DE102015106184B4

DE102015106184B4 - Method for shaping and / or correcting the shape of at least one optical element

Info

Publication number: DE102015106184B4
Application number: DE102015106184.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias Goy; Claudia Reinlein; Nina Leonhard; Michael Appelfelder
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2021-09-02
Anticipated expiration: 2035-04-23
Also published as: WO2016170043A1; DE102015106184A1

Abstract

Verfahren zur Formgebung und/oder Formkorrektur mindestens eines optischen Elements (5), umfassend die Schritte:- Messen der Form einer optischen Funktionsfläche (6) und der Dicke des optischen Elements (5) und Bestimmung der Abweichung von einer Zielform,- Herstellen einer Fassungsstruktur für das optische Element, wobei die Fassungsstruktur durch eine Anordnung von mehreren Fassungselementen (3) gebildet ist, und- Verbinden des optischen Elements (5) mit der Fassungsstruktur, wobei sich die Form der optischen Funktionsfläche unter Einwirkung der Gewichtskraft des optischen Elements (5) auf die Anordnung der Fassungselemente (3) in Richtung der Zielform verändert, wobei- aus Messdaten der Form der optischen Funktionsfläche (6) und der Dicke des optischen Elements (5) rechnergestützt ein dreidimensionales Modell des optischen Elements (5) erstellt wird, und- unter Verwendung des dreidimensionalen Modells eine Simulationsrechnung durchgeführt wird, um die Anordnung, die Höhen und/oder die Steifigkeit der Fassungselemente (3) derart zu bestimmen, dass gravitationsbedingte Verformungen der optischen Funktionsfläche des optischen Elementes (3) nach dem Verbinden mit der Fassungsstruktur der bestimmten Abweichung von der Zielform entgegenwirken.Method for shaping and / or correcting the shape of at least one optical element (5), comprising the steps: - measuring the shape of an optical functional surface (6) and the thickness of the optical element (5) and determining the deviation from a target shape, - producing a frame structure for the optical element, the frame structure being formed by an arrangement of several frame elements (3), and- connecting the optical element (5) to the frame structure, whereby the shape of the optical functional surface changes under the action of the weight of the optical element (5) changed to the arrangement of the mount elements (3) in the direction of the target shape, a three-dimensional model of the optical element (5) being created from measurement data of the shape of the optical functional surface (6) and the thickness of the optical element (5) with the aid of a computer, and Using the three-dimensional model, a simulation calculation is carried out in order to determine the arrangement, the heights and / or d To determine the rigidity of the mount elements (3) in such a way that deformations of the optical functional surface of the optical element (3) caused by gravity counteract the specific deviation from the target shape after connection to the mount structure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formgebung und/oder Formkorrektur mindestens eines optischen Elements.The invention relates to a method for shaping and / or correcting the shape of at least one optical element.

Die Druckschrift DE 699 18 592 T2 betrifft einen Linsenfassung und einen Projektor mit Ausrichtanordnung.The pamphlet DE 699 18 592 T2 relates to a lens mount and a projector with an alignment arrangement.

In der Druckschrift DE 10 2005 030 001 A1 sind eine Reflektorvorrichtung und ein Verfahren zur Fokussierung beschrieben.In the pamphlet DE 10 2005 030 001 A1 a reflector device and a method for focusing are described.

Die Druckschrift US 2006 / 0 232 866 A1 betrifft eine optische Einheit und einen Belichtungsapparat hiermit.The document US 2006/0 232 866 A1 relates to an optical unit and an exposure apparatus therewith.

In der Druckschrift EP 2 233 248 A1 ist insbesondere ein Schleifverfahren zur Herstellung eines optischen Elements angegeben.In the pamphlet EP 2 233 248 A1 In particular, a grinding method for producing an optical element is specified.

Optische Elemente wie zum Beispiel Spiegel oder Gitter werden in optischen Systemen in der Regel in einer Fassung gehalten. Optische Elemente, deren Fläche im Vergleich zu ihrer Dicke groß ist, weisen typischerweise eine geringe Biegesteifigkeit auf, wodurch das Fassen erschwert wird. Durch das Fassen eingebrachte Kräfte, Gravitation oder thermische Effekte (bei hoher Strahlungsenergie oder Temperaturänderung) können zu einer Deformation der optischen Funktionsfläche des optischen Elements führen. Diese Effekte können sowohl statisch als auch dynamisch sein. Weiterhin kann ein optisches Element bereits vor dem Einbau in eine Fassung herstellungsbedingte und insbesondere nicht beabsichtigte Abweichungen von einer Zielform der optischen Funktionsfläche aufweisen.Optical elements such as mirrors or grids are usually held in a mount in optical systems. Optical elements, the area of which is large compared to their thickness, typically have a low flexural rigidity, which makes it difficult to grasp. Forces, gravitation or thermal effects (with high radiation energy or temperature change) introduced by the gripping can lead to a deformation of the optical functional surface of the optical element. These effects can be static as well as dynamic. Furthermore, an optical element can have manufacturing-related and, in particular, unintended deviations from a target shape of the optical functional surface even before it is installed in a mount.

Die beim Einbau in eine Fassung, bei der Herstellung, durch die Gravitationskraft und/oder durch die Betriebsbedingungen entstehenden Deformationen eines optischen Elements können zu einer Beeinträchtigung des optischen Systems, beispielsweise zu optischen Abbildungsfehlern und/oder einer Verschiebung des Fokus führen.The deformations of an optical element that occur during installation in a mount, during manufacture, due to the force of gravity and / or due to the operating conditions can lead to an impairment of the optical system, for example to optical imaging errors and / or a shift of the focus.

Eine zu lösende Aufgabe besteht somit darin, ein Verfahren anzugeben, durch das Formfehler der optischen Funktionsfläche eines optischen Elements korrigiert und/oder die Form der optischen Funktionsfläche gezielt eingestellt werden kann.One problem to be solved is therefore to provide a method by means of which form errors in the optical functional surface of an optical element can be corrected and / or the shape of the optical functional surface can be set in a targeted manner.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Formgebung und/oder Formkorrektur mindestens eines optischen Elements gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method for shaping and / or correcting the shape of at least one optical element according to the independent patent claim. Advantageous refinements and developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Bei dem Verfahren zur Formgebung und/oder Formkorrektur eines optischen Elements wird in einem ersten Schritt die Form einer optischen Funktionsfläche des optischen Elements gemessen und die Abweichung von einer Zielform bestimmt. Weiterhin wird die Dicke des optischen Elements gemessen. Die Messung der Form und der Dicke erfolgt ortsaufgelöst, so dass aus den Messdaten rechnergestützt ein dreidimensionales Modell des optischen Elements erstellt werden kann.In the method for shaping and / or correcting the shape of an optical element, in a first step the shape of an optical functional surface of the optical element is measured and the deviation from a target shape is determined. The thickness of the optical element is also measured. The shape and thickness are measured in a spatially resolved manner, so that a three-dimensional model of the optical element can be created from the measurement data with the aid of a computer.

Das optische Element kann insbesondere durch optische oder taktile Messverfahren hinsichtlich seiner Form vermessen werden. Unter optischen Messverfahren werden z.B. Interferometrie, Konfokaltechnik oder Laserprofilometrie verstanden, taktile Messverfahren können Tastschnittmessungen oder das Antasten einzelner Punkte sein (Koordinatenmesstechnik). Vorzugsweise wird sowohl die Vorderseite des optischen Elements, welche die optische Funktionsfläche umfasst, als auch die Rückseite des optischen Elements, welche der optischen Funktionsfläche gegenüberliegt, hinsichtlich ihrer Form vermessen. Weiterhin wird die Dicke des optischen Elementes gemessen, wobei ebenso optische oder taktile Messverfahren eingesetzt werden können.The shape of the optical element can in particular be measured by optical or tactile measuring methods. Optical measuring methods are understood to be interferometry, confocal technology or laser profilometry, for example, tactile measuring methods can be stylus measurements or the probing of individual points (coordinate measuring technology). Preferably, both the front side of the optical element, which comprises the optical functional surface, and the rear side of the optical element, which is opposite the optical functional surface, are measured with regard to their shape. Furthermore, the thickness of the optical element is measured, whereby optical or tactile measuring methods can also be used.

Unter der optischen Funktionsfläche wird hier und im Folgenden die Fläche des optischen Elements verstanden, welche im Betrieb zur Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Licht, vorgesehen ist. Das optische Element kann insbesondere ein Spiegel sein, wobei die optische Funktionsfläche die Spiegelfläche ist. Alternativ kann das optische Element zum Beispiel ein Gitter sein, wobei die optische Funktionsfläche das Gitter ist.The optical functional surface is understood here and below to mean the surface of the optical element which is provided for interaction with electromagnetic radiation, in particular light, during operation. The optical element can in particular be a mirror, the optical functional surface being the mirror surface. Alternatively, the optical element can be, for example, a grating, the optical functional surface being the grating.

Unter der Dicke des optischen Elements ist insbesondere die Abmessung senkrecht zu einer Hauptebene der optischen Funktionsfläche bzw. entlang der optischen Achse zu verstehen. Die Dicke des optischen Elements kann insbesondere die Dicke eines Substrats umfassen, auf dem die optische Funktionsfläche ausgebildet ist. Beispielsweise kann die optische Funktionsfläche durch eine reflektierende Beschichtung ausgebildet werden, die auf ein Spiegelsubstrat aufgebracht ist. Die optische Funktionsfläche kann alternativ zum Beispiel ein Gitter sein, das auf einem Gittersubstrat angeordnet ist. Weiterhin kann das optische Element bei einer Ausgestaltung eine oder mehrere aktive Komponenten umfassen, welche zur Veränderung der Form und/oder Position des optischen Elements im Betrieb vorgesehen sind. Unter der Dicke des optischen Elements wird in diesem Fall die Gesamtdicke des Bereichs zwischen der optischen Funktionsfläche und einer zur Fassung des optischen Elements vorgesehenen Fassungsstruktur verstanden, d.h. die Dicke einschließlich eines Substrats der optischen Funktionsfläche und einschließlich gegebenenfalls vorhandener aktiver Elemente, welche zum Beispiel an dem Substrat angebracht sind.The thickness of the optical element is to be understood in particular as the dimension perpendicular to a main plane of the optical functional surface or along the optical axis. The thickness of the optical element can in particular include the thickness of a substrate on which the optical functional surface is formed. For example, the optical functional surface can be formed by a reflective coating that is applied to a mirror substrate. The optical functional surface can alternatively be, for example, a grating which is arranged on a grating substrate. Furthermore, in one configuration, the optical element can comprise one or more active components which are provided for changing the shape and / or position of the optical element during operation. In this case, the thickness of the optical element is understood to mean the total thickness of the area between the optical functional surface and a mount structure provided for mounting the optical element, ie the thickness including a substrate of the optical functional surface and including active elements, if any, attached to the substrate, for example.

Bei dem Verfahren wird in einem weiteren Schritt eine Fassungsstruktur für das optische Element hergestellt, wobei die Fassungsstruktur durch eine Anordnung von mehreren Fassungselementen gebildet ist. Die Fassungselemente unterscheiden sich vorzugsweise zumindest teilweise in ihrer Höhe und/oder ihrer Steifigkeit. Die aus der Anordnung der Fassungselemente gebildete Fassungsstruktur hat zum einen die Funktion, das optische Element in einer für eine Anwendung vorgegebenen Position zu fixieren. Beispielsweise werden die Fassungselemente an einer Seite mit dem optischen Element verbunden, beispielsweise mit einem Spiegelsubstrat des optischen Elements oder mit an dem optischen Element angebrachten aktiven Elementen. An einer gegenüberliegenden Seite werden die Fassungselemente zum Beispiel mit einem Trägersubstrat verbunden, welches in der vorgesehenen Anwendung als Träger für das optische Element fungiert. Weiterhin hat die Fassungsstruktur bei dem hierin beschriebenen Verfahren die Funktion, die Form der optischen Funktionsfläche des optischen Elements definiert einzustellen und/oder zu korrigieren.In the method, a mount structure for the optical element is produced in a further step, the mount structure being formed by an arrangement of several mount elements. The mount elements preferably differ at least partially in terms of their height and / or their rigidity. The mount structure formed from the arrangement of the mount elements has, on the one hand, the function of fixing the optical element in a position predetermined for an application. For example, the mount elements are connected to the optical element on one side, for example to a mirror substrate of the optical element or to active elements attached to the optical element. On an opposite side, the mount elements are connected, for example, to a carrier substrate which, in the intended application, functions as a carrier for the optical element. Furthermore, in the method described herein, the mount structure has the function of setting and / or correcting the shape of the optical functional surface of the optical element in a defined manner.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird das optische Element mit der Fassungsstruktur verbunden, wobei sich die Form der optischen Funktionsfläche unter Einwirkung der Gewichtskraft und/oder einer zusätzlichen Kraft in gleicher Wirkrichtung senkrecht zur optischen Funktionsfläche des optischen Elements auf die Anordnung der Fassungselemente in Richtung der Zielform verändert. Auf diese Weise werden vorteilhaft bei der Messung der Form der optischen Funktionsfläche und/oder der Dicke des optischen Elements festgestellte Deformationen oder Dickenabweichungen zumindest teilweise oder vorzugsweise sogar ganz kompensiert, so dass das optische Element innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs die gewünschte Zielform erreicht.In a further process step, the optical element is connected to the mount structure, the shape of the optical functional surface changing under the action of the weight force and / or an additional force in the same effective direction perpendicular to the optical functional surface of the optical element on the arrangement of the mount elements in the direction of the target shape . In this way, deformations or thickness deviations determined when measuring the shape of the optical functional surface and / or the thickness of the optical element are at least partially or preferably even completely compensated so that the optical element achieves the desired target shape within a predetermined tolerance range.

Beim Verfahrensschritt des Messens der Form der optischen Funktionsfläche und der Dicke des optischen Elements aus den Messdaten rechnergestützt ein dreidimensionales Modell des optischen Elements erstellt. Das rechnergestützt erstellte Modell des optischen Elements bildet die Grundlage für eine Simulationsrechnung, mit der insbesondere die Anordnung sowie die Höhen und/oder die Steifigkeit der Fassungselemente in der Fassungsstruktur optimiert werden. Die Positionen, die Höhen und/oder die Steifigkeiten der Fassungselemente der Fassungsstruktur werden derart bestimmt, dass gravitationsbedingte und/oder durch zusätzlich aufgebrachte Kräfte hervorgerufene Verformungen der optischen Funktionsfläche des optischen Elementes nach dem Verbinden mit der Fassungsstruktur der bestimmten Abweichung von der Zielform entgegenwirken. Die Zielform kann beim Fügen mit der Fassungsstruktur in horizontaler Einbaulage oder in vertikaler Einbaulage erreicht werden. Hierzu wird vorteilhaft eine FEM-Simulation (finite-Elemente-Methode) eingesetzt.In the process step of measuring the shape of the optical functional surface and the thickness of the optical element, a three-dimensional model of the optical element is created from the measurement data with the aid of a computer. The computer-aided model of the optical element forms the basis for a simulation calculation with which, in particular, the arrangement as well as the heights and / or the rigidity of the mount elements in the mount structure are optimized. The positions, heights and / or the rigidity of the frame elements of the frame structure are determined in such a way that deformations of the optical functional surface of the optical element caused by gravity and / or by additionally applied forces counteract the specific deviation from the target shape after connection with the frame structure. The target shape can be achieved when joining with the frame structure in a horizontal installation position or in a vertical installation position. For this purpose, an FEM simulation (finite element method) is advantageously used.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Fassungselemente unterschiedliche Höhen auf. Die unterschiedlichen Höhen der Fassungselemente können zum Beispiel eine herstellungsbedingte unerwünschte Variation der Dicke eines Substrats des optischen Elements kompensieren. Weiterhin ist es möglich, dass durch unterschiedlichen Höhen der Fassungselemente gezielt eine gewünschte Form der optischen Funktionsfläche durch Einwirkung der Gewichtskraft des optischen Elements und/oder einer zusätzlichen Kraft in gleicher Wirkrichtung erzeugt wird. Mit anderen Worten verformt sich das optische Element unter Einwirkung der Gewichtskraft auf die Fassungselemente derart, dass es erst in der Fassungsstruktur die gewünschte Zielform erhält.In an advantageous embodiment, the mount elements have different heights. The different heights of the mount elements can, for example, compensate for a production-related, undesired variation in the thickness of a substrate of the optical element. Furthermore, it is possible that, through different heights of the mount elements, a desired shape of the optical functional surface is generated in a targeted manner by the action of the weight of the optical element and / or an additional force in the same effective direction. In other words, the optical element is deformed under the action of the weight on the mount elements in such a way that it only receives the desired target shape in the mount structure.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das optische Element bei der Herstellung mit einer ebenen optischen Funktionsfläche hergestellt wird, welche erst unter Einwirkung der Gewichtskraft des optischen Elements auf eine Fassungsstruktur, deren Fassungselemente eine vorgegebene Höhenverteilung aufweisen, in eine für die Anwendung vorgesehene gekrümmte Form gebracht wird. Beispielsweise können die Fassungselemente eine radialsymmetrische Höhenverteilung aufweisen, um gezielt eine vorgegebene radialsymmetrisch gekrümmte optische Funktionsfläche zu erzeugen. Mit Vorteil kann beispielsweise die optische Funktionsfläche nach der Herstellung eine vergleichsweise einfach herstellbare Form, beispielsweise eine ebene oder sphärisch gekrümmte Form, aufweisen, wobei die hergestellte Form unter Einwirkung der Gewichtskraft auf die Fassungselemente in eine davon abweichende Form, beispielsweise eine gekrümmte oder insbesondere asphärisch gekrümmte Form, überführt wird. Durch die Höhenverteilung der Fassungselemente können insbesondere vergleichsweise schwierig herstellbare Formen der optischen Funktionsfläche, beispielsweise asphärisch gekrümmte Flächen, durch Einwirkung der Gewichtskraft des optischen Elements und/oder einer zusätzlichen Kraft in gleicher Wirkrichtung auf die Fassungselemente gezielt eingestellt werden. Insbesondere können auf diese Weise vorteilhaft Formen der optischen Funktionsfläche erzeugt werden, welche sich durch eine Oberflächenbearbeitung des Substratmaterials des optischen Elements nur vergleichsweise schwierig erzeugen ließen.It can be provided, for example, that the optical element is produced with a flat optical functional surface during production, which is only brought into a curved shape intended for the application under the action of the weight of the optical element on a mount structure whose mount elements have a predetermined height distribution will. For example, the mount elements can have a radially symmetrical height distribution in order to specifically generate a predetermined, radially symmetrically curved optical functional surface. For example, the optical functional surface can advantageously have a shape that is comparatively easy to manufacture after manufacture, for example a planar or spherically curved shape, the shape produced being transformed into a shape deviating therefrom, e.g. Form, is transferred. Due to the height distribution of the mount elements, in particular shapes of the optical functional surface that are comparatively difficult to manufacture, for example aspherically curved surfaces, can be set in a targeted manner by the action of the weight of the optical element and / or an additional force in the same effective direction on the mount elements. In particular, shapes of the optical functional surface can advantageously be produced in this way, which can only be produced with comparative difficulty by processing the surface of the substrate material of the optical element.

Alternativ oder zusätzlich zu unterschiedlichen Höhen können die Fassungselemente unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen. Unterschiedliche Steifigkeiten der Fassungselemente können insbesondere bewirken, dass unter dem Einfluss der Gewichtskraft des optischen Elements eine vorgegebene Höhenverteilung entsteht. Die unterschiedlichen Steifigkeiten der Fassungselemente können durch unterschiedliche Materialien und/oder unterschiedliche Querschnittsformen der Fassungselemente erzielt werden. Geeignete Materialien für die Fassungselemente sind beispielsweise Polymere als Materialien mit geringer Steifigkeit und Metalle oder Keramiken als Materialien mit vergleichsweise hoher Steifigkeit.As an alternative or in addition to different heights, the mount elements can have different stiffnesses. Different stiffnesses of the mount elements can in particular have the effect that under the influence of the The weight of the optical element creates a predetermined height distribution. The different stiffnesses of the mount elements can be achieved by using different materials and / or different cross-sectional shapes of the mount elements. Suitable materials for the mount elements are, for example, polymers as materials with low rigidity and metals or ceramics as materials with comparatively high rigidity.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist die Zielform der optischen Funktionsfläche eine ebene Fläche, wobei die Abweichung der gemessenen Form der optischen Funktionsfläche von der ebenen Fläche durch das Verbinden des optischen Elements mit der Fassungsstruktur ganz oder teilweise kompensiert wird. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die Verteilung der Höhen und/oder Steifigkeit der Fassungselemente derart, dass die bei der Messung festgestellten Abweichungen von der ebenen Fläche durch Einwirkung der Gewichtskraft des optischen Elements und/oder einer zusätzlichen Kraft in gleicher Wirkrichtung auf die Fassungselemente ganz oder teilweise kompensiert werden. Beispielsweise weisen die Fassungselemente an Positionen, an denen die optische Funktionsfläche von der vorgegebenen ebenen Fläche nach oben abweicht, eine geringere Höhe und/oder eine geringere Steifigkeit auf. Entsprechend weisen die Fassungselemente an Positionen, an denen die optische Funktionsfläche von der vorgegebenen ebenen Fläche nach unten abweicht, eine größere Höhe und/oder eine größere Steifigkeit auf.In one embodiment of the method, the target shape of the optical functional surface is a flat surface, the deviation of the measured shape of the optical functional surface from the flat surface being fully or partially compensated for by connecting the optical element to the frame structure. In this embodiment, the heights and / or rigidity of the mount elements are distributed in such a way that the deviations from the flat surface determined during the measurement are fully or partially compensated by the weight of the optical element and / or an additional force in the same effective direction on the mount elements will. For example, the mount elements have a lower height and / or a lower rigidity at positions at which the optical functional surface deviates upwards from the predetermined flat surface. Correspondingly, the mount elements have a greater height and / or greater rigidity at positions at which the optical functional surface deviates downward from the predetermined flat surface.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist die Zielform der optischen Funktionsfläche eine gekrümmte Fläche, welche dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung in einen Fokus abzubilden, und wobei eine Position des Fokus durch das Verbinden des optischen Elements mit der Fassungsstruktur verändert wird. Insbesondere kann auf diese Weise eine Abweichung des aus der Messung der Oberflächenform der optischen Funktionsfläche ermittelten Fokuspunkts von einem Sollwert ganz oder teilweise korrigiert werden.In a further embodiment of the method, the target shape of the optical functional surface is a curved surface which is suitable for mapping electromagnetic radiation into a focus, and wherein a position of the focus is changed by connecting the optical element to the mount structure. In particular, a deviation of the focal point determined from the measurement of the surface shape of the optical functional surface from a setpoint value can be corrected completely or partially in this way.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist die Zielform der optischen Funktionsfläche eine gekrümmte Fläche, wobei ein optischer Abbildungsfehler der gemessenen optischen Funktionsfläche durch das Verbinden des optischen Elements mit der Fassungsstruktur ganz oder teilweise kompensiert wird. Durch eine geeignete Anordnung und Höhenverteilung der Fassungselemente kann insbesondere ein durch Abweichungen der gemessenen Form der optischen Funktionsfläche von einer Zielform bedingter optische Abbildungsfehler, beispielsweise Koma oder Astigmatismus, ganz oder teilweise korrigiert werden.In a further embodiment of the method, the target shape of the optical functional surface is a curved surface, an optical imaging error of the measured optical functional surface being completely or partially compensated for by connecting the optical element to the mount structure. By means of a suitable arrangement and height distribution of the mount elements, in particular an optical imaging error caused by deviations in the measured shape of the optical functional surface from a target shape, for example coma or astigmatism, can be completely or partially corrected.

Das hierin beschriebene Verfahren ist besonders gut geeignet für optische Elemente, deren Breite wesentlich größer als die Dicke ist. Solche optischen Elemente zeichnen sich durch eine geringe Biegesteifigkeit aus, so dass durch Einwirkung ihrer eigenen Gewichtskraft eine vergleichsweise große Verformung möglich ist. Unter der Breite des optischen Elements ist hierbei unabhängig von der Einbaulage in der vorgesehenen Anwendung die Ausdehnung in einer parallel zur optischen Funktionsfläche verlaufenden Richtung zu verstehen. Die Breite ist beispielsweise im Fall eines kreisrunden Spiegels der Spiegeldurchmesser. Besonders bevorzugt beträgt das Verhältnis der Breite b des optischen Elements zu dessen Dicke b/d > 20. Die Breite b des optischen Elements beträgt bevorzugt mehr als 100 mm, besonders bevorzugt mehr als 1000 mm.The method described herein is particularly well suited for optical elements whose width is significantly greater than the thickness. Such optical elements are characterized by a low flexural rigidity, so that a comparatively large deformation is possible through the action of their own weight. In this context, the width of the optical element is to be understood as meaning the extent in a direction running parallel to the optical functional surface, regardless of the installation position in the intended application. In the case of a circular mirror, for example, the width is the mirror diameter. The ratio of the width b of the optical element to its thickness b / d is particularly preferably> 20. The width b of the optical element is preferably more than 100 mm, particularly preferably more than 1000 mm.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zumindest ein Teil der Fassungselemente an einer von der optischen Funktionsfläche abgewandten Rückseite des optischen Elements angebracht. Insbesondere kann das optische Element derart angeordnet sein, dass die Gewichtskraft im Wesentlichen senkrecht zur optischen Funktionsfläche wirkt.According to an advantageous embodiment, at least some of the mount elements are attached to a rear side of the optical element facing away from the optical functional surface. In particular, the optical element can be arranged in such a way that the weight acts essentially perpendicular to the optical functional surface.

Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil der Fassungselemente an einem äußeren Rand des optischen Elements, insbesondere in einer Richtung parallel zur optischen Funktionsfläche, angeordnet sein. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn das optische Element in der vorgesehenen Anwendung derart angeordnet wird, dass die Gewichtskraft parallel zur optischen Funktionsfläche wirkt. Alternatively or additionally, at least some of the mount elements can be arranged on an outer edge of the optical element, in particular in a direction parallel to the optical functional surface. This is useful, for example, when the optical element is arranged in the intended application in such a way that the weight acts parallel to the optical functional surface.

Es ist weiterhin möglich, dass mehrere Teilelemente des optischen Elements durch die Fassungselemente miteinander verbunden werden. Beispielsweise können die mehreren Teilelemente jeweils einzelne Spiegelelemente eines Spiegel-Arrays sein.It is also possible for several sub-elements of the optical element to be connected to one another by the mount elements. For example, the multiple sub-elements can each be individual mirror elements of a mirror array.

Das optische Element kann bei einer Ausgestaltung eine oder mehrere aktive Komponenten umfassen, welche zur Veränderung der Form und/oder Position des optischen Elements im Betrieb vorgesehen sind. Die aktiven Komponenten können insbesondere piezoelektrische Materialien wie zum Beispiel PZT (Blei-Zirkonat-Titanat), PMN (Blei-Magnesium-Niobat) oder PVDF (Polyvinylidenfluorid) aufweisen, die durch Anlegen eines elektrischen Feldes ihre Form ändern und somit eine Verformung des Substrats des optischen Elements herbeiführen. Das optische Element kann beispielsweise ein aktiv gesteuerter deformierbarer Spiegel oder ein aktiv gesteuertes Gitter sein. Neben den genannten elektrischen Aktuationsprinzipien können auch mechanische Antriebe wie beispielsweise Mikrometerschrauben verwendet werden.In one embodiment, the optical element can comprise one or more active components which are provided for changing the shape and / or position of the optical element during operation. The active components can in particular have piezoelectric materials such as PZT (lead zirconate titanate), PMN (lead magnesium niobate) or PVDF (polyvinylidene fluoride), which change their shape when an electric field is applied and thus deform the substrate of the bring about optical element. The optical element can be, for example, an actively controlled deformable mirror or an actively controlled grating. In addition to the electrical actuation principles mentioned, mechanical drives such as micrometer screws can also be used.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 7 näher erläutert.The invention is explained below using exemplary embodiments in connection with the 1 until 7th explained in more detail.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optisches Element vor dem Verbinden mit einer Fassungsstruktur,
2 eine schematische Darstellung von zwei verschiedenen Anordnungen der Fassungselemente,
3 eine schematische Darstellung von verschiedenen möglichen Formen der Fassungselemente, und
4 bis 7 jeweils eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optisches Element nach dem Verbinden mit einer Fassungsstruktur.

Show it:

1 a schematic representation of a cross section through an optical element before connecting to a mount structure,
2 a schematic representation of two different arrangements of the frame elements,
3 a schematic representation of various possible shapes of the frame elements, and
4th until 7th each a schematic representation of a cross section through an optical element after connection to a mount structure.

Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.Identical or identically acting elements are provided with the same reference symbols in the figures. The components shown and the proportions of the components to one another are not to be regarded as true to scale.

Das in 1 schematisch im Querschnitt dargestellte optische Element 5 weist ein Spiegelsubstrat 1 auf, welches die optische Funktionsfläche 6 trägt. Das Spiegelsubstrat 1 kann zum Beispiel ein Glas, ein Metall, eine Keramik oder ein Polymer enthalten. Zur Ausbildung der optischen Funktionsfläche 6 kann das Spiegelsubstrat 1 zum Beispiel mit einer reflektierenden Beschichtung versehen sein. Weiterhin weist das optische Element 5 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Rückseite des Spiegelsubstrats 1 fest verbundene aktive Elemente 2 auf. Die feste Verbindung zwischen dem Spiegelsubstrat 1 und den aktiven Elementen 2 kann beispielsweise durch Kleben, Löten, Schweißen, direktes Bonden, silikatisches Bonden oder durch aufschmelzende Herstellungsverfahren erfolgen. Die aktiven Elemente 2 können insbesondere piezoelektrische Materialien wie zum Beispiel PZT, PMN oder PVDF aufweisen, die durch Anlegen eines elektrischen Feldes ihre Form ändern und somit eine Verformung des Spiegelsubstrates 1 herbeiführen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich somit bei dem optischen Element 5 um einen durch die aktiven Elemente 2 deformierbaren Spiegel.This in 1 optical element shown schematically in cross section 5 has a mirror substrate 1 on which the optical functional surface 6th wearing. The mirror substrate 1 may for example contain a glass, a metal, a ceramic or a polymer. For the formation of the optical functional surface 6th can the mirror substrate 1 for example be provided with a reflective coating. Furthermore, the optical element 5 in the embodiment shown here with the rear side of the mirror substrate 1 firmly connected active elements 2 on. The solid connection between the mirror substrate 1 and the active elements 2 can be done, for example, by gluing, soldering, welding, direct bonding, silicate bonding or by melting manufacturing processes. The active elements 2 can in particular have piezoelectric materials such as PZT, PMN or PVDF, which change their shape when an electric field is applied and thus deform the mirror substrate 1 bring about. In the exemplary embodiment shown, it is therefore the optical element 5 around one through the active elements 2 deformable mirror.

Das hier beschriebene Verfahren kann alternativ auch auf andere aktive oder passive optische Elemente angewandt werden, zum Beispiel auf passive (nicht deformierbare) Spiegel, aktive oder passive Gitter, oder optische Kristalle wie zum Beispiel Laserkristalle. Im Fall eines aktiven optischen Elements kann das mindestens eine aktive Element 2 aus zwei oder mehr schichtweise aufgebrachten Materialen bestehen, die unterschiedliche thermische Expansionskoeffizienten aufweisen und thermisch aktiviert werden können.The method described here can alternatively also be applied to other active or passive optical elements, for example to passive (non-deformable) mirrors, active or passive gratings, or optical crystals such as laser crystals. In the case of an active optical element, the at least one active element can 2 consist of two or more materials applied in layers, which have different thermal expansion coefficients and can be thermally activated.

Bei dem Verfahren wird die Form des optischen Elements 5 gemessenen. Insbesondere wird die Form der durch die optische Funktionsfläche 6 gebildeten Vorderseite des optischen Elements 5 gemessen. Weiterhin wird vorteilhaft auch die Form der Rückseite des optischen Elements 5 gemessenen, welche bei dem Ausführungsbeispiel der 1 durch die fest mit der Rückseite des Spiegelsubstrats 1 verbundenen aktiven Elemente 2 gebildet wird. Weiterhin wird die Dicke des optischen Elements 5 ortsaufgelöst gemessen. Zur Messung der Form und Dicke des optischen Elements werden bevorzugt optische Messverfahren wie zum Beispiel Interferometrie, Konfokaltechnik oder Laserprofilometrie eingesetzt. Alternativ können taktile Messverfahren wie zum Beispiel Tastschnittmessungen oder das Antasten einzelner Punkte (Koordinatenmesstechnik) eingesetzt werden.In the process, the shape of the optical element 5 measured. In particular, the shape of the optical functional surface 6th formed front side of the optical element 5 measured. Furthermore, the shape of the rear side of the optical element is also advantageous 5 measured, which in the embodiment of 1 by stuck to the back of the mirror substrate 1 connected active elements 2 is formed. Furthermore, the thickness of the optical element 5 measured spatially resolved. Optical measuring methods such as interferometry, confocal technology or laser profilometry are preferably used to measure the shape and thickness of the optical element. Alternatively, tactile measuring methods such as contact profile measurements or the probing of individual points (coordinate measuring technology) can be used.

Aus den Messdaten der Form und Dicke des optischen Elements 5 wird vorteilhaft ein rechnergestütztes Modell des optischen Elements 5 erstellt. Insbesondere können aus den Messdaten Abweichungen der optischen Funktionsfläche 6 von einer Zielform oder Variationen der Dicke des Spiegelsubstrats 1 und/oder der mit dem Spiegelsubstrat 1 verbundenen aktiven Elemente 2 bestimmt werden. Das hier beschriebene Verfahren hat zum Ziel, Deformationen und/oder Dickenvariationen des optischen Elements 5 durch eine geeignete Fassungsstruktur derart auszugleichen, dass die optische Funktion nach dem Verbinden des optischen Elements 5 mit der Fassungsstruktur durch bei der Herstellung des optischen Elements 5 bedingte Deformationen und/oder Dickenvariationen nicht beeinträchtigt wird. Hierzu ist eine Fassungsstruktur vorgesehen, die durch eine Anordnung von einer Vielzahl von Fassungselementen 3 gebildet wird. Die Fassungselemente 3 der Fassungsstruktur können entweder steif oder flexibel sein.From the measurement data of the shape and thickness of the optical element 5 a computer-aided model of the optical element is advantageous 5 created. In particular, the measurement data can reveal deviations in the optical functional surface 6th of a target shape or variations in the thickness of the mirror substrate 1 and / or the one with the mirror substrate 1 connected active elements 2 to be determined. The aim of the method described here is to reduce deformations and / or variations in thickness of the optical element 5 to be compensated by a suitable frame structure in such a way that the optical function after connecting the optical element 5 with the frame structure during the manufacture of the optical element 5 caused deformations and / or thickness variations is not affected. For this purpose, a mount structure is provided which is formed by an arrangement of a large number of mount elements 3 is formed. The frame elements 3 the frame structure can be either rigid or flexible.

Zur Berechnung und Optimierung der Anordnung der Fassungselemente 3 wird vorzugsweise eine FEM-Simulation unter Verwendung des aus den Messdaten erstellten dreidimensionalen Modells des optischen Elements 5 eingesetzt. Bekannte oder systematische Messfehler, die durch das Halten des optischen Elements während der Messung auftreten und mit in die Generierung des dreidimensionalen Modells eingeflossen sind, werden vorteilhaft vor der Simulation rechnerisch korrigiert. Die Höhen, die Steifigkeit und die Anordnung der Fassungselemente 3 in der Fassungsstruktur werden in einer Optimierung so angepasst, dass die gravitationsbedingten Verformungen der optischen Funktionsfläche 6 des optischen Elements 5 beim Auflegen auf die Fassungsstruktur den vorhandenen Deformationen entgegenwirken.For calculating and optimizing the arrangement of the frame elements 3 is preferably an FEM simulation using the three-dimensional model of the optical element created from the measurement data 5 used. Known or systematic measurement errors that occur as a result of holding the optical element during the measurement and that have flowed into the generation of the three-dimensional model are advantageously corrected computationally before the simulation. The heights, the rigidity and the arrangement of the frame elements 3 in the frame structure are adjusted in an optimization so that the gravitational deformations of the optical functional surface 6th of optical element 5 counteract the existing deformations when placed on the frame structure.

Die Herstellung der Fassungselemente 3 der Fassungsstruktur kann durch Abformen, durch additive Verfahren (3D-Drucken, Lasersintern, Laserschmelzen) oder durch trennende Verfahren (Fräsen, Drehen, Sägen) erfolgen. Beispielsweise kann die Herstellung der Fassungselemente 3 durch Abformen von silbergefülltem Silikon in Polyurethan-Schläuche erfolgen. Nach dem Aushärten des Silikons in den Schläuchen werden diese in beispielsweise etwa 4 mm lange Stücke gesägt. Danach können die Silikonzylinder entnommen werden.The manufacture of the frame elements 3 The frame structure can be made by molding, by additive processes (3D printing, laser sintering, laser melting) or by separating processes (milling, turning, sawing). For example, the production of the mount elements 3 by molding silver-filled silicone in polyurethane tubing. After the silicone in the hoses has hardened, they are sawn into pieces, for example, about 4 mm long. The silicone cylinders can then be removed.

Die so hergestellten Fassungselemente 3 werden in der optimierten Anordnung mit einem Trägersubstrat 4 unter Anwendung eines geeigneten Fügeverfahrens verbunden. Dies kann z.B. durch Kleben, Löten oder Bonden erfolgen. Die Bearbeitung der so gefügten Fassungselemente 3 hinsichtlich der optimierten Höhe kann dann in einem Fräs-, Dreh-, Schleif- oder Polierprozess bzw. durch Laserablation oder chemisch abtragende Prozesse oder Kombinationen aus diesen erfolgen. Ebenso können die Fassungselemente aus einer zuvor aufgetragenen / gefügten Schicht durch die genannten Prozesse herauszuarbeiten. Die separate Herstellung einzelner Fassungselemente würde dabei entfallen.The socket elements produced in this way 3 are in the optimized arrangement with a carrier substrate 4th connected using a suitable joining process. This can be done, for example, by gluing, soldering or bonding. The processing of the frame elements joined in this way 3 with regard to the optimized height, it can then take place in a milling, turning, grinding or polishing process or by laser ablation or chemically ablating processes or combinations of these. Likewise, the frame elements can be worked out from a previously applied / joined layer by the processes mentioned. The separate production of individual mount elements would be dispensed with.

In 2 sind nebeneinander zwei Ausführungsbeispiele der Anordnung der Fassungselemente 3 dargestellt. Die Anordnung der Fassungselemente 3 richtet sich insbesondere nach den Einbaubedingungen, der Einbaulage und/oder der thermischen Last. Sie kann z.B. rotationssymmetrisch mit verschiedenen radialen/azimutalen Ordnungen (links dargestellt) sein oder sich an einem Gitter ausrichten (rechts dargestellt). Die Anzahl der Fassungselemente 3 kann sich beispielsweise nach der Anzahl der aktiven Elemente 2 des optischen Elements 5 richten oder ein Vielfaches von ihr sein. Alternativ zu den in 2 beispielhaft dargestellten Anordnungen ist es auch möglich, dass die Anordnung der Fassungselemente 3 eine polare Symmetrie aufweist oder unsymmetrisch erfolgt.In 2 are side by side two exemplary embodiments of the arrangement of the socket elements 3 shown. The arrangement of the frame elements 3 depends in particular on the installation conditions, the installation position and / or the thermal load. It can, for example, be rotationally symmetrical with different radial / azimuthal orders (shown on the left) or be aligned with a grid (shown on the right). The number of frame elements 3 can vary, for example, according to the number of active elements 2 of the optical element 5 direct or be a multiple of it. As an alternative to the in 2 the arrangements shown by way of example, it is also possible that the arrangement of the mount elements 3 has a polar symmetry or occurs asymmetrically.

In 3 sind beispielhaft verschiedene mögliche Formen der Fassungselemente 3 dargestellt. Die Form der einzelnen Fassungselemente kann zum Beispiel zylindrisch (a), quaderförmig (b), prismatisch (c), röhrenförmig (d), kegelstumpfförmig (e), pyramidenstumpfförmig (f), kegelförmig (g) oder pyramidenförmig (h) sein. Alternativ sind aber auch andere Formen denkbar, die Fassungselemente 3 können zum Beispiel eine Spiralform, eine T-Form, eine Doppel-T-Form oder eine beliebige Freiform aufweisen.In 3 are examples of various possible shapes of the frame elements 3 shown. The shape of the individual mount elements can be, for example, cylindrical (a), cuboid (b), prismatic (c), tubular (d), frustoconical (e), truncated pyramidal (f), conical (g) or pyramidal (h). Alternatively, however, other shapes are also conceivable, the mount elements 3 can for example have a spiral shape, a T-shape, a double-T-shape or any free shape.

Die Auswahl der Form der Fassungselemente 3 ermöglicht insbesondere eine Einstellung der Steifigkeit der Fassungselemente 3. Beispielsweise liegt bei einem zylinderförmigen Fassungselement 3 entlang der Zylinderachse eine größere Steifigkeit vor als in den lateralen Richtungen und gegen Verdrehung. Abhängig vom Anwendungsfall kann eine gewünschte Steifigkeit der Fassungsstruktur entweder durch Variation der Form oder des Materials der Fassungselemente 3, über die Verteilung der Fassungselemente 3 oder über eine Kombination dieser Parameter eingestellt werden.The choice of the shape of the frame elements 3 in particular enables the rigidity of the mount elements to be adjusted 3 . For example, there is a cylindrical mount element 3 a greater rigidity along the cylinder axis than in the lateral directions and against rotation. Depending on the application, a desired rigidity of the frame structure can be achieved either by varying the shape or the material of the frame elements 3 , on the distribution of the frame elements 3 or can be set using a combination of these parameters.

Als Material für die Fassungselemente 3 werden bevorzugt Polymere, Metalle oder Keramiken oder Mischformen aus diesen (z.B. Kompositwerkstoffe wie silbergefülltes Silikon) verwendet. Polymere lassen sich durch Abformen einfach herstellen, haben eine hohe Elastizität und lassen sich einfach nachbearbeiten. Die Verwendung von Fassungselementen 3 mit hoher Elastizität ist insbesondere bei optischen Elementen 5 vorteilhaft, welche wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aktive Elemente 2 an der der Fassungsstruktur zugewandten Rückseite aufweisen, um eine Deformation auch nach dem Fügen zuzulassen. Als elastisches Material für die Fassungselemente 3 kann insbesondere ein Silikon verwendet werden, das zum Beispiel ein Elastizitätsmodul im Bereich von 5 MPa bis 20 MPa aufweist.As a material for the frame elements 3 Polymers, metals or ceramics or mixed forms of these (eg composite materials such as silver-filled silicone) are preferred. Polymers can be easily produced by molding, have a high elasticity and can be easily reworked. The use of frame elements 3 with high elasticity is particularly important in optical elements 5 advantageous, which as with the in 1 illustrated embodiment active elements 2 have on the rear side facing the frame structure in order to allow deformation even after joining. As an elastic material for the frame elements 3 In particular, a silicone can be used which, for example, has a modulus of elasticity in the range from 5 MPa to 20 MPa.

Wenn die Anwendung Fassungselemente 3 mit einer größeren Steifigkeit erfordert, werden bevorzugt Metalle oder Keramiken eingesetzt. Die Elastizitätsmodule von Metallen oder Keramiken können insbesondere mehr als 100 GPa betragen. Metalle und Keramiken haben im Vergleich zu Polymeren den Vorteil, dass sie höhere Fertigungsgenauigkeiten ermöglichen. Außerdem ist die Verwendung von Polymeren bei Anwendungen im Vakuum oft kritisch. Metalle oder Keramiken sind als Vollkörper sehr steif, aber mit sehr hoher Genauigkeit nachbearbeitbar. Bei hohen thermischen Belastungen des optischen Elementes im Betriebszustand ist auch die thermische Leitfähigkeit des Materials der Fassungselemente zu berücksichtigen. Die Fassungselemente sind in diesem Fall auch in der Lage, die vom optischen Element absorbierte Wärme abzuführen.If the application is frame elements 3 Requires greater rigidity, metals or ceramics are preferred. The modulus of elasticity of metals or ceramics can in particular be more than 100 GPa. Metals and ceramics have the advantage over polymers that they enable higher manufacturing accuracy. In addition, the use of polymers in vacuum applications is often critical. Metals or ceramics are very stiff as solid bodies, but can be reworked with a very high degree of accuracy. In the case of high thermal loads on the optical element in the operating state, the thermal conductivity of the material of the mount elements must also be taken into account. In this case, the mount elements are also able to dissipate the heat absorbed by the optical element.

Die Bearbeitung der Fassungsstruktur zur Anpassung der Höhe der einzelnen Fassungselemente 3 oder die Bearbeitung der Form der Fassungselemente 3 kann über jedes abtragende Materialbearbeitungsverfahren erfolgen. Beispielsweise kann die Bearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide durch Drehen bzw. Ultrapräzisionsdrehen, Justierdrehen, Fräsen bzw. Fly-Cutting, Stoßen oder Hobeln erfolgen. Alternativ kann die Bearbeitung durch Schleifen, Polieren, über Abformungstechnologien, Laserablation chemisch abtragende Prozesse oder Kombinationen aus diesen erfolgen.The processing of the frame structure to adjust the height of the individual frame elements 3 or the processing of the shape of the frame elements 3 can be done using any material machining process. For example, machining with a geometrically defined cutting edge can be carried out by turning or ultra-precision turning, adjusting turning, milling or fly-cutting, slotting or planing. Alternatively, machining can be done by grinding, polishing, over Impression technologies, laser ablation, chemically ablative processes or combinations of these are carried out.

Nach der Bearbeitung der Fassungsstruktur wird bei dem Verfahren das optische Element 5 mit den Fassungselementen 3 gefügt. Dies kann durch Kleben, Löten oder Bonden erfolgen. Reicht die Gewichtskraft des optischen Elements 5 nicht aus, um die geforderte Deformation zu erzielen, kann auch eine zusätzliche Kraft an den Fügestellen aufgebracht werden.After the frame structure has been processed, the optical element is formed in the process 5 with the frame elements 3 joined. This can be done by gluing, soldering or bonding. Is the weight of the optical element sufficient 5 not enough to achieve the required deformation, an additional force can also be applied to the joints.

Die folgenden 4 bis 7 zeigen jeweils Ausführungsbeispiele von optischen Elementen 5 nach dem Verfahrensschritt des Fügens mit der Fassungsstruktur.The following 4th until 7th each show exemplary embodiments of optical elements 5 after the process step of joining to the frame structure.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 weist das optische Element 5 eine ebene optische Funktionsfläche 6 auf und ist in horizontaler Einbaulage durch Fassungselemente 3 mit einem Trägersubstrat 4 verbunden. An der Rückseite des Spiegelsubstrats 1 des optischen Elements 5 sind aktive Elemente 2 angebracht, die verschiedene Dicken aufweisen. Die Höhen der Fassungselemente 3 der Fassungsstruktur sind derart eingestellt, dass sie die herstellungsbedingten Variationen der Dicke der aktiven Elemente 2 kompensieren. Auf diese Weise wird erreicht, dass die optische Funktionsfläche 6 nach dem Fügen mit der Fassungsstruktur die erwünschte ebene Zielform aufweist. Im Gegensatz dazu würden bei der Verwendung einer Fassungsstruktur, bei der die Höhen der Fassungselemente 3 nicht gezielt an die Dickenvariation der aktiven Elemente 2 angepasst würden, möglicherweise Deformationen der optischen Funktionsfläche 6 im fertigen optischen Element 5 auftreten, welche die Funktion in der Anwendung beeinträchtigen könnten.In the embodiment of 4th exhibits the optical element 5 a flat optical functional surface 6th and is in the horizontal installation position thanks to socket elements 3 with a carrier substrate 4th tied together. On the back of the mirror substrate 1 of the optical element 5 are active elements 2 attached, which have different thicknesses. The heights of the frame elements 3 the frame structure are set in such a way that they accommodate the manufacturing-related variations in the thickness of the active elements 2 compensate. In this way it is achieved that the optical functional surface 6th has the desired planar target shape after joining with the frame structure. In contrast, when using a frame structure in which the heights of the frame elements 3 not specifically aimed at the thickness variation of the active elements 2 would be adapted, possibly deformations of the optical functional surface 6th in the finished optical element 5 occur which could impair the function in the application.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 weist das optische Element 5 eine gekrümmte optische Funktionsfläche 6 auf. Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, dass die gekrümmte Form der optischen Funktionsfläche 6 durch die Höhenverteilung der Fassungselemente 3 definiert und/oder korrigiert wird. Beispielsweise kann das optische Element 1 vor dem Fügen mit der Fassungsstruktur eine ebene optische Funktionsfläche 6 aufweisen, welche erst unter dem Einfluss der Gewichtskraft des optischen Elements 5 und/oder einer zusätzlichen Kraft in gleicher Wirkrichtung auf die Fassungselemente 3 in die gekrümmte Zielform gebracht wird. Auf diese Weise wird zur Formgebung der optischen Funktionsfläche 6 die gravitationsbedingte Deformation des optischen Elements in der Fassungsstruktur ausgenutzt. Dies erleichtert den Fertigungsaufwand des zumeist durch Polierverfahren hergestellten Spiegelsubstrats 1 drastisch, da dies mit einer ebenen Oberfläche hergestellt werden kann. Die Formgebung der optischen Funktionsfläche durch den Einfluss der Gewichtskraft auf die Fassungselemente 3 ist insbesondere bei optischen Elementen 5 vorteilhaft möglich, bei denen das Verhältnis der Breite zur Dicke mindestens 20:1 beträgt, und die vergleichsweise große Durchmesser von mehr als 100 mm oder sogar mehr als 1000 mm aufweisen.In the embodiment of 5 exhibits the optical element 5 a curved optical functional surface 6th on. With this configuration it is possible that the curved shape of the optical functional surface 6th due to the height distribution of the frame elements 3 is defined and / or corrected. For example, the optical element 1 a flat optical functional surface before joining with the frame structure 6th have which only under the influence of the weight of the optical element 5 and / or an additional force in the same effective direction on the mount elements 3 is brought into the curved target shape. This is used to shape the optical functional surface 6th exploited the gravitational deformation of the optical element in the frame structure. This simplifies the manufacturing outlay for the mirror substrate, which is mostly produced by polishing processes 1 drastic as this can be made with a flat surface. The shape of the optical functional surface through the influence of weight on the frame elements 3 is particularly important for optical elements 5 advantageously possible, in which the ratio of the width to the thickness is at least 20: 1, and which have comparatively large diameters of more than 100 mm or even more than 1000 mm.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 ist es alternativ auch möglich, dass die optische Funktionsfläche 6 bereits vor dem Fügen mit der Fassungsstruktur eine gekrümmte Oberfläche aufweist. In diesem Fall kann durch eine geeignete Höhenverteilung der Fassungselemente 3 beispielsweise eine gemessene Abweichung der gekrümmten Form der optischen Funktionsfläche 6 von der Zielform korrigiert werden. Beispielsweise kann die Fokusposition eines gekrümmten Spiegels durch eine geeignete Höhenverteilung der Fassungselemente 3 nachträglich korrigiert werden. Alternativ können auch optische Abbildungsfehler des optischen Elements 5 gegebenenfalls durch eine geeignete Höhenverteilung der Fassungselemente 3 korrigiert werden.In the embodiment of 5 it is alternatively also possible that the optical functional surface 6th already has a curved surface before joining with the frame structure. In this case, a suitable height distribution of the mount elements 3 for example a measured deviation of the curved shape of the optical functional surface 6th be corrected by the target shape. For example, the focus position of a curved mirror can be determined by a suitable height distribution of the mount elements 3 can be corrected afterwards. Alternatively, optical imaging errors of the optical element can also occur 5 possibly through a suitable height distribution of the mount elements 3 Getting corrected.

In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Elements 5 mit einer ebenen optischen Funktionsfläche 6 dargestellt, das mit den Fassungselementen 3 in einer vertikalen Einbaulage mit einem Trägersubstrat 4 verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Fassungsstruktur sowohl Fassungselemente 3 auf, die an einer der optischen Funktionsfläche 6 gegenüberliegenden Rückseite des optischen Elements 5 angeordnet sind, als auch zumindest ein Fassungselement 3, dass mit dem äußeren Rand des Spiegelsubstrats 1 verbunden ist. Auf diese Weise können durch die Fassungselemente 3 vorteilhaft sowohl Kräfte senkrecht zur optischen Funktionsfläche 6 als auch parallel zur optischen Funktionsfläche 6 auf das optische Element 5 ausgeübt werden und gezielt zur Formgebung und/oder Formkorrektur eingesetzt werden. Gleichzeitig kann dadurch eine Verschiebung des optischen Elements parallel zu der optischen Funktionsfläche vermindert werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich das optische Element in vertikaler Einbaulage befindet.In 6th Figure 3 is another embodiment of an optical element 5 with a flat optical functional surface 6th shown, the one with the socket elements 3 in a vertical installation position with a carrier substrate 4th connected is. In this exemplary embodiment, the frame structure has both frame elements 3 on one of the optical functional surfaces 6th opposite back of the optical element 5 are arranged, as well as at least one socket element 3 that with the outer edge of the mirror substrate 1 connected is. In this way, the socket elements 3 advantageous both forces perpendicular to the optical functional surface 6th as well as parallel to the optical functional surface 6th on the optical element 5 are exercised and used specifically for shaping and / or shape correction. At the same time, a displacement of the optical element parallel to the optical functional surface can thereby be reduced. This is particularly advantageous when the optical element is in a vertical installation position.

Bei dem in 7 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist das optische Element 5 ein Spiegel-Array, das aus mehreren Teilelementen 5a, 5b in Form von einzelnen Spiegelelementen, die jeweils durch aktive Elemente 2 deformierbar sind, gebildet ist. Die mehreren Spiegelelemente 5a, 5b des Spiegel-Arrays sind durch die Fassungselemente 3 einer Fassungsstruktur zum einen mit dem Trägersubstrat 4 und zum anderen auch untereinander verbunden. Wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen kann durch die Einwirkung der Gewichtskraft der Spiegelelemente 5a, 5b auf die Fassungsstruktur eine Formgebung und/oder Formkorrektur der optischen Funktionsflächen 6 erfolgen.The in 7th Another embodiment shown is the optical element 5 a mirror array made up of several sub-elements 5a , 5b in the form of individual mirror elements, each with active elements 2 are deformable, is formed. The multiple mirror elements 5a , 5b of the mirror array are through the socket elements 3 a mount structure on the one hand with the carrier substrate 4th and on the other hand also connected to each other. As in the previous exemplary embodiments, the effect of the weight of the mirror elements 5a , 5b a shaping and / or shape correction of the optical functional surfaces on the frame structure 6th take place.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not restricted by the description based on the exemplary embodiments. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.

Claims

A method for shaping and / or correcting the shape of at least one optical element (5), comprising the steps: - Measuring the shape of an optical functional surface (6) and the thickness of the optical element (5) and determining the deviation from a target shape, - producing a mount structure for the optical element, the mount structure being formed by an arrangement of several mount elements (3), and - Connecting the optical element (5) to the mount structure, the shape of the optical functional surface changing under the action of the weight of the optical element (5) on the arrangement of the mount elements (3) in the direction of the target shape, wherein - A three-dimensional model of the optical element (5) is created from measurement data of the shape of the optical functional surface (6) and the thickness of the optical element (5) with the aid of a computer, and - Using the three-dimensional model, a simulation calculation is carried out in order to determine the arrangement, the heights and / or the rigidity of the mount elements (3) in such a way that gravitational deformations of the optical functional surface of the optical element (3) after connection to the mount structure of the counteract certain deviation from the target shape.

Procedure according to Claim 1 , wherein the socket elements (3) have different heights.

Method according to one of the preceding claims, wherein the mount elements (3) have different stiffnesses.

Method according to one of the preceding claims, wherein the target shape of the optical functional surface (6) is a flat surface, and wherein the deviation of the measured shape of the optical functional surface (6) from the flat surface due to the connection of the optical element (5) to the frame structure fully or partially compensated.

Method according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the target shape of the optical functional surface (6) is a curved surface which is suitable for imaging electromagnetic radiation in a focus, and wherein a position of the focus is changed by connecting the optical element (5) to the frame structure.

Method according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the optical functional surface (6) is a curved surface which is provided for beam shaping of electromagnetic radiation, and wherein an optical imaging error of the measured optical functional surface (6) is fully or partially compensated for by connecting the optical element (5) to the frame structure .

Method according to one of the preceding claims, wherein the optical element (5) has a width b and a thickness d, and the ratio b / d is greater than 20.

Method according to one of the preceding claims, wherein a width b of the optical element (5) is more than 100 mm.

Method according to one of the preceding claims, wherein at least some of the mount elements (3) are attached to a rear side of the optical element (5) facing away from the optical functional surface (6).

Method according to one of the preceding claims, wherein at least some of the mount elements (3) are attached to an outer edge of the optical element (5).

Method according to one of the preceding claims, wherein several sub-elements (5a, 5b) of the optical element (5) are connected to one another by the mount elements (3).

Method according to one of the preceding claims, one or more active components (2) being arranged between the optical element (5) and the mount elements (3).