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Mikrostrukturen im Griff

Für Optiken, die aus Metallen, Halbleitern oder Kunststoff bestehen
Mikrostrukturen im Griff

Messung von diffraktiven optischen Elementen mit dem Marform MFU 200 Aspheric 3D. Das Gerät verfügt über einen optischen Sensor. Bild: Mahr
Messtechnik | Die Herstellung diffraktiver optischer Elemente, direkt auf der Optik oder im Formwerkzeug, ist ein anspruchsvoller Prozess und bedarf daher der ständigen Überwachung mit der richtigen Messtechnik.

Dr. Franz Reischer

Optiken mit definierten Mikrostrukturen auf der Oberfläche nennt man diffraktive optische Elemente (DOE). Diese werden zur Strahlformung oder zur Vermeidung von Aberrationen verwendet. Durch deren Einsatz auf Asphären können bei gleicher optischer Leistung deutliche Volumen- und Gewichtsreduzierungen, etwa bei Fotoobjektiven, erzielt werden.
Die Herstellung dieser DOE kann durch verschiedene Fertigungsverfahren erfolgen. Optiken, die aus Metallen, Halbleitern oder Kunststoff bestehen, können auf hochpräzisen Diamantdrehmaschinen gefertigt werden. Hierbei wird die diffraktive Struktur direkt in das Material eingebracht. Bei größeren Stückzahlen können formende Verfahren wie Formpressen oder Spritzgießen eingesetzt werden. Hierbei wird das Werkzeug mit den entsprechenden Strukturen gefertigt, die dann auf die Optik übertragen werden.
Das Fertigen von DOE, direkt auf der Optik oder im Formwerkzeug, ist ein anspruchsvoller Prozess und bedarf daher einer ständigen Überwachung mit der richtigen Messtechnik. Die Messung erfolgt in einem oder mehreren 2D-Schnitten. Da es sich um sehr kleine Strukturen mit Höhen im Bereich von nur 1 µm handelt, ist es wichtig, den richtigen Sensor auszuwählen.
Mit dem Messplatz Marsurf LD Aspheric von Mahr ist eine taktile Messung möglich. Dabei wird ein Tastarm mit einem Tasterradius von 2 µm verwendet. Durch die Wahl einer sehr geringen Antastkraft von 0,5 mN vermeidet man Beschädigungen der Oberfläche. Für besonders empfindliche Optiken kommt der Messplatz Marform MFU 200 Aspheric 3D, ebenfalls von Mahr, zum Einsatz. Hierbei erfolgt die Messung optisch mit einem interferometrischen Punktsensor und damit berührungslos.
Beide Messmethoden werden automatisch und mit sehr hoher Genauigkeit durchgeführt. Über eine klar strukturierte Bedienoberfläche werden die Parameter der Basis-Asphäre und der diffraktiven Struktur eingegeben. Die Software generiert daraus eine Sollkontur. Das Messprogramm startet mit einer Zenitsuche und beginnt im Anschluss mit der Messung der Kontur über die gesamte Optik. Dabei können ein oder mehrere Tastschnitte aufgenommen werden.
Die Auswertung erfolgt auf Grundlage der Sollgeometrie. Es können verschiedene Kenngrößen analysiert und ausgegeben werden. So werden zum Beispiel die Gesamtabweichung, die Abweichungen für jede einzelne Zone (Höhe, Winkel, Formabweichung) und Abweichung der Basis-Asphäre als Differenzprofil übersichtlich im Messprotokoll dargestellt.
Für die Fertigung der DOE ist es wichtig, dass aus der Gesamtabweichung ein Korrekturprofil für die Bearbeitungsmaschine erzeugt werden kann. Dies kann in verschiedenen Datenformaten im Closed-Loop-Verfahren direkt an die Bearbeitungsmaschine übergeben werden. Dadurch werden Übertragungsfehler durch eine manuelle Eingabe vermieden und der gesamte Prozess stabil gestaltet.
Produktmanager Marketing,
Mahr, Göttingen

Webcast zum Thema
Mehr zum Thema „Messtechnik für die hochgenaue Optikfertigung“ erfahren Sie von Dr. Franz Reischer, Mahr, in einem aktuellen Webcast, der ebenfalls im Konradin Verlag erscheinenden Zeitschrift Quality Engineering. Der Link:
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1.2022
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