Ob in der Sicherheitstechnik zur Überwachung von Flughäfen, Tunneln oder Bahnhöfen, in der Automobiltechnik bei Fahrerassistenzsystemen, in der Fernerkundung und Umweltanalytik, der industriellen Messtechnik oder Medizintechnik. Für viele Anwendungen ist es wünschenswert oder sogar notwendig, spektral breitbandige Bildinformationen zu erhalten. Zusätzlich zum sichtbaren Spektralbereich ist insbesondere der infrarote Spektralbereich mit Wellenlängen oberhalb einiger Mikrometer interessant und bietet weitere Bildinformationen, die im Sichtbaren unzugänglich, jedoch für viele Anwendungen wie zum Beispiel in der Gebäudetechnik, der Feldüberwachung oder in der Qualitätsprüfung der Elektronikproduktion sehr nützlich sind.
Derzeit am Markt erhältliche Systeme verwenden für unterschiedliche Spektralbereiche jeweils angepasste Optiken, Materialien und Komponenten. Für Objektive im Infraroten Spektralbereich können beispielsweise keine klassischen Gläser verwendet werden, da diese dort nicht transparent sind. Hier kommen oft Linsen aus teuren Halbleitermaterialien zum Einsatz. Darüber hinaus ist eine Bildaufnahme mit mehreren Kameras aus unterschiedlichen Richtungen stets mit einer Parallaxe behaftet. Diese erfordert dann bei der exakten Zuordnung der Bilddaten unterschiedlicher Kameras eine aufwändige Nachverarbeitung der Bilddaten.
»Diese Nachteile können mit unserer multispektralen Kamera, die mit mehreren Detektoren durch nur eine Optik deckungsgleiche, parallaxefreie Bilder erzeugt, behoben werden«, sagt Dr. Sebastian Meyer, Geschäftsfeldleiter am Fraunhofer IPMS und betont: »Die Verwendung eines Objektivs, dessen optische Funktionsflächen aus Spiegeln bestehen, bietet aufgrund der Farbfehlerfreiheit von Spiegeln nicht nur die Chance, handelsübliche Kamarasysteme zu ersetzen, sondern auch völlig neue Anwendungen, für die Gewicht und Bauraum kritisch sind, zu erschließen«.
Um diese Chance zu nutzen, hat das Forscher-Team von Sebastian Meyer ein vollreflektives, multispektrales Kamerasystem entwickelt, das zwei Bildsensoren für unterschiedliche Spektralbereiche hinter einem gemeinsamen Objektiv nutzt. Das Objektiv ist dabei als spezielle Schiefspiegleroptik ausgelegt, welche bauartbedingt die in bisherigen Systemen auftretenden chromatischen Aberrationen oder Zentralabschattungen vermeidet. Die einzelnen Spiegelflächen werden zur Korrektur von geometrischen Abbildungsfehlern zumindest teilweise asphärisch ausgeführt und zur Sicherstellung einer hohen Reflektivität über einen breiten Spektralbereich mit geeigneten Vergütungsschichten versehen. Aufgrund der mit diesem Ansatz verfolgten parallaxefreien simultanen Bildaufnahme in verschiedenen Spektralbereichen durch ein gemeinsames Objektiv entfällt zum einen eine aufwändige nachträgliche Datennachbearbeitung der beiden Bilder und zum anderen das bisher benötigte zweite Objektiv. Die Wahl der Spektralbereiche wird dabei aufgrund der Farbfehlerfreiheit des Objektivs nur noch durch die zur Verfügung stehenden Detektoren begrenzt.
Die Forscher des Fraunhofer IPMS haben Objektiv und Bildsensoren mit Elektronik und Software in einem ersten Funktionsdemonstrator integriert. Besucher der internationalen Fachmesse für optische Technologien, Komponenten und Systeme »Optatec« haben vom 7. bis 9. Juni 2016 in Frankfurt am Main Gelegenheit, diesen Prototypen und die Kompetenzen des Fraunhofer IPMS kennenzulernen. Die Ausstellung befindet sich am Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft D56 in Halle 3.
Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme