Kompakte Optiklösungen

Glas bietet eine hohe Lichttransmission sowie Brechzahl und ist im Gegensatz zu transparenten Kunststoffmaterialien unempfindlicher gegenüber Hitze, Feuchtigkeit und UV-Bestrahlung. Mit diesen Vorteilen ermöglicht es kompakte Beleuchtungs- und Optik-Lösungen für verschiedenste Anwendungen, von der Medizintechnik bis zur Bühnen- und Architekturbeleuchtung, für Autoscheinwerfer oder zur sogenannten UV-Härtung. Zunehmend gefragt sind besonders kleine Linsen und optische Komponenten, um immer kompaktere Designs für Lichtquellen und Optiken zu realisieren.

Dieser Trend zur Miniaturisierung befeuert auch den wachsenden Markt für Hochleistungs-LEDs (Light Emitting Diodes). Die kleinen, langlebigen Leuchtdioden sind für die eingangs genannten Anwendungen vielfach dicht neben­einander anzuordnen, zudem ist ihr breit streuendes Licht gezielt auszurichten. Zur Strahlformung benötigen Reflektoren jedoch beträchtlich Platz, und die Montage und Justierung einzelner asphärischer Linsen als Alternative oder zur Kombination ist extrem zeitraubend und daher teuer.

SCHOTT hat für diesen Bedarf eine Massenfertigungslösung gefunden und patentieren lassen: Mit der Weiterentwicklung des sogenannten Präzisionsblankpress­verfahrens ist es nun möglich, Arrays und Streifen präzise geformter Linsen in hoher Zahl zu fertigen. Die ­optischen Komponenten werden dabei akkurat in erhitztes Glas geprägt und benötigen weder Nachschliff noch Politur. Zum Einsatz kommen dazu spezielle hochbrechende „Low-Tg-Gläser” mit niedriger Transformationstemperatur (Tg).

Im Unterschied zur bisherigen Prozedur wurden beim optimierten Verfahren jedoch nicht flache oder kugelförmige Rohlinge als Basismaterial verwendet, sondern dünne Glasstäbe oder Fasern mit radialem, symmetrischem Querschnitt. Davon profitierte der Fertigungsprozess, es lassen sich nun hochwertige Linsen mit komplexen Strukturen in Massenproduktion herstellen.

„Die Linsen können eine sehr hohe und steile Wölbung haben und lassen sich extrem dicht anordnen“, sagt Dr.-Ing. Ralf Biertümpfel, Application Manager bei SCHOTT in Mainz. „Das macht sie etwa für Lichtquellen mit mehreren leds besonders attraktiv. Streifen und Arrays von Linsen sind erheblich einfacher zu bearbeiten und zu platzieren als Einzel-Linsen.”

So lassen sich beispielsweise 19 asphärisch geformte Linsen mit fünf Millimetern (mm) Durchmesser und 2,5 mm Höhe auf einem Array mit nur 25 mm Durchmesser anordnen. Das Verfahren ermöglicht auch weitere Lieferformen wie etwa diffraktive optische Elemente und Fresnel-Linsen. Darüber hinaus ist das Verfahren zur Fertigung hybrider optischer Komponenten geeignet. In einem einzigen Prozessschritt lassen sich zwei oder mehrere optische Materialien miteinander verschmelzen und gleichzeitig formen.

„Es eröffnen sich völlig neue Optionen zur kosteneffizienten Miniaturisierung optischer Systeme”, resümiert Jonathan Stringham, Leiter Produktmanagement und Business Development Advanced Optics bei SCHOTT. „Darum sind wir auch offen für neue Ideen und Anwendungen.”