Vom All in den Alltag

Freiformoptische Systeme werden bislang z.B. bei weltraumgestützten Teleskopen eingesetzt. Das Bündnis fo+ aus Jena will diese herausragende Technik zukünftig auch für Anwendungen im Alltag nutzbar machen.

Als Plattform, den höchst innovativen Photonik-Standort Jena vorzustellen, nutzte das Bündnis, ein vom BMBF geförderter Wachstumskern, die „Laser World of Photonics“ in München. Auf der weltweiten Leitmesse für Optische Technologien treffen sich Fachleute auf der Suche nach neuen Entwicklungen und produktivem Austausch. „Freiformoptische Systeme werden heute vorrangig bei hochkomplexen Anwendungen wie z.B. weltraumgestützten Teleskopen genutzt. Zukünftig sollen sie aber auch für Massenmärkte verfügbar sein“, erklärt Lutz Reichmann, Entwicklungsleiter bei der JENOPTIK Optical Systems GmbH, der Sprecher des Bündnisses WK+ fo+.

Workshop von WK+ fo+ auf der Photonik-Messe in München

Auf der weltweiten Leitmesse für Optische Technologien konnte WK+ fo+ seine herausragenden Innovationen einem internationalen Publikum präsentieren.

WK+ fo+

Linse vs. Freiform

Aber was unterscheidet nun Freiformoptiken von herkömmlichen Linsen? Was macht sie so besonders? Freiformoptiken haben Oberflächen, die nicht mehr – wie bei klassischen Linsen – Ausschnitte von Kugeln, d.h. sphärisch sind. Ein populäres Beispiel sind moderne Gleitsicht-Brillengläser. Damit ist es möglich, mehrere Abbildungsabstände in einem optischen Element zu vereinen. Für die technische Optik sind die Anforderungen natürlich viel höher. Optische Systeme bestehen meist aus mehreren Linsen oder Spiegeln hintereinander. Durch den Einsatz von Freiformen werden z.B. die Lichtwege kürzer oder Abbildungsfehler können kompensiert werden. Während klassische Optiken meist aus mehreren Einzellinsen aufgebaut sind, erlauben Freiformoptiken maßgeschneiderte Systeme mit weniger Komponenten in optimierter Anordnung. Die mathematische Beschreibung einer Freiformoptik ist natürlich sehr viel anspruchsvoller als die der klassischen Systeme. „Optische Systeme werden so wesentlich kompakter und leichter, verschiedene Funktionen können integriert werden“ weiß Lutz Reichmann, „und bestimmte optische Funktionen lassen sich nur mit Freiformen realisieren“. Bisher sind jedoch die Design- und Fertigungskosten noch sehr hoch und so gibt es nur wenige Anwendungen in speziellen Märkten. WK+ fo+ hat sich deshalb zum Ziel gesetzt, die gesamte Prozesskette vom Design bis zur Systemfertigung zu optimieren und aus einer Hand anzubieten.

Zukunftsvisionen

Wichtig für die Verbreitung der Technologie sind Anwendungen in Massenmärkten, z.B. für das autonome Fahren. Hier geht es in erster Linie um die Optimierung der Kameratechnik. Sowohl der Innenraum- als auch die Umfeld-Erkennung werden von freiformoptischen Systemen profitieren, denn anders als bei den bisher eingesetzten Kamerasystemen können dann mehrere Abbildungsfunktionen, z.B. in die Frontkamera im PKW integriert werden. Das Sichtfeld dieser Kameras ist derzeit 120 Meter breit und reicht 40 Meter in die Tiefe. Das reicht aber nicht aus, um autonome Entscheidungen treffen zu können. Mit Freiformoptiken könnten zukünftig gleichzeitig weitere Sichtfelder in das Kamerabild einbezogen werden. Damit können dann z.B. potenzielle Gefahrensituationen früher erkannt werden. Das Design solcher Freiformsysteme ist zentraler Forschungsschwerpunkt in Jena. Sie müssen stabiler funktionieren, fehlertoleranter sein und in Serie kostengünstig hergestellt werden können. Auf der Messe konnte sich ein internationales Publikum vom Innovationspotenzial der Technologie überzeugen. Die Region um Jena wird sich mittelfristig zu einem modernen Produktionsstandort für freiformoptische Systeme entwickeln.