Interferometrische Prüfung asphärischer Oberflächen mittels computergenerierter Hologramme
Computergenerierte Hologramme (CGHs) erweitern die Möglichkeit Ihres Interferometers der Oberflächenprüfung für nahezu beliebige Geometrien. Ein CGH wandelt die vom Interferometer ausgesendete ebene Welle in eine an die Prüfoberfläche individuell angepasste asphärische Wellenfront um. Nach Reflexion an der Oberfläche und einem zweiten Durchlaufen des CGHs wird diese Welle wieder in eine ebene Welle umgewandelt. Minimale Abweichungen der Oberflächenform lassen sich so als Abweichung im Interferometerbild detektieren. Eine große Vielfalt von Oberflächentypen lassen sich auf diese Weise prüfen, wie z.B. On-Axis und Off-Axis Asphären, Cylinder und Freiformflächen. Die typische Messgenauigkeit, die mit DIOPTIC CGHs erreicht werden liegt bei λ/10 – λ/20 (PV).
Zahlreiche zusätzliche Strukturen auf dem Hologramm unterstützen Sie bei der Justage der Komponenten für einen schnellen Messvorgang und ein optimales Ergebnis.
Zahlreiche zusätzliche Strukturen auf dem Hologramm unterstützen Sie bei der Justage der Komponenten für einen schnellen Messvorgang und ein optimales Ergebnis.
Varianten computergenerierter Hologramme für die Oberflächenprüfung
Für eine Oberflächenprüfung mit CGHs können sogenannte Diffraktive Null-Linsen (DNL) oder Diffraktive Fizeau-Null-Linsen(DFNL) zum Einsatz kommen. Welche Messmethode für eine gegebene Oberfläche am passendsten ist, wird individuell von unseren Experten geprüft und empfohlen. DFNLs werden für Linsen mit einer geringen Krümmung bevorzugt, wohingegen Oberflächen mit einer starken Krümmung oft mit einem DNL geprüft werden.
Diffraktive Null-Linsen mit Fizeau-Referenzfläche (DFNL)
Unsere patentierten DFNL-Messobjektive ersetzen die Transmission Sphere (TS) welche für die Prüfung von sphärischen Oberflächen genutzt wird, sowie die übliche Kombination aus Transmission Sphere und CGH. Die asphärische Prüfwellenfront und die ebene Referenzwellenfront werden an derselben Oberfläche der DFNL erzeugt. Dies vereinfacht die Justage und erhöht die Genauigkeit, da sich kein weiteres Element innerhalb der Fizeau-Kavität (also zwischen Referenzfläche und Prüfoberfläche) befindet. Einsatzgebiete sind die Prüfung von Präzisionsoptiken im Bereich der Fotografie, Videoobjektive und Endoskoplinsen sowie die Prüfung astronomischer Großoptiken und Satellitenoptiken. Es können sowohl hochreflektive (z.B. Metallspiegel oder Infrarotlinsen) als auch transparente Materialien (z.B. Glas oder Kunststoff, sogar mit Antireflexbeschichtung) geprüft werden.
Diffraktive Null Linse (DNL)
Oberflächen, die aufgrund ihrer starken Krümmung nicht mit einem DFNL geprüft werden können, können in der Regel mit einer Kombination aus computergeneriertem Hologramm und einem Interferometerobjektiv (Transmission Sphere, TS) geprüft werden. In diesem Fall wird nicht die ebene Welle des Interferometers moduliert, sondern eine sphärische Welle welche vom Interferometerobjektiv erzeugt wurde und die bereits eine ähnliche Form besitzt wie die benötigte asphärische Wellenfront. Ebenso wie beim Einsatz von DFNLs können sowohl konkave als auch konvexe Oberflächen geprüft werden.
Justagehilfen für ein optimales Messergebnis 
Die Messgenauigkeit und -zeit einer Oberflächenprüfung hängt stark davon ab, wie einfach sich das CGH relativ zum Interferometer und Prüfobjekt justieren lässt. DIOPTIC CGHs sind mit einer Vielzahl an Justagehilfen ausgestattet, um schnell eine gute Ausrichtung zu erreichen, die sich dann über eine Optimierung des Wellenfrontfehlers feinjustieren lässt. Das Bild rechts zeigt eine DNL zur Prüfung einer Freiformoberfläche. Mit den angebrachten Hilfsstrukturen lässt sich das CGH sowohl einfach zum Interferometer einrichten als auch die korrekte Position und Orientierung des Prüfobjektes einstellen. Die Hilfsstrukturen werden im selben Fertigungsschritt wie das Prüfhologram aufgebracht. Dadurch wird eine Sub-Mikrometer-Genauigkeit in der Herstellung erreicht.
Die Entscheidung, welche Strukturen in welcher Beschaffenheit angebracht werden, wird für jedes CGH individuell entschieden und von unseren Experten empfohlen.
Cat-Eye-Ring
Ein Cat-Eye-Ring erzeugt eine sphärische Wellenfront, welche in sich selbst zurückreflektiert wird, wenn sich der Mittelpunkt des Prüfobjekts genau im Fokus des Strahls befindet. Die Wellenfront wird mit einem Diffraktiven Ring erzeugt, welcher sich auf dem Substrat außerhalb des eigentlichen Prüfholograms befindet. Mithilfe des Interferenzmusters lässt sich so der Abstand des Prüfobjekts mikrometergenau justieren.
Retroreflektor (nur bei DNL)
Um eine möglichst exakte Justage einer DNL zur Transmission Sphere des Interferometers zu ermöglichen, wird ein Retroreflektor-Hologram angebracht. Diese diffraktiven Strukturen außerhalb des Prüfholograms erzeugen in Reflektion eine sphärische Welle. Bei einer perfekten Justage zwischen CGH und Transmission Sphere zeigt das Interferogram minimale Aberationen. ( Durch Minimieren kann die CGH Justage durchgeführt werden.)
Zusätzliche Justagehologramme für Freiformflächen
Die Messgenauigkeit und -zeit einer Oberflächenprüfung hängt stark davon ab, wie einfach sich das CGH relativ zum Interferometer und Prüfobjekt justieren lässt. DIOPTIC CGHs sind mit einer Vielzahl an Justagehilfen ausgestattet, um schnell eine gute Ausrichtung zu erreichen, die sich dann über eine Optimierung des Wellenfrontfehlers feinjustieren lässt. Das Bild rechts zeigt eine DNL zur Prüfung einer Freiformoberfläche. Mit den angebrachten Hilfsstrukturen lässt sich das CGH sowohl einfach zum Interferometer einrichten als auch die korrekte Position und Orientierung des Prüfobjektes einstellen. Die Hilfsstrukturen werden im selben Fertigungsschritt wie das Prüfhologram aufgebracht. Dadurch wird eine Sub-Mikrometer-Genauigkeit in der Herstellung erreicht.
Die Entscheidung, welche Strukturen in welcher Beschaffenheit angebracht werden, wird für jedes CGH individuell entschieden und von unseren Experten empfohlen.
Die Entscheidung, welche Strukturen in welcher Beschaffenheit angebracht werden, wird für jedes CGH individuell entschieden und von unseren Experten empfohlen.
Ein Cat-Eye-Ring erzeugt eine sphärische Wellenfront, welche in sich selbst zurückreflektiert wird, wenn sich der Mittelpunkt des Prüfobjekts genau im Fokus des Strahls befindet. Die Wellenfront wird mit einem Diffraktiven Ring erzeugt, welcher sich auf dem Substrat außerhalb des eigentlichen Prüfholograms befindet. Mithilfe des Interferenzmusters lässt sich so der Abstand des Prüfobjekts mikrometergenau justieren.
Um eine möglichst exakte Justage einer DNL zur Transmission Sphere des Interferometers zu ermöglichen, wird ein Retroreflektor-Hologram angebracht. Diese diffraktiven Strukturen außerhalb des Prüfholograms erzeugen in Reflektion eine sphärische Welle. Bei einer perfekten Justage zwischen CGH und Transmission Sphere zeigt das Interferogram minimale Aberationen. ( Durch Minimieren kann die CGH Justage durchgeführt werden.)
Bei der Justage rotationssymmetrischer Strukturen kann man die Symmetrie ausnutzen, um die Verkippung und laterale Positionierung anhand des Prüfholograms zu justieren. Bei off-axis Asphären oder Freiformflächen ist diese Symmetrie nicht vorhanden, die korrekte Ausrichtung erfolgt dann über zusätzliche Justagehologramme.
Focusing Beam
Eine sehr präzise Möglichkeit zur Justage sind die sogenannte focusing beam Hologramme.
Dabei handelt es sich um diffraktive Linsen, die einen sphärische Welle mit definiertem Fokuspunkt erzeugen. Auf dem Prüfobjekt außerhalb der Prüfoberfläche werden kleine sphärische Spiegel aufgebracht. Im Interferogramm sieht man an Hologrammen minimale Aberationen, wenn der Fokus der diffraktiven Linse und der des sphärischen Spiegels übereinstimmen, und somit die Welle in sich zurückreflektiert wird. Mit mindestens 3 dieser Hilfshologramme kann man Position und Verkippung des Prüfobjektes in allen 6 Achsen einstellen.
Dabei handelt es sich um diffraktive Linsen, die einen sphärische Welle mit definiertem Fokuspunkt erzeugen. Auf dem Prüfobjekt außerhalb der Prüfoberfläche werden kleine sphärische Spiegel aufgebracht. Im Interferogramm sieht man an Hologrammen minimale Aberationen, wenn der Fokus der diffraktiven Linse und der des sphärischen Spiegels übereinstimmen, und somit die Welle in sich zurückreflektiert wird. Mit mindestens 3 dieser Hilfshologramme kann man Position und Verkippung des Prüfobjektes in allen 6 Achsen einstellen.
Alignment Spots
Auch hierbei handelt es sich um diffraktive Linsen, die einen Fokuspunkt erzeugen. Hierfür sind auf dem Prüfobjekt entsprechende Markierungen, sogenannte Fidicials, angebracht, die bei einer korrekten Orientierung mit den Foki der Alignment Spots übereinstimmen. Sie wesentlich einfacher anzuwenden als die focusing beams, allerdings ist die Justagepräzision nicht so hoch, da nicht interferometrisch gemessen wird.
Collimated Beam
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Verfügt das Prüfobjekt über eine Planfläche außerhalb der Prüffläche besteht die Möglichkeit mit einer kollimierten Wellenfront auf dem CGH die Winkelausrichtung perfekt senkrecht zur Interferometeraxchse auszurichten
DNL Adjuster
TO DO: hier herausnehmen, gehört eigentlich in Produkte
Der DIOPTIC DNL Adjuster ist für 4″ sowie 6″ Fizeau interferometer erhältlich. Das DNL Hologramm wird in den Adjuster eingespannt und fix an das Interferometer angebracht. Über 6 Mikrometerschrauben können sowohl Position als auch Orientierung des DNLs hochpräzise justiert werden.