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Kamera Vorbild Natur: Facettenaugen ermöglichen ultradünne Kameras

| Redakteur: Katharina Juschkat

Fraunhofer Wissenschaftler entwickeln eine Kamera, die wie Insektenaugen aus winzigen Facetten bestehen. Mit dieser Methode können besonders dünne Kameras mit erstaunlich hoher Auflösung konstruiert werden. Das Design könnte das Aussehen von Smartphones verändern.

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Die Facetvision-Kamera lässt sich industriell in der Massenproduktion herstellen. Das haben Fraunhofer-Forscher in Testläufen gezeigt.
Die Facetvision-Kamera lässt sich industriell in der Massenproduktion herstellen. Das haben Fraunhofer-Forscher in Testläufen gezeigt.
(Bild: Fraunhofer IOF)

Fraunhofer-Forscher des Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie eine 2 mm flache Kamera herstellen können. Ihre Linse ist ähnlich einem Insektenauge in 135 winzige Facetten eingeteilt. In Anlehnung an das Vorbild nennen die Forscher ihr Mini-Kamera-Konzept Facetvision. Vorgestellt haben sie es auf der Technik-Messe CES in Las Vegas Anfang Januar.

Eine Kamera wie ein Insektenauge

Ein Insektenauge setzt sich aus vielen kleinen gleichförmigen Linsen zusammen. Sie sitzen wie Stücke eines Mosaiks dicht nebeneinander. Jede Facette nimmt nur einen Teilausschnitt der Umgebung wahr. Im Insektengehirn werden dann die vielen Einzelbilder der Facetten zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. In der Facetvision-Kamera übernehmen Mikrolinsen- und Blenden-Arrays diese Funktion. Durch den Versatz jeder Linse zu der ihr zugeordneten Blende erhält jeder optische Kanal eine individuelle Blickrichtung und bildet stets einen anderen Bereich des Gesichtsfelds ab.

„Zukünftig können wir mit dieser aus der Natur übernommenen Technik bei einer Kameradicke von 2 mm eine Auflösung von 4 Megapixel erreichen”, sagt Andreas Brückner, Projektleiter am Fraunhofer IOF in Jena. „Das ist eine deutlich höhere Auflösung als bei Kameras in der Industrie – etwa in der Robotik oder Automobilproduktion.”

Kostengünstige Produktion auf Wafern

Die Mikrooptik der Fraunhofer-Forscher soll sich in großer Zahl kostengünstig produzieren lassen – 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 könnten Kameraoptiken in Tausender-Stückzahl parallel gefertigt werden.

„Die Kameras sind z. B. für die Medizintechnik interessant – für optische Sensoren, mit denen man schnell und einfach Blut untersuchen kann”, sagt Brückner. „In der Druckerei wiederum könnte man solche Kameras benötigen, um bei laufender Maschine in hoher Auflösung das Druckbild zu überprüfen.” Weitere Anwendungen für die Kamera wäre der Einsatz an Autos, um beim Einparken zu helfen oder in Industrierobotern, um zu verhindern, dass die Maschinen mit Menschen kollidieren.

Smartphones im Blick

Der erste Prototyp der Technologie überträgt die Bilder der Kamera noch via Bluetooth über eine Sendebox an das Smartphone.
Der erste Prototyp der Technologie überträgt die Bilder der Kamera noch via Bluetooth über eine Sendebox an das Smartphone.
(Bild: Fraunhofer IOF)

Auch für Smartphones ist die Facettenaugentechnologie interessant: Das Mini-Kameraobjektiv von Smartphones ist heute üblicherweise 5 mm dick, damit es das Umgebungsbild zufriedenstellend scharf darstellen kann. Das erschwert den Herstellern das Design von superdünnen Smartphones: Die Kamera ist dicker als das übrige Smartphone und ragt deshalb aus der Fläche heraus. Die Hersteller nennen das den „Camera-bump” – die „Kamera-Beule”. Die Kameraoptiken für Smartphones werden jedoch 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.

„Wir möchten das Insektenaugenprinzip auch in diese Produktionstechnologie überführen”, sagt Brückner. „Wir könnten zum Beispiel mehrere kleine Linsen nebeneinander in der Smartphone-Kamera platzieren. So ließe sich der Facetteneffekt auch im Spritzguss realisieren. Das würde Auflösungen von mehr als 10 Megapixel bei einer Kameradicke von 3,5 mm möglich machen.” Die Technologie wurde gemeinsam mit Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen entwickelt und von der Fraunhofer-Zukunftsstiftung gefördert.

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