Microoptical multi aperture imaging systems

Brückner, Andreas GND

Die Verkleinerung digitaler Einzelapertur-Abbildungssysteme erreicht aktuell physikalische sowie technische Limits. Die Miniaturisierung führt zu einer Verringerung sowohl des Auflösungsvermögens als auch des Signal-Rausch-Verhältnisses. Einen Ausweg zeigen die Prinzipien der kleinsten in der Natur bekannten Sehsysteme - die Facettenaugen. Die parallelisierte Anordnung einer großen Anzahl von Optiken ermöglicht, trotz der geringen Baugröße, eine große Informationsmenge aus einem ausgedehnten Gesichtsfeld zu übertragen. Ziel ist es, die Vorteile natürlicher Facettenaugen zu analysieren und diese zur Überwindung aktueller Grenzen der Miniaturisierung von digitalen Kameras zu adaptieren. Durch die Synergie von Optik, Opto-Elektronik und Bildverarbeitung wird die Miniaturisierung unter Erreichung praxisrelevanter Parameter angestrebt. Dafür wurde eine systematische Einteilung bereits bekannter und neuartiger Prinzipien von Multiapertur-Abbildungssystemen vorgenommen. Das grundlegende Verständnis der Vor- und Nachteile sowie des Skalierungsverhaltens der verschiedenen Ansätze ermöglichte die detaillierte Untersuchung der zwei erfolgversprechendsten Systemklassen. Für die Auslegung der Multiapertur-Optiken wurde eine Kombination aus Ansätzen des klassischen Optikdesigns und neuen semi-automatisierten Simulations- und Optimierungsmethoden mittels Ray-Tracing angewandt. Die mit natürlichen Facettenaugen vergleichbare Größe der Optiken ermöglichte die Verwendung mikrooptischer Herstellungsverfahren im Wafermaßstab. Es wurden Prototypen experimentell untersucht und die simulierten Systemparameter mit Hilfe der für die Multiapertur Anordnungen angepassten Messmethoden bestätigt. Die dargestellten Lösungen demonstrieren grundsätzlich neue Ansätze für den Bereich der hochauflösenden, miniaturisierten Abbildungsoptik, die kleinste Baulängen bei gegebenem Auflösungsvermögen erzielen. Somit sind sie im Stande die Skalierungslimits der Einzelapertur-Abbildungsoptik zu überwinden.

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Brückner, Andreas: Microoptical multi aperture imaging systems. 2012.

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