I. Inspektion ebener und sphärischer Oberflächen: Der Grundstein der Präzisionsoptik
Die Inspektion von ebenen und sphärischen Oberflächen ist die „stabilisierende Kraft“ optischer Systeme, wobei höchste absolute Genauigkeit und Störfestigkeit die Kernanforderungen sind.
1. Direkte Wellenfrontinspektion (Interferometrie)
● Fizeau-Interferometer:
○ Prinzip: Interferenz mit gemeinsamem Weg, der Standardspiegel und der zu prüfende Spiegel teilen sich den gleichen optischen Weg.
○ Vorteile: Extrem hohe Genauigkeit. Aufgrund der hohen Überlappung zwischen Referenz- und Messlichtweg können Restaberrationen im System auf natürliche Weise aufgehoben werden.
○ Einschränkungen: Die herkömmliche Phasenverschiebungsinterferometrie reagiert äußerst empfindlich auf Vibrationen und erfordert eine strenge Vibrationsisolierung und Temperaturkontrolle.
Optisches Pfaddiagramm des Fizeau-Interferometers
●Dynamisches Interferometer (seismisch resistenter Typ):
○Prinzip: Die räumliche Phasenverschiebung wird innerhalb eines einzelnen Bildes mithilfe eines Polarisatorarrays erreicht, wobei gleichzeitig mehrere Phasendifferenzbilder erfasst werden, um eine sofortige Messung des seismischen Widerstands zu ermöglichen.
○Vorteile: Sofortiger Erdbebenwiderstand, ein Lebensretter für die Online-Überwachung in Vakuumkammern, Umgebungen mit hohen und niedrigen Temperaturen und lauten Fabrikgebäuden.
○Nachteile: Nicht häufiger optischer Pfadfehler. Die Pfade des Referenzlichts und des Messlichts sind getrennt und eine Systemdrift kann nicht aufgehoben werden; Darüber hinaus beträgt die laterale Auflösung aufgrund der bildbasierten Bildgebung nur ein Viertel derjenigen herkömmlicher Interferometer, was die Erfassung hochfrequenter Zwischenfehler erschwert.
Funktionsprinzip des dynamischen Interferometers
2. Neigungserkennung (Differenzmethode)
● Shack-Hartmann:
○ Prinzip: Die Wellenfront wird mithilfe eines Mikrolinsenarrays segmentiert und abgebildet. Die Wellenfrontneigung wird anhand des Versatzes des Lichtflecks relativ zu einer Referenzposition berechnet und so die Oberflächenform rekonstruiert.
○ Vorteile: Extrem großer Dynamikbereich, keine kohärente Lichtquelle erforderlich, kompakte Bauweise.
○ Einschränkungen: Die räumliche Auflösung wird durch die Aperturdichte der Mikrolinse begrenzt und die absolute Genauigkeit ist relativ gering (ungefähr 1/50 Lambda).
Hartmann-Arbeitsprinzip
● Laterale Scherinterferenz (LSI):
○ Prinzip: Wellenfront-Fehlausrichtungsinterferenz, um Differenzinformationen (Steigungsinformationen) der Wellenfront zu erhalten.
○ Vorteile: Kein Referenzlicht erforderlich, verfügt über Common-Path-Eigenschaften und verfügt über eine ausgezeichnete Vibrationsfestigkeit. Wird häufig für die Wellenfrontkalibrierung extrem kurzer Wellenlängen (z. B. EUV) oder hochintegrierter Systeme vor Ort verwendet.
○ Einschränkungen: Da es sich um eine Differenzmessung handelt, hängt die Wellenfrontrekonstruktion stark vom Integrationsalgorithmus ab und die Genauigkeit wird durch die Größe des Scherbetrags begrenzt. Es wird typischerweise als Kalibrierungslösung auf Systemebene verwendet.
Funktionsprinzip des Transversalscherinterferometers
II. Prüfung asphärischer Oberflächen: Von der geometrischen Kompensation zu Beugungstechniken
Das Wesentliche bei der Prüfung asphärischer Oberflächen ist die „Vereinfachung“, bei der komplexe asphärische Wellenfronten durch Kompensationsmethoden in leicht messbare Sphären oder Ebenen umgewandelt werden.
1. Direkte Wellenfrontprüfung (Nullpunktkompensationsinterferenz)
● Nullpunkttest:
○ Vorteile: Selbstkollimation der geometrischen Optik, einfacher optischer Pfad, niedrige Kosten.
○ Einschränkungen: Schlechte Verallgemeinerung; auf quadratische Flächen beschränkt; kann keine asphärischen oder Freiformflächen höherer Ordnung verarbeiten.
Funktionsprinzip der bildlosen Erkennung
● Brechungskompensatoren (z. B. Offner-Kompensatoren):
○ Vorteile: Ausgereifte Technologie, geeignet für herkömmliche asphärische Flächen mit großem Durchmesser.
○ Einschränkungen: Extrem komplexer Herstellungsprozess und empfindliche Montage/Einstellung. Abweichungen außerhalb der Achse müssen streng kontrolliert werden; Selbst kleinste Montagefehler können zu schwerwiegenden koaxialen Aberrationen führen, die die Bestimmung der Oberflächenform beeinträchtigen.
Funktionsprinzip des Brechungskompensators
● Computerholographie(CGH):
○ Vorteile: Universeller Ausgleich. Es kann Ausrichtungsfunktionen integrieren und die mühsame physische Ausrichtung vor Ort in eine softwaregestützte geometrische Ausrichtung umwandeln, wodurch die „Montage- und Einstellfallen“ herkömmlicher Kompensatoren effektiv vermieden werden.
○ Einschränkungen: Mangelnde Vielseitigkeit. Es verfügt über ein „dediziertes“ Attribut; Jede asphärische Oberfläche erfordert unabhängige Design- und Anpassungskosten.
CGHFunktionsprinzip
2. Andere Erkennungssysteme
● Sub-Aperture Stitching (SSI):
○ Prinzip: Interferometer werden verwendet, um lokale Bereiche mit kleinen Steigungsänderungen zu messen, und anschließend wird eine mathematische Zusammenfügung durchgeführt.
○ Vorteile: Durch die Verwendung eines Interferometers mit kleiner Apertur und einer algorithmischen Synthese werden Beschränkungen der Sensorgröße überwunden und eine hochauflösende Erkennung von extrem großen Aperturen und großen Asphärizitätskomponenten erreicht, wobei Messgenauigkeit und Systemflexibilität in Einklang gebracht werden.
○ Einschränkungen: Die Kontrolle kumulativer Fehler ist schwierig; extrem hohe Abhängigkeit von einem Präzisionsverschiebetisch.
Funktionsprinzip des Subapertur-Spleißens
III. Umfassender Vergleich: Auswahllogikmatrix
IV. Fazit: Das Gleichgewicht in der technischen Logik
Die Auswahl präziser optischer Inspektionsmethoden ist im Wesentlichen ein Balanceakt zwischen Genauigkeit, Effizienz und Kosten.
●Genauigkeit ist das Entscheidende: Stellen Sie unter den gegebenen Umgebungsbedingungen sicher, dass der Inspektionsfehler ausreicht, um die Verarbeitungskonvergenz zu unterstützen und so Systemausfälle aufgrund „ungenügender Qualität“ zu verhindern.
●Effizienz ist Leben: Wählen Sie innerhalb der vorhandenen Verarbeitungsmöglichkeiten die Methode mit der schnellsten Rückmeldung und der einfachsten Montage und Einstellung, um eine Stagnation in Forschung und Entwicklung aufgrund von „Prozessredundanz“ zu verhindern.
●Kosten sind die Grenze: Wählen Sie innerhalb eines begrenzten Budgetzeitraums den Weg mit der höchsten Gesamtrendite und vermeiden Sie so Ressourcenverschwendung aufgrund „übermäßiger Qualität“.
Nur der innerhalb dieser drei roten Linien festgelegte „Inspektionbenchmark“ kann eine effiziente Iteration des geschlossenen Verarbeitungskreislaufs vorantreiben. Die Rückkehr zum gesunden Menschenverstand und das Ausgehen von den Bedürfnissen ist der Schlüssel, um mit halbem Aufwand das doppelte Ergebnis zu erzielen.
UmZhixingOptik
Ningbo Zhixing Optics Technology Co., Ltd.konzentriert sich auf hochpräzise computergestützte Holographie (CGH) Inspektionslösungen, die sich der Lösung der Kernprobleme bei der Messung von asphärischen und Freiformflächen widmen.
