INSTRUMENTENBAU
Bonn-Shutter weltweiter Exportschlager
Redaktion / idw / Universität Bonn
astronews.com
2. Januar 2007

Da dürfte mancher Digitalkamera-Besitzer blass vor Neid werden: Der Chip einer Kamera, die für eine neue Himmelsdurchmusterung verwendet werden soll, hat nicht sieben, zehn oder 12 Megapixel, sondern beachtliche 111. Produziert wurde der Chip von einer amerikanischen High-Tech-Firma, bei der Belichtungssteuerung jedoch hilft ein Kameraverschluss aus dem Argelander-Institut für Astronomie (AIfA) der Universität Bonn.

Blick durch den geöffneten "Bonn-Shutter" auf Dr. Klaus Reif (sitzend) und die Instrumentierungsgruppe des Argelander-Institut für Astronomie. Foto: Argelander-Institut für Astronomie / idw [Großansicht]

Seinen ersten Einsatz feiert der ultragenaue und besonders robuste so genannte "Bonn-Shutter" in einem groß angelegten Projekt des US Naval Observatory (USNO) in Washington: Die dortigen Astronomen wollen viele Millionen Sternpositionen am ganzen Himmel genau vermessen. "Wir haben ihren Verschluss verwendent. Er ist fantastisch - überragende deutsche Ingenieurskunst", so die Reaktion von Dr. Richard Bredthauer, Inhaber der High-Tech-Firma Semiconductor Technology Associates (STA) in Kalifornien. Ihm und seinen Mitarbeitern ist die serienreife Entwicklung des bislang größten Kamera-Chips weltweit mit gigantischen 111 Megapixel gelungen.

Doch die Amerikaner hatten ein Problem: Der Chip sprengt mit seiner Größe von fast 10 mal 10 Zentimetern die Grenzen herkömmlicher Kameraverschlüsse. Richard Bredthauer setzte daher auf das Know-how des Bonner Argelander-Instituts für Astronomie (AIfA). Mit der Entwicklung von Kameraverschlüssen hat man am AIfA seit einigen Jahren Erfahrung. Aber vor dem Engagement von Semiconductor Technology Associates hatte die Instrumentierungsgruppe um Dr. Klaus Reif ihre "Bonn-Shutter" unmittelbar für große astronomische Observatorien entwickelt.

Der Grund, gerade in Bonn entwickeln und bauen zu lassen, war bisher die Fähigkeit der Gruppe, besonders große Verschlüsse hoher Präzision zu fertigen. Der vorerst größte - mit einer Öffnung von 48 mal 48 Zentimetern - wurde im Februar 2006 an die Universität von Hawaii ausgeliefert. Kurz danach ging ein Verschluss mit einer Öffnung von 28 mal 28 Zentimetern an die Australian National University.

An die Firma STA lieferten die Bonner zwei Verschlüsse. "Mit einer Öffnung von 150 Millimetern und 125 Millimetern gehören sie für uns eher zu den kleinen Systemen", erklärt Dr. Reif. Die Kooperation zeige, dass nicht nur die Größe ein Markenzeichen der Bonn-Shutter sei. "Geschätzt wird offenbar auch die Präzision und Zuverlässigkeit sowie unsere Flexibilität, wenn es darum geht, das mechanische und elektronische Design mit den Projektverantwortlichen abzustimmen." Den Bedarf nach kleinen Verschlüssen spüren die Bonner auch selbst. Zur Zeit entwickeln sie ein besonders flaches Shuttermodell mit vergleichsweise kleiner Öffnung (100 mm) für das Observatorium "Hoher List". Es soll am modernsten der dort installierten Teleskope eingesetzt werden. Das Astrophysikalische Institut Potsdam hat ebenfalls Interesse an diesen Modellen gezeigt.

Jeder Fotograf hat übrigens einen ähnlichen Verschluss vor Augen, wenn er einen Film in seiner Spiegelreflex-Kamera wechselt: Eine kleine viereckige Öffnung unmittelbar vor der Filmebene, die mit einer Metall-, Kunststoff- oder Textillamelle verschlossen ist. Bei einer Belichtung wird diese Lamelle von einer Feder blitzschnell von der Öffnung gezogen, um die Filmebene freizugeben, und anschließend eine zweite Lamelle wieder in die Öffnung gezogen, um sie zu verschließen. Bei sehr kurzen Belichtungen folgt die zweite Lamelle, noch bevor die erste ganz verschwunden ist: Es entsteht ein sich bewegender Schlitz. Daher der Name "Schlitzverschluss".

Dieses Schlitzverschlussprinzip ist auch die Grundlage der "Bonn-Shutter". Damit erschöpfen sich aber auch schon die Ähnlichkeiten mit einer konventionellen Kamera. Das liegt nicht alleine an der schieren Größe, sondern vor allem an den hohen technischen Anforderungen. Bei Himmelsdurchmusterungen werden im Verlaufe von Jahren oft mehrere Millionen Aufnahmen gemacht. Der Verschluss muss dabei seine Qualität unverändert behalten. Denn eine astronomische Kamera liefert nicht einfach nur Bilder. Sie ist vor allem ein Präzisionsmessinstrument zur Bestimmung der Helligkeit von Himmelsobjekten.

Damit das exakt klappt, müssen die Belichtungszeiten für jeden beliebigen Pixel des Aufnahmechips auf weniger als eine tausendstel Sekunde genau eingehalten werden. Ein Aspekt der Kameraentwicklung von Semiconductor Technology Associates freut die Bonner ganz besonders. Die Kamera - und damit der "Bonn-Shutter" - wird für ein astrometrisches Projekt eingesetzt, das in einer Tradition steht, die in Bonn ihren Ausgang genommen hat. Gemeint ist die berühmte "Bonner Durchmusterung" von Friedrich Wilhelm August Argelander, die er vor mehr als 150 Jahre an der Sternwarte an der Poppelsdorfer Allee durchführte und die ihn zum berühmtesten Bonner Astronomen machte. Mehr als 300.000 Sterne am nördlichen Himmel hat er damals katalogisiert - mit der neuen Kamera wären es wenigstens 100mal mehr gewesen.