Ultraflache Geräte dank Insekten-Kameras: Facettenaugen für Smartphones

Nur noch zwei Millimeter flach ist eine Kamera, die Fraunhofer-Forscher jetzt vorgestellt haben. Sie ist einem Insektenauge nachempfunden und könnte noch flachere Smartphones ermöglichen.

Die Mini-Kamera lässt sich industriell in der Massenproduktion herstellen.
(Foto: Fraunhofer IOF)

Das neue Verfahren der Fraunhofer-Forscher ermöglicht die Herstellung einer zwei Millimeter flachen Kamera. Deren Linse ist ähnlich einem Insektenauge in 135 winzige Facetten eingeteilt. Das Mini-Kamera-Konzept mit dem Namen »facetVISION« haben die Wissenschaftler jetzt auf der CES in Las Vegas vorgestellt. Die Mini-Kamera aus dem Fraunhofer IOF hat eine Dicke von nur zwei Millimetern bei einer Auflösung von einem Megapixel. Dank ihrer geringen Dicke könnte ihr Grundprinzip künftig das Design von Smartphones verändern.

Wie das Insektenauge setzt sich die Technologie der Forscher aus vielen kleinen gleichförmigen Linsen zusammen, die wie Stücke eines Mosaiks dicht nebeneinander sitzen. Jede Facette nimmt nur einen Teilausschnitt der Umgebung wahr. In einem Insektengehirn werden dann die vielen Einzelbilder der Facetten zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. In der neu entwickelten Kamera übernehmen Mikrolinsen- und Blenden-Arrays diese Funktion. Durch den Versatz jeder Linse zu der ihr zugeordneten Blende erhält jeder optische Kanal eine individuelle Blickrichtung und bildet stets einen anderen Bereich des Gesichtsfelds ab.

»Zukünftig erreichen wir mit dieser aus der Natur übernommenen Technik bei einer Kameradicke von nur zwei Millimetern eine Auflösung von bis zu vier Megapixel«, sagt Andreas Brückner, Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena. Das sei eine deutlich höhere Auflösung als bei Kameras in der Industrie – etwa in der Robotik oder Automobilproduktion. Die Technologie wurde gemeinsam mit Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen entwickelt.

Die Mikrooptik der Fraunhofer-Forscher lässt sich in großer Zahl kostengünstig produzieren – durch Verfahren ähnlich jenen, die in der Halbleiterchip-Industrie üblich sind. Computerchips werden in Massen auf Wafern, auf großen Halbleiterscheiben, gefertigt und anschließend durch Sägen voneinander getrennt. Entsprechend können am IOF facetVISION Kameraoptiken in Tausender-Stückzahl parallel gefertigt werden. Das macht die Facettenaugentechnologie beispielsweise für Smartphones interessant: Ihr Mini-Kameraobjektiv ist heute üblicherweise fünf Millimeter dick, damit es das Umgebungsbild zufriedenstellend scharf darstellen kann. Das erschwert den Herstellern das Design von superdünnen Smartphones: Die Kamera ist dicker als das übrige Smartphone und ragt deshalb aus der Fläche heraus. Die Hersteller nennen das den »Camera-bump«, also die »Kamera-Beule«. Die Kameraoptiken für Smartphones werden jedoch nicht auf Wafern, sondern im Kunststoff-Spritzguss gefertigt. Bei diesem Verfahren wird heißer flüssiger Kunststoff wie bei einem Waffeleisen in die Form gebracht. Roboter setzen die fertigen Linsen dann in die Smartphone-Kamera ein. »Wir möchten das Insektenaugenprinzip auch in diese Produktionstechnologie überführen«, sagt Brückner. So sei es zum Beispiel denkbar, mehrere kleine Linsen nebeneinander in der Smartphone-Kamera zu platzieren. So ließe sich der Facetteneffekt auch im Spritzguss realisieren. »Auflösungen von mehr als zehn Megapixel bei einer Kameradicke von nur etwa dreieinhalb Millimetern wären möglich«, so der Projektleiter.