Projektionssysteme (IR und Laser)
Die Projektion inkohärenter Strahlung (schwarze Strahler oder sonstige Lichtquellen) für Messzwecke setzt ein sorgfältiges optisches Design – zum Beispiel durch die Notwendigkeit eines Pupillentransfers – voraus. Diese Problematik wird bei der Projektion von Laserstrahlung (Stichwort: Speckle) noch verschärft.
Wir haben in beiden Domänen (kohärent-inkohärent) Erfahrungen im Bereich vom Sichtbaren bis zum langwelligen Infrarot (LWIR, bis ca. 14 µm).
Optische 3D-Messtechnik
Im Sichtbaren ist die 3D-Vermessung von Oberflächen mittels Streifenprojektion ein bewährtes Verfahren. Dabei wird ein Muster aus parallelen Streifen auf das zu vermessende Objekt projiziert.
Das resultierende Bild wird von einer Kamera unter einem anderen Beobachtungswinkel aufgenommen. Bei einer ebenen Oberfläche werden die reflektierten Streifen wieder parallel erscheinen, eine Abweichung von der Ebene spiegelt sich dagegen in einer Verwerfung der Streifen wieder. Die Auswertung ist im Prinzip eine Triangulation, bei der aus der Verbiegung der Streifen über geometrische Überlegungen die Reliefstruktur der Oberfläche berechnet werden kann.
Konventionelle Systeme versagen z.B. bei transparenten Objekten. Durch-„sichtige“ Materialien sind meist im längerwelligen Infrarot nicht transparent. So liegt die Idee nahe, das Verfahren ins thermische Infrarot zu verlagern. Jedoch vereiteln elementare Strahlungsgesetze eine direkte Umsetzung mit schwarzen Strahlern als Beleuchtungsquelle. Unsere Analysen zeigten, dass für eine praktische Lösung nur der CO2-Laser in Frage kommt.
Für einen Prototyp haben wir hierzu ein Projektionssystem entworfen und gebaut. Der kompakte Prototyp enthält Laser, Streifenmustergenerator und Optik. Eine besondere Herausforderung war hier die Vermeidung kohärenter Interferenzeffekte, die störende Muster erzeugen würden.
Das nebenstehend Bild zeigt das erzeugte Streifenmusterbild eines Automobilmodells.
2D-Scansysteme für inkohärente und Laser-Strahlung im Infraroten
Die Herausforderung bestand darin, ein System zu bauen, mit dem Wärmebildgeräte sowohl im mittleren Infrarot (MWIR) als auch im langwelligen Infrarot (LWIR) mit bewegten Szenen in einem extrem hohen Dynamikbereich auf Empfindlichkeit und Störfestigkeit getestet werden konnten. Dies konnte nur durch Überlagerung eines thermischen Szenengenerators mit mehreren punktförmigen Hochtemperaturquellen realisiert werden. Besondere Anforderung war, dass die Punktquellen einen bestimmten Winkelbereich zweidimensional dynamisch abscannen mussten.
Dies erforderte zum einen ein optisches Konzept, mit dem die verschiedenen Quellen so überlagert werden konnten, dass deren Strahlung in einer gemeinsamen fixen Austrittspupille zur Verfügung standen. Dies wäre mit üblichen Scanspiegeln nicht möglich gewesen, ohne dass sich die Pupille bewegt hätte. Eine unkonventionelle Lösung war gefordert, und wurde gefunden. Zum andern musste das komplexe Ansteuerungs-Framework für Szenengenerator und Punktlichtquellen so erstellt werden, dass der Nutzer dynamisch variable Abläufe einfach aufspielen konnte.
Entstanden ist ein hochkomplexes, außerordentlich kompaktes System. Eine wesentliche Komponente ist hierbei auch unser Hochtemperaturstrahler.
Eine weitere Aufgabe war der Bau einer Projektions- und Ablenkeinheit für einen Quanten-Kaskadenlaser im Wellenlängenbereich 2 bis 10 µm.
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