Bisphärisch

Eine bisphärische Fläche hat zwei verschiedene Krümmungsradien: einen für die zentrale Zone und einen anderen für die periphere Zone. Das erzeugt einen Übergang zwischen Bereichen statt der gleichmäßigen, durchgehenden Kurve einer standardmäßigen sphärischen Linse. Die Grenze zwischen den Zonen ist normalerweise scharf definiert und liegt bei einem bestimmten Durchmesser über die optische Fläche.

Bisphärische Linsen lösen ein spezifisches Problem in der Abbildung: die sphärische Aberration. Eine einzelne sphärische Fläche fokussiert Licht aus dem Zentrum und von den Rändern an unterschiedlichen Punkten entlang der optischen Achse und verschlechtert damit die Bildschärfe im ganzen Bildfeld. Durch Abflachen der Peripherie relativ zur Mitte oder durch Steilermachen kann ein Linsendesigner Grenzstrahlen besser fokussieren, ohne die Leistung in der Mitte zu beeinträchtigen. Das Verfahren ist besonders wertvoll in Festbrennweitensystemen, wo eine Linsenverstellung nicht möglich ist.

Herstellung und Varianten

Bisphärische Flächen werden durch Schleifen und Polieren oder durch Spritzgießen bei Kunststoffoptiken hergestellt. Die präzise Erzeugung der Übergangszone ist kritisch: eine schlecht definierte Kante verursacht einen sichtbaren Ring oder Halo im Bild. Manche Designs nutzen einen schrittweisen asphärischen Übergang statt einer scharfen Stufe und verbinden die beiden Radien über eine kleine Bandbreite. Der zentrale Radius liegt typischerweise zwischen 10 und 100 mm, abhängig von der Linssenbrennweite und der Anwendung.

Bisphärisches Design kommt häufig in Kameraobjektiven vor, besonders in kompakten Teleobjektiven und Weitwinkelkonstruktionen, wo Platzmangel mehrere Linsenelemente ausschließt. Es ist auch üblich in Brillengläsern zur Korrektur peripherer Aberrationen und in LED- und Laser-Kollimatoren, wo außeraxiales Licht eng kontrolliert werden muss. Der Begriff selbst spiegelt die Beschreibung von zwei sphärischen Flächen wider, die zusammenwirken, obwohl nur eine physische Fläche vorhanden ist.

Weil bisphärische Flächen von der idealen sphärischen Form abweichen, ist die Qualitätskontrolle während der Herstellung anspruchsvoll. Eine Abweichung von mehr als einigen Mikrometern vom Design kann die Leistung spürbar verschlechtern. Die Kosten liegen über denen einer einfachen sphärischen Linse, bleiben aber deutlich unter den Kosten einer vollständig asphärischen oder diffraktiven Fläche. Das macht bisphärisches Design in kostensensitiven Anwendungen, wo Korrektur der sphärischen Aberration erforderlich ist, einen praktischen Kompromiss.