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Optoelektronik

Eine Optik, viele Detektoren

30. Mai 2016, 13:51 Uhr | Marcel Consée

Mit der Multispektralkamera aufgenommenes Bild im sichtbaren und infraroten Spektralbereich.

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.

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.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS haben eine hoch auflösende Kamera entwickelt, die mit mehreren Detektoren durch ein Objektiv deckungsgleiche Bilder für unterschiedliche Spektralbereiche erzeugt. Die Technologie ermöglicht gegenüber bestehenden Systemen zur multispektralen Bildaufnahme preiswerte Aufbauten mit deutlich vereinfachter Bilddatennachverarbeitung.

»Die Verwendung eines Objektivs, dessen optische Funktionsflächen aus Spiegeln bestehen, bietet aufgrund der Farbfehlerfreiheit von Spiegeln nicht nur die Chance, handelsübliche Kamerasysteme zu ersetzen, sondern auch völlig neue Anwendungen, für die Gewicht und Bauraum kritisch sind, zu erschließen.« betont Dr. Sebastian Meyer, Geschäftsfeldleiter am Fraunhofer IPMS.

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.