Optiktechnologien

d = in cm einsetzen

n = Brechzahl

v gesamt mit Einzelwerten zusammen zählen

v = d x (n-1)/1 x tan

• Ablenkungen für mehrere Wellenlängen ausrechnen, nicht eine einzige

• sin richtig mit Klammern einsetzen

• a ist alpha

Ablenkung d = 2arcsin (n x sin (a/2)) - a

sphärische Aberration (Öffnungsfehler) = achsfernen Strahlen werden stärker gebrochen als die achsnahen Strahlen

Maßnachme: Änderung der „Durchbiegung“ von Linse kann zu einer Verbesserung führen; wirkungsvolle Unterdrückung durch Einsatz von asphärischen Flächen

Verzeichnung = Abweichung des Abbildungsmaßstabes über das betrachtete Bildfeld

Maßnahme: Verzeichnungsfreiheit, wenn bei aberrationsfreier Abbildung der Blende die Tangenswerte der objektseitigen Hauptstrahlneigungen im gleichen Verhältnis stehen wie die Tangenswerte der bildseitigen Hauptstrahlneigungen

chromatischen Aberration = Bilder entstehen für unterschiedliche Wellenlängen mit unterschiedlicher Größe in der Bildebene (Farbquerfehler) bzw. die Bilder liegen in unterschiedlichen Bildebenen auf der optischen Achse (Bildlängsfehler)

Maßnahme: Linsenkombination aus Kron- und Flintgläsern (verschiedene Brechzahlen und ABBEsche Zahlen)

astigmatische Fehler auftreten = Objektpunkt wird in unterschiedlichen Entfernungen für die sagittale und meridionale Bildlinie abgebildet

Maßnahme: durch die Lage von Blenden bzw. den Einsatz von Blendensystemen in einem optischen Strahlengang

wenn die Summe ihrer Flächen die Fläche der Blase mit der vorgegebenen größten Stufenzahl nicht überschreitet.

Die Aufteilung der Blase in mehr als 40 kleinere Blasen und unter 0,0025 ist nicht zulässig

ges: Maximale Formabweichung in x- und y-Richtung

Toleranz der Oberflächenform (Passe) 3/20, gekennzeichnet mit der Ziffer 3, lässt eine

maximale Toleranz des Pfeilhöhenfehlers von Nr = 20 Ringen zu.

Formel: x = ± 0,5 λ ⋅ Nr = 0,5 x 0,000633 x 20 = ± 0,00633 mm

• Lamda mit mm einsetzen - 633 nm = 0,000633 mm

Die Zentriertoleranz 4/8", gekennzeichnet mit der Ziffer 4, lässt einen maximalen Kippwinkel σ von 8 Bogensekunden zu.

Formel: X = σ · 10–3 · 0,5· Ø

X = 0,6 µm

mineralisches Glas:

• anorganisches Schmelzprodukt

• kühlt ohne Kristallisation ab und erstarrt

• hat keinen definierten Schmelzpunkt im Gegensatz zu den meisten kristallinen Werkstoffen

• Übergang vom flüssigen in den festen Zustand ist umkehrbar

• Struktur ist amorph (keine weitreichende Fernordnung der Bausteine); nur Nahordnung in kleinen Bereichen

• Einer anderen Definition zufolge ist Glas eine eingefrorene

• untergeordnete Vernetzung der Tetraeder (bei kristallinen Quarz gesetzmäßig angeordnet)

• Lockerung der Netzstruktur durch Atome bzw. Ione durch Verunreinigung

• Erstarrung des Glases erfolgt nicht schlagartig bei bestimmten Temperatur; innerhalb weiten Temperaturbereichs (=Transformationsbereich)

• unterkühlte Schmelze zwischen Schmelzpunkt Ts und Transformationspunkt Tg

• Transformationsbereich von 50 - 100 K

• Transformationspunkt Tg ist ein gedachter Punkt beim Übergang von fester zu flüssiger Phase; gibt Temperatur an wann sich Glasstruktur verfestigt

• Transformationspunkgt Tg wird über standardisierte Verfahren bestimmt z. B. Längenausdehnung

(Skizze siehe Galerie)

• Mineralische Gläser werden nach dem Schmelzen abgekühlt und durchlaufen eine Temperaturkühlkurve

• bei weiterer Verarbeitung müssen Gläser bis zu bestimmten Temperaturpunkten erwärmt werden

Übergang heiß → kalt

Die äußeren Schichten kühlen schneller ab als die inneren. An äußeren Schicht wird dadurch starke Zugspannungen aufgebaut. Dieser Zustand ist 10-mal kritischer als umgekehrt. Deshalb muss die Temperaturkühlkurve bei der Glasherstellung sehr exakt eingehalten werden.

Übergang kalt → heiß

Die äußeren Schichten werden schneller erwärmt. Heiße Glasoberfläche gerät unter Druck. Da Glas auf Druckspannungen weniger empfindlich reagiert als auf Zugspannungen, ist dieser Übergang unkritischer als umgekehrt.

Kunststoffgläser

Vorteile:

• geringes spezifisches Gewicht

• gute Schlagzähigkeit

• hohe Bruchfestigkeit

• Einfärbbarkeit (IR-transparente Färbungen, Filterfarben)

• Beschichtbarkeit (zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, Antireflexions- und hoch reflektierende Schichten)

• kostengünstige Massenfertigung

• Zweikomponenten-Fertigung (Optik und Fassung in einem Prozess herstellbar)

Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit, im Spritzgussverfahren Großserien komplizierter Bauelemente sehr kostengünstig ohne Nachbearbeitung der Flächen herzustellen! mechanische Teile können integriert werden.

Nachteile

• relativ geringe Temperaturbeständigkeit

• geringe Wärmeleitfähigkeit

• Wärmeausdehnung 10- bis 100-mal größer im Vergleich zu Glas

• begrenzte chemische und mechanische Stabilität

• Einfluss von Herstellungs- und Lagerbedingungen

• Wasseraufnahme

• Erweiterung des spektralen Durchlässigkeitsbereiches optischer Medien im UV durch LiF, CaF2 und Quarz, im IR durch KBr, KRS-5, CsJ; spezielle Optiken und Fenster für das IR auch aus Ge, ZnSe

• Mikroskop- und Kameraobjekte aus CaF2-Linsen in Verbindung mit Glaslinsen ermögli￾chen eine sehr gute Farbkorrektur

• polarisationsoptische Bauelemente aus stark doppelbrechendem Kalkspat (Calcit, CaCO3), Gips und Glimmer sowie aus Materialien mit geringer Doppelbrechung wie Quarz (SiO2), Korund (Al2O3), ADP

• optische Filter

• elektrooptische und nichtlineare optische Bauelemente

• akustooptische Bauelemente

Außerdem Verwendung in der Optik als Laserkristalle, Szintillatoren, Leucht￾stoffe, Detektoren und Medium für die optische Datenspeicherung!

1. Kontaktlinse: Kunststoff, hartes oder weiches Material; wichtig ist Sauerstoffdurchlässigkeit

2. Strahlteiler: Für die Anwendung im IR-Bereich bei einer Wellenlänge von 10,6 µm kommen ausschließlich Kristallwerkstoffe zum Einsatz, die eine ausreichende Transmission haben. Diese Wellenlänge ist die Hauptwellenlänge des leistungsstarken CO2-Lasers. Materialien, wie bspw. ZnSe, NaCl oder

Germanium, werden in Verbindung mit strahlteilenden Schichten eingesetzt.

3. HL-Objektiv: im UV bzw. EUV des Spektrums arbeiten, kristalline Werkstoffe erforderlich, hohen Homogenitätsanforderungen, Quarz und Kalziumfluorid kommen zum Einsatz

4. Asphäre: für Beleuchtungsaufgaben im Blankpressverfahren hergestellt, mineralische Gläser werden bevorzugt

5. Achromat: werden zur Korrektur von Farbfehlern in optischen Strahlengängen eingesetzt; aus zwei verschiedenen Glassorten vekittet/versprengt; oft Kronglas mit Flintglas

6. Lupe: sowohl mineralische Gläsern als auch organische Gläsern; wichtig Abbildungseigenschaften und herzustellende Stückzahl

7. OV-Linse = Overhead-Projektionslinsen: Heißprägeverfahren; PMMA und das PC bevorzugt weil sie im VIS-Bereich hohe Transmission haben

Teil 1

Der Entwicklungsprozess in 8 Phasen:

1. Definitionsphase: Ermittlung aller relevanten technischen und wirtschaftlichen Anforderungen

2. Prototypenphase: Gliederung aller Teilfunktionen des optischen Systems

3. Entwurfsphase: Vorplanung der Fertigung und der Prüftechnik

4. Produktionsplanungsphase: Planung des Produktionsprozesse, mit allen erforderlichen Kapazitäten

5. Ausarbeitungsphase: Erstellung der kompletten Produktionsunterlagen

6. Beschaffungsphase: Beschaffung von Produktionsmitteln, Prüfmitteln sowie Vorrichtungsmitteln

7. Vorserienphase: Start und Bewertung der Vorserie

8. Serienphase: Start und Bewertung der Serie, des reproduzierbaren Produktionsprozesses

Teil 2

Definitionsphase umfasst die Formulierung der technischen und wirtschaftlichen Anforderungen, die Festlegung der Qualitätsmerkmale und die Überprüfung der Realisierbarkeit. Signifikante Verbindlichkeiten werden in einem Pflichtenheft erfasst, Entscheid über die Eigenentwicklung, oder Vergabe von Leistungen an Dritte.

In der Prototypenphase erfolgt die Gliederung der Gesamtfunktion in Teilfunktionen. Lösungsansätze werden geschaffen, Prüfbarkeit aller wichtigen Merkmale, Erstellung von Qualitätssicherungs-Konzept.

Entwurfsphase mit Vorplanungsarbeiten für Fertigung und Prüftechnik, Konstruktionsdaten müssen erstellt werden, Toleranzoptimierung, VWJP (=Vorrichtungs-, Werk￾zeug-, Justier- und Prüfmittelvorschrift).

In der Produktionsplanungsphase werden Lieferanten ausgewählt und beurteilt, alle erforderlichen Kapazitäten für den Produktionsprozess (Produktionsmittel, Prüfmittel, Vorrichtungsmittel) werden geplant, Personalkapazitäten.

In Ausarbeitungsphase werden die Produktionsunterlagen erstellt/vervollständigt, Feinplanung des Produktionsprozesses durch Arbeitspläne

In Beschaffungsphase erfolgt Beschaffung von Produktionsmitteln, Prüfmitteln, Vorrichtungsmitteln. Erstmuster werden eingeholt und geprüft, unterzogen, Rohmaterialien, Halbzeuge und Werkzeuge werden beschafft.

In Vorserienphase wird Vorserienproduktion gestartet, Nullserienproduktion schließt sich an. Auswertung von Nullserie lässt erste Aussagen zur Prozessfähigkeit treffen. Dadurch Aufschluss über die Reproduzierbarkeit vom Fertigungsprozesses, ggf. einleiten von Korrekturmaßnahmen.

Die Serienphase bzw. die Serienfertigung kann entsprechend bestimmter Stückzahlbereiche in Klein-, Mittel- und Großserienfertigung unterteilt werden.

Gegeben

F = 125 €

m = 250 (Monatsbedarf) in Gleichung Jahresbedarf einsetzen von 12 x 250 = 3000

k = 17,50 € · 0,02 = 0,35

Formel:

x = (Wurzel aus) 2 x F x m/k

x = (Wurzel aus) 2 x 125 x 3000/0,35

x = 1463

1. Schleifen

2. Läppen

3. Polieren

4. Bohren (Ausbohren)

5. Reinigen

Im Fall a) sehr große Stückzahl pro Jahr = Massen￾produktion; Fertigungsprinzip ist Prozessprinzip (Erzeugnisprinzip); Werkzeugmaschinen, Arbeitsplätze, alle erforderlichen Fertigungsverfahren zur Komplettbearbeitung werden beim Prozessprinzip räumlich zusammengefasst.

Im Fall b) sehr unterschiedliche prismatische Bauteile mit sehr kleinen Losgrößen gefertigt = universelles und flexibles Fertigungsprinzip; Fertigungsprinzip ist Verfahrensprinzip; Werkzeugmaschinen und Arbeitsplätze mit gleiche Fertigungsverfahren werden beim Verfahrensprinzip räumlich zusammengefasst; außerordentlich hohe Flexibilität; Fehler und Störungen können relativ schnell kompensiert werden (kein Warteprinzip).

siehe Galerie

Urformen = Fertigungsverfahren:

- aus formlosen Stoff entsteht ein fester Körper

- Stoffeigenschaften sind bestimmbar

- formlose Stoffe sind Gase, Flüssigkeiten, Pulver, Fasern, Granulate

- über Abkühlprozess wird fester Aggregatzustandes des urgeformten Produktes erreicht

- letzte Prozessstufe ist die Entnahme oder Konditionierung des Erzeugnisses; typische Verfahren sind z. B. das Gießen von Metallen, das Gießen von Blockglas, das Ziehen von Glasstangen und Rohren, das Floaten von Flachglas oder das Spritzgießen von Kunststoffen

— Blockgläser dienen als Halbzeuge für die Weiterverarbeitung zur Herstellung von optischen Bauelementen

Maximalwerte für den optischen Gangunterschied:

∆n < 200 nm cm–1 = Sucheroptik, Lupen

∆n < 10 nm cm–1 = Fotooptik, Mikro

∆n < 5 nm cm–1 = Präzisionsoptik, Astro

∆n < 2 nm cm–1 = Polarisationsoptik, spezielle Mikroobjektive.

Einflussgrößen, die die Spannungsbildung beeinflussen:

• Homogenisieren der Glasschmelze und Einhalten vorgegebener Temperatur-Zeit-Kurve im Abkühlprozess bestimmen optischen Gangunterschied und damit die Restspannungen im Glasblock

• Die chemische Zusammensetzung des Gemenges, die Prozessführung beim Schmelzen und Formfüllen, Prozessdauer und -reinheit bestimmen den optischen Gangunterschied

• stehende Flüssigkeit hat eine sehr plane Oberfläche

• Radius geht gegen unendlich wegen der endlichen Ausdehnung der Floatglasanlage

• Das Floatglas kann die Form der „abbildenden“ Zinnoberfläche annehmen

• Mit ca. 1100 °C wird das beruhigte und homogenisierte Material über einen schmalen Kanal auf das Zinnbad geführt (in einem Becken gefüllt mit flüssigem Zinn; Schmelzpunkt 232 °C)

• wegen der Schwerkraft und der Oberflächenenergie bildet sich eine völlig ebene Grenzfläche