Freiform Optiken
Leistungsstark, kompakt und leicht
Präzision für anspruchsvolle optische Systeme durch optische Freiformflächen
Freiform Optiken ermöglichen völlig neue Ansätze in der Entwicklung moderner optischer Systeme. Ihre komplexe, nicht-rotationssymmetrische Geometrie eröffnet zusätzliche Freiheitsgrade im Design und erlaubt die Realisierung kompakter, leichter und vor allem leistungsfähiger Lösungen, z.B. für Laseranwendungen, hyperspektrale Bildgebung oder Strahlformung.
Mit asphericon haben Sie einen erfahrenen Partner an ihrer Seite: von der Designberatung über die Prototypenfertigung bis zur Serienproduktion. Dank modernster CNC-Bearbeitung, neuester Messtechnik und präziser optischer Beschichtung bietet asphericon Lösungen auf höchstem Niveau.
Vorteile von Freiform Optiken auf einen Blick
Freiformflächen bieten einzigartige funktionale und strukturelle Vorteile:
- SWaP-Optimierung: kompakte Bauform, weniger Gewicht (SWaP - Size, Weight and Packaging)
- Volumenreduzierung: Faltung des Strahlengangs und Funktionsintegration
- Höhere Leistung: verbesserte numerische Apertur (NA) und größeres Sichtfeld (FOV)
- Breites Anwendungsspektrum: wie hyperspektrale Bildgebung, IR-Detektion und Strahlformung
- Dynamische Systeme: z.B. Alvarez Optiken mit variabler Brennweite
Spezifikationen
| Standard-Qualität | Präzisions-Qualität | Diamond-Turning | ||
|---|---|---|---|---|
| Durchmesser | 8 – 300 mm | 4 – 300 mm | 1 - 300 mm | |
| Durchmesser Toleranz | ± 0,1 mm | ± 0,01 mm | ||
| Mittendicke | 2 - 60 mm | 2 - 60 mm | ab 0,5 mm | |
| Toleranz Mittendicke | ± 0,1 mm | ± 0,05 mm | ||
| RMSi Unregelmäßigkeit | 0.75 – 0.3 µm | 0.09 µm | 0.1 µm | |
| Oberflächenrauheit | 2.0 – 3.0 nm | 1.5 – 2.0 nm | bis zu 1 nm | |
| Vollflächig interferometrische Vermessung | optional | optional | optional | |
| Beschichtung | kundenspezifisch | kundenspezifisch | kundenspezifisch | |
| Material | kundenspezifisch (inkl. Keramik, IR-Materialien) | kundenspezifisch (inkl. Keramik, IR-Materialien) | kundenspezifisch (inkl. Keramik, IR-Materialien) | |
| Fassung | kundenspezifisch | kundenspezifisch | kundenspezifisch |
Schritt für Schritt zum perfekten Freiformsystem
Die Entwicklung und Fertigung komplexer Freiformsysteme beginnt mit einer präzisen Spezifikation, wahlweise als analytische Gleichung, Punktwolke oder vollständiges 3D-CAD-Modell. Während sich einfache Freiformsysteme noch mit dezentrierten sphärischen oder asphärischen Flächen realisieren lassen, entsteht echter Freiformcharakter erst durch gezielte Gestaltung asymmetrischer Geometrien mit mehreren Freiheitsgraden. Diese geometrische Vielfalt eröffnet enorme funktionale Möglichkeiten, stellt aber auch höchste Anforderungen an Design, Fertigung und Messtechnik. asphericon begleitet Sie entlang des gesamten Wertschöpfungsprozesses 100% digital: von der Designoptimierung über hochpräzise CNC-Bearbeitung und Beschichtung bis zur optischen Vermessung kompletter Komponenten, inklusive Positionstoleranzen und systemischer Anforderungen. Eine digital vernetzte Fertigungsarchitektur sorgt dafür, dass jeder Fertigungsschritt dokumentiert, transparent dargestellt und jederzeit nachverfolgbar ist.
Individuelles Optikdesign
Digitale Nachverfolgung jeden Fertigungsschrittes
Ausgefallene Materialien (z.B. Keramik) und umfangreiche TestszenarienDie hochpräzise CNC-Bearbeitung setzt komplexe Geometrien exakt um. Mittels MRF-Politur (Magnetorheologisches Finishing) werden höchste Genauigkeiten erreicht. Modernste Messtechnik (inklusive 3D-Verfahren) sichert eine exakte Überprüfung aller Parameter.
Präzise CNC-Bearbeitung
MRF-Politur für noch höhere Genauigkeiten
Modernste 3D MesstechnikWährend der Fertigung und vor Auslieferung durchläuft jede Optik standardisierte Kontroll- und Reinigungsvorgänge. asphericon bietet optische Beschichtungen über das gesamte Spektrum von UV bis IR, mittels Sputtertechnologie werden ultraharte und langlebige Schichten erzeugt. Umwelttests (z.B. Salznebeltests) bestätigen die Robustheit der gefertigten Freiform Optiken auch unter extremen Bedingungen.
Montage und Kontrolle unter Reinraumbedingungen
Anspruchsvolle Beschichtungen von UV bis IR
UmwelttestsSpezialkompetenz: Monolithische (MOS) und dynamische Optiken
Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung und Realisierung monolithischer optischer Systeme (MOS). Diese vereinen mehrere optische Funktionen (oft einschließlich Freiformflächen) in einem einzigen Bauteil.
Die Vorteile:
- geringeres Volumen,
- minimierter Montageaufwand und
- eine signifikante Steigerung der Systemstabilität.
Besonders in gefalteten Strahlengängen oder bei komplexen Abbildungsaufgaben spielen MOS-Lösungen von asphericon ihre Stärken aus: präzise Justagevorgaben und Montagehilfen ermöglichen eine einfache Integration. In einigen Fällen kann sogar eine justagefreie Montage realisiert werden, die Kosten und Zeitaufwand deutlich reduziert. Gefertigt aus einem Stück bieten die monolithischen Optiken zudem besonders robuste Lösungen für den Einsatz in harschen Umgebungsbedingungen.
Dynamische Optiken mit Alvarez-Systemen
Auch im Bereich dynamisch einstellbarer Systeme ist asphericon Ihr Entwicklungspartner: Mit Alvarez Optiken, bestehend aus zwei gegeneinander verschiebbaren Freiformflächen, lassen sich variable Brennweiten, Zoomfunktionen oder Strahlkorrekturen kompakt, präzise und justagefrei realisieren. asphericon unterstützt Sie bei Design, Fertigung und Integration dieser anspruchsvollen Komponenten von der Konzeptphase bis zur Serienlösung.
Abbildung 1: Dynamische Veränderung der Brennweite eines Systems durch die Verwendung von Alvarez Linsen.
Freiformoptiken - Spezifikation, Vorteile und Herausforderungen
FFreiformoptiken unterscheiden sich deutlich von sphärischen oder asphärischen Oberflächen. Ihre spezielle Geometrie bietet viele Freiheitsgrade im optischen Design und ermöglicht unter anderem eine sehr hohe Abbildungsqualität.
Im Gegensatz zu rotationssymmetrischen Optiken, die durch off-axis Anordnungen oft zu Aberrationen führen, erlauben echte Freiformflächen eine gezielte Optimierung von Bildqualität, Gewicht und Baugröße. Besonders in Systemen mit gefaltetem Strahlengang, etwa in kompakten monolithischen Designs, können sie voluminöse Spiegelsysteme ersetzen.
Abbildung 2: Evolution verschiedener Linsenformen von der Sphäre zur Freiform Optik (Steigerung der Komplexität von links nach rechts)
Gegenüber Ansätzen mit klassischen Linsen ermöglichen Freiformoptiken den Erhalt von Parameter wie Sichtfeld (FOV), numerische Apertur (NA) und Wellenfrontgüte bei gleichzeitiger Miniaturisierung. Ihre Fertigung ist jedoch anspruchsvoll, da Geometrie, Bearbeitung und Vermessung hochkomplex sind. Mehr Details zu Herstellung, Designprinzipien und konkreten Projekten finden Sie in unserem Blogbeitrag.
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