Objektiv im Chipformat

Physik Journal - Jenaer Forscher haben eine extrem flache Kamera entwickelt, die Licht mit 16.000 Mikrolinsen einsammelt.

Selbst James-Bond-Ausstatter „Q“ wäre beim Anblick der extrem flachen Kamera vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) in Jena vor Neid erblasst. Mit einer Dicke von weniger als 400 Mikrometern ließe sich der aktuelle Prototyp nahezu unsichtbar in einer Tapete oder einem Kleidungsstück verstecken. Über 16.000 einzelne Mikrolinsen verteilen sich wie die einzelnen Facetten in einem Insektenauge auf einer winzigen Fläche (9×9 mm) und fokussieren das eingefangene Licht auf die Pixel eines integrierten Bildchips.

Ein Strahlengang wie im Insektenauge: Das Facettenobjektiv erzeugt Bilder mit 64.000 Pixeln. (Fotos: IOF)

Unter die lithographisch strukturierten Mikrolinsen mit einem Krümmungsradius von 75 Mikrometern setzten die Forscher um Jacques Duparré ein nur 200 Mikrometer dünnes Borsilikatglas, entsprechend der Brennweite dieser Mikroobjektive. Eine tausendfach durchbohrte Titanschicht dient als Lochblende und hinter jeder Öffnung wird der Lichtstrahl von je einem Pixel eines leistungsfähigen CMOS-Bildchips aufgefangen. Überlagerungseffekte begrenzen die Auflösung dieser Facettenkamera zwar auf rund 60 mal 60 Bildpunkte, doch kann dieses grobe Bild zur Personenerkennung ausreichen. Mit einer überzeugenden Lichtstärke (Blendenzahl 2,2) deckt das Facettenobjektiv einen schmalen, quadratischen Raumbereich mit einem Öffnungswinkel von etwa 10 Grad ab.

Aktuell arbeiten Duparré und Kollegen an verbesserten Modellen, bei denen wie beim Insektenauge die einzelnen Lichtkanäle optisch voneinander isoliert sind. Damit sollen „Geisterbilder“ verhindert werden. Interesse an dieser Technik zeigten bisher Automobilausstatter, die diese ultraflachen Kameras beispielsweise in der Innenausstattung verstecken wollen. Mit den gewonnenen Bildern könnten Fahrerassistenzsysteme aus Augenbeobachtungen folgern, wann ein Fahrer müde wird, und rechtzeitig zur Pause auffordern. Doch auch die Körpermaße eines Fahrers könnten erfasst werden, um im Falle eines Unfalls das Aufblasen des Airbags optimal an die Körpergröße anzupassen. Da sich dieses flache Kameraauge sogar in eine Chipkarte integrieren ließe, wäre eine schnelle Identifikation des wahren Kartenbesitzers möglich. Fremden bliebe damit der Griff in den Geldautomaten verwehrt. Doch auch zur unbemerkten Überwachung von Räumen und in der Sicherheitstechnik könnte dieses Kamerasystem eingesetzt werden.

Jan Oliver Löfken

Quelle: Physik Journal, August/September 2004

Weitere Infos:

• Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF):
  http://www.iof.fraunhofer.de