Metamaterial-Linse ermöglicht drei Millimeter dünne Weitwinkel-Kamera

Mit filigranen Objekten aus gekrümmten Linsen sind bereits heute Weitwinkel-Kameras in Smartphones integriert. Noch flacher und vor allem günstiger lassen sich diese Optiken mit Metamaterial-Linsen fertigen. Diese flachen Linsen mit symmetrisch angeordneten Strukturen im Nanomaßstab nutzten chinesische Forscher der Nanjing University für den Bau einer nur drei Millimeter dicken Weitwinkel-Kamera. Diese bot einen sehr großen Bildwinkel von 120 Grad.

"Für unsere kompakte Weitwinkel-Kamera nutzten wir ein Areal aus Metamaterial-Linsen, die jede ein Stück einer Weitwinkel-Szenerie abbildete", sagt Tao Li vom National Laboratory of Solid State Microstructures der Nanjing University. Diese einzelnen Bilder der Metamaterial-Linsen wurden nach der Aufnahme in einem Stitching-Verfahren zu der kompletten Weitwinkel-Aufnahme zusammengesetzt. Als Beleg präsentierten die Forscher die Aufnahme eines breiten Schriftzugs, der auf eine gewölbte Leinwand projiziert wurde.

Metamaterial-Linsen mit filigranen Nanostrukturen

Für die Herstellung der Metamaterial-Linsen griffen Tao Li und Kollegen zu etablierten, lithografischen Verfahren. Damit fertigten sie die filigranen Strukturen aus Siliziumnitrid, die auf einer Unterlage aus Siliziumdioxid deponiert waren. Die Ausmaße der Strukturen bewegten sich in der Größenordnung der Wellenlänge von blauem Licht (470 Nanometer). 17 dieser transparenten Linsen ordneten sie direkt über einen herkömmlichen CMOS-Bildchip mit einem Zentimeter Kantenlänge an.

Der Prototyp belegt, dass nur wenige Millimeter flache Metamaterial-Linsen scharfe Weitwinkelaufnahmen liefern können. Allerdings ist mit dem Zusammensetzen der einzelnen Bildsegmente eine elektronische Nachbearbeitung nötig. Bisher sind die "Meta"-Linsen mit den filigranen Nanostrukturen für blaues Licht optimiert.

Für komplette Farbbilder müssten verschiedene Metamaterial-Linsen mit jeweils an unterschiedliche Wellenlängen angepasste Nanostrukturen gefertigt und zu einem komplexeren Linsenareal arrangiert werden. Sollte dies gelingen, könnten Weitwinkel-Objektive weiter schrumpfen und auch zu geringeren Kosten produziert werden. Anwendungen finden sich nicht nur in Smartphones, sondern wegen des geringen Gewichts auch in Kameradrohnen.

(jle)