Sensoren mit Adlerblick

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13.03.2017

Sensoren mit Adlerblick

Bildsensor mit jeweils vier Mikrolinsen unterschiedlicher Brennweite (Foto: Universität Stuttgart/ PI 4)

Bildsensor mit jeweils vier Mikrolinsen unterschiedlicher Brennweite (Foto: Universität Stuttgart/ PI 4)

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.

Adler sind in der Lage, aus drei Kilometern Höhe eine Maus auf einer Wiese zu erkennen. Gleichzeitig haben sie ein sehr weites Sichtfeld, damit sie feindliche Vögel und andere Tiere, die sich von der Seite nähern, wahrnehmen können. Der Grund für den sprichwörtlichen Adlerblick sind extrem viele Sehzellen in der Fovea, also dem Bereich der Netzhaut, der für das schärfste Sehen verantwortlich ist. Anders als Menschen haben Adler zudem eine zweite Fovea am Augenrand, die für scharfe Sicht nach den Seiten sorgt.

Ähnliches hätten Autohersteller gerne für das selbstfahrende Fahrzeug: Nach vorne sollte eine Kamera besonders scharf sehen, Hindernisse erkennen und den Abstand zum Vordermann einschätzen, trotzdem muss aber auch zur Seite hin das Sichtfeld im Blick gehalten werden. Bisher brauchte man dazu eine ganze Reihe von Kameras und Sensoren rund um das Fahrzeug oder eine rotierende Kamera auf dem Dach.

Simon Thiele vom Institut für Technische Optik und seine Kollegen um Harald Giessen vom 4. Physikalischen Institut an der Universität Stuttgart haben jetzt per 3D-Druck einen Sensor entwickelt, der das Adlerauge auf kleiner Fläche nachbildet. Die Stuttgarter Forscher drucken direkt auf einen hochauflösenden Bild-Chip einen ganzen Satz von Mikro-Objektivlinsen, 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 sehr lange Brennweite und ein kleines Sichtfeld, wie ein typisches Teleobjektiv.

Der 3D-Drucker stellt die Miniaturlinsen mithilfe eine speziellen Technologie passgenau direkt auf dem Bild-Chip her. Dabei werden extrem kurze Laserstrahl-Impulse auf einen flüssigen Fotolack gerichtet, der dann aushärtet. So kann Lage um Lage einer Linsenstruktur geschrieben werden.

Alle Einzelbilder, die die so hergestellten Linsen auf dem Chip erzeugen, werden gleichzeitig elektronisch ausgelesen und verarbeitet. Dabei setzt ein Computerprogramm das Gesamtbild so zusammen, dass im Zentrum das hochauflösende Bild des Teleobjektivs dargestellt wird und ganz außen das Bild des Weitwinkelobjektivs.

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 schon jetzt mit einem kleinen Minicomputer verbunden, der direkt über das Smartphone ausgelesen werden kann. Somit ist das System bereits jetzt für Anwendungen der Industrie 4.0 geeignet.

physik.uni-stuttgart.de

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