Asphärische Linsen sind optische Elemente mit mindestens einer nicht-sphärischen Oberfläche, die eine bessere Steuerung der Lichtwege ermöglichen und dazu beitragen, Aberrationen in Bildgebungs- und Lasersystemen im Verteidigungsbereich zu reduzieren. Sie kommen in Waffenvisieren, Überwachungssensoren, Wärmebildsystemen, bei der Laserstrahlformung, der Kollimation sowie in anderen kompakten optischen Systemen zum Einsatz.
Auf dieser Seite werden Anbieter von asphärischen Linsen vorgestellt, die rotationssymmetrische, azylindrische, geformte Glas-, polierte Glas-, Polymer-, infrarote diamantgedrehte sowie hybride refraktiv-diffraktive Ausführungen anbieten.
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Präzisionsoptik- und Photonik-Lösungen für Bildgebungs-, Sensor- und Zielerfassungssysteme im Verteidigungsbereich
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Asphärische Linsen weisen mindestens eine Oberfläche auf, deren Profil von einer Kugelform abweicht, wodurch die Oberfläche die Brechung der Lichtstrahlen beim Durchgang durch die Linse beeinflussen kann. Dies ermöglicht Optikdesignern eine bessere Kontrolle über den Lichtweg, insbesondere am Rand der Apertur, wo eine sphärische Oberfläche erhebliche Aberrationen verursachen kann.
In optischen Systemen für Verteidigungszwecke kommen asphärische Elemente in Bildgebungsbaugruppen, Waffenvisieren, Überwachungssensoren und Laseroptiken zum Einsatz, wo das Linsenmaterial, das Oberflächenprofil und die Beschichtungen mit anderen optischen Elementen zusammenwirken, um Licht auf einen Sensor zu lenken oder einen Laserstrahl zu formen. Die daraus resultierende Konstruktion hängt von Faktoren wie der Betriebswellenlänge, der erforderlichen Bild- oder Strahlqualität, dem verfügbaren Platz sowie den Umgebungsbedingungen ab, denen die Ausrüstung standhalten muss.
Asphärische Linse des Herstellers Torrent Photonics.
Eine asphärische Linse kann Licht, das durch verschiedene Bereiche ihrer Apertur fällt, auf einem Bildsensor schärfer bündeln und so dazu beitragen, sphärische Aberrationen zu kontrollieren, die andernfalls die Bildschärfe beeinträchtigen würden. Optikdesigner können asphärische und konventionelle Elemente kombinieren, um die erforderliche Auflösung zu erreichen und über das gesamte vorgesehene Sichtfeld hinweg eine angemessene Leistung zu gewährleisten.
Eine asphärische Kollimatorlinse kann Licht von einer Laserquelle sammeln und einen Strahl mit reduzierter Divergenz erzeugen, während asphärische Oberflächen auch in Fokussierbaugruppen integriert werden können, bei denen Strahlform und -qualität von Bedeutung sind. Bei diesen Anwendungen müssen das Linsenmaterial und die Beschichtungen entsprechend der Laserwellenlänge, der Betriebsleistung und anderer Systemanforderungen ausgewählt werden.
Ein einzelnes asphärisches Element kann unter Umständen Korrekturen bewirken, für die andernfalls mehrere sphärische Elemente erforderlich wären, wodurch sich die Anzahl der in einer optischen Baugruppe benötigten Komponenten potenziell verringern lässt. Dies kann den Strahlengang verkürzen und das Systemgewicht senken, was insbesondere bei Handgeräten und platzbeschränkten Sensorausrüstungen von Vorteil ist, wobei der Gesamtnutzen vom gesamten optischen Design abhängt, einschließlich der Halterungen und der erforderlichen Toleranzen.
Weitwinkelsysteme und Objektive mit großen Blendenöffnungen lassen sich allein mit sphärischen Oberflächen nur schwer korrigieren, insbesondere wenn die Aberrationen zu den Bildrändern hin zunehmen. Durch die Einbindung einer asphärischen Oberfläche erhalten Konstrukteure zusätzliche Kontrolle über diese Aberrationen, wobei die Auslegung und Anordnung der übrigen optischen Elemente weiterhin entscheidend für die Steuerung der Leistung außerhalb der Achse und der Verzerrung sind.
Asphärische Linsen lassen sich sowohl nach ihrer Oberflächengeometrie als auch nach dem zur Herstellung verwendeten Fertigungsverfahren klassifizieren, sodass sich die unten aufgeführten Konfigurationen überschneiden können. Eine rotationssymmetrische asphärische Linse kann beispielsweise je nach Material und Leistungsanforderungen durch Formen, Polieren oder Drehen hergestellt werden.
| Konfiguration | Oberflächengeometrie und Herstellung | Geeignete Materialien | Optische Vorteile und Einsatzmöglichkeiten im Verteidigungsbereich |
| Rotationssymmetrische asphärische Linsen | Das Oberflächenprofil variiert von der Mitte zum Rand hin um eine gemeinsame optische Achse und kann durch Formen, Polieren oder Drehen hergestellt werden. | Optisches Glas, Polymere und ausgewählte Infrarotmaterialien. | Bieten Aberrationskorrektur für Bildgebungs-, Visier- und laseroptische Systeme. |
| Azylindrische Linsen | Ein asphärisches Profil sorgt für eine optische Brechkraft, die vorwiegend entlang einer Achse wirkt und nicht symmetrisch um eine gemeinsame Achse verteilt ist. | Glas und ausgewählte Polymere. | Formen oder fokussieren Licht unterschiedlich entlang zweier Achsen, unter anderem in Laserstrahlkonditionierungssystemen. |
| Geformte asphärische Glaslinsen | Erhitztes Glas wird gegen eine Präzisionsform geformt, um das erforderliche asphärische Oberflächenprofil zu erzeugen. | Für den Formungsprozess geeignete Gläser. | Bieten reproduzierbare optische Elemente für kompakte Abbildungs- und Beleuchtungsbaugruppen. |
| Polierte asphärische Glaslinsen | Das vorgegebene asphärische Oberflächenprofil wird mittels Präzisionspolierverfahren erzeugt und veredelt. | Geeignete optische Gläser. | Erfüllen anspruchsvolle Anforderungen an die Oberflächengenauigkeit und ermöglichen kundenspezifische asphärische Linsendesigns. |
| Diamantgedrehte asphärische Infrarotlinsen | Ein Präzisionswerkzeug fräst das asphärische Profil direkt in ein Material, das für das Diamantdrehen geeignet ist. | Germanium und andere kompatible Infrarotmaterialien. | Geeignet für Wärmebildsysteme und Anwendungen zur Infrarot-Strahlsteuerung. |
| Geformte asphärische Polymerlinsen | Optisches Polymer wird in einer Präzisionsform geformt, um das erforderliche asphärische Profil zu reproduzieren. | Optische Polymere. | Können das Gewicht in geeigneten optischen Baugruppen im sichtbaren oder nahen Infrarotbereich reduzieren. |
| Hybride refraktive und diffraktive asphärische Linsen | Eine asphärische refraktive Oberfläche wird mit einer diffraktiven optischen Struktur innerhalb desselben Designs kombiniert. | Materialien, die für den erforderlichen Fertigungsprozess und das jeweilige Spektralband geeignet sind. | Bieten zusätzliche Kontrolle über Aberrationen in kompakten optischen Systemen. |
Asphärische Linsen sind Teil einer breiteren Palette optischer Konstruktionsansätze, von denen jeder unterschiedliche Aspekte der Systemleistung berücksichtigt.
Der am besten geeignete Ansatz hängt daher von den zu korrigierenden Aberrationen, dem verfügbaren Einbauraum und der erforderlichen Leistung über das gesamte Betriebsspektralband hinweg ab.
Die Spezifikation einer asphärischen Linse sollte nicht nur die Eigenschaften des einzelnen Elements berücksichtigen, sondern auch dessen Rolle innerhalb des gesamten optischen Systems.
Bei kundenspezifischen asphärischen Linsen tragen klar definierte Messverfahren und Abnahmekriterien dazu bei, sicherzustellen, dass die gefertigten Komponenten die im optischen Entwurf festgelegten Toleranzen und Leistungsanforderungen erfüllen.
Fortschritte in der Fertigung und im Design optischer Systeme erweitern kontinuierlich die Möglichkeiten, asphärische Oberflächen in optische Systeme für den Verteidigungsbereich zu integrieren.
Diese Entwicklungen sind besonders wertvoll, wenn die gewählte Oberflächengeometrie und der Fertigungsprozess eine klar definierte optische Anforderung innerhalb des Gesamtsystems erfüllen.
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