Optical surface metrology with spatially and temporally partially coherent light wave fields (OPaL 2)
Final Report Abstract
Die Formerfassung moderner Optiken mit komplexer Formgebung ist eine wesentliche Voraussetzung zur Herstellung und Qualitätssicherung moderner optischer Systeme. Eine kostengünstige, präzise und zugleich leicht an die Prüflingsgeometrie anpassbare Formmessung für Asphären, also Linsen oder Spiegel, deren Form von einer kugelförmigen Oberfläche abweicht, ist dabei nach wie vor eine ungelöste Herausforderung. Aufgrund des sogenannten Aperturproblems sind in der Regel viele Messungen erforderlich, um die gesamte Oberfläche eines Prüflings so auszuleuchten, dass von allen Teilen der Oberfläche Licht in das Objektiv zurückgeworfen wird und damit zur Formmessung ausgewertet werden kann. Dabei müssen die Ergebnisse dieser Einzelmessungen dann zu einem Gesamtmessergebnis zusammengesetzt werden. In diesem Forschungsprojekt wurde ein interferometrisches Verfahren realisiert, das anstatt eines Lasers eine Vielzahl handelsüblicher Leuchtdioden (LEDs) gleichzeitig verwendet. Dabei ermöglicht gerade die Eigenschaft der partiellen, also begrenzten, Interferenzfähigkeit bzw. Kohärenz die gleichzeitige Nutzung vieler LEDs. Das Licht dieser vielen Lichtquellen, das von der zu messenden Oberfläche reflektiert wird, kann nun mithilfe des Verfahrens der Multiple Aperture Shear-Interferometry (MArS) getrennt ausgewertet werden. Bei Prüflingen aus Glas, oder anderen transparenten Materialien, wird sogar die Trennung von Vorder- und Rückseitenreflexen möglich. Die Verwendung vieler Lichtquellen, in diesem Projekt mehr als 150, ermöglicht die Lösung des Aperturproblems durch eine variabel anpassbare Positionierung der Lichtquellen, sodass von jedem Teil der Oberfläche des Objekts Licht in das Objektiv der Messapparatur zurückreflektiert wird. Das Messprinzip wurde exemplarisch an asphärischen Linsen demonstriert. Ersten Messungen zufolge lagen die Abweichungen von der Sollform im Mikrometer-Bereich. Es wird erwartet, dass die Genauigkeit der Messung durch eine genauere Bestimmung der Lichtquellenpositionen und einer besseren Kalibrierung des Systems wesentlich verbessert werden kann.
Publications
- “Form metrology of optical surfaces based on partial coherent shearing interferometry in reflection,” in: Proc. 18th Internat. Conf. & Exhibition (EUSPEN 2018)
Hagemann, J.-H., Falldorf, C., Ehret, G., Bergmann, R. B.
- “Lens inspection using Multiple Aperture Shear Interferometry: Comparison to Wave Front Sensing Methods,” in: Proc. 119. Jahrestagung der DGaO (2018)
Falldorf, C., Müller, A. F., Agour, M., Hagemann, J.-H., Ehret, G., Bergmann, R. B.
- „Form determination of optical surfaces by measuring the spatial coherence function using shearing interferometry,” Optics Express 26 (21), 27991-28001 (2018)
Hagemann, J.-H., Falldorf, C., Ehret, G., Bergmann, R. B.
(See online at https://doi.org/10.1364/OE.26.027991) - “ Messen von asphärischen Linsenformen mittels räumlicher Kohärenz,“ tm - Technisches Messen 86 (6), 325- 334 (2019)
Müller, A. F., Falldorf, C., Ehret, G., Bergmann, R. B.
(See online at https://doi.org/10.1515/teme-2019-0025) - „Simultaneous measurement of independent wave fronts using multiple signal classification,” in: Proc. on Digital Holography and Three-Dimensional Imaging. OSA Technical Digest, M5A.5 (2019)
Falldorf, C., Müller, A. F., Agour, M., Bergmann, R. B.
(See online at https://doi.org/10.1364/DH.2019.M5A.5) - „Iterative Bestimmung der Form von Asphären mittels Scher-Interferometrie und inversem Raytracing,“ in: Proc. der 121. Jahrestagung der DGaO (2020)
Lotzgeselle, M., Ehret, G., Straub, A., Müller, A. F., Falldorf, C., Bergmann, R. B.
