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)