Miniaturisierte Kameras sind heute ein integraler Bestandteil einer Vielzahl von Produkten aus dem Bereich der Kommunikations- und Unterhaltungselektronik sowie der Sensorik. Allerdings sind der Verringerung der Baugröße der verwendeten Kameraoptik neben den technologischen auch physikalische Grenzen gesetzt. Bei der Verkleinerung der Optik-Baulänge (bei konstanter Lichtstärke und Bildauflösungsvermögen) verringern sich das Winkelauflösungsvermögen und die Anzahl der durch das Abbildungssystem übertragbaren Informationen.

Einen vielversprechenden Weg die letztgenannte Limitation zu überwinden, bieten Vorbilder aus der Natur wie beispielsweise Insekten. Bei diesen Tieren haben sich im Laufe der Evolution Facettenaugen herausgebildet, die den Lebensumständen der jeweiligen Art perfekt angepasst sind.

Für die kleinsten konventionellen Objektive haben sich Herstellungsmethoden der Mikrosystemtechnik (speziell: die UV-Abformung von ultra-präzisionsbearbeiteten Mastern sowie Wafer-Stapeln und Bonden) bereits durchgesetzt. Allerdings ist die sogenannte Wafer-Level-Optik (WLO) aufgrund der Schrumpfung bei der Abformung von Linsen mit großen Pfeilhöhen und Problemen bei der Einstellung exakter Schichtdicken im Falle von Einzelaperturoptiken bisher auf Auflösungsvermögen bis maximal VGA begrenzt.

Wir haben ein ultra-dünnes VGA-Kameramodul gemäß eines alternativen Systemansatzes realisiert: ein mikrooptisches Modul, welches verschiedene Teile des Gesichtsfeldes in getrennten optischen Kanälen erfasst.  Die verschiedenen Mikrobilder werden mittels Software digital zu einem Gesamtbild des kompletten Gesichtsfeldes von 58°× 45° zusammengefügt. Die Aufteilung des Gesichtsfeldes entkoppelt den Zusammenhang zwischen Brennweite und Gesichtsfeldgröße und ermöglicht somit die Realisierung einer gegenüber Einzelaperturoptiken etwa halben Baulänge des optischen Aufbaus. Inspiriert von den Facettenaugen der Insekten, erlaubt dieses Prinzip ein VGA-Objektiv mit einer Baulänge von 1,4 mm auf einem Bildsensor mit einer Pixelgröße von 3,2 µm. Eine kurze Brennweite und ein kleines Gesichtsfeld pro Kanal eröffnen obendrein die Möglichkeit, einfache optische Komponenten wie Mikrolinsen mit geringen Pfeilhöhen einzusetzen, wie sie durch das Schmelzen von Photoresist erzeugbar sind.

Die entsprechenden Module wurden durch etablierte Verfahren der Mikrooptik wie UV-Lithographie, Reflow und UV-Abformung im Wafermaßstab hergestellt. Der Linsen- und der Spacerwafer wurden getrennt voneinander prozessiert und im Wafermaßstab miteinander verbunden – wobei der Linsenwafer mittels Polymer-Abstandshaltern kopfüber auf dem Spacerwafer aufgesetzt wurde.

Im Gegensatz zu früheren Entwicklungen verwendet ein solches elektronisches Clusterauge mehrere Pixel pro Kanal, um eine effektivere Nutzung der aktiven Siliziumfläche und eine höhere Bildauflösung zu erreichen. Zusätzlich dient eine Echtzeit-Bildverarbeitung dazu, die Verzeichnung der einzelnen Mikrobilder zu korrigieren und diese optimal zu einem Gesamtbild zu fusionieren. Die gewonnenen Erkenntnisse aus dem optischen Design geben Grund zur Annahme, dass mikrooptische Abbildungssysteme geeignet sind, um in naher Zukunft Bildauflösungen im Megapixel-Bereich bei einer Baulänge von weniger als 2 mm zu realisieren.