San Diego Jacobs School of Engineering)
Die Kamera mit monozentrischer Linse (l.) neben einem Canon 8-15 mm Fisheye (Bild: UC San Diego Jacobs School of Engineering)
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Eine sphärische Linse erzeugt Weitwinkelaufnahmen ohne chromatische Aberrationen oder Auflösungsverluste an den Rändern. Allerdings gibt es ein Problem. Das sphärische Bild muss auf den flachen Sensor projiziert werden. Das Forscherteam hat das Problem überwunden, indem sie an die Rückseite der Linse Glasfaserbündel angebracht haben, die das Licht zum Sensor leiten.

Die Forscher vermuteten zunächst, dass beim Scharfstellen der Optik die Glasfasern nach vorne und hinten bewegt werden müssten, doch das System besitzt eine so große Schärfentiefe, dass keinerlei Bewegungen erforderlich sind. Die Optik soll ein Auflösungsvermögen von 0,2 Milliradiant besitzen - das entspricht 0,011 Grad. Wegen der Konstruktion dürfte der Einsatz in Kameras mit Wechselobjektiven unmöglich sein.

Die wichtigste kommerzielle Anwendung werden Weitwinkelkameras mit einer so hohen Auflösung sein, dass sie genügend Raum für Ausschnittsvergrößerungen bieten, was letztlich wie ein Zoom aussieht, so Projektleiter Joseph Ford von der Jacobs School of Engineering an der UC San Diego.

Ford beschreibt in seinem wissenschaftlichen Aufsatz (PDF) einen Prototyp mit einer 12-mm-Weitwinkeloptik (KB), die mit einem 5-Megapixel-Sensor verbunden ist. Ford und seine Kollegen arbeiten gerade an einem Modell mit einer Auflösung von 30 Megapixeln. Im nächsten Jahr soll eine Version mit mehreren Sensoren, insgesamt 85 Megapixeln und einer Optik mit 120 Grad Aufnahmewinkel entstehen. Die Lichtstärke soll bei f/2 liegen. Was noch viel beeindruckender ist: Nach Angaben des Forschers soll das Gerät so groß sein wie eine Walnuss.

Die Weitwinkelkamera ist Teil des Darpa-Programms zur Entwicklung von Kameratechnik für Soldaten. Die Forscher wollen das Ergebnis ihrer Arbeit auf dem jährlichen Treffen der Optical Society namens "Frontiers in Optics 2013" vorstellen, die vom 6. bis 10. Oktober 2013 in Orlando stattfindet.

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