Die vom Fraunhofer IIS entwickelte und mit dem Innovationspreis Mikroelektronik ausgezeichnete Polarisationskamera Polka basiert auf einem nanostrukturierten Sensor und kann mit einer einzigen Aufnahme pixelweise die Schwingungsebene des Lichts erfassen. So eignet sie sich für eine Vielzahl von zerstörungsfreien Prüfverfahren.
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Der Beitrag wurde erstellt nach Informationen des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen
Menschen können nicht sehen, in welcher Ebene Lichtwellen schwingen. Mithilfe der Polarisation allerdings lässt sich manches erkennen, was sonst unsichtbar wäre. Dazu gehören beispielsweise Spannungen in Materialien oder die Beschaffenheit von Oberflächen. Bisher gelingt dies nur teuren und aufwändig handhabbaren Spezialkameras. Hersteller von optischen Linsen oder Kunststoffen und Gläsern setzen diese zur Produktionsüberwachung ein. Die von Dr. Stephan Junger, Jürgen Ernst und Wladimir Tschekalinskij vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS entwickelte Kamera Polka liefert bereits mit einer einzigen Aufnahme aussagekräftige Bilder und ist nebenbei deutlich günstiger herstellbar. Die Kamera wurde aufgrund ihres hohen Innovationsgrades 2012 mit dem Georg-Waeber-Innovationspreis ausgezeichnet.
Single-Shot-Erfassung ohne Bewegungsartefakte
Herzstück von Polka ist ein ebenfalls am Fraunhofer IIS entwickelter nanostrukturierter CMOS-Sensor, bei dem die Polarisationsfilter direkt in den einzelnen Pixeln verankert sind. So kann mit einer einzigen Aufnahme Pixel für Pixel linear polarisiertes Licht erfasst und gemessen werden. Herkömmliche Polarisationskameras sind aufwendiger konstruiert und arbeiten beispielsweise mit vor dem Sensor rotierenden Polfilterrädern, Strahlteilern oder LCD-Elementen. Zudem werden die Aufnahmen bei den meisten heute benutzten Polarisationskameras aus mehreren Bildern zusammengesetzt. Durch diese Zeitverzögerung verschwimmt die Darstellung – Experten sprechen hier von Bewegungsartefakten.
„Mit unserer Polka gibt es diese Bewegungsartefakte nicht. Dafür sorgen der bei uns im Haus entwickelte nanostrukturierte CMOS-Sensor und eine spezielle Algorithmik zur Auswertung der Signale“, verdeutlicht Jürgen Ernst, einer der Entwickler am Fraunhofer IIS. „Das bringt viele Vorteile. Die Aufnahmezeiten sind kurz, und auch bewegte Objekte können gestochen scharf aufgenommen werden.“
Kamera erschließt neue Analyse- und Prüfbereiche
Wie bei herkömmlichen Digitalkameras können die aufgenommenen Bilder live auf einen PC übertragen werden. Mithilfe von Visualisierungsalgorithmen machen die Wissenschaftler Intensität, Winkel und Grad der Polarisation für das menschliche Auge sichtbar. „Man kann unsere Aufnahmen sofort am PC anschauen und abspeichern“, erklärt Jürgen Ernst. Viele Anfragen, insbesondere aus dem industriellen Umfeld, verdeutlichen, dass die Kamera ein Mehr an Informationen liefert und neue Analyse- und Prüfbereiche erschließt. Die Einsatzmöglichkeiten reichen von der Optimierung von Produktionsabläufen bis zur Verbesserung der Qualitätskontrolle, etwa bei Carbon-Bauteilen.
Innovationspreis Mikroelektronik
Der mit 3000 Euro dotierte Georg-Waeber-Innovationspreis wird jährlich für herausragende wissenschaftliche Leistungen vom Förderkreis für die Mikroelektronik e. V. ausgeschrieben. Die Beurteilung orientiert sich insbesondere am Erkenntnisfortschritt und den Möglichkeiten der praktischen Verwertung. Dem Förderkreis gehören etwa 25 Unternehmen, das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS, das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologien IISB, vier Lehrstühle der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und die IHK Nürnberg für Mittelfranken an. Der Förderkreis verleiht auch einen Jugendpreis, vergibt Stipendien und fördert technisch-wissenschaftliche Veranstaltungen und Kooperationen zwischen Forschung, Entwicklung und Anwendung.
Fraunhofer IIS, Tel.: 09131 776-5123, E-Mail: stephan.gick@iis.fraunhofer.de
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