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Projektoren aus innovativen mikrooptisch-optoelektronischen Systemen für industrielle Anwendungen

Neuartige miniaturisierte und energieef ziente Projektoren durch Nutzung der mikrooptischen Arrayprojektion

In verstärktem Maße sind statische und steuerbare Beleuchtungen (z. B. Projektoren) Schlüsselelemente bei industriellen Anwendungen, vor allem im Automobil, im Maschinenbau und in der Medizintechnik. Sie werden u. a. für Sicherheitssysteme (Fahrerassistenz), verschiedenste sensorische Zwecke oder zur Informationsdarstellung benötigt. Wesentliche Kriterien, ob ein Projektionssystem marktrelevant Einsatz endet, sind Preis, benötigter Bauraum und Energieef zienz einerseits, und Lichtstärke, Variabilität bezüglich des Lichtmusters und die erreichbare Auflösung andererseits. Heute verfügbare technische Beleuchtungssysteme (Laser, GOBO-Projektoren zur Schattenprojektion) erfüllen diese Kriterien nur teilweise, wodurch die Anwendungsbreite und damit der Vorteil für die Herstellerindustrie limitiert und nur Stückzahlen weit unterhalb des Volumenmarktes absetzbar sind.

Gezielte mikrooptische Lichtverteilung ermöglicht hohe Energieeffizienz

Ziel des Projektes ist die Entwicklung von miniaturisierten Projektoren, die statische oder dynamische Lichtmuster erzeugen. Diese nutzen das völlig neue Prinzip der Arrayprojektion, das am Fraunhofer IOF entwickelt wurde. Es basiert auf der Realisierung einer regelmäßigen, zweidimensionalen Anordnung einer Vielzahl von Mikroprojektoren auf einem Mikrooptik-Wafer. Arrayprojektoren benötigen 70 % weniger Bauraum als klassische Projektoren und sind genau wie diese frei von Speckle-Mustern (Interferenzen). Sie besitzen gegenüber bisherigen Lichtmustergeneratoren weitere wesentliche prinzipielle Vorzüge, wie z. B. die integrierte Homogenisierung der Lichtquelle, eine erweiterbare Schärfentiefe und dank intelligenter Lichtlenkung eine wesentlich bessere Energiebilanz.

Die im Projekt angestrebten Demonstratoren sind integrierte mikrophotonische Beleuchtungssysteme und stellen eine funktionale Einheit von (Mikro-Leistungs-)Elektronik, Halbleiterstrahlungsquelle, Mikrooptik und programmierbarem Lichtmodulator (dynamische Lichtmustererzeugung) dar. Derartige Arrayprojektoren erfordern neue innovative Assemblierungskonzepte, wie beispielsweise die Waferscale-Fertigung der Mikrooptik-Module und neuartige Aufbau- und Verbindungstechniken für die Integration der Halbleiterlichtquellen, Ansteuerelektronik und Mikrooptik. Für die am Projekt beteiligten industriellen Anwendungspartner dienen die angestrebten Demonstratoren als Forschungsplattform für die spätere Entwicklung innovativer Produkte. Die geplanten Anwendungsbereiche umfassen dabei: die erstmalige Realisierung eines industrietauglichen lernfähigen optoelektronischen Beleuchtungssystems für den stark wachsenden Markt der Automatisierungs- und Sicherheitstechnik; Arrayprojektionssysteme mit einem bisher nicht möglichen Maß an Kompaktheit für Kfz-Bediengeräte zur Visualisierung von Funktionen und Status; neuartige Anwendungen in der Augenchirurgie. Für diese Anwendungen müssen funktionsbestimmende Komponenten des Arrayprojektors erforscht und entwickelt werden, wie z. B. spezielle flache LED-Array-Lichtquellen mit kleinen Chips oder die neu zu erstellenden programmierbaren Bildgeberarrays mit ca. 9 Megapixel Auflösung und einer Pixelgröße < 4 μm. Bisher waren derartige, für das gesamte integrierte mikrophotonische Arrayprojektionssystem funktionsbestimmende Komponenten nicht verfügbar.

Projektdetails

Koordinator

Dipl.-Ing.Frank Blöhbaum
SICK AG - Central Division R&D - New Technologies
Erwin-Sick-Str. 1, 79183Waldkirch
+49 7681 202-3543

Projektvolumen

8,2 Mio. € (ca. 51 % Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.05.2013 - 30.04.2017

Projektpartner

SICK AG - Central Division R&D - New TechnologiesWaldkirch
MA micro automation GmbHSt. Leon-Rot
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF)Jena
HoloEye Photonics AGBerlin
Behr-Hella Thermocontrol GmbH - Abt. Vorentwicklung Software und SystemdesignLippstadt
ORAFOL Fresnel Optics GmbHApolda
OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung - I OSR OS CTO ACERegensburg
Jabil Optics Germany GmbHJena