Ultradünne Kameras auf der CES 2017 Insektenaugen für Industrie und Smartphone

Die Mini-Kamera facetVISION hat eine Dicke von nur 2 mm bei einer Auflösung von 1 Megapixel.
Die Mini-Kamera facetVISION hat eine Dicke von nur 2 mm bei einer Auflösung von 1 Megapixel.

Die Augen von Insekten setzten sich aus zahlreichen Facetten zusammen, von denen jede einzelne einen anderen Teilabschnitt der Umgebung wahrnimmt. Auf die gleiche Weise arbeitet die neue ultradünne Kamera des Fraunhofer IOF. Die Linse ist in 135 winzige Facetten eingeteilt und dabei nur 2 mm dick.

Die dünne Kamera des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF setzt sich ähnlich wie beim Auge eines Insekts aus vielen kleinen gleichförmigen Linsen zusammen. Sie sitzen wie Stücke eines Mosaiks dicht nebeneinander und jede einzelne Facette nimmt nur einen Teilausschnitt der Umgebung wahr. Im Insektengehirn werden die zahlreichen Einzelbilder der Facetten zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Diese Funktion übernehmen in der neu entwickelten facetVISION-Kamera Mikrolinsen- und Blenden-Arrays. Durch den Versatz jeder Linse zu der ihr zugeordneten Blende erhält jeder optische Kanal eine individuelle Blickrichtung und bildet jeweils einen anderen Bereich des Gesichtsfelds ab.

»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 Andreas Brückner, Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena. »Das ist eine deutlich höhere Auflösung als bei Kameras in der Industrie – etwa in der Robotik oder Automobilproduktion.« Die Technik wurde gemeinsam mit Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen entwickelt und von der Fraunhofer-Zukunftsstiftung gefördert.

Kostengünstige Produktion bei hoher Stückzahl

Die Mikrooptik der Fraunhofer-Forscher lässt sich in großen Stückzahlen kostengünstig produzieren. Dabei ähneln die Verfahren denen, die in der Halbleiterchip-Industrie üblich sind: Computerchips werden in Massen auf großen Halbleiterscheiben gefertigt und anschließend durch Sägen voneinander getrennt. Somit können am IOF facetVISION 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 benötigt man solche Kameras, um bei laufender Maschine in hoher Auflösung das Druckbild zu überprüfen.« Die Facettenkameras eigenen sich zudem für Einparkhilfen im Auto oder für Industrieroboter, die verhindern, dass die Maschinen mit Menschen kollidieren.

Auch für Smartphones ist die Facetten-Augentechnik interessant. Heute übliche Mini-Kameraobjektive sind meist fünf Millimeter dick, damit es das Umgebungsbild zufriedenstellend scharf darstellen kann. Das erschwert den Herstellern die Entwicklung von superdünnen Smartphones, denn die Kamera ist dicker als das übrige Smartphone und ragt deshalb aus der Fläche als »Kamera-Beule« heraus. Die Kameraoptiken für Smartphones werden jedoch nicht auf Wafern, sondern im Kunststoff-Spritzguss gefertigt. Bei dem Verfahren wird heißer flüssiger Kunststoff wie bei einem Waffeleisen in die Form gebracht. Roboter setzen die fertigen Linsen anschließend in die Smartphone-Kamera ein.

Das Insektenaugenprinzip könnte auch in dieser Produktionstechnik verwendet übernommen werden. »Es ist zum Beispiel denkbar, dass wir mehrere kleine Linsen nebeneinander in der Smartphone-Kamera platzieren«, erläutert Brückner. So ließe sich der Facetteneffekt auch im Spritzguss realisieren und würde Auflösungen von mehr als 10 Megapixel bei einer Kameradicke von nur etwa 3,5 mm ermöglichen.

Auf der Technik-Messe CES in Las Vegas stellen das Fraunhofer IOF die Facetten-Kamera vom 5. bis 8. Januar 2017 vor (Halle LVCC, South Hall 1, Stand 20944).