PT Unknown
AU Hillenbrand Dr.-Ing., M
TI Design of confocal systems for spectral information coding
PD March
PY 2016
WP https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00027309
LA en
DE chromatic confocal sensing; metrology; profilometry; 3D sensing; distance sensing; focal field calculations; diffractive optics
AB Chromatisch-konfokale Systeme fokussieren die spektralen Kompenenten eines
polychromatischen Signals auf unterschiedliche räumliche Positionen, an
denen sie mit Hilfe von Blenden gefiltert werden. Auf diese Weise können
Informationen einerseits in der Spektralverteilung eines optischen Signals
gespeichert werden. Anderseits kann auch die Spektralverteilung eines
polychromatischen Signals ermittelt werden. Chromatisch-konfokale Systeme
werden häufig zur berührungslosen Abstandsmessung und für die
ortsaufgelöste Spektroskopie eingesetzt. In dieser Arbeit werden
Designstrategien für chromatisch-konfokale Systeme entwickelt. Ein
Schwerpunkt liegt auf der systematischen Modellierung der Signalentstehung
unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften des optischen
Systems, der Abbildungsfehler und der Eigenschaften des Detektionssystems.
Hierbei werden insbesondere auch inkohärente Lichtquellen und räumlich
ausgedehnte Beleuchtungsgeometrien berücksichtigt. Schnelle numerische
Implementationen dieser Modelle erlauben in allen Stadien des
Designprozesses eine Vorhersage des spektralen Filterverhaltens. Das
spektrale Filterverhalten wird als primäres Bewertungskriterium für die
Leistungsfähigkeit des optischen Systems verwendet und wird zur Ableitung
effektiver Designstrategien herangezogen. Die Designstrategien umfassen
sowohl die Entwicklung von Startsystemen als auch den nachfolgenden
Optimierungsprozess, bei dem monochromatische Abbildungsfehler
berücksichtigt werden. Der Fokus liegt hierbei insbesondere auf der
nachträglichen Korrektur der Abbildungsfehler während der Signalverabeitung
und auf ihrer automatischen Kompensation durch bestimmte Systemanordnungen.
In Kombination mit den neu entwickelten Signalerzeugungsmodellen ermöglicht
dieser Ansatz die Entwicklung optimierter, kompakter und günstiger
Sensorsysteme, die auf die Anforderungen des jeweiligen Anwendungsgebietes
zugeschnitten sind und auf kostengünstigen Lichtquellen wie Leuchtdioden
basieren. Die vorgestellten Designstrategien werden für die Entwicklung
verschiedener Demonstrator- und kommerzieller Sensorsysteme eingesetzt.
ER