Konferenzbeiträge

Chromatisch-konfokale Systeme haben sich als robuste Abstandssensoren etabliert. Eine Optik mit großem Farblängsfehler bildet die einzelnen Wellenlängen einer polychromatischen Quasi-Punktlichtquelle in unterschiedlichen axialen Abständen zum Sensor ab. Das vom Messobjekt gestreute oder reflektierte Licht wird nach Durchlaufen des Systems und einer Detektionslochblende mit einem Spektrometer ausgewertet. Da auf dem Messobjekt defokussierte Wellenlängen durch die Detektionslochblende stark gedämpft werden, entsteht ein spektraler Peak, der die Abstandsinformation zum Messobjekt enthält. Die Form dieses spektralen Peaks dient als wichtiges Kriterium für die Abbildungsqualität und die axiale Auflösung des Sensors. In diesem Beitrag stellen wir analytische und numerische Modelle zur Beschreibung des Abbildungsverhaltens vor. Wir diskutieren sowohl paraxiale als auch geometrisch-optische und wellenoptische Modelle. Diese basieren auf der Betrachtung der wellenlängenabhängigen Defokus-Punktbildfunktion und berücksichtigen z.T. Abbildungsfehler und Beugungseffekte. Unser Beitrag umfasst einen Vergleich und die Verifikation der Modelle anhand experimenteller Referenzmessungen.

Die theoretische Beschreibung der Lichtausbreitung durch streuende Medien ist für zahlreiche Anwendungsgebiete von der Medizintechnik bis zur Beleuchtungstechnik von großem Interesse. Ein idealer Ausgangspunkt hierfür ist die Mie-Theorie, die die Wechselwirkung elektromagnetischer Wellen mit sphärischen Streuzentren beschreibt. Der Durchmesser der Streuzentren ist bei unseren Betrachtungen vergleichbar mit der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts. Es existieren verschiedene Algorithmen, mit denen die Streuparameter und Streufunktionen berechnet werden können. Wir präsentieren eine Lösung, die mit einstellbarer Winkelabtastung (0.0001˚ - 1˚) sowie einer beliebigen Eingangsfeldverteilung (Lasermoden, Messdaten, etc.) die Ausgangsverteilung eines frei definierbaren Streukörpers berechnen kann. Eine rein CPU basierte Lösung ist selbst bei Multithreading Programmierung sehr zeitaufwändig. Aus diesem Grund setzen wir programmierbare Grafikprozessoren ein. Hierbei kann die Rechenzeit bei exakter Rechnung gegenüber einer CPU signifikant verkürzt werden. Die Ergebnisse der Simulation werden mit Resultaten geeigneter Streulichtexperimente verschiedenster Proben validiert.