Makro Mini Mikro Komplex Lösungen aus Kunststoff für die Medizintechnik

Transkript

2 Wer ist JENOPTIK? Optiken aus Kunststoff: die Technologie Anwendung: Makro Anwendung: Mini Anwendung: Mikro Anwendung: Komplex 2

3 Jenoptik Konzern Wesentliche Kennzahlen zum Rund Mitarbeiter weltweit Ca. 960 in der Sparte Optische Systeme Ca. 600 außerhalb Deutschlands Ca. 140 Auszubildende Umsatz Mio Euro davon ca. 60% im Ausland EBIT 51.6 Mio Euro Free Cash Flow (vor Ertragssteuern) 22,5 Mio Euro 3

4 Jenoptik-Konzern Sparten und Geschäftsbereiche Corporate Center Corporate Center Optische Systeme Industrielle Messtechnik Laser & Materialbearbeitung Verkehrssicherheit Verteidigung & Zivile Systeme Laser Laseranlagen Optik Mikrooptik Optoelektronische Systeme Rauheits- & Konturenmesstechnik Formmesstechnik Dimensionelle Messtechnik Equipment (Gerätegeschäft) Traffic Service Providing Mechatronik Sensorik Shared Services 4

5 Business Unit Optoelektronische Systeme Health Care & Life Science Anwendungen und Produkte Diagnose und Therapie Biotechnologie Endomedizin Diagnose POC-Tests Blutzuckermessung Personalisierte Medizin Schnelldiagnose Therapie Lichtquellen Phototherapie Dermatologie Ophthalmologie Einwegkomponenten für Laser- Augenchirurgie Augenoptik (Kontaktlinsen) Funduskameras Bildbasierte Analyse Biochips und Mikroarrays Einwegkartuschen Optische & fluidische Einwegkomponenten Koloskopie Bronchoskopie Kamera und Beleuchtung Polymeroptische Komponenten Optoelektron. Module Wellenlängenspezif. LEDs Polymermodule Optische Komponenten Optoelektronik Polymerlinsen Optische Beschichtung Hybridoptik Präzisionsoptik Kameramodule Opt. Komponenten & Baugruppen Wellenlängenspezif. Detektoren Bildverarbeitungsgeräte Opt. Komponenten Beschichtung Kameramodule Beleuchtung (Optik & LED) 5

7 Kunststoffspritzguß: die Technologiekette für hoch präzise optische Komponenten Design: Komponente, Werkzeug, Simulation, Technologiewahl (Konzept) Bau des Werkzeuges mit optischen Formeinsätzen Vermessung erstfallender Teile Überarbeiten von Einsätzen zur Formkorrektur Entwicklung der Fertigungsprozeßkette Man kann nur so genau fertigen, wie man auch messen kann! Stärke der JENOPTIK: komplette Technologiekette im Haus vorhanden. 7

8 Prototypen- und Einsatzfertigung Ultrapräzisionstechnologie Diamandbearbeitung Werkzeugentwicklung Angepasste Formeinsätze Rückkopplung aus dem Spritzgußprozeß Diamantgedrehte optische Komponenten Sphärische & asphärische Flächen, Prismen, Arrays, MLAs, Fresnel-Linsen, Freiformflächen, Gitterstrukturen Fertigung von Prototypen und kleinen Serien Formgenauigkeit < λ / 4 (λ = nm), Rauheiten < 5 nm (Rq) UPT-Technoligien Vertical & Drahterosion, Fräsen, Bohren, Polieren SP-Diamantbearbeitung auf Precitech Optimium 2400, Nanoform 200,350, Nanoform X Maschinenintegriertes Messsytem Fast- & Slow Tool Servo, Frässpindel Production Technologies Prototyping Tooling Optical components Optical Coating Assembly & Packaging System Integration Quality Mgt. & Assurance 8

9 Spritzgußfertigung optischer Komponenten Kunststoffoptiken Sphärisch, asphärisch, Freiform, diffraktive Elemente Fresnellinsen, Prismen, MLAs, Spiegel Von kleinen (<10.000) bis großen (> ) Teilen In House-Technoligien 30 SG-Maschinen, Zuhaltekraft 50 kn 3250 kn, teilweise vollelektrisch Mikrospritzguß, 2-Komponentenspritzguß, Variotherme Prozeßführung, Spritzprägen Automatisiertes Handling (m. 100%-Kontrolle, Abtrennen, Ablegen) Fertigung in Reinräumen ähnlich EU-GMP Klasse C (Keimzahl) Verarbeiten von Hochtemperaturkunststoffen für Dampfsterilisation, incl. Zeonex F52R, K26R, PPSU, et.c Fertigungsprozeß Prozeßbegleitende Prüfung und Messung Kundenspez. Werkzeuge mit Lebensdauermanagement Production Technologies Prototyping Tooling Optical Components Optical Coating Assembly & Packaging System Integration Quality Mgt. & Assurance 9

10 Meßtechnik eine kleine Auswahl Form: Talysurf Profilometer Zeiss Oinspect Fizeau Interferometer MWLI Luphoscan Panasonic UA3P Rauhheit: Nanofocus µscan Sauberkeit&Dimension: Mitotuyo Videoscope MTF, Brennweite: isg. drei Prüfstände Doppelbrechung: ilis StrainMatic Luftabstände und Zentrierung: Trioptics Opticentric 10

12 Leuchten für Operationssääle Berechnung der optimalen Leuchtdichteverteilung Produktion einbaufertiger Module ohne Justage Herausforderung: Große, dünne Teile mit Fresnelzonen, darauf Linsenstrukturen Hohe kosmetische Anforderungen Vergleich: Linse liegt auf A4-Blatt 12

13 Disposables für die Laser-Augenchirurgie Traditionelle LASIK: Einschneiden der Cornea mittels Skalpell Zurückklappen des entstandenen Flap Bearbeitung der Cornea mittels 193 nm Laser All-Laser-LASIK: Punktieren der Cornea mittels fs-laser Herausforderung: Sanfte Fixierung des Auges nötig Schnitttiefengenauigkeit < 5µm Arbeit im direkten Kontakt mit offener Wunde Umweltbedingungen variieren weltweit Lasern durch eine Kunststofffläche hindurch Lösung: Angußloses Spritzen, 100% Vermessung, Fertigen und Versiegeln in keimarmer Reinraumumgebung Not to be disclosed 13

14 Disposables für die Laser-Augenchirurgie Genauigkeiten Ø10: Oberflächenformabweichung in Reflektion 7 Ringe (3.5 µm), Irregularität 0.6 Ringe (<400 nm) Ø10: Wellenfront in Transmission (doppelter Durchgang): 1 Ring bzw. lambda/2 < 320 nm Dimensionen: µm ± 5 µm 14

15 Optische Auswertung von Lab-On-A-Chip-Systemen, Titherplatten etc. Hochauflösende Bildgebung geringe Doppelbrechnung nötig, da sonst Crosstalk zwischen einzelnen Pixeln Gleichsam geringe Formabweichung Durch variotherme Prozeßführung im optischen Spritzguß haben wir Linsen Ø~10 langzeitstabil hergestellt, mit < 100 nm/cm Doppelbrechung und Formabweichungen < 3 µm! 15

17 Optische Blutzuckermeßtechnik Beleuchten des Blutfleckes mit zwei Wellenlängen: für Absorbtionsmessung, als Referenzwellenlänge Referenzwellenlänge beugt Altern von LEDs und PDs, sowie Schwankungen der Meßstreifenbenetzung vor Messen des Blutzuckergehaltes über absorbiertes Licht mittels selektiver Photodioden, kundenspezifisch designed Lösung Fertigung von 2K-Komponenten automatisierter 100%-Kontrolle von Formgenauigkeit und Sauberkeit Fertigung von LEDs und Photodioden Platinenbestückung Automatisierte Montage mit 100% Kontrolle auf Funktion 17

18 Optische Blutzuckermeßtechnik Genauigkeit der Optik Konturgenauigkeit im WZ ist entscheidend für die Bauteilgenauigkeit [mm] µm 0.15 [µm] Messung der Linse mit Interferometer µm Paßfehler: 3 / ( / ) RMSt = ; RMSi = ; RMSa = P-V: µm RMS: µm 18

19 Optische Blutzuckermeßtechnik Meßstreifen haben chargen- und typweise leicht unterschiedliche Spektren Für erhöhte Genauigkeit: Anwendung scannt Barcodes der Streifenverpackung ein Lösung: Fertigung hochkomplexer Optik mit < 5 mm Größe Bestücken des Elektronikboards mit Optik Verbinden beider Teile mittels Laser 19

20 Linsen für die Endoskopie Ersatz von Glaslinsen durch Kunststofflinsen für kostengünstige Chip-In-The-Tip-Endoskope Feldwinkel sehr groß, Pixel sehr klein, Monitore sehr groß Bildqualität entscheidend Objektive Beugungsbegrenzt und Farbkorrigiert Höchste Anforderung an Formgenauigkeit (Oberfläche, Abstände, Zentrierung) und Doppelbrechung der Linsen Einsatz im Mensch tlw. ohne Deckglas Lösung Optik- und Mechanikdesign bei JENOPTIK Fertigung von Linsen bis < 1 mm auf Mikro-SG-Maschine Videoüberwachung der Entformung Beschichtung mittels AR und Mottenaugenstruktur 20

21 Linsen für die Endoskopie Linse Ø ~ 1 mm Dicke ~ 0,5 mm Zentrierfehler < 5 µm Irregularität < 200 nm PV Rauheit < 10 nm RMS Doppelbrechung < 600 nm/cm über Linse < 200 nm/cm innerhalb optischer Fläche 21

23 Mikrofluidische Chips Relativ große Chips CD-Format Vielzahl kleiner, feiner Kanäle mit Lochstrukturen (hier: 0.5x2 mm) Oberflächenqualität entscheidend für Fließverhalten Politur vorhersagbarer als matte oder erodierte Strukturen Optische Qualität für Meßfenster nötig (Formgenauigkeit und Sauberkeit) Materialien müssen biokompatibel sein, aber mit geringer Wasseraufnahme Eigenfluoreszens beeinträchtigt Meßgenauigkeit Kanäle müssen ggü Flüssigkeit mit Druckbeaufschlagung dicht sein Lösung: SG hochgenauen Chips mit Kanälen und optischem Auswertebereich, SG ebenso planem Deckel Beständige Überwachung der Prozeßparameter und Sorgfalt im Umgang mit Material (Auswahl, Trocknung, Lager) gg Fluoreszens Verfügen beider Teile mittels Laser 23

24 Oberflächenmodifikation mit Mikrostrukturen spindle Tool holder Schnitttiefenz ustellung Diamond Vakuum tool chuck Rot ary disk Work piece Adjustment work piece Drehen der Struktur direkt in Formeinsatz (oder Teil) Replikation von Glass Mastern im Spritzguß Replikation des Glass Masters in galvanischen Nickel (auf Stahl- Formeinsätzen) Strukturen < 2 µm erzeugbar Aspektverhältnis ca. 1:1 (mgl.) Anwendungen: Strahlprofilformung/Strahlteilung bei Lasern (Tattooentfernung) Mikro-Fresnellinsen Steuerung von Fließgeschwindigkeiten Mikrolinsen zur Fill-Factor-Erhöhung über Imagern oder PD-Arrays 24

26 Warum überhaupt Kunststoffoptiken für Endoskope Beispiel Darmkrebs: Ca Neuerkrankungen, ca Tote per anno 35% der entdeckten Fälle in noch heilbarem Stadium Bei frühzeitiger Entdeckung > 90% Heilungschance Aber: Kosten für Kolonoskopie nicht gering Narkose des Patienten, aufwändige Reinigung der Geräte und dennoch: Risiko der Kreuzkontamination Beispiel Laparoskopie etc.: Statt Reinigung Desinfektion mit unterschiedlichsten Verfahren weltweit aufwändige Desinfektionstechnik im Haus nötig, chemische Abfälle Ausweg: Kostenreduktion durch Einwegendoskope Aber: Glaslinsen kosten gern > 100, Stablinsensysteme erst Recht Also: Chip In The Tip und Kunststofflinsen 26

27 Herausforderung Chip In The Tip Vertikale und laterale Positioniergenauigkeit der Endoskopobjektive zum Imager< 10 µm Kameraköpfe müssen wasser- & luftdicht sein Ggf. Temperaturregulierung notwendig (T > 42 C im menschlichen Körper!) Lösung: Aktive Justage von Optik zu Chip, 2- bis 6-Achs- Korrektur über Bildverarbeitung oder Wellenfrontkorrektur Fixierung mit UV-härtendem Kleber Thermisches Management der LEDs (Simulation, Selektion, Blitzen) Kühlungskonzept (Wasser, Metall) Versiegelung mit versch. Klebern 100% Dichtigkeitsprüfung Rückverfolgbarkeit über DMC-Code 27

28 Ende Gelände Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. 28