Freiformoptiken

Als Freiformoptiken werden brechende und reflektierende Oberflächen bezeichnet, die sich von typischen sphärischen und asphärischen Geometrien deutlich unterscheiden. Für Kunden aus Forschung und Industrie entwickelt das Fraunhofer ILT maßgeschneiderte Freiformoptiken für Anwendungen in verschiedenen Branchen. Zum Einsatz kommen diese Optiken beispielsweise im Bereich der Allgemein-, Straßen- und Architekturbeleuchtung. Sie steigern Energieeffizienzen und senken Betriebskosten.

Angepasste optische Freiformflächen ermöglichen die Umverteilung von Leistung durch Lichtbrechung und -reflexion. Ein Ziel ist hier beispielsweise mit einer minimalen Anzahl optischer Flächen die gewünschte Leistungsdichteverteilung bei maximaler Lichtleistung zu erhalten. Das Fraunhofer ILT entwickelt Algorithmen zur Auslegung von optischen Freiformflächen, mit denen beispielsweise brechende und reflektierende Oberflächen in einem optischen Element kombiniert werden können. Durch das Optikdesign entstehen virtuelle Prototypen, deren Eigenschaften mit Simulationssoftware überprüft werden. Kommerzielle und selbst entwickelte Tools helfen dabei, die lichttechnische Funktion zu verifizieren und den Einfluss von Fertigungs- und Montagetoleranzen zu bestimmen.

Das Leistungsangebot des Fraunhofer ILT umfasst die Realisierung der Ideen vom virtuellen Prototyp über die fertigungsangepasste Auslegung und Vermessung, Charakterisierung und Funktionsüberprüfung von hergestellten Optiken bis hin zu Simulationen und Beratung. 

Auslegung von hocheffizienten LED-Freiformoptiken für

• Allgemein- und Architekturbeleuchtung
• individuell angepasste Beleuchtungs-Geometrie
• Prozessbeleuchtung
• automobile Anwendungen
• LED-Faserkopplung

Prototypenentwicklung

• Virtual Prototyping
• Optikdesign-Aufbereitung für die Fertigung

Messtechnik für Beleuchtungsanwendungen

• Leuchtdichte- und Beleuchtungsstärkemessungen
• One-Shot-Messungen von Lichtstärkeverteilungskurven (LVK)
• Abgleich zwischen Simulation und Experiment

Völl, A., Berens, M., Wester, R., Buske, P., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
Freeform Optics Design for Extended Sources in Paraxial Approximation Exploiting the Expectation Maximization Algorithm.
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Völl, A., Wester, R., Berens, M., Buske, P., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
Accounting for Laser Beam Characteristics in the Design of Free-form Optics for Laser Material Processing.
Advanced Optical Technologies 8, 279-287 (2019)
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Wang, X., Liu, H., Juschkin, L., Li, Y., Xu, Y., Quan, X. Lu, Z.:
Freeform lens collimating spectrum-folded Hadamard transform near-infrared spectrometer
Opt. Comm. 380, 161-167 (2016)
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Hopmann, C., Brecher, C., Loosen, P., Röbig, M., Meiers, B., Berens, M.:
Mit Kunststoff in die optische Zukunft
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Limitations of the ray mapping approach in freeform optics design
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Bruneton, A., Bäuerle, A., Wester, R., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
High resolution irradiance tailoring using multiple freeform surfaces
Opt. Expr. 21, Nr. 9, 10563-10571 (2013)
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Wester, R., Bäuerle, A.:
Light shaping for illumination
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Algorithm for irradiance tailoring using multiple freeform optical surfaces
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Wester, R., Bruneton, A., Bäuerle, A.,  Stollenwerk, J.,  Loosen, P.:
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Bruneton, A., Bäuerle, A., Loosen, P., Wester, R.:
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Bäuerle, A., Wester, R., Schnitzler, C., Loosen, P.:
Design of efficient freeform lenses for mass-market illumination applications using hybrid algorithms
Proc. SPIE 7788, 778807 (10 S.), (2010)
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