Asphärische
Oberflächen werden zunehmend in optischen Systeme eingesetzt.
Die
Fertigung dieser Präzisionselemente muss von einer
adäquaten
Messtechnik begleitet werden. Hierbei ergeben sich jedoch aufgrund der
gegenüber sphärischen Flächen geringeren
Symmetrie
erhebliche Probleme bei der interferometrischen Vermessung.
Für
jeden neuen Asphärentyp muss eine neue Nulllinse gefertigt
werden,
was zeit- und kostenaufwändig ist. Der Einsatz von
diffraktiven
Nulloptiken bietet hier eine kostengünstige Alternative mit
hoher
Flexibilität und neuen Möglichkeiten bei der
Kalibrierung.
Die
flächenhafte Interferometrie erlaubt die Formprüfung
von
optisch glatten Flächen mit einer Messgenauigkeit bis unter 1
nm
(ein millionstel Millimeter). Diese ungeheure Messgenauigkeit wird
ermöglicht, indem die Wellenlänge des Lichts (z.B.
rot, 633
nm) als Massstab verwendet wird. In sogenannten Nulltestkonfigurationen
werden Prüflinge mit sehr genau bekannten
Masterflächen
verglichen. Die Fehler des Prüflings treten dann wie ein
Gebirge
auf der Landkarte in Form von Höhenlinien hervor.
Wichtig
bei diesem Verfahren ist die Masterfläche. Mit einer planen
oder
sphärischen Masterfläche können viele
unterschiedliche
Prüflinge getestet werden, da Planwellen und Kugelwellen
selbstähnlich propagieren. Dies ist anders bei
nicht-kugelförmigen Flächen, sogenannten
"Asphären".
Hier benötigt man für jeden neuen Flächentyp
eine neue
Masterfläche. Aus praktischen Gründen benutzt man
eine Art
"inverse" Masterfläche, d.h. eine Linse, die zusammen mit der
asphärischen Prüflingsfläche eine Planwelle
ergibt.
Diese Planwelle wird dann mit einer ebenen Referenzfläche
verglichen. Die Linse, die die Wellenfront an die Asphäre
anpasst,
nennt man Nulllinse.
Einsatz
von Computer Generierten Hologrammen |
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Abbildung
1: Nulltest mit CGH |
Abbildung
2: Foto einer diffraktiven Nulllinse. In der Peripherie des CGH ist
eine Justagestruktur zur Ausrichtung des Hologramms im Interferometer
zu sehen. |
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Die
konventionelle Herstellung einer Nulllinse aus refraktiven Elementen
ist zeitaufwendig und teuer. Wir ersetzen daher die refraktive
Nulllinse durch ein diffraktives Element, ein computergeneriertes
Hologramm (CGH). Es erfüllt dieselbe optische Funktion, bietet
allerdings unvergleichlich mehr Designfreiheiten, ist kompakt und
hochpräzise realisierbar.
Mit Hilfe
von computergenerierten Hologrammen wird aus der sphärischen
Wellenfront des Interferometers eine asphärische Wellenfront
generiert, die eine ideale Asphärenform verkörpert.
Die
Prüfwelle wird in sich zurückreflektiert. Dadurch
werden im
Interferogramm nur die Abweichungen des Prüflings von der
Sollform
angezeigt.
Für die
Herstellung von CGH mit
einem Durchmesser bis zu 280 mm verwenden wir eine Laserbelichtungsanlage,
die in Polarkoordinaten arbeitet (CLWS300).
- Kostengünstige
Asphärenfertigung
- Durch
den Einsatz von computergenerierten Hologrammen können die
Kosten
und Vorlaufzeiten in der Asphärenfertigung reduziert werden.
Gleichzeitig steigt die Bandbreite der prüfbaren und damit
fertigbaren Asphären.
- Absolutkalibrierung
Asphärentest
- Die
Nulllinse bestimmt beim Asphärentest das Ergebnis der Messung
und
damit das Ergebnis der Fertigung. Das Beispiel des Hubble-Teleskops
zeigt, wie wichtig eine korrekte Kalibrierung des Prüfaufbaus
ist.
CGHs erlauben, einen Asphärentest absolut zu
kalibrieren (siehe Referenzen).
[1]
| A.
F. Fercher and M. Kriese. Binäre synthetische Hologramme zur
Prüfung asphärischer optischer Elemente. Optik,
35(2):168–179, 1972. |
[2]
| B.
Dörband and H. J. Tiziani. Testing aspheric surfaces with
computer-generated holograms: analysis of adjustment and shape errors.
Applied Optics, 24(16):2604– 2611, 1985. |
[3]
| S.
Reichelt, C. Pruss, and H. J. Tiziani. New design techniques and
calibration methods for CGH-null testing of aspheric surfaces. In W.
Osten, editor, Interferometry XI: Applications, volume 4778 of
Proceedings of SPIE, pages 158–168. SPIE–The
International
Society for Optical Engineering, 2002. |
[4]
| S.
Reichelt and H. J. Tiziani. Twin-CGHs for absolute calibration in
wavefront testing interferometry. Optics Communications,
220:23–32, 2003. |
[5]
| S.
Reichelt, C. Pruss, and H. J. Tiziani. Absolute interferometric test of
aspheres by use of twin computer-generated holograms. Applied Optics,
42(22):4468–4479, 2003. |
[6]
| C.
Pruss, S. Reichelt, H.J. Tiziani, W. Osten. Computer generated
holograms in interferometric testing. Optical Engineering, 43 (11),
2004. |
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