Wissenschaftler entwickeln schnellste Video-Kamera der Welt

Die Auflösung lässt zu wünschen übrig, die Geschwindigkeit hingegen nicht: Wissenschaftler in den USA haben mit handelsüblicher Technik eine Hochgeschwindigkeitskamera entwickelt, die bisherige Konkurrenten weit hinter sich lässt.

Ein Team von Wissenschaftlern an der Universität von Kalifornien in Los Angeles hat eine neue Hochgeschwindigkeitskamera entwickelt. Sie soll Ereignisse wie Stoßwellen oder die Kommunikation zwischen Nervenzellen aufnehmen. Dafür bedarf es extrem kurzer Belichtungszeiten.

Die Verschlusszeit der Kamera beträgt denn auch 450 Pikosekunden - das ist eine knappe halbe Milliardstel Sekunde. Entsprechend ist die Bildausbeute: Über sechs Millionen Bilder schafft die Kamera in der Sekunde. Das bedeutet, sie macht alle 163 Nanosekunden ein Bild. Als Lichtquelle dient ein Laserpuls, der das aufgenommene Objekt für eine Milliardstel Sekunde anstrahlt.

Serial Time-Encoded Amplified Microscopy

Serial Time-Encoded Amplified Microscopy (Steam) nennen die Wissenschaftler ihr System. Zweidimensionale Bilder werden dafür in einen Strom aus Licht verwandelt, das Licht horizontal und vertikal aufgefächert und damit in die Spektralfarben zerlegt. Fällt das gefächerte Laserlicht auf das abzubildende Objekt, wird jedes seiner Teile mit Licht in einer anderen Wellenlänge angeleuchtet. Kommt das Licht von dem Objekt zurück, enthält jede reflektierte Farbe eine Information über einen bestimmten Teil des Objektes.

Das reflektierte Licht fällt dann in eine spezielle Glasfaser, in der es sich je nach Wellenlänge mit einer anderen Geschwindigkeit bewegt. Rotes Licht beispielsweise ist schneller als blaues. Der Lichtstrom wird verstärkt und dann von einem optischen Sensor aufgefangen. Der zeichnet auf, wann welche Farbe eintrifft. Daraus wird dann ein Bild des aufgenommenen Objekts rekonstruiert.

Ständig im Einsatz

Die Kamera ist den Wissenschaftler zufolge sechs mal schneller als die derzeit leistungsfähigsten Hochgeschwindigkeitsmodelle, die in der Sekunde eine Million Bilder schafen. Der Vorteil des neuen Systems: Es werden nur handelsübliche Komponenten eingesetzt.

Die Auflösung von Steam liegt deutlich unter dem, was herkömmliche Kameras leisten: 2.500 Pixel werden erreicht. In diesem Bereich wollen die Wissenschaftler noch Verbesserungen erzielen, das gilt auch für die Geschwindigkeit. Geplant ist, die Bildrate von derzeit 6,1 auf 100 Millionen Aufnahmen pro Sekunde zu erhöhen.

Es gibt zwar Kameras mit noch kürzeren Belichtungszeiten. Doch anders als die Steam-Knipse können diese nicht kontinuierlich Bilder liefern. "Zu den anspruchsvollsten Anwendungen für Hochgeschwindigkeitskameras gehören sehr seltene oder abnorme Ereignisse oder die sprichwörtliche Nadel im Heuhaufen - mit anderen Worten ungewöhnliche Ereignisse, die aber wichtige Informationen liefern", betont der Studien-Projektleiter Bahram Jalali. Die Wissenschaftler haben ihr System in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Nature" vorgestellt. Anwendungsbereiche sind vor allem in der Medizin zu finden.