Optikentwicklung und Prototypenbau: Zoomobjektiv
Die Idee:
Eine Projektionsoptik mit variabler Brennweite für hochaufgelöste Fahrzeugscheinwerfer.
Optikdesign und Prototypenbau:
Zu Beginn führen wir unseren Kunden in die Grundlagen von Projektions- und Zoomobjektiven ein. So lassen sich die Anforderungen an das geplante System präzise erfassen. Im Fokus stehen dabei die Zielsetzung des Kunden und die daraus resultierende Komplexität der Optikentwicklung.
In der Konzeptentwicklung wird auf Basis der zuvor definierten Zielsetzung der grundlegende optische Aufbau des Zoomobjektivs erarbeitet. Aus den Anforderungen an Zoomfaktor und Bauraum entsteht das fundamentale optische Layout, in diesem Fall ein Zoomobjektiv mit drei Komponenten. In dieser Phase werden zudem wichtige optische Parameter wie die numerische Apertur (NA) festgelegt.
Optikdesign
Im nächsten Schritt folgt das Optikdesign des Zoomobjektivs. Dazu werden zunächst ideale Linsen eingesetzt, um ein Setup zu entwickeln, das die vorgegebenen Spezifikationen erfüllt. In der anschließenden Designphase werden die idealen Linsen durch reale Linsen ersetzt. Die dabei entstehenden Abbildungsfehler werden durch zusätzliche Freiheitsgrade – etwa den Einsatz asphärischer Oberflächen oder zusätzlicher Linsen – schrittweise korrigiert und kompensiert, bis das System alle Anforderungen an Abbildungsqualität, Wellenlängenbereich, Apertur und Zoomfaktor erfüllt.
Toleranzanalyse
Ein wesentlicher Bestandteil des Optikdesigns ist die Toleranzanalyse. Dabei wird die Empfindlichkeit des Zoomobjektivs gegenüber Fertigungstoleranzen untersucht. So wird sichergestellt, dass das entworfene System nicht nur in der Theorie funktioniert, sondern auch zuverlässig herstellbar ist.
Für die Umsetzung des Zoomobjektivs werden die Linsenfassungen sowie die Mechanik zur definierten Bewegung der einzelnen Linsengruppen konstruiert. Durch den Einsatz moderner CAD-Methoden entstehen optomechanische Komponenten, die sowohl die präzise Ausrichtung der Optik als auch eine stabile Performance unter thermischer Belastung sicherstellen.
Die Bewegung der Linsengruppen wird über eine Kurvenführung (Pin-in-Slot-Mechanismus) realisiert, die eine exakt definierte Verschiebung entlang der optischen Achse ermöglicht. Auf diese Weise wird der gewünschte Zoomfaktor präzise und wiederholbar eingestellt. Ergänzend fließen Aspekte wie Fertigbarkeit, Toleranzmanagement und die Vermeidung von Verkippungen in die Konstruktion mit ein, um die mechanische Basis für ein robustes und zuverlässiges optisches System zu schaffen.
Die Herstellung der Linsen und mechanischen Baugruppen des Zoomobjektivs erfolgt bei externen Fertigern. Durch engen Austausch klären wir technische Details und nehmen bei Bedarf konstruktive Anpassungen vor, um eine optimale Fertigbarkeit zu gewährleisten.
In der Systemintegration werden die optischen und mechanischen Komponenten zu einem funktionalen Gesamtsystem zusammengeführt. Anschließend werden die optischen Eigenschaften des Zoomobjektivs evaluiert und die automatisierte Zoombewegung über Schrittmotoren sowie eine mikrocontrollerbasierte Steuerung inklusive Software realisiert.
Mit Abschluss der Systemintegration steht ein einsatzfähiges Zoomobjektiv für die Fahrzeuganwendung bereit.
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Ob Prototypenbau für Optik, Machbarkeitsstudie oder die Integration von Optik, Elektronik und Software – wir unterstützen Sie dabei, aus Konzepten greifbare Ergebnisse zu machen.