Freiformoptiken für IR-Bildverarbeitung in Miniatursystemen - Photonik

Freiformoptiken für IR-Bildverarbeitung in Miniatursystemen

Der Thüringer Wachstumskern fo+ (freeform optics plus) hat die Entwicklung einer kompletten technologischen Fertigungskette für Freiformoptiken abgeschlossen.

Bild: JENOPTIK
Erste Aufnahme eines IR-Wärmebildes mit dem neu entwickelten Infrarot-System

Ein alltägliches und doch gefährliches Szenario im Straßenverkehr: Plötzlich stehen Fußgänger auf der Fahrbahn. Abhängig von Licht- und Witterungsbedingungen wird diese Gefahr jedoch häufig erst im letzten Augenblick erkannt.

Wo das menschliche Auge an seine Grenzen stößt, können heute Fahrerassistenzsysteme Unsichtbares sichtbar machen und eben solche Sicherheitslücken schließen. Um die Anforderungen der Hersteller für Fahrerassistenzsysteme, aber auch in Bereichen der Fernerkundung zu erfüllen, müssen diese Systeme mit wenig Platzbedarf kompakt gebaut und leicht integrierbar sein. Außerdem sollen sie über eine hohe Auflösung verfügen und ausfallsicher funktionieren.

Solche miniaturisierten Systeme zur Bildverarbeitung sowie deren Herstellung und Etablierung sind ein zentrales Ziel eines Verbundprojekts . Gemeinsam mit neun Bündnispartnern hat Jenoptik in dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Wachstumskern fo+ in den vergangenen zweieinhalb Jahren einen entscheidenden Schritt in Richtung miniaturisierte Systeme für die Infrarot-Bildverarbeitung gemacht und eine komplette technologische Fertigungskette für Freiformoptiken entwickelt. Basis dafür sind verfahrenstechnische Grundlagen für Design, Material, Bearbeitung, Beschichtung und Strukturierung sowie Systemintegration für maßgeschneiderte freiformoptische Systeme.

Bei dem bereits zur Photonics West und Optatec 2016 von Jenoptik präsentierten Demonstrator für Automotive-Anwendungen, dessen Kernstück eine Freiform-Germaniumoptik ist, wurde der Strahlengang mehrfach gefaltet und um die Hälfte, von 32 Millimetern auf 15 Millimeter, verkürzt. Gleichzeitig wurde der Platzbedarf für die Optik von 10 Kubikzentimetern auf 2,6 Kubikzentimeter reduziert.

„Wir haben in unserem Forschungsprojekt eine vollständige technologische Kette für Freiformsysteme entwickelt und nachgewiesen, dass Freiformoptiken entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen optischen Systemen bieten. Der Probelauf Ende März 2016 bei Jenoptik lieferte die weltweit erste Aufnahme eines Infrarotbildes aus einer Optik mit vier Flächen unter der Nutzung von interner Totalreflektion, mit exzellenten optischen Eigenschaften und einem Kontrastverhältnis bzw. MTF (Modulation Transfer Funktion) von 37 Prozent bei 30 Linienpaaren pro Millimeter. Dadurch wurde die Zielspezifikation deutlich übertroffen“, so Michael Degel, Projektleiter und bei Jenoptik verantwortlich für das Forschungsprojekt.

Das Konsortium fo+

Die asphericon GmbH steuert die Fertigungstechnologie der Freiformen zum Projekt bei und arbeitet vor allem an der Herstellung verschiedener von den Partnern designter Elemente.

Das Fraunhofer IOF als starker Forschungspartner hat Designregeln für die verschiedenen Demonstratoren im Projekt entwickelt, Freiformen durch ultrapräzise Diamantbearbeitung hergestellt und ist verantwortlich für die Montage der Freiformen.

Im Institut für Angewandte Physik Jena haben Wissenschaftler vor allem daran gearbeitet, kommerzielle Optikdesignprogramme hinsichtlich der Beschreibung von Freiformen zu erweitern, die Beschreibung real gefertigter Freiformflächen zu erfassen und zu bewerten sowie Prozesse der Mikrostrukturierung zu entwickeln.

Die Jena-Optronik GmbH übernahm die Verantwortung für das Optik- und Mechanikdesign zum Einsatz einer Freiform in einem weltraumtauglichen Spektrometerteleskop.

Die JENOPTIK Optical Systems GmbH übernahm das Optik-Design,  das System-Design sowie die Justage und die Integration der Freiformen in die Systeme sowie deren soft- und hardwareseitige Ansteuerung.

Die Optics Balzers Jena GmbH setzte als Spezialist für optische Schichten eine neuartige Sputtertechnologie für die Entwicklung von optischen Filtern für die Fernerkundung ein und führte ein umfangreiches Qualifizierungsprogramm nach Weltraumstandards für diese Filter durch.

Bei ORAFOL Fresnel Optics erfolgten der Entwurf und die Herstellung hocheffizienter Fresnellinsen unter Nutzung angepasster Nanostrukturen.

POG Präzisionsoptik Gera untersucht den Einsatz von Freiformoptiken für kundenspezifische optische Systeme. Dabei werden alle Prozessschritte vom Optikdesign bis zur Montage und Prüfung betrachtet.

Auf Materialseite kamen die Photonic Sense GmbH und VITRON Spezialwerkstoffe  GmbH zum Einsatz. Sie sorgten für die Prozessoptimierung bei der Herstellung von Infrarotmaterialen und der Entwicklung von Metrologieinstrumenten zur Charakterisierung von Materialhomogenität und Brechungsindex.

Ankündigung Workshop

Konkrete Ergebnisse und der aktuelle Arbeitsstand werden vom 21.-22. September 2016 zum öffentlichen Projektworkshop in Jena präsentiert. Die Veranstaltung findet im Rahmen des 8. Workshops „Ultra Precision Manufacturing of Aspheres & Freeforms“ statt, zu dem rund 150 Experten aus Industrie und Forschung erwartet werden. In einer Begleitausstellung werden erstmalig die Demonstratoren von JENOPTIK und der übrigen Partner vorgestellt.

Programm & Anmeldung unter www.optonet-jena.de/upm

www.fo-plus.de

 
© photonik.de 2017
Alle Rechte vorbehalten

XING

Folgen Sie PHOTONIK auch auf XING

Aktuelle Ausgabe
Cover
Ausgabe 04/2017

Aktuelle Ausgabe BioPhotonik

BioPhotonik 02/2017

Weitere Titel

Photonik ist Fachorgan für:

Termine

31.10.2017 - 31.10.2017
Mikrostrukturierung und ihre Anwendungen in Technik und Life science
Details »
06.11.2017 - 06.11.2017
Photonik 4.0 – Optische Gesundheitstechnologien
Details »
07.11.2017 - 07.11.2017
Augmented Reality
Details »
08.11.2017 - 08.11.2017
F.O.M.-Konferenz 2017
Details »
13.11.2017 - 16.11.2017
MEDICA 2017

Weltleitmesse der Medizinbranche

Details »