Vortrag Introduction to displays Do, , 14:00 Uhr, LTI Hörsaal

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1 Ankündigung BARCO Vortrag 13.2 Vortrag Introduction to displays Do, , 14:00 Uhr, LTI Hörsaal Optische Systeme Martina Gerken Universität Karlsruhe (TH) Inhalte der Vorlesung 13.3 Glaslinsenherstellung: Rohlinge Grundlagen der Wellenoptik 2. Abbildende optische Systeme 3. Optische Messtechnik 4. Optische Materialbearbeitung 5. Optik in der Datenspeicherung 6. Mikro- und Nanooptische Systeme 6.1 Herstellung optischer Komponenten von Makro bis Mikro 6.2 BARCO: Introduction to displays Zeiss: 114 optische Glastypen unterschiedlicher Brechkraft, Farbzerstreuung (Dispersion), Gewicht und chemischer Zusammensetzung einige fast so schwer wie Stahl, andere teurer als Gold Presslinge für Serienfertigung Glas geschmolzen und in Form gepresst Glasblöcke für Fertigung von Prototypen und Sonderteilen Mit diamantbesetztem Werkzeug in Form geschnitten

2 Glaslinsenherstellung: Schleifen 13.5 Glaslinsenherstellung: Polieren 13.6 Schleifen des rohen Glases mit mehrachsiger CNC-Maschine, um ersten Radius beider Linsenoberflächen herzustellen 1. Schritt: ca. 1 mm Glas abgetragen mit Abweichung von 5 µm vom Normradius. 2. Schritt (Feinschleifen): ca. 1/10 mm Glas abgetragen mit Abweichung von 1 µm vom Normradius Polieren der Linsen mit CNC-Maschinen Vorgang dauert 4 bis 25 Minuten, je nach Durchmesser der Linse und Empfindlichkeit der Glasart Polierte Glasfläche nach Newtonschen Ringen optimiert Unterschied von einem Newtonschen Ring zum nächsten ca. 300 nm Interferometrische Überprüfung der Oberfläche während und nach dem Polieren Wiederholung: Newtonsche Ringe 13.7 Glaslinsenherstellung: Zentrieren 13.8 Newtonsche Ringe durch Interferenz von Reflexion an Linse und Reflexion an Glasplatte Beim Zentrieren der Linsen wird optische und mechanische Achse der Linsen ab gestimmt. Randzylinder jeder Linse werden mit Diamantwerkzeug bearbeitet, um vorgegebenen Durchmesser und Richtung zu erhalten Passungen im Bereich von h6 (Abweichung im µm- Bereich) Ohne Fehler Mit Fehler Quelle: wwwex.physik.uni-ulm.de

3 Glaslinsenherstellung: Reinigung und Vergütung 13.9 Kunststoffoptik: Fresnellinse Ultraschall-Reinigung von Linsen Zeiss: 15 verschiedenen Reinigungsstationen Reinigungsmittel auf jeweilige Glasart abgestimmt Eventuell Bedampfung der Linsenoberfläche mit entspiegelnden Beschichtungen Licht wird nur an Linsenoberfläche gebrochen, Brechungswinkel unabhängig von der Dicke Verringerung des Linsenvolumens durch Aufteilung in ringförmige Bereiche und Verringerung der Dicke Billige Fresnellinsen aus Kunststoff gepresst Große Linsen mit kurzer Brennweite ohne das Gewicht und Volumen von Glaslinsen möglich Bildqualität durch Stufenstruktur beeinträchtigt Quelle: Fresnellinse im Tageslichtprojektor Moderne Kunststoffoptiken Einsatzbereiche Barcode Scanner Optik im DVD Spieler Sensor im Tintenstrahldrucker Optische Maus Linsen in der LED Beleuchtungsoptik Kameraobjektiv im Mobiltelefon Quelle:

4 Kunststoffoptiken: Herstellung Kunststoffoptiken: Nachteile Qualitativ hochwertigere Anwendungen von Kunststoffoptiken durch neue technologische Entwicklungen Diamantdrehtechnik ermöglicht Herstellung von optischen Formen (Werkzeugen) in Stahl mit Oberflächenqualitäten von 2 nm RMS (Rauheit) und Formgenauigkeiten von 0.5 µm Vorder- und Rückfläche vom Werkzeug weniger als 5 µm dezentriert Genauigkeit kann mit geeignetem Spritzgussprozess auf Kunststoffoptik übertragen werden Relativ eingeschränkte Materialauswahl Niedrige Verformungstemperatur zwischen 70º und 120º Celsius Lineare Ausdehnung und Brechzahländerung mit Temperatur ca. Faktor 10 höher als bei Glasoptiken Hohe Feuchtigkeitsaufnahme Am Anfang höhere Kosten für Werkzeuge, daher erst ab Stückzahl von mehreren tausend eingesetzt Werkzeugkosten einmalig, Materialpreis relativ gering In Großserie ist Plastikoptik sehr kostengünstig Z.B. Herstellungskosten für Kameraoptik für Mobiltelefone unter 1,50 Euro (Stückzahl mehrere Millionen Stück pro Jahr) Kunststoffoptiken: Vorteile Mikrooptik: Masterherstellung Kunststoffoptik in (beliebiger) Form realisierbar Konventionelle Optik durch Herstellungsverfahren meistens sphärisch Meistens Lithographie, um Master herzustellen Integration von Optik und Mechanik beim Spritzgussverfahren möglich Z.B. integrierte Optomechanik bei der sowohl mechanische Referenzen als auch verschiedene optische Funktionen miteinander in einer Komponente verbunden Realisierung mikrooptischer Komponenten möglich Quelle: Sinzinger/Jahns, Microoptics, 1999

5 Mikrooptik: Vervielfältigung LIGA-Verfahren Wie Kunststoffoptik im Allgemeinen werden auch Mikrooptiken durch Vervielfältigung kostengünstig LIGA Lithographie (mit Röntgenstrahlung oder UV) Galvanik Abformung Höhen von mehr als 1 mm Laterales Auflösungsvermögen bis zu 0,2 µm Aspektverhältnisse von freistehenden Einzelstrukturen bzw. Detailstrukturen über 50 bzw. 500 Oberflächenqualität im Submikrometerbereich mit Rauhigkeiten von 30 nm Heißprägen Spritzguss Gießen Quelle: Sinzinger/Jahns, Microoptics, 1999 Quelle: Beispiel für LIGA-Herstellungsablauf Fragensammlung Wie werden Glaslinsen hergestellt? Was ist eine Fresnellinse? Wie werden Kunststoffoptiken hergestellt? Nennen Sie zwei Vorteile und zwei Nachteile von Kunststoffoptiken! Erläutern Sie einen Beispielprozess zur Herstellung einer Mikrooptik! Quelle:

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