Die neue Einzellinsen-Objektivtechnologie verspricht die Verbesserung der Smartphone-Kameras

Die Kamera im ersten iPhone 2007 hatte eine Auflösung von nur 2 Megapixeln. Smartphones verfügen heute über eine ganze Reihe von Kameras auf der Vorder- und Rückseite, von denen einige Auflösungen von bis zu 108 MP bieten. Darüber hinaus hat die Software für Computerfotografie über ein Jahrzehnt große Fortschritte gemacht, aber die Objektive sind im Allgemeinen gleich geblieben. Das muss sich aber ändern.

Olly Curtis | Getty Images

Das neue Unternehmen Metalenz hat sich zum Ziel gesetzt, Smartphone-Kameras grundlegend zu verbessern, indem moderne Linsengruppen in Linsen durch eine einzige flache Linse aus Nanostrukturen ersetzt werden. Laut Angaben des Unternehmens fokussiert eine Kamera mit einem solchen Objektiv das Bild auf die gleiche Weise, sammelt jedoch mehr Licht für bessere Fotos. Darüber hinaus macht die Technologie Kameramodule viel kompakter.

Heutzutage sind auf jeder Smartphone-Kamera mehrere Objektive (Linsenelemente) hintereinander installiert. Beim iPhone 12 Pro verwendet das Hauptkameramodul auf der Rückseite beispielsweise ein Objektiv mit sieben Elementen. Mit dem Linsensystem erzielen Hersteller ein kompaktes Design und gleichzeitig ein scharfes, fokussiertes Bild auf der Matrix.

Array von Kameramodulen mit Metalenz-Objektiven (Julian Knight)

Array von Kameramodulen mit Metalenz-Objektiven (Julian Knight)

„Die in modernen Smartphones übliche Optik besteht aus vier bis sieben Objektiven. – sagte Oliver Schindelbeck, Innovationsmanager von Zeiss, bekannt für hochwertige Objektive. – – Wenn Sie nur eine Linse haben, kommt es aufgrund physikalischer Gesetze aufgrund von Streuung und Beugung zu Aberrationen oder Verzerrungen im Bild. “”.

Mit mehr Objektiven können Hersteller Probleme wie chromatische Aberration (Farbschichtung an den Bildrändern) oder Linsenverzerrung (bei der gerade Linien auf einem Foto gekrümmt erscheinen) ausgleichen. Das Übereinanderlegen der Objektive erfordert jedoch mehr Platz im Kameramodul. Dies ist einer der vielen Gründe, warum der „Vorsprung“ der Kamera auf Smartphones im Laufe der Jahre immer größer geworden ist.

“Je mehr Objektivelemente Sie in die Kamera einbauen müssen, desto mehr Platz benötigen Sie.”, – sagte Herr Schindelbek. Ein weiterer Grund ist die Verwendung immer größerer Bildsensoren und Zoomobjektive. “Die Smartphone-Optik ist anspruchsvoller geworden, es wurden mehr Objektive hinzugefügt, einschließlich asphärischer Elemente, um die erforderliche Platzreduzierung zu erreichen. In den letzten 10 Jahren gab es in diesem Bereich jedoch keine Revolution.”– betonte Oliver Schindelbeck.

Hier kommt Metalenz ins Spiel. Anstelle von Kunststoff- oder Glaslinsenelementen, die auf dem Bildsensor gestapelt sind, wird beim Metalenz-Design eine einzelne Linse verwendet, die auf einer Glasplatte von 1 × 1 bis 3 × 3 mm aufgebaut ist. Die Platte besteht aus Nanostrukturen, die ein Tausendstel der Breite eines menschlichen Haares haben – sie biegen Lichtstrahlen so, dass viele der Nachteile klassischer Einlinsensysteme beseitigt werden.

Kameramodule mit Metalenz-Objektiven in der Nähe (Julian Knight)

Kameramodule mit Metalenz-Objektiven in der Nähe (Julian Knight)

Der Kern der Technologie wurde aus jahrzehntelanger Forschung entwickelt. Zuvor promovierte der Mitbegründer und CEO von Metalenz, Robert Devlin, an der Harvard University mit dem renommierten Physiker und Mitbegründer von Metalenz, Federico Capasso. Das Unternehmen selbst wurde im Jahr 2017 gegründet.

Licht wandert durch Nanostrukturen, die auf mikroskopischer Ebene wie Millionen von Kreisen mit unterschiedlichen Durchmessern aussehen. Herr Devlin bemerkte, dass Sie einfach die Größe solcher Kreise ändern können, um den Lichtfluss zu steuern, das gewünschte Ergebnis zu erzielen und die Strahlen auf eine bestimmte Weise zu brechen. Das resultierende Bild ist so scharf wie ein System mit mehreren Linsen: Nanostrukturen übernehmen die Aufgabe, viele der bildverschlechterenden Aberrationen, die bei herkömmlichen Kameras auftreten, zu reduzieren oder zu beseitigen. Darüber hinaus spart das Design nicht nur Platz, was bereits ein Durchbruch wäre: Die Entwickler argumentieren, dass Sie mit dem neuen Ansatz mehr Licht erfassen und auf den Bildsensor lenken können, um auch bei schlechten Lichtverhältnissen hellere und klarere Bilder zu erhalten.

Viele vielversprechende Technologien bleiben lange auf dem Papier. Aber im Fall von Metalenz sieht es so aus, als könnten Sie etwas anderes erwarten. Das Unternehmen hat bereits eine Partnerschaft mit zwei führenden Unternehmen der Halbleiterindustrie geschlossen (die derzeit eine Million Metalenz-Module pro Tag produzieren können). Optiken werden in denselben Fabriken hergestellt, in denen Verbrauchergeräte montiert werden, was die Lieferketten vereinfacht.

Die Serienproduktion soll Ende des Jahres beginnen. Dieses System findet zunächst Anwendung in einem 3D-Sensor in einem bestimmten Smartphone (weder Partner noch Hersteller des Smartphones wurden bisher benannt). Metalenz behauptet, dass seine Technologie Anwendungen außerhalb von Smartphones finden kann: in medizinischen Geräten, in Augmented- und Virtual-Reality-Kameras, in Autokameras und so weiter.

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