Randschwärzung bei Optiken

Spezifizierung von Linsen mit geschwärztem Rand
Jede unserer Linsen mit einem Durchmesser von 5 mm oder mehr kann mit geschwärzten Rändern bestellt werden. Um eine Linse mit geschwärztem Rand zu bestellen, müssen Sie einfach die Endung –INK zur Produktnummer hinzufügen. Um z. B. eine geschwärzte DCX-Linse mit 10 mm Durchmesser, 10 mm Brennweite und VIS-0°-Beschichtung zu bestellen, müssen Sie die Produktnummer #63-599-INK verwenden. Standardlinsen mit geschwärzten Rändern können auf unseren Produktseiten unter dem Link „Andere Beschichtungsarten“ bestellt werden.

Streulicht

Wenn Linsen in ein System mit mehreren Linsenelementen integriert werden, wird häufig die Gesamtleistung durch Streulicht reduziert. Streulicht ist Energie außerhalb der freien Apertur eines optischen Systems, die von den Kanten optischer und mechanischer Komponenten gestreut wird und den Sensor in Form von Rauschen (statt als Signal) erreicht. Eine übliche und erfolgreiche Methode, um Streulicht in einem System zu reduzieren, ist die Schwärzung der Optikränder im System.

Messung der BRDF

Streulichtsignale werden typischerweise als Streulichtleistung pro Raumwinkeleinheit oder als inverser Steradiant angegeben. Die Ergebnisse werden aussagekräftiger, wenn die Ergebnisse auf die Intensität des auf die Streuquelle einfallenden Lichts normiert werden. Man erhält dann die bidirektionale Reflexionsverteilungsfunktion (BRDF). Eine vereinfachte Gleichung der BRDF ist das Intensitätsverhältnis von reflektiertem zu einfallendem Licht pro Raumwinkel. Diese Messungen werden gemacht, indem ein Laser unter einem festen Winkel zur Normalen auf eine Oberfläche projiziert wird. Ein Detektor wird um den Streupunkt gedreht, um die Änderung der Strahlungsintensität als Funktion des Winkels aufzuzeichnen (Abbildung 2).

Abbildung 1: Licht von einem Objekt außerhalb des Bildfeldes wird am Rand einer Linse ohne Randschwärzung gestreut.

Abbildung 2: Ein Detektor nimmt die Strahlungsintensität als Funktion des Winkels auf.

In Abbildung 3 werden die Ergebnisse von einem solchen Test einmal mit und einmal ohne Randschwärzung verglichen. Der Graph zeigt bei Verwendung geschwärzter Ränder eine Verbesserung der Streulichtreduzierung um eine Größenordnung. Diese Verbesserung macht eine teure mechanische Systemverkleidung überflüssig. Steht der Detektor in einem Winkel von -90° zur Normalen, so ist das aufgenommene einfallende Licht aufgrund des großen Einfallswinkels nahezu Null. Bei -5° ist das aufgenommene einfallende Licht ebenfalls 0%, da die Lichtquelle vom Detektor verdeckt wird. Bei +5° gibt es aufgrund der Spiegelreflexion eine Spitze (Einfallswinkel ist gleich Ausfallswinkel). Die einfallende Lichtmenge nimmt dann wieder bis auf Null ab, während der Detektor einen Winkel von 90° zur Normalen erreicht.

Abbildung 3: BRDF-Kurve einer ungeschwärzten und einer geschwärzten Linse

Ergebnis

Abbildung 4 und 5 zeigen das Strahlungsintensitätsprofil auf einem Sensor, der eine Lichtquelle durch eine Linse abbildet. Für Abbildung 4 wurde eine Standardoptik, für Abbildung 5 eine Optik mit geschwärzten Rändern verwendet. Wie aus Abbildung 4 deutlich ersichtlich, zeigt sich ein viel höheres Grundrauschen. Dies stört die Bildaufnahme und führt zu einem geringeren Bildkontrast.

Abbildung 4: Ergebnis konventionelle Optik: Linienprofil einer Strahlungsintensitätsverteilung durch die Mitte eines Sensors mit einer ungeschwärzten Optik.

Abbildung 5: Ergebnis Randschwärzung: Linienprofil einer Strahlungsintensitätsverteilung durch die Mitte eines Sensors mit einer geschwärzten Optik.

Die Randschwärzung mit RoHS-konformer, lösungsresistenter Farbe ist als Standardoption für viele Linsen von Edmund Optics verfügbar. Die Endung -INK am Ende der Produktnummer zeigt die Randschwärzung an. Wenn es die Randschwärzung nicht als Standardoption gibt, kann sie auch als Modifikation angeboten werden.