Asphärische Optik
Unter einer asphärischen Optik versteht man ein optisches System aus Linsen oder Spiegeln, das mindestens eine Fläche (brechende Linsenoberfläche oder Spiegelfläche) enthält, die von der Kugelform abweicht. Durch eine asphärische (= nicht kugelförmige) Fläche hat man bessere Möglichkeiten zur Korrektur der Abbildungsfehler, da man die Fläche weitgehend frei formen kann. Speziell kann man die sphärische Aberration völlig korrigieren. Jedoch ist die Fertigung einer Asphäre (= Linse oder Spiegel mit asphärischer Fläche) oft wesentlich teurer als die eines sphärischen Elements.Diese Anwendungen sind besonders häufig:
* asphärische Kondensorlinsen werden zur Lichtbündelung in Projektoren und Scheinwerfern eingesetzt und ermöglichen hier eine höhere Lichtausbeute, da die Apertur vergrößert werden kann, ohne dass die sphärische_Aberration stört.
* Asphärische Brillengläser: durch die Abweichung von der Kugelform lassen sich flachere, dünnere, leichtere und optisch bessere Brillengläser, insbesondere für Weitsichtige (Hyperope), herstellen. Moderne Korrektionsgläser für Alterssichtige (Presbyope), die so genannten Gleitsichtgläser, haben mindestens eine Fläche, die als Freiformfläche ohne jede Symmetrie ausgebildet ist.
* Hochwertige Okulare, insbesondere Weitwinkelokulare von Fernrohren und Ferngläsern mit Bildwinkeln bis zu 70°, bestehen aus bis zu 8 teils miteinander verkitteten Linsen, und werden manchmal mit einer asphärischen Fläche versehen.
Zoom-(Vario-)Optiken mit variabler Brennweite, z. B. Fotoobjektive. Diese sind umso schwerer zu berechnen und herzustellen, je größer ihr Brennweitenbereich ist, denn die Korrektion der Abbildungsfehler muss als Kompromiss für alle einstellbaren Brennweiten erfolgen. Solche Systeme haben deshalb oft viele Linsen, teils mehr als 15, und sie können um Teil nur durch Asphären mit akzeptablen Abbildungsfehlern verwirklicht werden. Es kann auch für einfachere Objektive ökonomisch sinvoll sein, Asphären einzusetzen, da sich diese durch Abformen (siehe weiter unten) relativ preisgünstig herstellen lassen, und man damit entsprechend weniger Linsen braucht, um die Fehler ausreichend zu korrigieren.
Fotoobjektive mit hoher Lichtstärke. Wenn man die Apertur der Objektive erhöht, wachsen die Abbildungsfehler stark an und erfordern einen hohen Korrektionsaufwand. Asphärische Flächen sind dabei hilfreich, um die Fehler gut zu korrigieren und zugleich Linsenzahl und Größe des Objektivs nicht übermäßig anwachsen zu lassen.
Hauptspiegel und Sekundärspiegel vieler Spiegelteleskope haben eine asphärische Form.
* die asphärische Korrekturplatte des Schmidt-Teleskops. Sie beseitigt die sphärische Aberration des Hauptspiegels fast vollständig, welche sonst das Auflösungsvermögen bzw. das Bildfeld mindert.
* bei Außen-Rückspiegeln von KFZ kommen immer häufiger asphärische Spiegel zum Einsatz. Sie haben den Zweck, den Blickwinkel zu vergrößern, ohne dass das Bild im ebenen Hauptbereich des Spiegels verkleinert oder verzerrt wird, denn dadurch könnte man den Abstand zu anderen Verkehrsteilnehmern, die man im Spiegel sieht, nur schlecht einschätzen. Diese Spiegel tragen eine Linienmarkierung, um den Geometrieübergang (zwischen ebenem und gewölbtem Bereich) kenntlich zu machen.
*Fokussierlinsen für Diodenlaserstrahlung können asphärisch sein, um die großen Aperturen zu bewältigen. Eine Alternative sind Gradientenlinsen.
* Spiegel zur Fokussierung von Kohlendioxidlasern und Mikrowellen (Radioteleskope, Satellitenschüsseln, Hornantennen) sowie in Autoscheinwerfern sind Rotationsparaboloide.
Herstellung
Die Herstellung von Asphährischen Oberflächen kann durch eine Reihe von Verfahren erfolgen:
* Abformung, dieses für Serienfertigung kostengünstige Verfahren wird häufig für Kamera-, Kondensorlinsen sowie für Laser Pick-Up-Optiken bspw. in DVD-Playern eingesetzt [http://www.schott.com/optics_devices/german/products/molded_aspherical_lenses.html Übersicht der Fa. Schott über gepresste asphärische Linsen]. Des Weiteren werden die Verfahren für einfache Parabol- und Ellipsoidspiegel für Scheinwerfer verwendet, aber auch die Anwendung zur Herstellung großer abbildenden Spiegel wird untersucht [http://www.compositemirrors.com/Publications/SPIE%20Manuscripts/ULTRA%20Optics%206273-28.pdf Abformung von 40 cm und 100 cm Carbonspiegeln für Teleskope][http://origins.jpl.nasa.gov/meetings/ulsoc/papers/romeo.pdf Eigenschaften eines durch Abformung hergestellten Carbonspiegels mit 0,9 m Durchmesser]. Bei Fotoobjektiven verwendet man zwei Verfahren: entweder wird eine Glaslinse direkt mit einer abgeformten asphärischen Oberfläche hergestellt, oder man presst auf eine sphärische Glaslinse eine Kunststoffschicht mit asphärischer Oberfläche auf. Das erstere erfüllt höhere Anforderungen an die Formgenauigkeit und Konstanz der Eigenschaften der Linse.
CNC-gesteuertes Diamantschleifen [http://www.precitech.com/ Homepage der Fa. Precitec, auf der verschiedene Diamantschleifmaschinen vorgestellt werden]
* Magnetorheologisches Finishing [http://www.qedmrf.com/orgmain.asp?orgID=55&storyID=40 Vostellung des MRF-Verfahren und -Maschinen der Fa. QED Technologies]
* Ion-Beam Figuring oder Ion-Milling [http://www.rcopticalsystems.com/ionmill.html Übersicht über IBF/IBM der Fa. Aries zur Bearbeitung von Spiegeloberflächen ]
* CNC-Schleifmaschinen [http://www.zeeko.co.uk/papers/index.asp Wissenschaftliche Publikationen der Fa. Zeeko über CNC-Schleifverfahren]
Referenzen
Siehe auch
Optik, Auflösungsvermögen, Linsenfernrohr, Verzeichnung, Fotografie, Schmidt-Teleskop, Palomar Sky Survey, Carl_Zeiss
