Das ist der Spirit ganz im Sinne der SPRIND: Die beiden Mikrooptik-Spezialisten Frank Wippermann und Jacques Duparré der mcd – modern camera designs GmbH aus Jena bringen nicht nur ihre eigene Sprunginnovation auf den Weg, sondern bereiten diesen auch für die von morgen. Denn mit ihrer Innovation revolutionieren sie den Fertigungsprozess für miniaturisierte Abbildungsoptiken auf bahnbrechende Weise.
Dass bei diesem noch viel Luft nach oben ist, beweisen die beiden aktuell vorherrschenden Verfahren für die Herstellung von Mikrolinsen: „Spritzguss ermöglicht das in erforderlich hoher Qualität, wobei der Nachteil ist, dass das Verfahren für kleine Stückzahlen sehr teuer und nur begrenzt parallelisierbar ist“, erklärt Frank Wippermann, der sich der Miniaturisierung von Kameras verschrieben hat. „Die an die Halbleiterfertigung angelehnte Wafer-Level-Optik hingegen kann eher für die Sensorik, nicht aber für hochauflösende Kameralinsen eingesetzt werden. Dafür bietet sie die Möglichkeit, energieeffizient und günstig – da hochparallel – hohe Stückzahlen zu produzieren.“
Der Markt für kleine Abbildungsoptiken, der derzeit durch Fernost dominiert wird, ist riesig: In Kameras für die Endoskopie, für Auto, PC, Tablet und Smartphone sind jeweils mehrere Linsen im Einsatz. Gleichzeitig findet man mehrere Kameras in einem einzelnen Produkt, bis zu fünf in einem Smartphone und gar bis zu 16 in einem einzigen Auto. „Es ist eine Kunst, die Optiken in perfekter, gleichbleibender Qualität zu einem guten Preis hinzubekommen“, weiß Frank Wippermann, studiert und promoviert in Physikalischer Technik, – und will genau das ermöglichen: Das vierköpfige mcd-Team hat einen Weg gefunden, die Nachteile beider Verfahren zu eliminieren und ihre Vorteile zu fusionieren. Dies führt zu neuen Freiheiten in der Objektiventwicklung und spart gleichzeitig Maschinen, Platz, Geld und enorm viel Energie.
Das Ganze wird auch dadurch so attraktiv, weil es neue Grundsteine für andere Innovator:innen im Bereich der Optik legt: Am Anfang großer Visionen stehen oft kleine Stückzahlen – diese sind derzeit extrem teuer und stellen daher ein großes Hemmnis dar. „Die geringen Einstiegskosten, die mit der Fertigung von Linsen über unseren Prozess auch in kleinsten Mengen verbunden sind, gestatten eine leichtere Überprüfung neuer Ideen“, berichtet Physiker Jacques Duparré, der sich hobbymäßig mit Bionik beschäftigt und wie sich die Sehprinzipien von Insekten vorteilhaft in die Welt der digitalen Bildgebung übertragen lassen.
„Unser Verfahren beruht auf Replikation. Das kennt jeder vom Sandkasten: Man könnte sagen, wir bauen die perfekten Förmchen und erschaffen damit die schönsten und gleichmäßigsten Sandfiguren.“
Auf die Energieersparnis sind die Gründer besonders stolz: Denn beim herkömmlichen Spritzgussverfahren werden Polymere bei hohen Temperaturen aufgeschmolzen, unter hohem Druck in die Form gespritzt und dann abgekühlt. Man braucht viele Maschinen, riesige Anlagen unter Reinraumbedingungen. „Indem wir das Verfahren auf Raumtemperatur umstellen, stärker parallelisieren und weniger Maschinen benötigen, senken wir den Energieverbrauch auf bis zu fünf Prozent“, gibt sich Frank Wippermann ambitioniert. Dafür setzen die Gründer auf eine UV-Replikationstechnologie, die es in einem einzigen Arbeitsschritt erlaubt, gleichzeitig bis zu tausend asphärische, monolithische Linsen aus Polymer in Abbildungsqualität herzustellen, welche zum Beispiel für High-End-Smartphone-Kameramodule benötigt werden.
Dass mcd ausgerechnet in Jena seinen Sitz hat, ist natürlich kein Zufall: „Deutschland- oder sogar weltweit ist Jena eine der Top-Adressen für Optik – und wir sind seit unseren Diplomarbeiten vor rund 25 Jahren im selben Jenaer Unternehmen immer wieder beruflich verbunden gewesen“, erklärt Duparré, der zwischendurch sieben Jahre für ein Start-up im Silicon Valley tätig war. So waren und sind er und Wippermann auch am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF beschäftigt, wo sie Ideen für Kameras entwickeln, die nicht mehr aus der Smartphone-Rückseite herausragen. Mit ihrer EXIST-geförderten Unternehmensgründung im Jahr 2019 planten sie zunächst nur den Entwurf und Bau von Prototypen und Kleinserien für Miniaturkameras, zum Beispiel für medizinische Einmalendoskope. Weil das fast schon überraschend gut funktioniert hat und der Zuspruch bei den Kunden so groß war, haben die beiden dann „einfach“ weitergemacht – und denken jetzt ganz groß.
Mit der SPRIND möchten die zwei Gründer und ihr Team nun vor allem die Produktion ausweiten, „bis wir mehrere 100 Linsen mit einem Mal fertigen können – bei immer höherer Komplexität und geringeren Toleranzen“, schildert Wippermann den nächsten anvisierten Meilenstein. Im Januar 2023 wurde dafür die SPRIND-Tochter FabuLens gegründet; gemeinsam soll das Vorhaben noch schneller Fahrt aufnehmen.
Für Einmalendoskopie und Automotive-Anwendungen sind drei Linsenlagen ausreichend. Hierfür kann das Unternehmen bereits „asphärische Menisken mit großer Pfeilhöhe“ herstellen, Superlative in der Mikrolinsenfertigung. Ziel der ehrgeizigen Gründer: „Objektive für Kameras in Smartphones sehen wir als Hauptanwendung. Diese haben bis zu sieben Linsen mit höchsten Qualitätsanforderungen – und da wollen wir hin.“
Mehr über modern camera designs: www.m-c-d.eu
DARUM ENGAGIEREN WIR UNS Weil wir mit der mcd-Produktionstechnologie eine Branchenrevolution anstoßen. Weil wir mit der Technologie eine Produktionstechnologie haben, die alle Anwendungen für Miniatur- und Mikrolinsen adressiert. Weil diese Produktionstechnologie bestehende Einschränkungen überwindet und neue Grundsteine für Abbildungsinnovationen legt.
DAS MACHEN WIR KONKRET In einer Forschungsgesellschaft den Marktführer in der Produktion von Hochvolumen-Optik, den optischen Präzisionsspritzguss Asiens, angehen. Es soll den Entwickler:innen der Raum und die Ressourcen zur Verfügung gestellt werden, um die hohen Qualitätsanforderungen der Smartphones-Kameras zu erforschen und die Produktionstechnologie weiter zu entwickeln.
EUROPAS UNABHÄNGIGKEIT FÖRDERN Mithilfe dieser Produktionstechnologie wird eine Schlüsseltechnologie zurück nach Deutschland geholt und damit der Innovationsstandort Deutschland gefördert.
NETWORKING UND GRÖSSER DENKEN Die SPRIND unterstützt mcd mit seinem umfangreichen Expert:innennetzwerk und Kontakten zu Partnern und Anwendern, um das Potential des Projektes auf dem schnellsten Weg voranzutreiben und die Technologie in Anwendungen zu bringen.
