Hybride asphärische Flüssig-abstimmbare optische Systeme

• Antragsteller: Professor Dr. Caglar Ataman
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387039910

Im Gegensatz zu den immensen Fortschritten in der Software- und Elektroniktechnik, orientiert sich die optische Systemkonzeption und -implementierung im Wesentlichen an den traditionellen Methoden, die maßgeblich von der fortlaufenden Abhängigkeit von konventionellen optischen Komponenten resultiert. HALOs langfristige Vision ist es, das optische Systemdesign zu verändern, indem es ein systematisches Verfahren zur Konstruktion und Herstellung von anspruchsvollen optischen Komponenten bietet, die eine effektive Aberrationskontrolle ermöglichen können, ohne auf komplexe Multielement-Designs zurückgreifen zu müssen. HALO zielt dabei speziell darauf ab, eine neuartige, flüssigkeitsbasierte, durchstimmbare, achromatische und asphärische Linse zu entwickeln, die von einem integrierten elektrostatischen Aktuator angetrieben wird und dessen Vielseitigkeit in einem innovativen Abbildungssystem demonstriert wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Bildgebungssystemen, die zahlreiche Linsen zur Steuerung von Aberrationen erfordern, umfasst das System eine einzige durchstimmbare Linse, sowie einen Bildsensor. Diese Linse weist dabei eine durchstimmbare asphärische Grenzfläche, die kombiniert mit einer diffraktiven Oberfläche, sphärische und chromatische Aberrationen über einen großen Brennweitenbereich steuert. Der Erfolg von HALO beruht hierbei auf folgenden Säulen Errungenschaften:– Eine zuverlässige Methode, um durchstimmbare, sphärische und chromatische aberrationsfreie Linsen zu entwerfen.– Entwicklung eines On-Chip-Aktors, der monolithisch mit der durchstimmbaren Linse integriert ist.– Ein robustes und leistungsstarkes Herstellungsverfahren für die monolithische Fertigung auf Wafer-Ebene.– Ein Einzel-Linsen-Abbildungssystem, mit Echtzeit-Korrektur der numerischen Feldkrümmung durch Brennweitenmessung.In HALO wollen wir einen neuen Ansatz für das Design von durchstimmbaren Linsen entwickeln, welches durch einen integrierten Ansatz, basierend auf modernsten Mikrofabrikationstechniken ermöglicht wird. Dieser Ansatz verfolgt das Ziel, die oben aufgeführten Neuerungen in einem Gerät für die Nutzung in realer Praxis umzusetzen. Endoskopische Bildgebung und fortschrittliche bildgebende Systeme für die Unterhaltungselektronik sind hierbei als primärer Fokus der HALO-Linse vorgesehen. Durch die Übertragung möglichst vieler Hardwarekomplexität auf effiziente Berechnungsverfahren zielt HALO darauf ab, mit einer einzigen Linse eine hochmoderne Abbildungsleistung zu erreichen. Da die Feldkrümmungskorrektur die wichtigste Quelle für eine solche Komplexität für moderne Abbildungssysteme ist, werden wir die einzigartige Fähigkeit des aberrationsfreien Durchstimmen der Brennweite des HALO-Objektivs nutzen, um die Brennebene während der Belichtung dynamisch anzupassen, so dass getrennte Bilder mit optimalem Fokus bei verschiedenen radialen Positionen aufgezeichnet werden. Eine digitale Kombination dieser Bilder liefert daraus ein Bild ohne Bildfeldwölbung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen