Gibt es bei der Herstellung von Asphären einen Teil des Prozesses, der sich als wichtiger erweist als alle anderen? Nicht wirklich. Wenn Materialien, Verwendungszweck, Herstellbarkeit oder Messbarkeit außer Acht gelassen werden, ist die Herstellung eines Objektivs oft zu teuer und die Messung zu schwierig. Alle Teile müssen zusammenpassen, um eine maximale Leistung zu gewährleisten, die kostengünstig ist.

Materialien beeinflussen das Design

In einer sehr lockeren Übersetzung des Ausdrucks "Form folgt Funktion" muss der Optikdesigner nicht nur den Verwendungszweck der Asphäre kennen, sondern auch die Umgebung, in der sie eingesetzt wird. Nur bestimmte Materialien sind hitze-, kälte- und druckbeständig oder halten einer Reihe anderer Bedingungen stand. Verwendung und Umgebung sind zwei Parameter, die in Verbindung mit der Art des Materials berücksichtigt werden müssen, um den Erfolg des Entwurfs zu gewährleisten. Zu den gängigen Materialien, die für Asphären verwendet werden, gehören die folgenden, die alle auf ihre Weise für eine bestimmte Funktion geeignet sind.

  • Optisches Glas
  • Geschmolzenes Siliziumdioxid
  • Silizium
  • Germanium
  • Zinkselenid
  •  Optische Kunststoffe

Wählt man das falsche Glas, das nicht mit dem Herstellungsverfahren übereinstimmt, kann die Leistung beeinträchtigt werden. Wird das Glas zu stark spezifiziert, steigen die Kosten unnötig. Kann das Material poliert, geschliffen, geformt, geschmolzen oder eine Kombination daraus verwendet werden? Dies sind Fragen, die berücksichtigt werden müssen.

Welches Herstellungsverfahren wird verwendet?

Die Herstellung von Asphären ist komplex. Zu den am häufigsten angewendeten Verfahren gehören Kunststoffspritzguss, Glasguss, Diamantdrehen, CNC- und MRF-Polieren und sogar Ionenstrahl-Figurieren (IBF). Bei den Gussverfahren wird kein Material entfernt, während die anderen Verfahren subtraktiv sind - es wird eine gewisse Menge an Glas, Kunststoff oder kristallinem Material entfernt.

Der springende Punkt ist also die Bestimmung des Herstellungsverfahrens, das mit dem angegebenen Material funktioniert und ein Asphärendesign hervorbringt, das die beabsichtigte Leistung erbringt und das Budget nicht sprengt.Darüber hinaus eignen sich bestimmte Verfahren eher für Einzelanfertigungen in kleinen Stückzahlen, während andere für hohe Stückzahlen viel effektiver sind.

Es gibt Abwägungen. Die Vorteile einer Methode können in hohen Stückzahlen und niedrigen Kosten pro Asphäre liegen, aber die Einrichtungs- und Werkzeugkosten sind teuer. CNC, MRF und IBF eignen sich gut für optisches Glas, aber nicht für Kunststoffe. Das Diamantdrehen kann eine Vielzahl von Formen, einschließlich Freiformflächen, bearbeiten, eignet sich aber nicht für die Massenproduktion.

Das Zusammenspiel von Design und Materialauswahl ist ein Balanceakt, bei dem die Waage nicht zu stark zugunsten des einen oder des anderen gekippt werden darf.

 Jetzt messen wir die Asphäre

 Nicht nur ihre Herstellung ist eine Herausforderung, sondern auch ihre Messung. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen sphärischen Linse kann man sich die Oberfläche einer achsensymmetrischen Asphäre als eine Ansammlung von Kugeln mit kontinuierlich variierenden Radien vorstellen.

 Wie bei den Kugeln muss auch hier gemessen werden, wie genau die hergestellte Asphäre ihrer geplanten Form entspricht. Können die verfügbaren Messgeräte je nach Design und vorgegebenen Toleranzen Daten für Formfehler (Unregelmäßigkeiten), Welligkeit und Rauheit liefern?

Die beiden gängigsten Methoden zur Messung von Asphären sind die Interferometrie und die Profilometrie. Interferometrische Messungen liefern Daten über die Oberflächenbeschaffenheit, indem zwei Wellenfronten verglichen werden - eine, die eine hochwertige Referenz (Transmissionskugel) darstellt, und die andere, die das Prüfteil (Asphäre) repräsentiert. Das sich daraus ergebende Interferenzmuster ist eine Abbildung der Form des Teils, und bei Kugeln ist dies einfach. Dies ist jedoch nicht so einfach, wie es klingt, wenn die Referenz mit einer Oberfläche mit unterschiedlichen Radien verglichen werden muss.

Bis vor kurzem gehörten Null-Linsen und computergenerierte Hologramme (CGH) zu den interferometrischen Standardtechniken. Null-Linsen können schwierig einzurichten sein und sind für Kleinserien oder F&E nicht kosteneffizient. Mit einem CGH lässt sich eine gewünschte Wellenfront mit nahezu beliebiger Form erzeugen, und das daraus resultierende Interferenzmuster zeigt direkt die Abweichung zwischen der tatsächlichen asphärischen Oberfläche und der Soll-Oberfläche an - im Grunde eine gute Qualitätsreferenz.

 

Mit der jüngsten Einführung...

ZYGO hat vor kurzem ein neues Produkt für die Messung von Asphären eingeführt - eines, das keine Null-Linse oder speziell angefertigte CGH benötigt. Das VFA+ System kombiniert den Industriestandard VerifireTM HD mit Distanz messender Interferometrie (DMI). Zu diesem System gehört auch die Mx-Software mit einer VFA-Anwendung, mit der die Messung einer Vielzahl von Asphären möglich und einfach zu bewerkstelligen ist.

Die VFA+-Messung nutzt eine einzigartige Kombination zweier interferometrischer Techniken: berührungslose, dreidimensionale, optische Phasenverschiebungsinterferometrie und wegmessende Interferometrie (DMI). Die Einrichtung wird vereinfacht, die Ausrichtung wird vereinfacht, und ein eingebautes Design-Check-Tool beschleunigt den Messprozess und bietet die Gewissheit, dass die gemessene Asphäre den Design-Spezifikationen entspricht.

Kontaktieren Sie ZYGO für weitere Informationen über das VFA+ System.