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Sensoren mit Adlerblick

Leistungsfähige Linsensysteme dank 3D-Druck

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut. Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der Universität Stuttgart haben nun im 3D-Druck Sensoren hergestellt, die das Adlerauge auf kleiner Fläche nachbilden.

Detailfoto der vier verschiedenen Linsen auf dem CMOS-Sensorchip. (Bild: Universität Stuttgart)

Der Grund für den sprichwörtlichen Adlerblick sind extrem viele Sehzellen in der zentralen Fovea, einer Einsenkung im Zentrum des Gelben Fleckes, dem Bereich des schärfsten Sehens. Zusätzlich haben Adler eine zweite Fovea am Augenrand, die für scharfe Sicht nach den Seiten sorgt. Ähnliches hätte der Autofahrer gerne für sein selbstfahrendes Fahrzeug: Nach vorne soll seine Kamera besonders scharf sehen, Hindernisse erkennen und den Abstand zum Vordermann einschätzen, trotzdem soll aber auch zur Seite hin das Sichtfeld im Blick gehalten werden. Bisher brauchte man dazu eine Reihe von Kameras und Sensoren rund um das Fahrzeug. Forscher der Universität Stuttgart haben jetzt einen Sensor entwickelt, der dieses Adlerauge auf kleiner Fläche nachbildet. Dabei wird mittels eines 3D-Druckers direkt auf einen hochauflösenden CMOS-Chip ein Satz von Mikro-Objektivlinsen gedruckt, die verschiedene Brennweiten und Sichtfelder haben. Die kleinste Linse hat eine Brennweite, die einem Weitwinkelobjektiv entspricht, dann folgen zwei Linsen mit eher mittlerem Sichtfeld, und die größte Linse hat eine lange Brennweite und ein kleines Sichtfeld, wie ein typisches Teleobjektiv. Der 3D-Drucker stellt die Linsen mithilfe der so genannten Zweiphotonen-Polymerisation passgenau direkt auf dem CMOS her. Alle vier Bilder, die die Linsen auf dem Chip erzeugen, werden gleichzeitig elektronisch ausgelesen und verarbeitet. Dabei setzt ein Computerprogramm das Bild so zusammen, dass im Zentrum das hochauflösende Bild des Teleobjektives dargestellt wird und ganz außen das Bild des Weitwinkelobjektivs. Die Forscher testeten die Kamera an verschiedenen Testobjekten und konnten die Verbesserung der Auflösung im Zentrum des so genannten ‚foveated imaging Systems‘ nachweisen. Da das gesamte Sensorsystem nur wenige Quadratmillimeter groß ist – die Linsen haben Durchmesser im Bereich von hundert bis wenigen hundert Mikrometern – könnten neben der Automobilindustrie auch neuartige Minidrohnen von der Technologie profitieren. Die Sensoren sind mit einem Minicomputer verbunden, der eine IP-Adresse hat und direkt über das Smartphone angesprochen und ausgelesen werden kann.

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