Ob in der Automobilindustrie, der Medizintechnik, in Sicherheitssystemen oder in Smartphones: 3D-Kameras sind für viele Anwendungen interessant. Ein Verfahren, das sich aufgrund seiner Benutzerfreundlichkeit bei 3D-Kamerasystemen immer mehr durchsetzt, ist das Laufzeitverfahren (Time-of-Flight, TOF). Dabei können aus der Zeitdifferenz zwischen einem ausgesendeten und dem vom Objekt reflektierten Lichtimpuls genaue Entfernungen bestimmt und somit Bilder mit räumlicher Tiefe produziert werden.
Allerdings benötigt die vergleichsweise aufwendige TOF-Sensorik relativ viel Chipfläche, ist somit teuer und für mögliche Anwendungsfelder mit hohem Integrationsgrad begrenzt. Der Integrationsgrad bezeichnet dabei die absolute Anzahl lichtempfindlicher Sensoren auf einem Mikrochip.
3D Kamera dank FIP-Sensoren empfindlicher
Wissenschaftler der Universität Siegen arbeiten in dem neuen Forschungsprojekt „Ultra-Sense 3D“ an neuartigen, hochpräzisen und leistungsstarken 3D-Kamerasystemen, basierend auf der Focus-Induced Photoresponse (FIP). FIP-Sensoren können weitaus empfindlicher als aktuelle Konzepte hochpräzise Tiefeninformationen über große Distanzen in nur einem Bildpunkt identifizieren. Denn beim FIP-Effekt wird nicht nur die Menge des einfallenden Lichts vom Sensor gemessen, sondern auch die Größe des Lichtflecks. Das ermöglicht exakte Messungen von Entfernungen in Echtzeit – auch dann, wenn das Umgebungslicht nicht besonders gut ist.
„Allerdings sind die Auslesegeschwindigkeiten und Empfindlichkeiten aktueller FIP-Detektoren basierend auf organischen oder bleihaltigen Materialien massiv eingeschränkt“, erklärt Dr. Andreas Bablich, der gemeinsam mit Prof. Dr. Peter Haring Bolívar das Projekt leitet. In dem neuen Ansatz entwickelte daher die Siegener Arbeitsgruppe FIP-Sensoren auf Basis amorphen Siliziums (a-Si:H). Diese weisen aktuell einen, verglichen zum Stand der Technik, um etwa zwei Größenordnungen schnelleren, sensitiveren und steuerbaren FIP-Effekt auf. „Die Sensorkonzepte entwickeln, optimieren und charakterisieren wir nicht nur am Lehrstuhl, sondern stellen die Sensoren auch im jetzigen Reinraum der Universität selbst her“, sagt Andreas Bablich.
Potenziale für den Einsatz der 3D Kamera
Die Siegener Wissenschaftler haben neben der Sensorik ein neuartiges Auslesekonzept konzipiert, welches die Bildraten integrierter 3D-Kameras erheblich steigert und Rauscheinflüsse reduziert. Dr. Bablich: „Wir haben bereits erste Abstandsmessungen erfolgreich durchgeführt und die erzielten Auflösungen im Bereich von etwa 500 Mikrometern zeigen erhebliche Potenziale, das Verfahren der FIP-Detektion deutlich zu verbessern.“ Ein mögliches zukunftsorientiertes Anwendungsfeld sehen die Forscher bei der hochempfindlichen 3D-Szenenerkennung zum Beispiel in der Sicherheitstechnik oder in industriellen Qualitätskontrollen.
Kontakt:
Universität Siegen
Dr. Andreas Bablich
Telefon: +49 (0)271 740 4748
E-Mail: andreas.bablich@uni-siegen.de
