Einstellbare Mikrolinse mit integriertem
Werbung
FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR PHOTONISCHE MIKROSYSTEME IPMS 2 1 1 Einstellbares Mikrolinsenbauteil mit integriertem Polymeraktor. 2 Siliziumwafer mit prozessierten EINSTELLBARE MIKROLINSE MIT INTEGRIERTEM POLYMERAKTOR Mikrofluidik-Linsenkammern. Konventionelle optische Kameras und Das Fraunhofer IPMS hat ein einstellbares Abbildungssysteme mit Autofokus- und miniaturisiertes Linsensystem entwickelt, Zoomfunktion verwenden verschiebbare was sich durch kompaktes und flexibles Fraunhofer-Institut für Linsenelemente, um Schärfe und Vergröße- Design (Abb. 1) auszeichnet. Eine kontinu- Photonische Mikrosysteme IPMS rungsfaktor einzustellen. Die Linsenelemen- ierliche Veränderung der Brennweite wird te werden hierbei über ein aufwendiges durch integrierte Polymeraktoren bewirkt, Maria-Reiche-Str. 2 Positionierungsystem verschoben. Aufgrund die sich durch Anlegen eines elektrischen 01109 Dresden der relativ großen Abmessungen eines Feldes gezielt auslenken lassen. Ansprechpartner solchen Autofokus- und Zoomsystems ist es schwierig, diese optischen Funktionen in Dr. Michael Scholles Miniaturanwendungen wie beispielsweise Telefon +49 351 8823-201 Mobiltelefonkameras zu integrieren. [email protected] Dr. Florența Costache Telefon +49 351 8823-259 [email protected] www.ipms.fraunhofer.de Design – Herstellung – Betrieb Es wurde ein Konzept für eine einstellbare Um die Funktionalität von Zoom- und Mikrolinse entwickelt, welche sich auf Autofokusobjektiven oder anderer verstell- Wafer-Level herstellen lässt (Abb. 2). barer optischer Elemente zu verbessern, Das Bauteil besteht aus zwei aufeinander deren Effizienz zu steigern und die Kosten gebondeten mikrofluidischen Kammern, zu verringern, werden seit einiger Zeit die voneinander durch eine flexible alternative Lösungen eingesetzt, darunter Elastomer-Membran getrennt sind. Beide auch Linsenelemente mit kontinuierlich Kammern sind mit unterschiedlichen einstellbarer Brennweite. Flüssigkeiten befüllt. Der innere Teil der Elastomer-Membran definiert den optisch wirksamen Teil der Linse. Im äußeren micro-lens-d Polymeraktor und Linsenmembran Mikrofluidik­ 3 kammern 4 5 Vorteile Hauptmerkmale einem speziellen elektrostriktiven Polymer Das hier gezeigte Konzept einer kontinuierlich spannungseinstellbare mit besonders hoher Dehnung angebracht. Flüssigkeitsmikrolinse mit einstellbarer Das Design der Aktoren ist so gewählt, Brennweite ermöglicht die Herstellung dass sie bei Aktivierung die Flüssigkeit ins eines miniaturisierten Linsensystems mit Innere der Kammer und damit gegen die kompaktem und flexiblem Design. Sowohl Linsenmembran drücken. Dadurch kann die Betrieb, Handhabung als auch Herstellung Stärke der Linsenwirkung gezielt in Abhän- erweisen sich als einfach und robust. gigkeit von der Verformung der Membran Mit einer Apertur von 3 mm und dem gesteuert werden. Abb. 3 zeigt schematisch geringen Platzbedarf von 10 × 10 mm² die einzelnen Teile des Mikrolinsenbauteils, kann die einstellbare Mikrolinse in ein Abb. 4 und 5 zeigen die Wirkweise. Zoomobjektiv oder ein Autofokussystem Bereich sind kreisförmig um die Linse herum auf der Membran Mikroaktoren aus einer Mobiltelefonkamera integriert werDer Einsatz zweier mikrofluidischer den. Kammern ermöglicht ein kompaktes Darüberhinaus kann die einstellbare und robustes Mikrolinsendesign und Mikrolinse des Fraunhofer IPMS in vielen bietet zudem den Vorteil, Flüssigkeiten anderen Anwendungsgebieten zum Einsatz unterschiedlicher Brechzahlen einsetzen zu kommen wie beispielsweise in medizini- können. Dadurch kann die Brennweite der schen oder industriellen Bildsystemen, in Mikrolinse noch flexibler und zuverlässiger optischen Systemen zur Laserstrahlkontrolle an den Einsatzzweck angepasst werden. oder für Lab-on-a-chip-Anwendungen zum Nachweis und zur Manipulation von Zellen. Die Herstellung des einstellbaren Mikrolinsenchips umfasst die Aktorherstellung Durch den Einsatz von Wafer-Level- mit Hilfe eines Layer-by-Layer-Prozesses, Prozessen können mehrere Bauteile gleich- die Strukturierung der mikrofluidischen zeitig auf einem Wafer hergestellt werden, Kammer mittels Siliziumwaferprozessierung was mehr Flexibilität im Design und eine sowie die Bearbeitung von Glaswafern. kostengünstige Herstellung erlaubt. Brennweite großer Einstellbereich Wafer-Level-Technologie einfache Integration in optische Systeme flexibles und skalierbares Design Einsatz von Polymeraktoren mit hoher Auslenkung keine mechanischen Teile Anwendungen Autofokus optische Zoomobjektive Kameras für Mobiltelefone medizinische Bildsysteme Miniatur-Industriekameras Laserstrahlmanipulation Lab-on-a-chip-Systeme Mittels Waferbondverfahren werden die Einzelteile zum Gesamtbauteil verbunden Spezifikationen und abschließend die Mikrofluidikkammern mit Öl befüllt. Die so fertiggestellten Mikrolinsen erreichen eine Brechkraftänderung von mehr als 15 dpt bei einer Aktorauslenkung von etwas mehr als 100 µm. Apertur: 3 mm Brechkraftvariation: 15 dpt Abmessungen: 10 × 10 mm² Konvexes oder konkaves Design Transmission > 94 % (400 - 700 nm) 3 Explosionszeichnung der einstellbaren Mikrolinse. 4 Wirkprinzip bei endlichem Fokus, d. h. aktuiert / E an. 5 Wirkprinzip bei unendlichem Fokus, d. h. nicht aktuiert / E aus. (E bezeichnet das elektrische Feld am Aktor)
