Zoomobjektiv mit deformierbaren Spiegeln

Ein unbemanntes Kleinflugzeug zieht seine Kreise über der Landschaft und erfasst das typische Grün eines Nadelwalds oder die Wärme, die eine Stadt abstrahlt. An Bord benötigt man Objektive, die vom ultravioletten über den sichtbaren bis in den nahen und mittleren infraroten Spektralbereich farbfehlerfrei funktionieren.

Konventionelle Objektive, die auf Linsen basieren, eignen sich dazu nur bedingt: Sollen sie einen breiten Spektralbereich abbilden, leidet die Bildqualität, die Aufnahme bekommt Farbsäume und wird unscharf. Bislang braucht man daher für jeden Spektralbereich ein extra Objektiv. Das Problem: Die Kleinflugzeuge können nur ein begrenztes Gewicht tragen.

Forscher vom Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden wollen Aufnahmen in unterschiedlichen Spektralbereichen mit einem einzigen System farbfehlerfrei machen. So hält die Batterie länger und die Flugdauer erhöht sich. „Wir haben das Design für ein neues Objektiv entwickelt, dabei aber keine Linsen, sondern Spiegel verwendet“, erklärt Dr. Heinrich Grüger, Gruppenleiter am IPMS. Das Objektiv besteht aus vier Spiegeln. Sie sind so angeordnet, dass sie sich nicht gegenseitig abschatten – so entsteht ein kontraststärkeres Bild. Zwei deformierbare Spiegel sorgen für den dreifachen Zoombereich – bei gleichbleibend hoher Bildqualität. Ein weiterer Vorteil: Aufwendige mechanische Führungen im Gehäuse werden damit überflüssig.

Grüger hat weitere Märkte im Blick: „Die Automatisierungstechnik sowie der Automobil- und Gerätebau profitieren von einem derartigen Objektiv. Wir hoffen daher, bald in die Technologieentwicklung einsteigen zu können.“ Dazu müssten als erstes geeignete deformierbare Spiegel realisiert werden. Denn herkömmliche optische Spiegel sind in ihrer Form starr. „Für die Zoomfunktion brauchen wir Spiegel, bei denen wir den Krümmungsradius über Aktuatoren flexibel steuern können“, sagt Grüger. Zwar wurden am IPMS bereits deformierbare Spiegel entwickelt, jedoch erreichen diese momentan noch nicht die Größe und die Variabilität, die für das Spiegel-Zoomobjektiv nötig sind: Für ein leistungsfähiges Zoomobjektiv mit einer akzeptablen Lichtstärke müssten die Spiegel einen Durchmesser von mindestens 12 Millimetern haben, so das Ergebnis von optischen Simulationen.

Die optische Leistungsfähigkeit des Objektivs können die Forscher dennoch bereits demonstrieren: Dazu haben sie drei identische Objektive mit drei unterschiedlichen Brennweiten aufgebaut, bei denen die deformierbaren Spiegel durch klassische feste Spiegel ersetzt wurden.