Die kleinsten Miniaturoptiken der Welt mithilfe von 3D-Druck für neuartige Endoskope und Sensoren
Stuttgart, 14.10.2021; „Technik für den Menschen“ lautet das Motto, unter dem die Gips-Schüle-Stiftung alle zwei Jahre ihre Preise verleiht. Die Bewertungskriterien sind Interdisziplinarität, Innovationspotential und Anwendungsbezug in Verbindung mit gesellschaftlichem Nutzen. Siebzehn Vorschläge von Forschungseinrichtungen und Hochschulen quer durch Baden-Württemberg wurden in diesem Jahr eingereicht. Beim Forschungspreis liegt der Fokus auf technischer Innovation.
Die Preisverleihung mit rund 200 geladenen Gästen aus Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Stiftungswesen findet im Rahmen einer feierlichen Abendveranstaltung – unter Einhaltung aller aktuell geltenden Auflagen – am 19.10.2021 im Friedrichsbau Varieté in Stuttgart statt. Im inhaltlichen Fokus stehen in diesem Jahr, neben der Arbeit der Preisträger, auch weitere durch die Gips-Schüle-Stiftung unterstützte Forschungsprojekte verschiedener Universitäten.
Den Gips-Schüle-Forschungspreis 2021 erhält das Team von Prof. Dr. Harald Giessen, Prof. Dr. Alois Herkommer und Dr. Simon Thiele von der Universität Stuttgart. Die Forscher entwickelten die 3D-Drucktechnik sowie neue Materialien und Prozesse, um die kleinsten Miniaturoptiken der Welt, zusammen mit ihren Teams am 4. Physikalischen Institut und am Institut für Technische Optik unter dem Dach des interdisziplinären Forschungszentrums SCoPE (Stuttgart Research Center of Photonics Engineering), herzustellen.
Vor dieser Erfindung war die Mikrooptik durch meist kugel- oder halbkugelförmige Glasoptiken in der Leistungsfähigkeit limitiert. Durch die Arbeiten der drei Forscher konnten 3D-gedruckte Linsen mit komplexen Flächen hergestellt werden, die viel geringere Abbildungsfehler aufweisen und dadurch wesentlich leistungsfähiger sind als herkömmliche Optiken.
Auch mehrlinsige Systeme konnten durch den 3D-Druck realisiert werden. Dadurch wurden extrem gute Abbildungsoptiken wie Ultraweitwinkelsysteme möglich, die vor allem für Endoskope mit höchster Abbildungsqualität wichtig sind. Der 3D-Druck ermöglicht dabei nicht nur die Mikrooptiken, sondern auch die Stützstrukturen in einem Prozessschritt herzustellen.
Die Wissenschaftler entwickelten zusätzlich Systeme aus mehreren Druck-Materialien, die Farbfehler der Mikro-Objektive korrigieren konnten. Hierzu wurde eine große Klasse von neuen 3D-druckbaren Materialien durch die Kombination von Polymeren und Nanopartikeln verwirklicht. Auch weitere Techniken wie zum Beispiel das Einbringen von geschwärzten absorbierenden Stoffen zur Realisierung von Blenden konnten erarbeitet werden. Für den Designprozess dieser sehr kleinen Optiken haben die Forscher spezielle Simulationsprogramme entwickelt.
Es konnte erstmals gezeigt werden, dass solche hoch qualitativen Mikrolinsen, die Durchmesser von nur wenigen Mikrometern bis zu 2 mm hatten, direkt auf Glasfasern aufgedruckt werden können. Somit wurde eine komplett neue Art von optischem Endoskop realisiert, das weit über den früheren Stand der Technik herausragt. Ein 3D-Druck auf CMOS Miniatur-Kamerachips, die als optischer Bildsensor funktionieren, ist durch die Forschungsergebnisse genauso möglich geworden wie der parallele Druck einer Kombination aus Weitwinkel-, Normal-, und Tele-Objektiv auf einen Chip, um elektronisch zu zoomen und den Blickwinkel zu verändern. Zudem konnte durch diese Technik ein Miniatur-Spektrometer mit einem Durchmesser von 0.1 mm demonstriert werden. Die massive Miniaturisierung bietet zusätzlich ein großes Anwendungspotenzial in vielen Bereichen wie Messtechnik, Produktions- und Prozessüberwachung, Robotik, etc. Eine große schwäbische Firma testete die Optiken der Stuttgarter bereits in Sensoren, die für autonomes Fahren eingesetzt werden sollen.
Gips-Schüle-Stiftung
Badstr. 9, 70372 Stuttgart
Pressekontakt: Kathrin Hecht
Tel.: +49 89 809 13 17-44
E-Mail: info@gips-schuele-stiftung.de
