Photonics West 2008

Dresden, / 19.11.2007

vom 22.-24. Januar 2008 in San José/USA

South hall Stand 6239

Das Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme führt kundenspezifische Entwicklungen in den Bereichen Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik durch. Es ist dabei Partner von der ersten Idee über Machbarkeitsuntersuchungen bis zur Prototypenentwicklung. Die Produkte können in der eigenen Prozesslinie entwickelt und als Pilotserie gefertigt werden. Etwa 240 Wissenschaftler arbeiten mit modernstem Equipment an Projekten auf den Gebieten Sensor- und Aktuatorsysteme, Mikroscanner, Flächenlichtmodulatoren, Lifetronics und Organische Materialien und Systeme.

Auf der Photonics West 2008 stellt das Fraunhofer IPMS Exponate zu folgenden Themen aus:

1. MEMS Adaptive Optik Demonstrator zur optischen Phasenmodulation und Abbildungsverbesserung

Die Hauptanwendung der Adaptiven Optik (AO) liegt in der Kompensation räumlich und zeitlich veränderlicher Wellenfront-Störungen in optischen Systemen zur Verbesserung der Abbildung durch inhomogene oder turbulente Medien. Ursprünglich zur Kompensation atmosphärischer Turbulenzen in der Astronomie entwickelt, können AO-Techniken auch zur Aberrations-Korrektur am menschlichen Auge, in der Mikroskopie oder bei der Bilderkennung im Bereich »Machine Vision« eingesetzt werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten liegen in der Laserstrahlformung sowie in der zeitlichen Modulation ultra kurzer Laserpulse. Den Schlüsselbaustein bildet dabei die eigentliche Wellenfront-Kontroll-Einheit. MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System) Mikrospiegelarrays besitzen hier einige hervorragende Eigenschaften. Durch die Möglichkeit der integrierten Halbleiterfertigung können Bauelemente mit einer sehr hohen Pixelzahl hergestellt werden, die eine außergewöhnlich hohe Ortsauflösung und damit eine verbesserte Nachbildung speziell von Wellenfront-Aberrationen höherer Ordnung erlauben. Weiterhin zeichnen sie sich durch schnelle Schaltzeiten, niedrigen Leistungsverbrauch, einen breiten Spektralbereich sowie das Fehlen von Polarisationseffekten aus. Gegenüber bisherigen makroskopischen Systemen bieten Mikrospiegel darüber hinaus das Potenzial einer deutlichen Kostenersparnis sowie der Miniaturisierung und eröffnen damit völlig neue Möglichkeiten für eine breitere kommerzielle Nutzung. Das Fraunhofer IPMS hat ein vollständiges MEMS Phase Former Kit zur Ermöglichung erster praktischer Untersuchungen in einer nutzerspezifischen Systemumgebung entwickelt. Den Kernbaustein bildet dabei ein hochauflösendens MEMS Mikrospiegelarray mit 240 x 200 Senkspiegel-Elementen und 40 µm Pixelgröße, die einen mechanischen Hub von 400 nm für eine 2π Phasenmodulation im Sichtbaren erlauben. Nutzerzugriff auf Steuerung und Programmierung wird durch eine komfortable Treiber-Software für Windows XP® basierte PCs ermöglicht, welche sowohl ein Graphisches User Interface als auch eine offene ActiveX® Programmierschnittstelle für open-loop und closed-loop Betrieb unterstützt. Zur high-speed Daten-Übertragung wird ein IEEE1394a FireWire Interface zusammen mit einem elektronischen Ansteuerboard bereitgestellt für maximale Bildraten von bis zu 500 Hz. Zur Verdeutlichung des Potenzials für die optische Abbildungskorrektur wurde ein komplettes AO Demonstratorsystem entwickelt. Der Aufbau umfasst ein Projektionssystem, mit dem Bilder unterschiedlich komplexer Strukturen über eine integrierte adaptive Optik auf eine CCD-Kamera abgebildet werden. Wellenfrontfehler verschiedener Schweregrade werden dabei durch rotierende Phasenplatten in den Strahlengang eingebracht. Die Wellenfront-Messung erfolgt mit einem Shack-Hartmann Sensor, die Korrektur mit dem Fraunhofer IPMS Mikrospiegelarray. Zur Visualisierung können die aufgenommen Kamerabilder mit und ohne Korrektur auf eine Leinwand projiziert werden. Für eine quantitative Analyse ist auch die Ausgabe der gemessenen Wellenfrontdaten möglich.

Angesprochene Branchen sind vorwiegend optische Systementwickler und -hersteller in folgenden Bereichen:

  • Machine Vision (in-situ Prozess-Kontrolle durch turbulente Medien)
  • Optische Mikroskopie
  • Augenheilkunde
  • Astronomie
  • Laser Pulse Shaping
  • Laser Beam Shaping
  • Diffraktive Optik (speziell optical Tweezers)

2. Kundenspezifische Applikationsentwicklung unter Nutzung von MOEMS-Spektrometern

Das Fraunhofer IPMS entwickelt spezielle Mikro-Opto-Elektro-Mechanische Bauelemente und darauf aufbauend komplette Systeme für die Spektroskopie. Ein Beispiel ist ein Czerny-Turner Spektrometer, unter der Produktbezeichnung SGS1900 über den Fraunhofer IPMS Spin-Off HiperScan inzwischen als Produkt erhältlich. Dieses nutzt den am Fraunhofer IPMS entwickelten Mikroscannerspiegel, der für diesen Zweck mit einem Blaze-Grating versehen wurde. Damit wird das einfallende Licht spektral zerlegt und gleichzeitig durch die Bewegung des Spiegels über einen punktförmigen Photodetektor geführt. Somit konnte eine kompakte und robuste Lösung geschaffen werden, deren Preis deutlich unter dem vergleichbarer am Markt befindlicher Spektrometer liegt. Auf der Photonics West 2008 präsentiert Fraunhofer IPMS im Bereich Spektroskopie vor allem seine Kompetenz im Bereich der Entwicklung kunden- und anwendungsspezifischer Systeme, die Spektrometer als Hauptkomponente nutzen. Gezeigt wird in einem Exponat die Sortierung unterschiedlicher Plastiksorten durch Spektroskopie. Eine weitere mögliche Anwendung ist die Qualitätskontrolle verderblicher Lebensmittel, wie Früchte und Gemüse, aber auch jede Art von Fleisch oder Milchprodukten durch Reflektions- bzw. Fluoreszenz-Spektroskopie.

Dr. Michael Scholles stellt das System auf dem Exhibitor Forum, am 22. Januar 2008, in der South Hall, um 13.30 Uhr näher vor.

3. Einsatz von Laserprojektoren in der Messtechnik und industriellen Anwendungen

Ultrakompakten Projektionssystemen basierend auf Lasern als Lichtquelle und Mikroscannerspiegeln zur Lichtablenkung wird ein enormes Marktpotential hinsichtlich des Einsatzes für Infotainment vorhergesagt, da sie sich perspektivisch in mobile Geräte integrieren lassen. Die Projektion erfolgt nach dem Flying-Spot-Prinzip: der vom zweidimensionalen Scannerspiegel reflektierte Laserstrahl beschreibt auf der Projektionsfläche eine sehr dichte Lissajous-Figur, bei der jeder Bildpunkt innerhalb der für ein Bild zur Verfügung stehenden Zeit überstrichen wird. Durch die synchrone elektrische Modulation der Laserquellen mit dem Antrieb des Scannerspiegels kann die Projektion beliebiger Bildinhalte erzielt werden. Die Vorteile derartiger Systeme kommen aber auch in der Messtechnik und in industriellen Anwendungen zum Tragen, wie der auf der Photonics West 2008 gezeigte Demonstrator belegt. Das System misst den sich kontinuierlich ändernden Abstand zu einem Objekt und projiziert den Messwert auf die Oberfläche des Objekts. Wegen der quasi unbegrenzten Schärfentiefe ist das projizierte Bild immer scharf. Konkrete Anwendungen von Laserprojektionssystemen in der Industrie liegen in der Montage-unterstützung, der Augmented Reality und sonstigen Applikationen, bei denen die Darstellung von Zusatzinformation dem Anwender den Arbeitsprozess vereinfacht.