Multiaperturkamera Detail

Multiaperturkamera für videobasierte Präsenzerkennung

Prototyp der ultraflachen Weitwinkel-Multiaperturkamera.

Forderungen nach Effizienz und Nachhaltigkeit prägen die Entwicklungen in sämtlichen Bereichen unserer Gesellschaft. Insbesondere im öffentlichen Raum sollen künftig intelligente Lichtmanagementsysteme zunehmend Einsatz finden, um den Energieverbrauch zu senken sowie den Benutzerkomfort zu erhöhen. Hierbei soll die Anwesenheit von Personen erfasst werden, um so die Beleuchtung situationsbedingt bzw. präsenzabhängig zu steuern.

Bisher werden in der Beleuchtungsindustrie passive Infrarotsensoren (PIR) zur Präsenzerkennung verwendet. Für den Einsatz in einer intelligenten Leuchte ist dieses Verfahren jedoch ungenügend, da sich der Benutzer zur Aktivierung des Systems stets durch Bewegung bemerkbar machen muss. Konventionell erhältliche Videosensoren, bestehend aus CMOS-Bildsensor und Fisheye-Objektiv, eignen sich aufgrund hoher Systemkosten und ihrer großen, halbkugelförmigen Bauform (ca. Ø 120 mm x H 50 mm) ebenfalls nicht für diese Anwendung. Demgegenüber zielt der in InnoSYS vorgesehene Einsatz von Multiapertur-Objektiven vor allem auf die Erreichung einer ultraflachen Bauform (< 1 mm) mit unauffälligem Erscheinungsbild ab. Aufgrund der Nutzung parallelisierter und skalierbarer Herstellungstechnologien im Wafermaßstab bieten die hergestellten Multiaperturkameras das Potenzial, die Kosten konventioneller Systeme deutlich zu unterschreiten.

Rekonstruierte Bildaufnahme mit großem Gesichtsfeld > 100°.

Der realisierte Demonstrator besteht aus einem doppelseitigen Mikrolinsenarray, abgeformt auf einem vorstrukturierten Blendenarray-Wafer, und einem Crosstalk-Modul, einer kanal-separierenden Lochplatte zur Unterdrückung von optischen Übersprechen. Beide Komponenten sind vor einem CMOS-Sensor ausgerichtet. Die Herstellung der mikrooptischen Einzelmaster-Formen der Mikrolinsen-Freiformarrays erfolgte mittels LED-Grautonlithografie (Formabweichung < 100 nm). Mit 15 x 11 Kanälen und einer extrem kurzen Brennweite (< 0,7 mm) wird ein Gesichtsfeld von 110° diagonal erfasst. Jeder Kanal des Objektivs überträgt dabei unterschiedliche Bereiche des gesamten Objektfelds. Mit einem Öffnungsverhältnis von F# 3 werden bis zum Bildrand hohe Ortsfrequenzen (Grenzfrequenz 110 LP/mm) mit geringer Verzeichnung (< 6 %) übertragen. Mittels selbstentwickelter Software können die Teilbilder, inkl. Vignettierungs- und Verzeichnungskorrektur, zusammengesetzt werden.

Das dargestellte Vorhaben wird gefördert durch das BMBF im Rahmen des Verbundvorhabens InnoSYS (FKZ: 16ES0268).

Autoren

Christin Gassner
Jens Dunkel
Alexander Oberdörster
Sylke Kleine
Andreas Brückner