Clusteraugenkamera

Der Verkleinerung der Systemlänge von konventionellen Einzelaperturkameras sind physikalische Grenzen gesetzt. Sie kann nur mithilfe anderer Abbildungsprinzipien weiter reduziert werden. Dieses Projekt verfolgt die Entwicklung einer sogenannten Clusteraugenkamera, die durch die Sehsysteme von Insekten inspiriert ist. Entgegen klassischen einkanaligen Objektiven bestehen die sogenannten Clusteraugen aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Kanäle, die jeweils aus mehreren Linsen und Blenden bestehen.

Die Herstellung der dabei zum Einsatz kommenden Optikkomponenten (Mikrolinsenarrays) erfolgt mithilfe lithographischer Prozesse und Abformtechniken auf Wafer Level. Zur Assemblierung des Gesamtsystems werden die verschiedenen Wafer gestapelt und nach einem Fügeprozess durch (Wafer)Sägen getrennt.

Im Laufe des Projekts sollen zwei Designrichtungen der Clusteraugenobjektive prototypisch umgesetzt werden. Beide basieren auf identischen Herstellungsprozessen. Das erste System dient der verkleinerten Abbildung entfernter Objekte (flachbauende Kamera), das Zweite der 1:1 Abbildung naher Strukturen (flachbauendes Mikroskop).

Schematischer Aufbau  der Clusteraugenkamera bestehend aus drei Mikrolinsenarrays und piezoelektrischen Schichtaktoren. Durch Regelung der elektrischen Ansteuerspannungen der piezoelektrischen  Aktoren werden die Lufträume zwischen den Mikrolinsenarrays  abgestimmt und damit eine Adaption auf unterschiedliche  Objektabstände realisiert (Autofokus).

In beide Aufbauten sollen piezoelektrische Schichtaktoren mit geeigneten Wegverstärkungsmechanismen auf Wafer Level integriert werden. Primäres Ziel dieser Technik ist es, in Abhängigkeit des Objektabstands eine optimale Abbildungsqualität zu erzielen. Darüber hinaus ermöglicht die Bewegungsfreiheit der Linsen in Strahlrichtung neue Funktionalitäten, wie beispielsweise einen Autofokus, Makroaufnahmen und Höhenschnitte.  

Projektleitende

• Prof. Dr. Andreas Tünnermann
  Universität Jena/ Physikalisch-Astronomische Fakultät
  Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF)
  E-Mail: andreas.tuennermann@iof.fraunhofer.de
• Dr. Sylvia Gebhardt
  Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)
  E-Mail: sylvia.gebhardt@ikts.fraunhofer.de