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Mit Streulicht zur perfekten Optik
Ein optimiertes Design und eine lückenlose Überprüfung der Oberflächen von Optiken sind entscheidend für moderne Optiksysteme, denn selbst kleinste Unvollkommenheiten führen zu Streulicht und damit zu einem Kontrastverlust und einer geringeren Lichtausbeute. Am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena werden dafür Streulichtmessverfahren entwickelt, die ungewollte Streulichtanteile detektieren können.
Keine Oberfläche ist frei von Unvollkommenheiten, selbst Kristalle, die einem idealen Festkörperbild sehr nah kommen, weisen Störstellen auf. Um daher bereits beim Design einer Optik die richtigen Kompromisse zu finden, benötigt man detaillierte Spezifikationen, etwa welcher Grad nicht perfekter Stellen akzeptabel ist und wie diese Werte z. B. durch eine notwendige Beschichtung beeinflusst werden.
Diese Daten liefert das Fraunhofer IOF, das vielfältige Streulichtmesssysteme und -sensoren sowie dazugehörige Analysemethoden und Streulichtmodelle entwickelt. Damit ist es möglich, mit einer virtuellen Beschichtung das Streulicht bereits vor der aktuellen Fertigung vorherzusagen. Darüber hinaus können prozessbegleitend komplexe Optiken charakterisiert werden, das heißt, die Oberflächen können basierend auf ihren Design- und Konstruktionsdatensätzen automatisiert überprüft und vollflächig beurteilt werden. Dies ermöglicht ein optimiertes Verhältnis von Herstellungsaufwand und Nutzen.
Traditionell gemessen werden Oberflächenimperfektionen mittels Mikroskopie, Interferometrie oder mit taktilen Verfahren, bei denen mit einer Diamantnadel die Oberfläche abgetastet wird. Diese Verfahren sind allerdings sehr aufwändig und zeitintensiv. Bei glatten Oberflächen bietet die Streulichtmesstechnik dagegen eine bereits bewährte Alternative aufgrund der hohen Sensitivität, schnellen und berührungslosen Messwertaufnahme und hohen Robustheit, sie ist z. B. gegen Vibrationen unempfindlich. Um die Oberfläche eines Spiegels mit 60 cm Durchmesser vollflächig mit einem Rasterkraftmikroskop zu überprüfen, würde man z. B. mehr als 40 Jahre benötigen. Mit Streulichtverfahren gelingt dies hingegen in wenigen Stunden.
Durch die Vibrationsunempfindlichkeit lässt sich diese Methode im Gegensatz zu den klassischen Messverfahren auch gut in den Produktionsprozess integrieren. So zeigt die Abbildung die Integration eines kompakten Streulichtsensors in eine Ultrapräzisions-Diamantdrehmaschine, der speziell für die schnelle und flexible Rauheits- und Defektcharakterisierung entwickelt wurde. Somit kann die Charakterisierung der Oberflächenrauheit bereits direkt im Fertigungsprozess erfolgen und bei Bedarf können Prozessparameter angepasst werden.
