Asphären- und Freiformmesstechnik mittels scher-interferometrischem Nicht-Null-Test (AspharSchero)

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Bernhard Bergmann
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562022481

Für die Prüfung asphärischer Linsen haben sich interferometrische Null-Tests seit langem als zuverlässige Technik für die Inspektion und Qualitätskontrolle etabliert. Diese Prüfungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Sicherstellung der Präzision und Leistung asphärischer Linsen, die in verschiedenen Branchen wie der Optik, der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik weit verbreitet sind. Der derzeitige Stand der Technik bei der Prüfung asphärischer Linsen stößt jedoch im Bezug auf die flexible Vermessung unterschiedlicher Prüflinge auf erhebliche Hindernisse, die vor allem mit der Anpassungsfähigkeit und den Kosten für die Implementierung der erforderlichen computergenerierten Hologramme (CGH) zusammenhängen. CGHs sind für die Prüfung asphärischer Linsen unverzichtbar, da sie die Messung asphärischer Oberflächen ermöglichen, indem sie sicherstellen, dass das einfallende Licht senkrecht reflektiert wird, was zu auflösbaren Streifenmustern im Interferogramm führt. Eine der größten Herausforderungen sind die Komplexität und die Kosten für die Herstellung von CGHs, was ihre Integration in Prüfsysteme aufwändig macht. Darüber hinaus erfordert die Ausrichtung von CGH und Probe äußerste Präzision, was einen erheblichen Zeit- und Arbeitsaufwand bedeutet. Aus diesen Voraussetzungen ergibt sich ein dringender Bedarf für einem flexiblen und präzisen Sensor, der sich mühelos und schnell an Linsen mit unterschiedlichen Asphärizitätsgraden anpassen lässt. Ziel dieses Projektvorschlags ist die Entwicklung eines Ansatzes für die asphärische Nicht-Null-Prüfung mittels Computational Shear-Interferometry (CoSI). CoSI ist ein Verfahren zur Rekonstruktion von Amplitude und Phase beliebig geformter Wellenfeldern durch Überlagerung lateral gegeneinander verschobener Wellenfelder. Das Verfahren erlaubt damit beispielweise Deformations- oder Phasenkontrastmessungen sowie dreidimensionale Formerfassung mit einer Messunsicherheit im nm-Bereich mittels Scher-Interferometrie. Bei CoSI kann die Streifendichte durch den Betrag der lateralen Scherung eingestellt werden und ist nicht nur von der Differenz zwischen Objekt- und Referenzwelle bestimmt. Dies ermöglicht eine vielversprechende Alternative für die Prüfung asphärischer Linsen. Durch den Einsatz von CoSI in einem Nicht-Null-Test-Setup, wird eine große Winkelapertur und somit hohe Flexibilität mit einer hochgenauen, schnellen und eindeutigen Messung kombiniert. In klassischen Nicht-Null-Tests sind Retrace-Fehler die durch unterschiedliche optische Wege von Referenz- und Objektwelle entstehen ein wesentlicher Fehlereinfluss. Im scher-interferometrischen Nicht-Null-Test sind Referenz- und Objektwelle zwar nicht wesentlich getrennt voneinander, dennoch sind unterschiedliche optische Wege durch das Messsystem für variierende Prüflingsformen eine Fehlerquelle. Die Untersuchung dieser scher-interferometrischen Retrace-Fehler sowie deren Kalibrierung nimmt einen wesentlichen Anteil des beantragten Projektes ein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen