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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-83430
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8343/


Mader, Daniel

Tunable microfluidic multi-chamber membrane lenses : design, fabrication and verification

Durchstimmbare mikrofluidische Mehrkammermembranlinsen : Design, Herstellung und Verifizierung

Dokument1.pdf (74.212 KB) (md5sum: e3ec57ec2adf3ab2bbcd6a1df04871e2)

Kurzfassung in Englisch

A design approach and new manufacturing technique for a novel type of stacked fluidic multi-chamber tunable lenses is presented.

The hybrid design with a polydimethylsiloxane (PDMS) fluidic platform and highly accurate silicon inserts for lenses and stops offers flexibility and extensibility, leading to fully functional miniature tunable optical lens systems. The optical properties of this "micro-optical construction kit" are fully customizable by the arrangement and design of the inserts and the used refractive liquids.

By means of an analytical model, the required chamber configurations for the control of low-order aberrations within a relevant focal length tuning range are estimated. This data is used as starting values for a complete numerical model which combines the realistic pressure dependent membrane deflection behavior obtained from structural FEM simulations with optical ray tracing simulations.

The modular design concept with an easily accessible fluidic interface may be driven and controlled by any pneumatic device which a volume displacement of a few cubic millimeters and a working pressure lower than 100 mbar. An exemplary integrable actuator device with an electromagnetic membrane actuator has been developed to demonstrate this.


Kurzfassung in Deutsch

Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde ein vollständiger Ansatz für die Fertigung neuartiger durchstimmbarer Mehrkammermembranlinsensysteme erarbeitet.

Das Konzept basiert auf einer PDMS-Fluidikplattform mit eingesetzten hochpräzisen Siliziumbauelementen für die optische Funktionalität. Mit dem resultierenden Baukastensystem lassen sich vielfältige Linsenkonfigurationen realisieren, deren Eigenschaften sich durch die Anordnung der optischen Komponenten und die Auswahl geeigneter optischer Flüssigkeiten maßschneidern lassen.

In einem analytischen Modell wurden die Kammerkonfigurationen für ein durchstimmbares achromatisches System berechnet. Mit Hilfe dieser Startwerte wurde ein vollständiges numerisches Modell zur Verifikation des Linsensystems erstellt, welches FEM-Struktursimulationen zum druckabhängigen Membranverhalten mit einer Optiksimulation kombiniert.

Durch die einfache Anordnung der fluidischen Schnittstellen kann das modulare Bauteil verhältnismäßig einfach in beliebige Systeme integriert werden. Zum Betrieb wird lediglich ein Gerät zur Drucksteuerung mit geringen Anforderungen an den Hub und den Arbeitsdruck benötigt. In diesem Zusammenhang wurde ein integrierbarer elektromagnetischer Membranaktor entwickelt, der in einem Gerät für mobile Anwendungen eingesetzt werden könnte.


SWD-Schlagwörter: Polydimethylsiloxane , Mikrofluidik , Mikrooptik , Membran , Technische Membran , Achromat , Abbildungsfehler , Chromatischer Abbildungsfehler
Freie Schlagwörter (deutsch): durchstimmbar , Baukasten
Freie Schlagwörter (englisch): PDMS , tunable , membrane lens , aberrations
Institut: Institut für Mikrosystemtechnik
Fakultät: Technische Fakultät (bisher: Fak. f. Angew. Wiss.)
DDC-Sachgruppe: Technik
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Zappe, Hans (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 24.10.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 08.12.2011
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