Artikel ORAFOL Fresnel Optics GmbH

Die Fresnellinse ist eine spezielle Form der Linse, die durch ihr Design viele Vorteile bietet. Im 19. Jahrhundert für Leuchttürme entwickelt, findet sie heute Anwendung in zahlreichen optischen Systemen. Dieser Artikel beleuchtet die Vorteile, Herstellungsverfahren und Anwendungen der Fresnellinse.

Vorteile der Fresnellinsen

1. Gewicht und Größe

Eine der größten Stärken der Fresnellinse ist ihre geringe Dicke verglichen mit traditionellen Linsen. Statt einem voluminösen und dadurch schweren Körper mit gekrümmter Oberfläche ist die Fresnellinse eine flache Scheibe mit konzentrischen Rillen. Die Neigung der einzelnen Rillen realisiert die Lichtbrechung, für die ansonsten eine gewölbte Oberfläche notwendig wäre. Durch die Verringerungen des Gewichts und Volumens eignen sich Fresnellinsen besonders für großformatige Beleuchtungsoptiken und Lampen, mobile Anwendungen wie VR-Headsets und platzsparende Sensortechnik.

2. Effizienzsteigerung und Lichtausbeute

Die Flexibilität bei Design und Fertigung von Fresnellinsen ermöglicht in zahlreichen Anwendungsfällen die Erhöhung der Effizienz und Lichtausbeute, da sie als platz- und kostensparendes optisches Element die Nutzung der Beleuchtungsquelle auch aus anspruchsvollen Winkeln ermöglicht. Fresnellinsen werden daher häufig in Strahlern, Lampen oder als Beleuchtung für Lupensysteme angewendet.

3. Brennweite und optische Flexibilität

Fresnellinsen bieten eine enorme Flexibilität bei der Brennweite in sinnvollen Dimensionen. Dies erlaubt eine hohe optische Flexibilität, wodurch sie sowohl für besonders anspruchsvolle Anwendungen in sehr kleinen Abmessungen (Miniaturisierung) als auch besonders großen (Leuchttürme) Verwendung finden.

Herstellung und Material

Fresnellinsen können aus optischen Materialen wie Kunststoff und Glas hergestellt werden. Besonders die Verwendung von PMMA und PC ermöglicht eine kostengünstige Produktion von leichten und robusten Optikkomponenten. Die Herstellung kann durch Spritzgießen, Spritzprägen oder Heißprägen erfolgen. Auch in Abmessungen über 500 mm lassen sich dadurch mikrostrukturierte Fresnellinsen mit hoher Qualität herstellen.

Anwendungen

1. Leuchttürme

Die älteste Anwendung der Fresnellinse ist in Leuchttürmen (z.B. als Gürtellinse), wo sie das Licht einer Lampe in einen gebündelten Strahl fokussiert. Entwickelt wurde sie, da die großen Dimensionen der Lampen und Linsen bei herkömmlicher Bauart zu sehr hohen Gewichten und Schwierigkeiten bei der Fertigung geführt hätten.

2. Beleuchtung

In Beleuchtungssystemen wie Lampen und Scheinwerfern wird die Fresnellinse aufgrund der Bauraum- und Gewichtsersparnisse gern verwendet. Durch die Flexibilität beim Design kann die Fresnellinse optimal an LED-Beleuchtungsquellen angepasst werden. Auch als dekoratives Element findet sie durch die zahlreichen Möglichkeiten beim Design oft Verwendung.

3. Machine Vision

Die Verwendung von Fresnellinsen in bildgebenden Systemen (Kameras, Mikroskope) ist aufgrund der höheren Bildqualität von herkömmlichen Linsen eher selten. Für zahlreiche Machine Vision Anwendungen eignet sie sich jedoch hervorragend. Auch hier ist sie durch die Einsparungen bei Bauraum, Gewicht und Preis ein beliebtes optisches Element. Zudem werden die Beleuchtungssysteme im Machine Vision Bereich, wie zum Beispiel Ringlichter, oft durch Fresnellinsen ergänzt, um die Effizienz zu steigern.

4. Sensortechnik

In optischen Sensoren werden Fresnellinsen verwendet, da die Einsparungen bei Gewicht und Bauraum die Miniaturisierung begünstigen. Zudem können sie durch die Flexibilität bei Design und Herstellung optimal an das jeweilige Messprinzip (bspw. Distanzmessung) angepasst werden.

Fazit

Die Fresnellinse bietet durch ihre spezielle Bauweise zahlreiche Vorteile, wie geringes Gewicht, hohe optische Effizienz und vielseitige Einsatzmöglichkeiten. Ihre Anwendungen reichen von traditionellen Leuchttürmen über moderne LED-Beleuchtung bis hin zu innovativen Machine Vision Systemen. Ihre einfache Herstellung aus Kunststoff und die Flexibilität in der Gestaltung der Brennweite machen sie zu einem unverzichtbaren Bauteil in der modernen Optik.

Mikrolinsenarrays sind periodische oder nicht periodische Anordnungen von mehreren Einzellinsen. Die Linsen haben dabei meist Dimensionen im Submillimeterbereich, bis maximal wenige Millimeter. Mikrolinsenarrays finden Anwendung in zahlreichen optischen Systemen, darunter Beleuchtungstechnik, Laser- und Glasfaserkomponenten. Sie können zur Kollimation, Homogenisierung und Strahlformung eingesetzt werden. Durch die hohe Flexibilität beim Design, die platzsparende Form und zumeist kostengünstige Herstellung finden die Arrays aus winzigen Linsen in immer mehr Systemen Verwendung.

Ein entscheidender Aspekt bei der Herstellung von Mikrolinsenarrays ist das Material. Kunststoffe wie PMMA und PC bieten eine kostengünstige Lösung, um effiziente optische Systeme zu entwickeln. Die Herstellung erfolgt durch Spitzgieß- oder Prägeprozesse, welche eine hohe Qualität und Formgenauigkeit ermöglichen. Mikrolinsenarrays aus optischen Kunststoffen zeichnen sich neben der hohen Transmission vor allem durch ihr geringes Gewicht aus, wodurch sie sich hervorragend für die Verwendung in mobilen Geräten eignen.

Mikrolinsenarrays werden meist in Kombination mit anderen optischen Elementen verbaut. Neben Fortschritten bei der Entwicklung von optischen Materialien und Herstellungsprozessen ist es daher ein Trend, Mikrolinsenarrays direkt in andere optische Komponenten einzubringen. Die Steigerung der Effizienz sowie die Reduzierung von Bauraum, Gewicht und Kosten kann dadurch zusätzlich verbessert werden.