Optik ist ein ausgesprochen kompliziertes Fachgebiet. In diesem Zweig der Physik wird untersucht, wie Licht mit den Objekten in seiner Umgebung interagiert. Das schließt eigentlich alles ein und ist daher für eine Vielzahl von Bereichen relevant. Aus diesem Grund ist es nahezu unmöglich, die Optik einfach zu halten.
Denken Sie z. B. an Ihren Augapfel. Er besteht aus vielen verschiedenen Teilen. Dazu gehören die Pupille, die Netzhaut und ganz vorne eine gewölbte Linse. Alles, was wir sehen, ist in Wirklichkeit Licht, das von einem Objekt reflektiert wird und auf Ihr Auge trifft. Die Pupille, die die Linse umgibt, steuert die Lichtmenge, die das Gehirn einlässt, und stellt sie automatisch scharf. Aufgrund der Krümmung der Linse wird das Licht zwangsläufig gebrochen, und das Bild wird tatsächlich auf dem Kopf stehend erfasst. Das Gehirn ist dafür verantwortlich, dass es auf dem Weg durch die Netzhaut und den Sehnerv wieder in die richtige Richtung gedreht wird. Klingt interessant, oder?
Das ist in der Tat interessant, aber gehen wir noch einen Schritt weiter. Laut Vision Council of America verwenden 75 % der Erwachsenen weltweit Produkte zur Sehkorrektur. Sehschwächen gibt es in allen Formen und Größen: Kurzsichtigkeit, Weitsichtigkeit, Astigmatismus usw. Alle Sehschwächen werden mithilfe von Linsen behandelt, die auf das jeweilige Auge zugeschnitten sind. Ein und dasselbe Hilfsmittel kann bei richtiger Anwendung gegensätzliche Probleme lösen. Denken Sie beispielsweise an ein Teleskop oder ein Mikroskop. Das Ergebnis leitet sich vollständig aus der Konstruktion und der Montage einer Linse (oder einer Kombination von Linsen) ab, die mit einem System zu einem optischen Gerät zusammengefügt wird.
Ein Blick in die Zukunft
Optische Geräte, die über das menschliche Sehvermögen hinausgehen, sind im täglichen Leben bereits weit verbreitet. Im Kern besteht ein optisches Gerät aus einer Linse (oder einem Sensor oder einem Laser), die mit einem Prozessor verbunden ist, der als System bezeichnet wird. Es sind diese Geräte, die die Innovation prägen und die Gegenwart mit der Zukunft verbinden. Diese Zukunft wird durch künstliche Intelligenz (KI) vorangetrieben, und diese Intelligenz braucht einige Augen. Autonome Fahrzeuge, smarte Fertigung, Roboterchirurgie und virtuelle Realität werden allesamt durch Kameras und andere optische Geräte ermöglicht. Es ist nicht verwunderlich, dass die Prozesse für Design, Montage und Validierung fehlerfrei ablaufen müssen. Aktive Ausrichtung ist die zuverlässigste Methode für diese Art der Montage, da es sich um einen dynamischen Prozess handelt. Bei der aktiven Ausrichtung wird ein optisches Bauteil in ein Gerät eingesetzt, während die Leistung des Systems manipuliert wird und gleichzeitig die Bildqualität wiederholt gemessen wird. Der Schlüssel zu einem kristallklaren Bild liegt in der intelligenten Ausrichtung und Fixierung der Linse auf dem Bildsensor des Geräts. Auf diese Weise werden große Sichtfelder und eine Optimierung der Ausrichtung unterstützt.
Damit dies einwandfrei funktioniert, müssen fünf Dinge geschehen:
Vorbereitung
Das Wichtigste zuerst und das ist wohl Vorbereitung. Jedes Bauteil muss geprüft werden, um sicherzustellen, dass es keine Mängel aufweist und keine Fremdkörper vorhanden sind. Die Bauteile müssen gereinigt, behandelt und geprüft werden, bevor die Montage beginnt. Die geeignete Linsenqualität muss gewählt werden, um einen Chip-Test durchzuführen, der zusätzlich zu allen anderen erforderlichen Tests alle nicht funktionierenden Pixel aufspürt. Wenn eine der Komponenten in der Baugruppe fehlerhaft ist, wird das Endergebnis diese Fehler verstärken. Und das ist gar nicht gut.
Kleberauftrag
Sobald die Qualität der Komponenten bestätigt wurde, können die Teile zusammengeklebt werden. Dies ist kein Kinderspiel. Der Kleber wird sehr fachmännisch aufgetragen, um Verformungen zu vermeiden, die durch falsche Platzierung oder Handhabung des Klebers entstehen. Es können mehrere Techniken verwendet werden, darunter das Spritzverfahren (berührungslos) und das volumetrische Verfahren (mit Kontakt). Die Parameter werden so gesteuert, dass unterschiedliche Kleberbedingungen ausgeglichen werden, die sich aus innerer Reibung ergeben. Reibung kann die Konsistenz des Klebstoffs verändern und muss richtig gehandhabt werden, um ein klebriges Durcheinander zu vermeiden, das zu einem unbrauchbaren System führt. Mithilfe von Machine-Vision-Technologie wird die genaue Position für den Kleberauftrag gemessen und die Ergebnisse werden von Anfang bis Ende des Prozesses analysiert.
Ausrichtung
In einem Reinraum erfolgt die Ausrichtung mit einem Bewegungssystem mit mehreren Achsen. Die Komponenten werden unter Verwendung einer Vielzahl von Zielen (entweder real oder projiziert) zusammengebaut. Dabei werden die Berührungspunkte durchgehend verifiziert. Tests und Validierungen werden ebenfalls dynamisch durchgeführt, um eine Genauigkeit im Mikrometerbereich zu erzielen. Bei Anwendungen wie spiegellosen Autos, die optische Geräte verwenden, gibt es nicht viel Spielraum. Hier ist kein Platz für Improvisation.
Aushärtung
Damit ist das Thema Kleber aber keineswegs abgeschlossen. Die UV-Härtung des Klebers ist für eine stabile Struktur notwendig, kann und wird sich aber auf die ursprüngliche Positionierung der Komponenten auswirken. Diese Abweichung ist bekannt und muss bei den ursprünglichen Messungen und Tests berücksichtig werden. Aus diesem Grund ist die Kontrolle der Prüfpunkte während des gesamten Montageprozesses so wichtig. Die thermische Aushärtung muss mehrmals wiederholt werden, um sicherzustellen, dass das Gerät nicht auseinanderfällt.
Validierung
Den Schlusspunkt bildet selbstverständlich die Validierung. Auch wenn die Überprüfungen während der Montage immer wieder wiederholt werden, kann jeder Schritt für sich genommen einen einzigartigen Fehler verursachen. Bei der abschließenden Validierung wird der Zustand der Komponenten ein letztes Mal überprüft – zusätzlich zu zumindest Ausrichtung, MTF, Verzerrung, Streulicht, EFL und Feldkrümmung.
Ausblick auf den neuen Alltag
Die Optik ist eine Wissenschaft für sich, die ganz selbstverständlich Tag für Tag angewendet wird. Sie zählt zu den Dingen, die völlig unbemerkt bleiben, bis etwas nicht so ist, wie es sein sollte. Wir stehen kurz davor, das Tor zu einem Lebensstil zu öffnen, der eine sehr hochentwickelte künstliche Intelligenz beinhaltet. Dabei werden wir von dieser Wissenschaft abhängig sein. Das Potenzial, das KI bietet, ist überaus reichhaltig und kann die Welt auf dramatische Weise verbessern. Vom Autofahren über Eingriffe im Krankenhaus bis hin zu Ihrem Kühlschrank, der Ihnen sagt, wenn Sie mehr Milch brauchen, wird KI eine wichtige Rolle übernehmen. Wenn man bedenkt, wie viele Dinge uns abgenommen werden, ist es gut zu wissen, dass das Sehvermögen einwandfrei ist.
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