Das Gerät, ein Quadrat mit einer Größe von nur 1 x 1,2 Millimetern, kann seine "Blende" sofort zwischen Weitwinkel, Fischauge und Zoom umschalten. Und weil das Gerät so dünn und nur wenige Mikrometer dick ist, kann es überall eingebettet werden. (Zum Vergleich beträgt die durchschnittliche Breite eines menschlichen Haares etwa 100 Mikrometer.)
"Die gesamte Rückseite Ihres Telefons könnte eine Kamera sein", beschrieb Ali Hajimiri, Professor für Elektrotechnik und Medizintechnik am California Institute of Technology (Caltech) und Hauptforscher des Forschungspapiers, die neue Kamera.
Es könnte in eine Uhr oder in eine Brille oder in Stoff eingebettet sein, sagte Hajimiri gegenüber Live Science. Es könnte sogar so konzipiert sein, dass es als kleines Paket in den Weltraum startet und sich dann zu sehr großen, dünnen Blättern entfaltet, die das Universum mit nie zuvor möglichen Auflösungen abbilden, fügte er hinzu.
"Es gibt keine grundlegende Grenze, um wie viel Sie die Auflösung erhöhen können", sagte Hajimiri. "Sie könnten Gigapixel machen, wenn Sie wollten." (Ein Gigapixel-Bild hat 1 Milliarde Pixel oder das 1000-fache eines Bilds einer 1-Megapixel-Digitalkamera.)
Hajimiri und seine Kollegen präsentierten ihre Innovation, die als optisches Phased Array bezeichnet wird, auf der Konferenz der Optical Society (OSA) über Laser und Elektrooptik, die im März stattfand. Die Forschung wurde auch online im OSA Technical Digest veröffentlicht.
Das Proof-of-Concept-Gerät ist ein flaches Blatt mit einer Anordnung von 64 Lichtempfängern, die als winzige Antennen betrachtet werden können, die auf den Empfang von Lichtwellen abgestimmt sind, sagte Hajimiri. Jeder Empfänger im Array wird einzeln von einem Computerprogramm gesteuert.
In Sekundenbruchteilen können die Lichtempfänger manipuliert werden, um ein Bild eines Objekts ganz rechts in der Ansicht oder ganz links oder irgendwo dazwischen zu erstellen. Dies kann geschehen, ohne das Gerät auf die Objekte zu richten, was mit einer Kamera erforderlich wäre.
"Das Schöne an dieser Sache ist, dass wir Bilder ohne mechanische Bewegung erstellen", sagte er.
Hajimiri nannte dieses Merkmal eine "synthetische Apertur". Um zu testen, wie gut es funktionierte, legten die Forscher das dünne Array auf einen Silizium-Computerchip. In Experimenten sammelte die synthetische Apertur Lichtwellen, und dann wandelten andere Komponenten auf dem Chip die Lichtwellen in elektrische Signale um, die an einen Sensor gesendet wurden.
Das resultierende Bild sieht aus wie ein Schachbrett mit beleuchteten Quadraten, aber dieses einfache Bild mit niedriger Auflösung ist nur der erste Schritt, sagte Hajimiri. Die Fähigkeit des Geräts, einfallende Lichtwellen zu manipulieren, ist so präzise und schnell, dass es theoretisch innerhalb von Sekunden Hunderte verschiedener Arten von Bildern in jeder Art von Licht, einschließlich Infrarot, aufnehmen könnte, sagte er.
"Sie können eine extrem leistungsstarke und große Kamera herstellen", sagte Hajimiri.
Um mit einer herkömmlichen Kamera eine Hochleistungsansicht zu erzielen, muss das Objektiv sehr groß sein, damit es genügend Licht sammeln kann. Aus diesem Grund tragen professionelle Fotografen am Rande von Sportveranstaltungen riesige Kameraobjektive.
Größere Objektive erfordern jedoch mehr Glas, was zu Licht- und Farbfehlern im Bild führen kann. Das optische Phased Array der Forscher hat dieses Problem oder eine zusätzliche Masse nicht, sagte Hajimiri.
Für die nächste Phase ihrer Forschung arbeiten Hajimiri und seine Kollegen daran, das Gerät größer zu machen und mehr Lichtempfänger im Array zu haben.
"Im Wesentlichen gibt es keine Begrenzung, um wie viel Sie die Auflösung erhöhen können", sagte er. "Es ist nur eine Frage, wie groß Sie das phasengesteuerte Array machen können."
