Optische Prismen sind hochpräzise optische Komponenten, die mithilfe von Lichtbrechung, innerer Reflexion oder beschichteten Oberflächen die Richtung, Ausrichtung oder spektrale Zusammensetzung von Licht steuern. In Verteidigungssystemen kommen sie in den Bereichen Bildgebung, Beobachtung, elektrooptische Sensorik, Infrarotoptik, Lasersysteme, Entfernungsmesser, Navigationsinstrumente und kompakte Strahlführungsarchitekturen zum Einsatz.
Auf dieser Seite werden Anbieter von optischen Prismen vorgestellt, die Rechtwinkel-, Dach-, Porro-, Penta-, Dove-, Keil-, Strahlteiler-, dispersive und Eckwürfelprismen anbieten.
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Präzisionsoptik- und Photonik-Lösungen für Bildgebungs-, Sensor- und Zielerfassungssysteme im Verteidigungsbereich
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Ein optisches Prisma ist ein transparentes optisches Bauteil mit mehreren ebenen Flächen, die in definierten Winkeln angeordnet sind, um die Richtung, Ausrichtung oder spektrale Zusammensetzung des Lichts zu steuern. Je nach Geometrie und Material kann ein Prisma einen Lichtstrahl durch Brechung, Totalreflexion oder beschichtete reflektierende Oberflächen umlenken, während andere Konfigurationen ein Bild drehen oder umkehren, Wellenlängen trennen, einen Lichtweg aufteilen oder Licht zur Quelle zurückleiten können.
Optische Prismen von Torrent Photonics
In optischen Verteidigungssystemen werden hochpräzise optische Prismen in Beobachtungsgeräten, elektrooptischen Sensoren, Infrarot-Bildgebungssystemen, Waffenvisieren, Entfernungsmessern, Lasereinheiten und Navigationsinstrumenten eingesetzt. Die erforderliche Prismengeometrie, das optische Glas oder kristalline Material, die Oberflächenqualität, die Winkeltoleranz und die Beschichtungen werden entsprechend von Faktoren wie der Betriebswellenlänge, dem Strahlengang, den Bildanforderungen, dem verfügbaren Platz und den Umgebungsbedingungen des Systems ausgewählt.
Prismen können Licht unter genau kontrollierten Winkeln umlenken, wodurch Konstrukteure einen Strahlengang umlenken können, ohne vollständig auf separat montierte Spiegel angewiesen zu sein. Rechtwinklige optische Prismen, Penta-Prismen, rhomboide optische Prismen und ähnliche Konfigurationen können daher Licht zwischen Linsen, Detektoren, Okularen und anderen Komponenten leiten und gleichzeitig dazu beitragen, einen kompakten mechanischen Aufbau zu gewährleisten.
Prismenbaugruppen werden häufig zur Steuerung der Bildausrichtung in Sicht- und Bildgebungssystemen eingesetzt, wobei unterschiedliche Geometrien je nach Bedarf für Bildumkehr, Bildwiederherstellung, Drehung oder Bildaufrichtung sorgen. Porro-, Dach-, Amici-, Schmidt-Pechan-Dach-, Abbe-König- sowie bilddrehende Dove-Prismenkonfigurationen sind besonders nützlich in der Binokularoptik, bei Periskopen, Fernrohren und anderen Direktbeobachtungsinstrumenten, bei denen das Bild den Beobachter in der richtigen Ausrichtung erreichen muss.
Ein Strahlteilerprisma teilt einfallendes Licht auf zwei oder mehr optische Pfade auf, typischerweise mithilfe einer teilreflektierenden Beschichtung, die auf eine innere Grenzfläche aufgebracht ist. Zu den Ausführungen gehören dichroitische Strahlteilerprismen und nichtpolarisierende Würfelstrahlteiler, während dichroitische und trichroitische Prismenbaugruppen verschiedene Spektralbänder für die Mehrkanalbildgebung, Sensorik und andere wellenlängenselektive optische Systeme trennen oder kombinieren können.
Dispersive Prismen trennen Licht, da der Brechungsindex eines optischen Materials mit der Wellenlänge variiert, wodurch verschiedene Wellenlängen das Prisma in unterschiedlichen Winkeln verlassen. Gleichseitige Prismen, Littrow-Dispersionsprismen und Pellin-Broca-Prismen können daher überall dort eingesetzt werden, wo eine spektrale Trennung oder Wellenlängenauswahl erforderlich ist, wobei die resultierende Winkeltrennung sowohl von der Materialdispersion als auch von der Prismengeometrie bestimmt wird.
Ein Laserprisma kann einen Laserstrahl innerhalb einer optischen Baugruppe ablenken, umlenken, aufteilen oder zurückführen und ermöglicht so eine kontrollierte Strahlführung in Entfernungsmess-, Zielmarkierungs-, Ausrichtungs-, Kalibrierungs- und Sensortechnik. Eckwürfelkonfigurationen können zudem als Laserretroreflektoren dienen, da ihre drei zueinander senkrechten reflektierenden Flächen einfallendes Licht über einen Bereich von Einfallswinkeln hinweg annähernd in Richtung seiner Quelle zurückwerfen.
Prismen können mehrere optische Funktionen auf relativ kleinem Raum vereinen, wodurch sie sich besonders dort eignen, wo Strahlengänge durch eng begrenzte Gehäuse geführt werden müssen. Mikrooptische Prismen und kompakte Prismenbaugruppen können Licht auf engstem Raum umlenken, während Multifunktionskomponenten Reflexion, Strahlteilung, Bildausrichtung oder Spektraltrennung in ein und derselben Baugruppe kombinieren können.
Die Geometrie eines optischen Prismas bestimmt, wie sich das Licht durch das Bauteil ausbreitet, und beeinflusst somit, welche Ausführungen für bestimmte Anwendungen in den Bereichen Bildgebung, Laser, Beobachtung oder Sensorik am besten geeignet sind.
| Prismatyp | Geometrie | Primäre optische Funktion | Typische Anwendungen im Verteidigungsbereich |
| Rechtwinkliges Prisma | Dreieckig, 45°-45°-90° | Bietet je nach Einsatzweise des Prismas eine Strahlablenkung um 90° oder eine Reflexion um 180°. | Bildgebungssysteme, Laseroptik und kompakte Strahlumlenkbaugruppen. |
| Gleichseitiges Prisma | Drei 60°-Winkel | Trennt Wellenlängen durch spektrale Dispersion. | Spektrometer und wellenlängensensitive Sensorsysteme. |
| Dove-Prisma | Abgeschnittene rechtwinklige Form | Dreht ein Bild entsprechend der Winkelausrichtung des Prismas. | Optische Nachführ- und Bildausrichtungssysteme. |
| Porro-Prisma | Rechtwinkliges Spiegelprisma | Kombiniert Bildaufrichtung mit optischer Wegumlenkung. | Fernglas- und Beobachtungsoptik. |
| Dachkantprisma | Zwei sich schneidende reflektierende Dachflächen | Ermöglicht die Bildaufrichtung bei gleichzeitiger Umlenkung des Strahlengangs. | Kompakte Visier- und Beobachtungssysteme. |
| Penta-Prisma | Fünfseitiges Prisma | Sorgt für eine feste Strahlablenkung von 90°. | Ausrichtungs-, Visier- und Messtechnik-Systeme. |
| Halb-Penta-Prisma | Reduzierte Penta-Geometrie | Bietet eine Strahlablenkung innerhalb einer kompakteren Geometrie. | Optische Baugruppen für beengte Platzverhältnisse. |
| Schmidt-Prisma | Mehrfachreflexionsprisma | Kombiniert Strahlumlenkung mit Bildausrichtung. | Kompakte Abbildungs- und Beobachtungsoptiken. |
| Pechan-Prisma | Kompaktes Mehrfachreflexionsprisma | Regelt die Bildausrichtung innerhalb kompakter Prismenbaugruppen. | Betrachtungs- und Abbildungssysteme mit begrenzter optischer Weglänge. |
| Schmidt-Pechan-Prisma | Gepaarte Prismenanordnung | Erzeugt ein aufrechtes Bild bei relativ kurzer optischer Weglänge. | Ferngläser, Zielfernrohre und Beobachtungssysteme. |
| Amici-Prisma | Dachkantprisma-Konfiguration | Sorgt für Bildaufrichtung und -ausrichtung. | Direktbild- und Zieloptiken. |
| Rhomboidprisma | Parallelogrammgeometrie | Bewirkt eine parallele Verschiebung eines Strahls, ohne dessen Richtung wesentlich zu verändern. | Strahlführung und optische Ausrichtung. |
| Keilprisma | Geringer Winkelunterschied zwischen den Flächen | Ermöglicht eine feine Winkelabweichung eines optischen Strahls. | Ausrichtungs- und Strahlsteuerungssysteme. |
| Eckwürfelprisma | Drei zueinander senkrechte reflektierende Flächen | Leitet einfallendes Licht durch Retroreflexion annähernd in Richtung seiner Quelle zurück. | Laser-Entfernungsmess-, Verfolgungs- und Ausrichtungssysteme. |
Das für ein optisches Prisma verwendete Material beeinflusst dessen Durchlässigkeitsbereich, Dispersion, Brechungsindex, Umweltbeständigkeit, thermisches Verhalten sowie die Kompatibilität mit optischen Beschichtungen; daher muss die Materialauswahl unter Berücksichtigung der Prismengeometrie und des vorgesehenen Spektralbereichs erfolgen.
Zu den weiteren Prismenmaterialien zählen Quarz, Silizium, Zinksulfid sowie eine Reihe weiterer optischer Gläser und Kristalle. Das am besten geeignete Material hängt daher vom erforderlichen Wellenlängenbereich, den Transmissionseigenschaften, den Umgebungsbedingungen sowie der Kompatibilität mit der gewählten Prismengeometrie und den Beschichtungen ab.
Optische Prismen kommen in visuellen und bildgebenden Baugruppen flächendeckend zum Einsatz, da sie relativ lange optische Wege in kompakte Gehäuse zusammenführen und dabei gleichzeitig die erforderliche Bildausrichtung beibehalten oder korrigieren können. Porro- und Dachkantprismensysteme sind in binokularartigen Optiken weit verbreitet, während Periskopprismen, Zielfernrohrprismen, Zielfernrohrprismen und ähnliche Konfigurationen Bilder in Beobachtungs-, Ziel- und Feuerleitsystemen umlenken und aufrichten können.
Elektrooptische Systeme nutzen Prismen, um Licht zwischen Objektivoptiken, Filtern, Detektoren und mehreren Sensorkanälen zu leiten, häufig in sehr kompakt gebauten Baugruppen. Komponenten aus Glas und Quarzglas werden üblicherweise mit Systemen im sichtbaren und nahen Infrarotbereich in Verbindung gebracht, während ein Infrarotprisma (IR-Prisma) aus Materialien wie Germanium, ZnSe, Silizium oder anderen infrarotdurchlässigen Medien den kurzwelligen Infrarotbereich (SWIR), mittelwelliges Infrarot (MWIR) oder optische Architekturen mit längeren Wellenlängen unterstützen, sofern das gewählte Material eine geeignete Durchlässigkeit bietet.
Laseroptikprismen ermöglichen eine kontrollierte Strahlumlenkung, -abweichung, -aufspaltung und -ausrichtung in Entfernungsmessern, Zielmarkierern, Beleuchtungsvorrichtungen und anderen elektrooptischen Geräten. Strahlteiler-, dichroitische und Eckwürfel-Retroreflektor-Prismenkonstruktionen können Laserenergie auf verschiedene optische Kanäle verteilen, ausgewählte Wellenlängen trennen oder kontrollierte Rückwege für Entfernungsmess- und Ausrichtungsfunktionen bereitstellen.
Prismen werden zudem in optische Verfolgungs-, Navigations-, Mess- und Referenzgeräte integriert, bei denen eine präzise Strahlführung oder eine kontrollierte Winkelablenkung erforderlich ist. Präzisionsprismengeometrien können definierte optische Achsen festlegen, während Eckwürfelprismen und andere Prismenreflektoren Retroreflexion für Laser-Tracking- und Messsysteme bereitstellen; kompakte Prismenbaugruppen können optische Referenz- und Sensorsysteme unterstützen, bei denen Platz und Ausrichtung streng kontrolliert werden müssen.
Mehrere Funktionen, die von Prismen erfüllt werden, lassen sich auch mit anderen optischen Komponenten realisieren, wobei sich das resultierende optische Verhalten, die Gehäuseausführung, die Ausrichtungsanforderungen und die fertigungstechnischen Aspekte jedoch erheblich unterscheiden können.
Der am besten geeignete Ansatz hängt von Faktoren wie der Betriebswellenlänge, der erforderlichen Strahlqualität, dem verfügbaren Systemvolumen, der Ausrichtungsempfindlichkeit, den Umgebungsbedingungen sowie davon ab, ob Funktionen wie Bildausrichtung oder spektrale Trennung ebenfalls erforderlich sind.
Fortschritte in den Bereichen optische Fertigung, Werkstoffe, Beschichtungen und Systemintegration erweitern kontinuierlich die Gestaltungsmöglichkeiten für Hersteller und Lieferanten kundenspezifischer optischer Prismen.
Zusammen ermöglichen diese Entwicklungen maßgeschneiderte optische Prismenkonstruktionen, die mehrere optische Funktionen vereinen und gleichzeitig anspruchsvolle Anforderungen hinsichtlich Größe, Gewicht, Ausrichtung, Wellenlängenbereich und Gesamtleistung des Systems erfüllen.
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