Bilder ohne Verzerrungen

Neuartiger Bildsensor mit gekrümmter Oberfläche

2008-08-18 Wissenschaftler an den US-Universitäten Illinois und Northwestern in Evanston/Illinois haben den Prototyp eines Bildsensors für Digitalkameras entwickelt, der wie die Netzhaut des menschlichen Auges gekrümmt ist. Mit einer darauf basierenden hemisphärischen "Eye"-Kamera sind den Forschern mit einfachen Linsen planare Aufnahmen mit großem Bildwinkel, gleichmäßigerer Ausleuchtung und geringeren Bildfehlern gelungen, als dies mit Flachsensor-Kameras mit vergleichbaren Linsen möglich ist. Basis für die neuartige Perspektive ist eine bisher für nicht realisierbar gehaltene Herstellung gekrümmter Siliziumwafer.  (Jan-Gert Hagemeyer)

Neuer, gekrümmter Bildsensor in der Entwicklung bei der Northwestern University of Illinois/USA [Foto: Northwestern University, Illinois] Zwar hatten Optiker und Biologen schon vor langer Zeit die Vorteile hemisphärisch gekrümmter Oberflächen von Bildempfängern erkannt, wie sie auch im menschlichen Auge in Form der Netzhaut arbeiten. Der Vorteil liegt darin, dass trotz des vergleichsweise einfachen Aufbaus des menschlichen Prinzip der Herstellung eines hemisphärischen Bildsensors [Foto: University of Illinois at Urbana-Champaign UIUC] Auges alle Objekte in einem recht großen Gesichtsfeld unverzerrt wahrgenommen werden. Ein Kameraobjektiv hingegen braucht ein komplexes System von Linsen, um die Verzerrungen auf dem flachen Sensor zu vermeiden. Die bionische Übertragung dieses Systems in die Technik war bisher jedoch an den besonderen Eigenschaften des Siliziums gescheitert. Dieses Material, aus dem Bildsensoren hergestellt werden, ist fast völlig unflexibel; biegt man Siliziumscheibchen (so genannte Wafer) um mehr als 1 Prozent, werden sie brüchig und versagen den Dienst. Die amerikanischen Wissenschaftler unter Leitung von Yonggang Huang von der Northwestern University in Evanston im US-Bundesstaat Illinois und John Rogers von der Universität von Illinois in Urbana-Champaign haben nun ein Verfahren entwickelt, das diesen siliziumtypischen Nachteil umgeht: Sie befestigen sehr kleine Siliziumdioden mithilfe dünner Metalldrähte auf einer hemisphärisch vorgeformten Membran, die zunächst wie ein Trommelfell eben gespannt wird, auf der die ebenen Siliziumdioden angeordnet werden, danach in ihre ursprünglich konvex gekrümmte Form zurückkehrt und abschließend die Sensorelemente in ein konkav geformtes Element aus Glassubstrat übergibt (Schema siehe Grafik). Ähnlich wie ein plan gebautes Haus auf der gekrümmten Erdoberfläche stehen kann, verhalten sich auch die winzigen Siliziumdioden auf der hemisphärischen Glassubstratoberfläche stabil.

Zur augenähnlichen Kamera wird der Chip mit einer Art Dom komplettiert, in dem sich ein einfaches Linsenelement befindet. Die mit dieser "Eye"-Kamera aufgenommenen Bilder sollen "vielversprechend" sein, sagen die Wissenschaftler, vor allem klarer und mit scharfen Bildrändern. Die neuartige Technik sei skalierbar und berechtige daher zu der Hoffnung einer neuen Generation von optoelektronischen Geräten – nicht nur für Kameras, sondern auch als künstliche Netzhaut im menschlichen Auge.

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