Design und Herstellung von 3D-gedruckter Mikrooptik

Neuartige Konzepte für Optikdesign sind möglich durch die 3D-Druck Technologie

Übersicht

Der Mikro-3D-Druck von optischen Systemen mittels Zwei-Photonen-Lithografie ermöglicht die Umsetzung von bisher nur schwer oder nicht realisierbaren Konzepten. Durch die beinahe unbegrenzten Geometrie-Freiheitsgrade stellt die Technologie besondere Anforderungen an das Optikdesign und erfordert, auch aufgrund der hohen Miniaturisierung, durchdachte Ansätze zur Optimierung und Simulation.

 
Mikrooptik
Entwicklungsschritte bei der Umsetzung von neuen Konzepten mittels 2-Photonen-Lithografie am Beispiel eines Mikro-Tele-Objektivs

Themenkomplex beinhaltet:

  • Design komplexer druckbarer Freiformsysteme für Beleuchtungs- und Abbildungsanwendungen
  • Refraktive, reflektive und diffraktive Systeme sowie Hybridsysteme
  • Maßgeschneiderte Designs für den direkten Druck auf „schwierige“ Substrate wie LEDs, CMOS-Bildsensoren, Glasfasern und Quantenpunkte
  • Messaufbauten für die Analyse der gedruckten Optiken in Bezug auf Form und optische Performance
  • Herstellung eigener Demonstratoren, z.B. von Endoskop-Prototypen, Miniatur-Spektrometern, faserbasierten Mikro-Projektoren oder Mikrokameras
  • Ganzheitliche Simulation und Optimierung mittels Raytracing und unter Benutzung wellenoptischer Algorithmen.
Beispiel Mikrooptik
Umsetzungsbeispiele: A Zweilinsiges Abbildungssystem auf einer Bildleitfaser. B Konzentrator-Optik, direkt auf die aktive Fläche einer LED gedruckt. C Array aus zweilinsigen Mikro-Abbildungsoptiken, 3D-gedruckt auf einen CMOS-Bildsensor. D Verfahren zur definierten Schwärzung von 3D-gedruckten Mikrooptiken mittels eines Inkjet-Verfahrens

Aktuelle Projekte

Aktuelle Publikationen

  1. Thiele, C. Pruss, A. M. Herkommer, and H. Giessen, „3D printed stacked diffractive microlenses”, Opt. Express, vol. 27, pp. 35621 (2019).
  2. Drozella, A. Toulouse, S. Thiele, A. M. Herkommer, “Fast and comfortable GPU-accelerated wave-optical simulation for imaging properties and design of highly aspheric 3D-printed freeform microlens systems”, Proc. SPIE vol. 11105, 1110506 (2019).
  3. Toulouse, S. Thiele, H. Giessen, and A. Herkommer, “Alignment-free integration of apertures and non-transparent hulls into 3D-printed micro-optics,” Opt. Lett., vol. 43, no. 5283, 2018.
  4. Schmid, S. Thiele, A. Herkommer, and H. Giessen, "Three-dimensional direct laser written achromatic axicons and multi-component microlenses," Opt. Lett. 43, 5837-5840 (2018).
  5. Thiele, K. Arzenbacher, T. Gissibl, H. Giessen, and A. Herkommer, “3D-printed eagle eye: Compound microlens system for foveated imaging,” Science Advances, vol. 3, p. e1602655, Feb. 2017.
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