Forscher der Universität Stuttgart stellen Linsensystem mit Adlerblick am 3D-Drucker her

Physiker der Universität Stuttgart haben 3D-gededruckte Sensoren hergestellt, die das Adlerauge auf kleiner Fläche nachbilden. Einsatzbereiche dafür sieht man bei autonomen Fahrzeugen sowie Minidrohnen.

Adleraugen sehen nicht nur sehr scharf auf große Entfernung, sondern sowohl nach vorne als auch zur Seite. Somit sind sie gleichzeitig in der Lage eine Maus aus drei Kilometern Höhe zu erkennen, als auch im weiten Sichtfeld Ausschau nach feindlichen Vögeln und Tieren zu halten. Dies sind Eigenschaften, die auch für autonome Fahrzeuge wichtig sind. Während eine Kamera nach vorne besonders scharf sehen und Hindernisse sowie Abstand zum Vordermann erkennen muss, soll auch das Sichtfeld zur Seite hin im Blick bleiben. Erledigen dies bislang noch eine Reihe von Kameras und Sensoren, könnte das von den Forschern entwickelte extrem leistungsfähige Linsensystem diese zukünftig ersetzen.

Der von Simon Thiele vom Institut für Technische Optik und seinen Kollegen um Harald Giessen vom 4. Physikalischen Institut an der Universität Stuttgart entwickelte Sensor bildet das Adlerauge auf einer kleinen Fläche nach und wurde mit Hilfe des Nanoscribe 3D-Druckers hergestellt. Das Gerät arbeitet mit der sogenannten Zweiphotonen-Polymerisation, bei der ein Fotolack zwei Photonen eines Laserpulses absorbiert. So entsteht Schicht für Schicht eine Freiform-Struktur.

Das Forscherteam druckte dabei einen ganzen Satz Mikro-Objektivlinsen mit verschiedenen Brennweiten und Sichtfeldern direkt auf einen hochauflösenden CMOS-Chip. Der Satz besteht aus einer kleinen Linse mit der Brennweite eines Weitwinkelobjektivs, zwei Linsen mit einem mittleren Sichtfeld und eine große Linse mit einer sehr langen Brennweite und einem kleine Sichtfeld, ähnlich einem Teleobjektiv. Alle vier mit den Linsen auf dem Chip erzeugten Bilder werden gleichzeitig elektronisch ausgelesen und verarbeitet. Das Bild wird dabei so dargestellt, dass im Zentrum das hochauflösenden Bild des Teleobjektivs zu sehen ist und außen das Bild des Weitwinkelobjektivs.

Die Kamera wurde an verschiedenen Objekten getestet. Dabei konnten die Wissenschaftler eine Verbesserung der Auflösung im Zentrum des so genannten “foveated imaging” Systems, das nur wenige Quadratmillimeter groß ist, eindeutig nachweisen. Die Linsen selbst haben einen Durchmesser von hundert bis wenigen hundert Mikrometer.

Einsatzbereiche dafür sieht man abgesehen von der Automobilindustrie beispielsweise auch für Minidrohnen. Dazu sind die Sensoren mit einem kleinen Minicomputer verbunden, der eine eigenen IP-Adresse hat und über das Smartphone angesprochen sowie ausgelesen werden kann.