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Optischer Mikrosysteme - Spitzenforschung und Applikation
Wissenschaftler der Universitäten in Jena und Ilmenau sowie dem Fraunhofer IOF arbeiten gegenwärtig im Rahmen des Kompetenzdreiecks „Optische Mikrosysteme“ (OptiMi) sowie dem Applikationszentrum mikrooptische Systeme (amos) an neuen F+E-Projekten und industrieorientierten Applikationsvorhaben wie:
- Optischer Lagesensor mit hoher Stabiliät gegenüber Temperatur- und Feuchteeinflüssen
- Modularer Breitband-Multigasdetektor auf Basis photoakustischer und Chemolumineszenzdetektoren
- Miniaturisierter Streifenprojektionsmesskopf für die Schneidkantenvermessung
- Aktives Laserspleißen
- Vakuum-Mikro-Mechatronischer Drucksensor
- Pupillenweitensensor für ein mikrooptisches Akkommodationssystem
- Mikrointerferometer, Multitracker und Strahlformung für die Lasermaterialbearbeitung
- Optoflutronics - Multi-Parameter Screening mit Fluoreszenz- und Trübungsensoren
Laserlöten und Justierdrehen - Zuverlässige Montage mikrooptischer Systeme
Das neuartige laserbasiertes Lötverfahren (Solderjet Bumping) wird für das Fügen von Linsen in die Fassung eingesetzt und gewährleistet langzeit- und thermostabile, stoffschlüssige Verbindungen. Die Vermeidung organischer Fügemedien (Klebstoff) sichert hohe Vakuumkompatibilität sowie Feuchtigkeits- und UV -Resistenz. Kombiniert wird das Verfahren durch das Justierdrehen der Linsenfassung mittels der ein exakter Bezug zwischen optischer und mechanischer Achse hergestellt wird. Durch das Justierdrehen zur Korrektur der Dezentrierung der Linse in der Fassung und der präzisen Bearbeitung der Linsenfassung kann die Präzision der Einzellinse im Gesamtsystem optimal umgesetzt werden. Dies vereinfacht die systematische Montage optischer Systeme aus den so vorbereiteten Komponenten zum Beispiel nach dem Füllfassungsprinzip und vermeidet dabei aufwändige iterative Justierschritte.
Angesprochen werden insbesondere Unternehmen mit Schwerpunkt in der Fertigung optischer Komponenten und Systeme.
Fügen einer Kollimationsoptik für Laserdiodenmodul
Hochleistungsdetektoren für besondere Anforderungen
Das Space Shuttle Endeavour transportiert das bislang größte weltraumtaugliche Teilchenphysik-Spektrometer, das sogenannte Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS-02). Herzstück des Spektrometers sind Teilchendetektoren. Solche Siliziumdetektoren sind hochempfindliche Messeinheiten, etwa so dünn wie eine Visitenkarte mit tausenden Messzellen. Diese Detektoren sind in der Lage, die Spur, die beim Durchflug hochenergetischer Teilchen entsteht, vermessen zu können. Das CiS Forschungsinstitut hat 150 Detektorwafer für spezielle Teilchendetektoren des AMS-02 bereitgestellt.
Mit dem MultiProjectWafer-Service erhält die Industrie maßgeschneiderte Optosensoren auch in kleinen Stückzahlen. Auf der Suche nach dem optimalen Sensor entstehen bereits im Design-Prozess nach Layout-Vorgaben des Kunden und unter Berücksichtigung physikalischer Simulationsmodelle kostengünstig Chip-Varianten für Fotodioden und Fotodioden-Arrays mit Ring-, Matrix- oder Pixelstruktur.
Flachbauendes Mikroskop
Das miniaturisierte Bildaufnahmesystem ermöglicht die Erfassung eines ausgedehnten Objektfeldes mit einem hohen Auflösungsvermögen. Das Objektiv besteht aus mehreren Mikrolinsenarrays, die ein aufrecht stehendes Bild des Objektfeldes mit einem Abbildungsmaßstab von 1:1 realisieren. Durch die mehrkanalige Ausführungsform kann die laterale Größe des erfassbaren Objektfeldes entsprechend der Größe des Bildwandlers beliebig skaliert werden, ohne dass sich die Baulänge vergrößert oder das Auflösungsvermögen verringert. Das System bildet ein Feld von 36mm x 24mm mit einem Objektiv der optischen Baulänge von 4mm ab. Die Optik erlaubt eine Auflösung von Strukturen bis zu 5μm. Das hochauflösende optische Abbildungssystem beansprucht nur eine Bauraumhöhe von 5,5mm (Abstand Objektebene - Bildebene).
Anwendungen: Scanner-Optik, Maschine Vision, Medizin- und Labortechnik, Überwachung und Steuerung von Montage- und Fertigungsprozessen
Das ultra-dünne Mikroskop (rechts) bildet in einem Durchgang Objekte in der Größe einer
Streichholzschachtel ab. Links im Bild: ein Standard-Mikroskopobjektiv.(Fraunhofer IOF)
Elektronisches Auge
Die Neuentwicklung eines sogenannten elektronischen Clusterauge basiert auf einer insekteninspirierten Abbildung. Bei gleicher Bildqualität überzeugt das Prototypen-Modul mit einer Dicke von nur 1.4mm mit einem erheblich kleineren Formfaktor. Das Prinzip erlaubt sogar noch dünnere Optiken.
Wichtigstes Alleinstellungsmerkmal ist neben der geringeren Bauhöhe die leichtere Herstellbarkeit, was sich auch in geringeren Fertigungskosten niederschlägt. Das Clusterauge wird vollständig und zuverlässig durch Mikrofabrikationstechniken hergestellt.
Dies wird durch kleinere Linsendurchmesser und -höhen im Vergleich zur herkömmlichen Kamera erreicht.
Zielapplikationen sind vor allem kostensensitive Märkte, besonders Handy-Kameras und Webcams für Laptops, aber auch spezielle Inspektionsaufgaben in industriellen Prozessen.
Prototyp der mikrooptischen Gabor-Superlinse im Vergleich zu einem Cent-Stück (Fraunhofer IOF)
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