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Maßgeschneiderte Optiken für innovative LED-Autoscheinwerfer, Head-Up-Displays oder 10.000 Laserdioden auf einen Streich

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Denkt man an das Wort „Optik“, so gehören hochwertige optische Geräte wie etwa Ferngläser, Mikroskope oder Kameraobjektive mit zu den häufigsten Assoziationen, wenn es um „Qualität made in Germany“ geht.

Während die klassischen Optiken abbildender Systeme modular aus einzelnen Linsen verschiedener Brennweite mit kugelförmiger (= sphärischer) Oberfläche aufgebaut werden, zeichnet sich in den letzten Jahren immer deutlicher ein Wechsel hin zu maßgeschneiderten Einzelkomponenten mit Freiformoberflächen ab, die speziell auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sind. Neben einer enormen Qualitätssteigerung der optischen Abbildung werden optische Systeme zudem wesentlich kompakter und leichter. Ein prominentes Beispiel solcher Optiken der nächsten Generation findet man in den ultrakompakten Kameras, die heute in nahezu jedem Mobiltelefon verbaut sind.

Zusätzlich zu den auf Brechung oder Reflexion von Licht basierenden optischen Komponenten sind nunmehr auch solche verfügbar, deren Funktionsprinzip auf einer Beugung des Lichts beruht, so genannte diffraktive optische Elemente (DOE).

In der ersten Jahreshälfte des vergangenen Jahres hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) die Förderinitiative „Freiformoptiken“ ausgerufen, um die traditionelle Stärke deutscher Unternehmen bei der Fertigung hochwertiger, innovativer Optiken in die nächste Generation zu überführen. Insgesamt elf Forschungsverbünde sind aus der Initiative hervor gegangen, von denen die ersten sechs Verbünde nun gestartet sind. Für die Umsetzung ihrer Projekte werden die sechs Forschungsverbünde vom BMBF mit insgesamt 14,4 Millionen Euro unterstützt. Als Projektträger hat das BMBF die VDI Technologiezentrum GmbH in Düsseldorf beauftragt. Die Verbundprojekte, Zusammenschlüsse von namhaften Unternehmen und Instituten sowie hoch spezialisierten Klein- und Mittelständischen Unternehmen (KMU) zu einem gemeinsamen Forschungsthema, laufen über einen Zeitraum von jeweils drei Jahren.

Die neuen Optiken finden breite Anwendung in unterschiedlichen Bereichen wie Medizintechnik, Konsumerelektronik, Beleuchtung, Automotive, Sicherheitstechnik, Materialbearbeitung sowie im Maschinen- und Anlagenbau.

Verbundprojekt Autolight und LEDO - Innovative Optik für neue LED-Scheinwerfer
Mit den Verbundprojekten „Autolight“ und „LEDO“ stellen sich gleich zwei industriegeführte Verbünde mit unterschiedlichen Lösungsansätzen der Herausforderung, hochpräzise Spritzgussteile für LED-Optiken in Automobilscheinwerfern kostengünstig für den stückzahlstarken Bereich der Klein- und Mittelklasseautos zu realisieren. Die angestrebte Innovation im Spritzgussprozess soll eine höhere Präzision und eine wirtschaftlichere Fertigung erlauben. Ein Anwendungsgebiet der neuen Spritzgussteile ist beispielsweise die Realisierung eines adaptierbaren LED-Fernlichts, dessen Lichtkegel sich stets an die Fahrbahn- und Verkehrsverhältnisse anpasst, so dass eine Blendung des Gegenverkehrs vermieden wird.

Im Rahmen des vom BMBF geförderten Vorhabens „AutoLight“ haben sich insgesamt vier Unternehmen und Institute zusammengeschlossen, um hochintegrierte, multifunktionale und dünnwandige Freiformflächen-Optiken sowie innovative Spritzgussprozesse zu erforschen und entwickeln.

Der Lösungsansatz des BMBF-Verbundprojekts „LEDO“ besteht in der Erarbeitung technologischer Grundlagen zur Erstellung einer durchgehenden Prozesskette für ein variothermes Spritzgießverfahren für LED-Optiken. Die beiden Verbundprojekte werden vom BMBF mit insgesamt 2,9 Millionen Euro gefördert.

Verbundprojekt DesiChain - Bindeglied für eine komplette Technologiekette
Zielsetzung des Projekts ist die Erstellung einer ganzheitlichen, integralen und breitenwirksamen Technologiekette zur Fertigung komplexer optischer Freiformflächen. Am Beginn dieser Kette steht ein neuer Ansatz für das Design von Freiformflächen. In dem Forschungsprojekt soll eine automatisierte Fertigung anstelle der üblicherweise hochmanuellen Fertigung, insbesondere von hochkomplexen Freiformflächen, ermöglicht werden. Die Technologiekette wird im Vorhaben zur Herstellung der Optikkomponenten eines Head-Up-Displays, sowie einer Vorsatzlinse für einen LED-Scheinwerfer verwendet. Praktisch nutzbar sein wird die Technologie später für eine Vielzahl von Anwendungen, wie beispielsweise anamorphotische (entzerrende) Optiken, Weitwinkelobjektiven, Laserstrahlformungsoptiken, Beleuchtungsoptiken etc.

Die Verbundpartner des Forschungsprojekts „Design Chain“ werden vom BMBF mit 1,5 Millionen Euro gefördert.

Verbundprojekt Free - Hochpräzise Freiformoptik für einen breiten Markt
Die fünf Unternehmen und Institute des Forschungsverbundes „Free“ haben sich zum Ziel gesetzt, eine vollständige Technologieplattform für die Herstellung von Freiformoptiken, Mikrooptiken, DOE und deren Hybride zu erstellen. Dabei sollen unterschiedliche, aber repräsentative Anwendungen bei Nutzung verschiedener Herstellungsverfahren und Materialien entsprechend der jeweils geforderten Genauigkeiten bzw. Abbildungseigenschaften der Freiformoptiken demonstriert werden. Unter der ökonomischen Zielvorgabe günstigerer Herstellungskosten soll eine hohe Qualität der optischen Elemente und Systeme erreicht werden, so dass bisher nur als Einzelstück oder Kleinstserie mit großem Aufwand produzierbare Komponenten und Systeme für einen umfangreichen Markt verfügbar werden. Die Optikkomponenten kommen bei verschiedenen Anwendungen wie etwa einem Head Up Display für die Verwendung im Automobil zum Einsatz.
Das BMBF unterstützt die Projektpartner des Forschungsverbundes „Free“ zur Freiform-Präzisionsoptik mit knapp 5,6 Millionen Euro.

Verbundprojekt Freelas - 10.000 kostengünstige Laserdioden auf einen Streich
Das im April 2010 gestartete Forschungsprojekt Freelas hat zur Zielsetzung, heutige Diodenlasersysteme durch die Verbindung von Diodenlaser und Mikrooptik auf Waferebene radikal zu vereinfachen. Erstes Anwendungsgebiet soll hierbei die Druckindustrie sein.
Vertikal emittierende Laserdioden, so genannte VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) befinden sich heute beispielsweise in nahezu jeder optischen Computermaus. Bei freier Formgebung dieser Mikrolinsen lässt sich die abgestrahlte Leistung räumlich so verteilen, wie es für eine bestimmte Anwendung ideal ist. Während heute in kostenintensiven Einzelprozessen Linsen vor jedem einzelnen Laser justiert werden müssen, können zukünftig mehr als 10.000 Laser in einem Fertigungsschritt hergestellt werden. Die damit ermöglichte Kostensenkung wird neue Anwendungsfelder für Laser erschließen.
Der industriegeführte Verbund „Freelas“ wird vom BMBF mit knapp 2,1 Millionen Euro unterstützt.

Verbundprojekt Kompass - Kombinierte Freiformen aus Glas für Beleuchtungsoptiken
Der Forschungsverbund „Kompass“ konzentriert sich auf die Herstellung von kombinierten Freiformkomponenten. In dem Projekt sollen beispielhaft drei unterschiedliche Kombinationen, den optischen Funktionen entsprechend, demonstriert werden. Dabei wird eine refraktive Komponente mit einem Mikrolinsenarray, einem diffraktiven optischen Element und einer weiteren Freiformoberfläche kombiniert. Für das Blankpressen (die im Vorhaben gewählte Herstellungsmethode der hybriden Freiformkomponenten) soll eine Steigerung der Genauigkeit um den Faktor 10 erzielt werden.
Die Verbundpartner werden für ihr Projekt vom BMBF mit 2,3 Millionen Euro gefördert.

Die ausführliche Pressemitteilung lesen Sie unter www.optischetechnologien.de

Weitere Informationen:
http://www.optischetechnologien.de Informationsportal für die breite Community der Optischen Technologien und Photonik
http://www.optischetechnologien.de/forschungsfelder/optikkomponenten Forschungsfeld „Optikkomponenten“ mit Bekanntmachung „Freiformoptiken“ und Kurzbeschreibung der Verbundprojekte

Daniela Metz | Quelle: Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen: www.optischetechnologien.de
www.optischetechnologien.de/forschungsfelder/optikkomponenten

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