afocal

Ein afokales optisches System ist eines, bei dem parallele Lichtstrahlen, die in das System eintreten, als parallele Strahlen austreten und der effektive Brennpunkt ins Unendliche verschoben wird. Dies geschieht, wenn die optische Leistung des Systems (der Kehrwert der Brennweite) gleich null ist. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Linse oder einem Spiegel konvergiert oder divergiert ein afokales System das Licht nicht; stattdessen lenkt es es um und erhält dabei die kollimierte Strahlenstruktur. Das häufigste praktische Beispiel ist ein Teleskop in Normaleinstellung, bei dem eine Objektivlinse mit großer Brennweite und ein Okular mit kleiner Brennweite so angeordnet sind, dass ihre Brennpunkte zusammenfallen.

Afokale Systeme werden aus Kombinationen von Linsen oder Spiegeln aufgebaut, deren individuelle Leistungen sich gegenseitig aufheben. Eine einfache afokale Lupe besteht aus zwei positiven Linsen, die um die Summe ihrer Brennweiten voneinander getrennt sind. Bei dieser Anordnung entsteht aus einem parallelen Eingangsstrahl ein paralleler Ausgangsstrahl, aber der Durchmesser des Ausgangsstrahls unterscheidet sich vom Eingangsstrahl, was zu einer Winkelvergrößerung ohne Fokussierwirkung führt. Ferngläser und Gewehrzielfernrohre nutzen afokale Konstruktionen aus diesem Grund: Sie vergrößern die Winkeldimension entfernter Objekte, während die Austrittspupille in festem Abstand vom Auge bleibt.

Der entscheidende Vorteil eines afokalen Systems ist, dass es Licht vergrößern oder umlenken kann, ohne ein zwischenbildliches Bild zu erzeugen. Das ist wichtig, wenn Sie einen kollimitten Strahl über eine Entfernung übertragen müssen oder wenn Sie eine Vergrößerung ohne die Akkommodationsanforderung des Auges wünschen, die ein echter Brennpunkt mit sich bringen würde. In Lasersystemen und Strahlprojektionen werden afokale Teleskope verwendet, um den Strahldurchmesser zu erweitern oder zu verkleinern und dabei den Strahl parallel zu halten, was für die Kontrolle der Divergenz und der Spotgröße in der Ferne unverzichtbar ist.

Die Entwurfsvorgabe ist streng: Der Abstand zwischen den optischen Elementen muss exakt sein. Ein kleiner Fehler im Abstand oder in der Ausrichtung hebt die afokale Bedingung auf und führt zu ungewolltem Fokus oder Aberration. Temperatur und mechanische Vibrationen können den Abstand um ein Ausmaß verschieben, das die Leistung beeinträchtigt. Hochwertige afokale Instrumente verwenden präzisions-mechanische Rohre und manchmal aktive Verstellmechanismen, um die Bedingung bei Feldbenutzung beizubehalten.

Der Begriff stammt vom griechischen Präfix a- (ohne) und dem lateinischen focalis (bezogen auf einen Herd oder Mittelpunkt). Er steht im Gegensatz zu fokalen Systemen, die reale Bilder in endlichen Abständen erzeugen. In Konstruktionsdokumenten der Optik und in Ray-Tracing-Software werden afokale Systeme durch eine effektive Brennweite von null oder nahe null und Rückbrennweitenparameter identifiziert, die sich ins Unendliche erstrecken.