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Lexikon der Optik: Asphärenanwendungen

Asphärenanwendungen, die Anwendung asphärischer Flächen bei der Lösung optischer Probleme, die mit nur sphärischen Flächen nicht lösbar sind. Hierzu gehören z.B. die Erreichung einer reellen stigmatischen oder einer reellen aplanatischen Abbildung durch brechende Flächen oder die Konstruktion von Gleitsicht-Brillengläsern. Zum anderen handelt es sich um Probleme, die zwar mit sphärischen Flächen allein auch lösbar wären, wo aber eine oder mehrere Asphären eine wesentliche Reduzierung der Gesamtzahl optischer Flächen ermöglichen. Diese Reduzierung bedeutet z.B. eine Verminderung von Lichtverlusten, störenden Reflexen, Gewicht oder benötigtem Raum.

Ihre erste praktische Anwendung haben asphärische Flächen in Fernrohren gefunden. Heute sind Teleskopspiegel, besonders solche größeren Durchmessers, fast immer asphärisch (Spiegelteleskop). Andernfalls, beim sphärischen Primärspiegel, werden die auftretenden starken Abbildungsfehler meist durch eine oder mehrere Asphären korrigiert. Das kann z.B. durch eine Schmidtsche Korrektionsplatte geschehen, die in der Eintrittspupille vor dem Primärspiegel, in der Umgebung seines Krümmungsmittelpunktes, angeordnet ist. Auch andere Korrektoren, die sich zwischen einem asphärischen Primärspiegel und dem Bildfeld des Teleskops befinden, können eine oder mehrere asphärische Flächen enthalten, um ein möglichst großes Feld bei hoher Auflösung zu erzielen.

Für Objektive und Weitwinkelsysteme verschiedener Art gibt es eine große Anzahl von Vorschlägen für den Einsatz asphärischer Flächen. Hier soll durch Verwendung von einer oder mehreren Asphären die Gesamtzahl der optischen Flächen des Systems (bezogen auf die gleiche Abbildungsleistung) vermindert werden, verbunden mit den oben erwähnten Vorteilen. Das betrifft z.B. Zoom-Objektive (etwa für Fernsehkameras) und Photoobjektive. Allerdings setzt sich der Einsatz von Asphären in der Massenproduktion (Photoobjektive) nur sehr zögernd durch, besonders wegen ihrer noch recht hohen Fertigungskosten, verglichen mit denen für sphärische Flächen. Durch die Weiterentwicklung der Herstellungstechnologie, z.B. für Kunststofflinsen, sind hier Änderungen in Richtung auf einen verstärkten Asphäreneinsatz möglich.

Eine A. in größerem Umfang stellen bereits heute Gleitsicht-Brillengläser dar. Diese Brillengläser für Alterssichtige haben einen gleitenden, d.h. stufenlosen Dioptrienzahl-Übergang zwischen dem (oberen) Fernteil und dem (unteren) Nahteil des Brillenglases. Dabei werden die Brechwertsprünge normaler Mehrstärkengläser vermieden. Der bei Gleitsicht-Brillengläsern notwendigerweise auftretende Astigmatismus ist minimiert. Derartige Gläser sind unter einer Reihe von Bezeichnungen im Handel. Auch in ophthalmologischer Spezialoptik finden Asphären Anwendung.

Besonderheiten, die sich aus der Benutzung nichtsichtbarer Spektralbereiche ergeben, verlangen häufig die Anwendung von Asphären. Für Linsen im Infraroten werden besondere Materialien (etwa Germanium) verwendet, wobei die optische Leistung oft durch asphärische Formgebung optimiert wird. Für sehr kurzwellige Strahlung, z.B. in Röntgenstrahlmikroskopen und -teleskopen, wird asphärische Reflexionsoptik bei streifendem Einfall eingesetzt.

Auch in nichtabbildender Optik, deren Ziel weniger eine Bilderzeugung als eine bestimmte Lenkung eines Beleuchtungs- oder Energiestroms ist, sind asphärische Flächen häufig unentbehrlich. Das betrifft z.B. nichtabbildende Konzentratoren (z.B. für Sonnenenergie), ferner Beleuchtungs- und Signaloptik sowie Kondensoren mit weniger hohen Genauigkeitsanforderungen; aber auch asphärische Präzisionsoptik zur scharfen Fokussierung oder gleichmäßigen Targetausleuchtung bei Hochenergielaserstrahlung ist hier zu nennen.

Weitere A. sind für eine Reihe spezieller Zwecke durchgeführt oder vorgeschlagen worden, z.B. Asphären als Träger von Beugungsgittern, asphärischer Linsen für Video-Langspielsysteme und für Laserdrucker.

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