Simulation of the Refractive Index Variation and Validation of the Form Deviation in Precisely Molded Chalcogenide Glass Lenses (IRG 26) Considering the Stress and Structure Relaxation

Precise infrared (IR) optics are core elements of infrared cameras for thermal imaging and night vision applications and can be manufactured directly or using a replicative process. For instance, precision glass molding (PGM) is a replicative manufacturing method that meets the demand of producing precise and accurate glass optics in a cost-efficient manner. However, several iterations in the PGM process are applied to compensate the induced form deviation and the index drop after molding. The finite element method (FEM) is utilized to simulate the thermomechanical process, predicting the optical properties of molded chalcogenide lenses and thus preventing costly iterations. Prior to FEM modelling, self-developed glass characterization methods for the stress and structure relaxation of chalcogenide glass IRG 26 are implemented. Additionally, a ray-tracing method is developed in this work to calculate the optical path difference (OPD) based on the mesh structure results from the FEM simulation. The developed method is validated and conducted during the production of molded lenses.

Präzise Infrarot (IR)-Optiken sind Kernelemente von Infrarotkameras für Wärmebild- und Nachtsichtanwendungen und können direkt oder mit Hilfe eines replikativen Verfahrens hergestellt werden. Das Präzisionsblankpressen (PGM) beispielsweise ist ein replikatives Herstellungsverfahren, das die Anforderung erfüllt, präzise und genaue Glasoptiken kosteneffizient herzustellen. Beim PGM-Verfahren werden jedoch mehrere Iterationen durchgeführt, um die induzierte Formabweichung und den Indexabfall nach dem Umformen zu kompensieren. Die Finite-Elemente-Methode (FEM) wird eingesetzt, um den thermomechanischen Prozess zu simulieren, die optischen Eigenschaften von geformten Chalkogenidlinsen vorherzusagen und so kostspielige Iterationen zu vermeiden. Vor der FEM-Modellierung wurden die eigenentwickelten Glascharakterisierungsmethoden für die Spannungs- und Strukturrelaxation von Chalkogenidglas IRG 26 implementiert. Zusätzlich wird eine Ray-Tracing-Methode entwickelt, um die optische Pfaddifferenz (OPD) auf der Grundlage der Ergebnisse aus der Meshstruktur der FEM-Simulation. Die entwickelte Methode ist validiert und bei der Produktion von gepressten Linsen durchgeführt.