Adlerblick durch 3D-Druck

Forscher der Universität Stuttgart haben mittels 3D-Druck einen äußerst leistungsfähigen optischen Sensor hergestellt, der sich für die Navigation selbstfahrender Fahrzeuge eignen könnte. Vorbild ist das Adlerauge.

27. Februar 2017

Physiker der Universität Stuttgart haben im 3D-Druck Sensoren hergestellt, die das Adlerauge auf kleiner Fläche nachbilden. Vorbild ist das Adlerauge, denn die Augen der Adler sind extrem scharf und können sowohl nach vorne als auch zur Seite gut sehen. Eine der möglichen Anwendungen wäre eine Kamera für autonomes Fahren, die ein großes Blickfeld mit gleichmäßig hoher Schärfe erfassen kann. Der Grund für den sprichwörtlichen Adlerblick sind extrem viele Sehzellen in der zentralen Fovea, einer Einsenkung des gelben Flecks, dem Bereich des schärfsten Sehen. Zusätzlich haben Adler ein zweite Fovea am Augenrand die für scharfe Sicht nach allen Seiten sorgt.

 

Simon Thiele vom Institut für Technische Optik und seine Kollegen um Harald Giessen vom 4. Physikalischen Institut an der Universität Stuttgart haben einen Sensor entwickelt, der das Adlerauge auf kleiner Fläche nachbildet. Dafür druckten die Forscher direkt auf einen hochauflösenden CMOS-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 mittlerer Brennweite und schließlich eines, das einem Teleobjektiv entspricht.

Für die Arbeiten wurde ein 3D-Drucker der Karlsruher Nanoscribe verwendet, der mit Zweiphotonen-Polymerisation arbeitet. Bei diesem Verfahren werden zwei Photonen aus einem roten Femtosekunden-Laserpuls im Fotolack absorbiert und wirken wie ein blaues Photon, das den Vernetzungsprozess im flüssigen Fotolack in Gang setzt. Mithilfe eines Scanners wird so Lage um Lage der Freiform-Linsenstruktur geschrieben.  Alle vier Bilder, die diese Linsen erzeugen, werden gleichzeitig ausgelesen und verarbeitet. Eine Software setzt die Aufnahmen so zusammen, dass das Bild des Teleobjektivs in der Mitte dargestellt wird und ganz außen das Bild des Weitwinkelobjektivs.

Die Forscher haben einen solchen Sensoren mit einem Embedded-Computer gekoppelt, der über eine eigene IP-Adresse verbunden ist. So lässt sich der Sensor als leistungsstarker optischer Sensor im Zusammenhang mit IoT und Industrie 4.0 nutzen. Auch eine Nutzung bei Minidrohnen bietet sich an.