Asphericon开发和制造了一种Monolithic红外元件，自由曲面透镜在实现卓越的成像质量下体积减少75%

自2014年起，Asphericon与地区合作伙伴、企业及研究机构共同参与"自由曲面光学增强（fo+）"研究项目，致力于开发并商业化创新型自由曲面光学元件及系统。该合作的里程碑是2018年荣获德国科学基金会颁发的"联合研究"科学奖，以表彰其在自由曲面透镜制造领域的创新方法。

该项目的成果包括用于辅助驾驶系统的红外光学元件。Asphericon开发的自由曲面光学元件，在满足紧凑设计、易于集成和高分辨率要求方面表现卓越。得益于创新的制造技术和精密的工程设计，光学元件的体积减少了75%，同时实现了优异的图像质量。

 

项目描述

在众多其他传感器中，热成像是辅助驾驶系统的重要组成部分，例如用于检测车道上的行人。此外，为了尽可能紧凑，还要求光学元件易于集成到传感器中，具有低灵敏度和高分辨率。为了满足这些要求，在德国联邦教育和研究部的赞助下，在fo+项目中设计了一个整体式红外自由元件。作为该项目的重要组成部分，Asphericon完成了光学自由曲面系统的技术生产链开发、参考系统定义，并设计了Monolithic元件的整体形状。

 

项目实施

Asphericon开发和制造了一种Monolithic红外元件，该元件结合了三个非球面和一个自由曲面，基本上是将光束折叠到镜系统内部(见图1)。该自由曲面与最佳拟合球面的偏差为25微米，总矢高约200微米，并能够补偿系统的像差。因此在保持了卓越的成像质量前提下，该自由曲面光学元件的体积减少了75%，至2.6立方厘米。

图1由三个非球面和一个自由曲面组成单片系统布局。

制造过程中最具挑战性的是所有光学曲面的相对定位精度-任何倾斜或错位都会直接影响成像质量。为此Asphericon依据ISO10110标准为单片元件建立坐标系组与基准参考系（图2），并设计特定参考区域。

图2：所有的表面坐标系都参考根据ISO10110定义的用作主基准的整料的基础坐标系

这些参考表面便于将光学元件集成到热成像传感器中。因此，表面形状偏差和成像能力的规格明显超出（见图3），例如RMSi为31nm。

图3对自由曲面形貌偏差进行的全表面测量，显示出卓越的质量，RMSi值为31纳米。

自该项目于2022年结束以来，Asphericon持续开展自由曲面光学系统自主研发及量产优化。有关详细信息，请参阅“自由曲面透镜”。

光学技术概述

-开发在各种材料(UV、VIS、IR)上处理自由曲面透镜表面的方法，以及用于红外光学元件（如热成像系统）简易定位的锗Monolithic技术。

-将光学系统的体积减少75%

-实现卓越的图像质量，RMSi为31纳米