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Mittwoch, 18.10.2017
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Ultradünne Kamera mit Facettenlinse

Kamera nach Vorbild der Insektenaugen für Smartphone und Co

Von der Natur abgeschaut: Die Facettenaugen der Insekten sind Vorbild für eine neue Minikamera. Sie ist nur zwei Millimeter dick und macht trotzdem Bilder von mehreren Megapixel Auflösung. Künftig könnte sie in ultradünnen Smartphones eingesetzt werden, aber auch in Autos, in der Medizintechnik und Industrie. Ein weiterer Vorteil: Die " facetVISION"-Kamera lässt sich gut in Massenanfertigung herstellen.
Die facetVISION-Kamera ist nicht nur ultradünn udn leistungsstark, sie lässt sich auch gut in Massenproduktion herstellen

Die facetVISION-Kamera ist nicht nur ultradünn udn leistungsstark, sie lässt sich auch gut in Massenproduktion herstellen

Mit der Miniaturisierung der Technik werden auch immer kleinere, flachere Linsen gebraucht. Denn gerade Smartphones, aber auch Kameras werden immer dünner und kleiner. Die typischen Handy-Objektive sind fünf Millimeter dick, sie sind dadurch oft dicker als das übrige Smartphone und ragt aus der Fläche heraus. Die Hersteller nennen dies den "Camera-bump" – die unästhetische "Kamera-Beule".

Vom Facettenauge abgeschaut


Abhilfe könnte nun eine neue Linsentechnologie schaffen, konstruiert nach dem Vorbild der Natur. Denn die von Forschern des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) in Jena entwickelte facetVISION-Kamera nutzt eine Linse nach Vorbild des Facettenauges der Insekten. Wie das Insektenauge ist sie aus vielen kleinen Einzellinsen zusammengesetzt.

Die 135 Facettenlinsen sitzen wie Stücke eines Mosaiks dicht nebeneinander. Jede Facette nimmt nur einen Teilausschnitt der Umgebung wahr und erzeugt Daten in jeweils einem eigenen optischen Kanal. Spezielle Blendenanordnungen und die Software erstellen aus diesen Einzelbildern dann die gesamte Aufnahme. Bereits vor einigen Jahren haben die Forscher nach ähnlichem Prinzip einen Facetten-Miniprojektor für Smartphones entwickelt.


Nur zwei Millimeter dick


Der große Vorteil: Diese Linsentechnik ermöglicht dünne und trotzdem leistungsstarke Kameras. "Zukünftig erreichen wir mit dieser aus der Natur übernommenen Technik bei einer Kameradicke von nur zwei Millimetern eine Auflösung von bis zu vier Megapixel", sagt Projektleiter Andreas Brückner vom IOF. "Das ist eine deutlich höhere Auflösung als bei Kameras in der Industrie – etwa in der Robotik oder Automobilproduktion."

Ein weiterer Vorteil: Die Mikrooptik der Fraunhofer-Forscher lässt sich in großer Zahl kostengünstig produzieren – durch Verfahren ähnlich jenen, die in der Halbleiterchip-Industrie üblich sind. Computerchips werden in Massen auf Wafern, auf großen Halbleiterscheiben, gefertigt und anschließend durch Sägen voneinander getrennt. Entsprechend können facetVISION Kameraoptiken in Tausender-Stückzahl parallel gefertigt werden.

Nützlich im Auto, Handy und in der Industrie


Anwendungen für die neue ultradünne Kamera gibt es viele: Sie könnten als Kameras an Autos beim Einparken helfen oder in Industrierobotern verhindern, dass die Maschinen mit Menschen kollidieren. "In der Druckerei wiederum benötigt man solche Kameras, um bei laufender Maschine in hoher Auflösung das Druckbild zu überprüfen", so Brückner.

Auch für Smartphones ist die Facettenaugentechnologie interessant. Sie könnten den unschönen "Kamera-Buckel" vermeiden und bessere Leistungen bringen. "Es ist zum Beispiel denkbar, dass wir mehrere kleine Linsen nebeneinander in der Smartphone-Kamera platzieren", sagt Brückner. "Auflösungen von mehr als zehn Megapixel bei einer Kameradicke von nur etwa dreieinhalb Millimetern wären möglich."

Für die Handys wird die facetVISION-Kameraoptik nicht auf Wafern, sondern im Kunststoff-Spritzguss gefertigt. Bei diesem Verfahren wird heißer flüssiger Kunststoff wie bei einem Waffeleisen in die Form gebracht. Roboter setzen die fertigen Linsen dann in die Smartphone-Kamera ein.
(Fraunhofer-Gesellschaft, 05.01.2017 - NPO)
 
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