Dass Licht beim Fotogra­fieren das A und O ist, ist eine Binsen­weisheit. Ab jetzt gilt das noch mehr: Forscher des KIT (Karlsruher Institut für Technologie) steuern und speisen Kameras mit Hilfe des Lichts:

Presse­meldung vom Karlsruher Institut für Technologie:

Nichts als Licht

KIT-Forscher entwickeln optisch betriebenes Kamera­netzwerk

Ein Kamera­netzwerk, das mit Licht statt Strom arbeitet und mit einem Minimum an Energie auskommt, haben Forscher der Universität Karlsruhe entwickelt. Auf der European Conference on Optical Commu­ni­cations (ECOC) präsen­tierte die Gruppe um Professor Jürg Leuthold und Professor Jürgen Becker die vor allem für Anwen­dungen in der Sicher­heits­technik inter­essante Innovation.

Die Video­kamera (links) ist über eine Glasfaser mit einem PC verbunden. Die Kamera braucht weder einen Akku, noch muss sie ans Stromnetz angeschlossen werden.

Auf den ersten Blick könnte man glauben, es handle sich um eine normale Video­kamera, die 15 Farbbilder pro Sekunde in VGA-Auflösung (640 x 480 Bildpunkte) liefert. Auf den zweiten Blick sieht man aber, dass die selbst gefertigte Video­kamera weder über eine Batterie noch einen Akku und auch über kein Stromkabel versorgt wird. Das einzige, was die Kamera mit der Basis­station verbindet, ist ein 200 Meter langes, haarfeines Glasfa­serkabel, das mehrere Signale gleich­zeitig mit verschiedenen Wellen­längen übertragen kann. Eine Wellenlänge dient zur Energie­ver­sorgung der Kamera; die andere Wellenlänge ist für die Daten­kom­mu­ni­kation und wird genutzt, um das Bildsignal zur Basis­station zurück­zu­senden.

Die Kamera ist ein echtes Energie­spar­wunder: Sie benötigt insgesamt nur 100 Milliwatt, damit CMOS-Sensor (40 mW), Elektronik (40 mW) und Sendelaser (20 mW) den Video­da­tenstrom von 100 Megabit pro Sekunde an die Basis­station liefern können. Dies geschieht auf der Wellenlänge 1310 Nanometer. Mit einem 400 mW starken Licht­signal der Wellenlänge 810 Nanometer wird der Video­kamera die erfor­derliche Energie zugeführt; eine Photodiode wandelt das Licht in elektrischen Strom um. Beide Daten­kanäle sind in einer 62,5-Mikrometer-Standard-Multimode-Faser gebündelt. An der Basis­station empfängt ein Rechner das Bildsignal und überträgt die Bilder ins Internet.

Die Entwicklung des rein optisch betriebenen Kamera­netzwerks war eine echte Gemein­schafts­arbeit, wie Professor Leuthold erklärt. Das Institut für Technik der Infor­ma­ti­ons­ver­ar­beitung steuerte unter Leitung von Professor Becker die Elektronik bei. Die hochemp­findliche Photodiode zur Konversion des Laser­lichts in elektrische Energie wurde am Fraunhofer-Institut für Solare Energie­systeme in Freiburg entwickelt, und für die optische Kommu­ni­ka­ti­ons­technik war das Institut für Hochfre­quenz­technik und Quanten­elek­tronik unter Leitung von Professor Leuthold und Professor Wolfgang Freude zuständig.

Das Team präsen­tierte die Innovation kürzlich auf der „European Conference on Optical Commu­ni­cations“ (ECOC) in Berlin vor rund 1 200 Wissen­schaftlern und Ingenieuren aus 60 Ländern. Die jährlich an wechselnden Orten organi­sierte Konferenz ist die größte Europas zur Optischen Kommu­ni­ka­ti­ons­technik und gilt als eine der zwei wichtigsten Konfe­renzen auf dem Gebiet. Nur ausge­wählte Arbeiten, welche den neuesten Stand der Technik wiedergeben, werden zur Präsen­tation zugelassen.

Wie Professor Leuthold darlegt, ist das licht­ge­speiste Kamera­netzwerk vor allem für Anwen­dungen in der Sicher­heits­technik inter­essant, besonders wenn in Räumen nachträglich Video­kameras zu instal­lieren sind. „Statt die Wände aufzu­reißen, um Stromkabel zu verlegen, braucht man nur haarfeine Glasfa­serkabel anzubringen, die mit Farbe überstrichen nicht mehr zu sehen sind.“ Die optische Energie­ver­sorgung eignet sich besonders auch für den Einsatz in Umgebungen mit starken elektro­ma­gne­tischen Störfeldern oder Explo­si­ons­gefahr.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist der Zusam­men­schluss zwischen der Universität Karlsruhe und dem Forschungs­zentrum Karlsruhe. Gemeinsam arbeiten hier 8000 Beschäftigte mit einem jährlichen Budget von 600 Millionen Euro. Im KIT bündeln beide Partner ihre wissen­schaft­lichen Fähig­keiten und Kapazitäten, richten die dafür optimalen Forschungs­strukturen ein und entwickeln gemeinsame Strategien und Visionen.

Mit KIT entsteht eine Insti­tution inter­na­tional heraus­ra­gender Forschung und Lehre in den Natur- und Ingenieur­wis­sen­schaften. KIT soll Attrak­ti­onspunkt für die besten Köpfe aus der ganzen Welt werden, neue Maßstäbe in Lehre und Nachwuchs­för­derung setzen und das führende europäische Zentrum in der Energie­for­schung bilden. Im Bereich der Nanowis­sen­schaften will KIT eine weltweit führende Rolle einnehmen. Ziel von KIT ist es, einer der wichtigsten Koope­ra­ti­ons­partner für die Wirtschaft zu sein.

Link: Karlsruher Institut für Technologie

(thoMas)