DE102017105642A1

DE102017105642A1 - Verfahren zur Herstellung eines optischen Filters

Info

Publication number: DE102017105642A1
Application number: DE102017105642.4A
Authority: DE
Inventors: Ulf Brauneck; Dirk Apitz
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2018-09-20
Also published as: US20180267218A1; JP7239271B2; JP2018156078A

Abstract

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von optischen Filtern, insbesondere als kundenspezifisches Produkt, dessen optische Eigenschaften kundenspezifischen Qualitätsstandards entsprechen. Die Erfindung betrifft ferner optische Filter im Allgemeinen, einschließlich eines Kurzpassfilters, eines Langpassfilters oder eines Bandpassfilters mit mindestens einem Licht transmittierenden Spektralbereich und mindestens einem Licht blockenden Spektralbereich.Die Erfindung ermöglicht die Herstellung optischer Filter mit minimalen Toleranzen optischer Eigenschaften, insbesondere zur Bereitstellung von optischen Filtern mit für jeden einzelnen optischen Filter individuell optimierten optischen Eigenschaften.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von optischen Filtern, insbesondere als kundenspezifisches Produkt, dessen optische Eigenschaften kundenspezifischen Qualitätsstandards entsprechen. Die Erfindung betrifft weiterhin optische Filter im Allgemeinen.
Optische Filter werden verwendet, um Strahlung nach bestimmten Kriterien auszuwählen. Optische Kurzpass-, Langpass- oder Bandpassfilter sind beispielsweise durch mindestens zwei oder drei Spektralbereiche mit typischerweise sehr unterschiedlicher Lichttransmission relativ zueinander gekennzeichnet. Spektralbereiche mit sehr geringem Lichttransmissionsgrad können als Licht blockende Bereiche bezeichnet werden und verhindern, dass Licht den Filter passiert, während Spektralbereiche mit höherem Lichttransmissionsgrad die Wellenlängen des einfallenden Lichts auswählen, das den Filter passiert. Zwischen einem Licht blockenden Spektralbereich und einem Licht transmittierenden Spektralbereich ist oftmals eine steile Neigung der Transmissionskurve erwünscht, so dass eine hohe Flankensteilheit gegeben ist.
Weiterhin ist es häufig wünschenswert, dass die spektralen Eigenschaften eines optischen Filters über die Aperturfläche hin bestmöglich konstant bleiben, d.h. für jedes Flächenelement der Aperturfläche konstant bleiben. Mit größer werdender Aperturfläche wird das Erzielen einer derart hohen optischen Homogenität zu einer besonderen Herausforderung.
Ein weiterer charakteristischer Wert, der sich auf die Qualität eines optischen Filters bezieht, ist die Verzerrung der transmittierten Wellenfront, welche die Veränderungen beschreibt, die die Wellenfronten beim Passieren des optischen Filters erfahren. Die Verzerrung der transmittierten Wellenfront steht mit der Genauigkeit der Oberflächen der optischen Elemente in Zusammenhang, die in einem optischen Filter verwendet werden. Daher wird es für große Aperturflächen auch zunehmend schwieriger, eine geringe Verzerrung der transmittierten Wellenfront zu erreichen.
Infolgedessen ist es bekanntermaßen schwierig, homogene Filter mit großer Apertur mit geringer Wellenfrontverzerrung und hoher Flankensteilheit herzustellen. Darüber hinaus werden bei der herkömmlichen Massenproduktion von optischen Filtern die Toleranzen von optischen Eigenschaften oftmals nicht individuell (für jeden Filter einzeln) optimiert.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Herstellung von optischen Filtern mit minimalen Toleranzen optischer Eigenschaften zu ermöglichen, insbesondere optische Filter mit für jeden einzelnen optischen Filter individuell optimierten optischen Eigenschaften bereitzustellen.
Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, Konzepte zur Herstellung von optischen Filtern mit großen Aperturflächen, geringen Verzerrungen der transmittierten Wellenfronten, hoher spektraler Gleichförmigkeit und/oder hoher Flankensteilheit bereitzustellen, insbesondere gleichzeitig und gemäß kundenspezifischen Qualitätsstandards.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Filters zur Verfügung, und zwar insbesondere als kundenspezifisches Produkt, dessen optische Eigenschaften kundenspezifischen Qualitätsstandards entsprechen.
Das Verfahren eignet sich zur Herstellung eines optischen Filters, der entweder ein Kurzpassfilter, ein Langpassfilter oder ein Bandpassfilter mit mindestens einem Licht transmittierenden Spektralbereich und mindestens einem Licht blockenden Spektralbereich ist, wobei der mittlere Transmissionsgrad des optischen Filters in dem Licht transmittierenden Spektralbereich 50 Prozent, vorzugsweise 70 Prozent und besonders bevorzugt 80 Prozent übersteigt, und wobei der mittlere Transmissionsgrad in dem Licht blockenden Spektralbereich kleiner als 5 Prozent ist.
Der Licht transmittierende Spektralbereich kann beispielsweise eine Breite von mehr als 0,1 Nanometern, vorzugsweise mehr als 200 Nanometern, und von weniger als 12.000 Nanometern, vorzugsweise weniger als 10.000 Nanometer aufweisen.
Das Verfahren zur Herstellung eines optischen Filters umfasst das Bereitstellen von mindestens zwei (d.h. einer Mehrzahl von) optischen Elementen, wobei jedes optische Element ein Substrat mit zwei entgegengesetzten Hauptflächen umfasst. Die Größe der optischen Elemente ist vorzugsweise gleich der (oder etwas größer als die) Aperturfläche des optischen Filters.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Bereitstellen von mindestens einem Abstandshalter zum Halten von mindestens zwei der optischen Elemente in einem vorgegebenen Abstand, vorzugsweise mit einer Toleranz von weniger als 1.000 Mikrometern. Die Abstände können insbesondere größer sein als übliche Abstände in der Freiraumoptik. Anstelle der Verwendung eines Abstandshalters und eines Luftspaltes kann auch eine oberflächenabdeckende Haftschicht verwendet werden. Beim Aushärten der Haftschicht können zusätzliche Abstandshalter zur Stabilisierung verwendet werden, die nach dem Aushärten entfernt werden können.
Da in einem solchen Fall auch die Ebenheit der Komponenten eine Rolle spielen kann, und nicht nur die Dickenschwankung, kann nach dem Klebevorgang ein lokaler Poliervorgang vorteilhaft sein, um die Toleranzen einzuhalten.
Das Verfahren umfasst ferner das Montieren der Mehrzahl von optischen Elementen in solcher Weise, dass diese benachbart zueinander angeordnet sind und dass mindestens zwei benachbarte optische Elemente durch den mindestens einen Abstandshalter fest in einem vorgegebenen Abstand und mit einem Hohlraum dazwischen gehalten werden. Weiterhin erfolgt das Montieren vorzugsweise derart, dass die Flächennormalen in der Mitte jeder Hauptfläche jedes optischen Elements mit einer Abweichung von weniger als 5 Grad, vorzugsweise von weniger als 5 Bogenminuten, parallel zur optischen Achse des optischen Filters liegen.
Im Rahmen der Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Ermitteln mindestens einer Prüfeigenschaft bezüglich der optischen Eigenschaften des optischen Filters, beispielsweise durch eine experimentelle Messung an dem Filter oder an dessen Komponenten. Die Prüfeigenschaft dient dazu, die Mehrzahl von optischen Elementen in optimierter Weise zu montieren und/oder mindestens einen Verfeinerungsschritt an mindestens einem der optischen Elemente auszuführen.
Ein Vorteil insbesondere im Vergleich zur herkömmlichen Massenproduktion besteht darin, dass jeder Filter einzeln angepasst wird, beispielsweise in Abhängigkeit von experimentell gemessenen Werten. Anders ausgedrückt wird nicht jeder Filter in der gleichen Weise montiert, vielmehr können für jeden zu fertigenden Filter individuelle Optimierungen vorgenommen werden. Eine solche kundenspezifische Vorgehensweise ermöglicht eine Kompensation und/oder Reduzierung von Toleranzen und/oder Abweichungen, die bei der Herstellung oder Verarbeitung der Komponenten des Filters auftreten können.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren zur Herstellung eines optischen Filters mit einer Aperturfläche von mindestens 1.225 Quadratmillimetern, insbesondere mit einem Durchmesser von mindestens 50 Millimetern (z.B. bei kreisförmiger Aperturfläche) oder mit einer Diagonale von mindestens 50 Millimetern (z.B. bei quadratischer Aperturfläche).
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Beschichten mindestens einer Hauptfläche eines Substrats mindestens eines der optischen Elemente mit einer Schicht aus Beschichtungsmaterial.
Das Beschichten kann insbesondere durch Sputter-Abscheidung erfolgen. Dabei kann während der Sputter-Abscheidung gegebenenfalls eine Abscheidungsmaske verwendet werden, um die räumliche Verteilung und/oder die Dicke der Schicht aus Beschichtungsmaterial zu beeinflussen.
Auch kann im Falle der Sputter-Abscheidung während der Sputter-Abscheidung optional ein Magnetfeld verwendet werden, um die räumliche Verteilung und/oder die Dicke der Schicht aus Beschichtungsmaterial zu beeinflussen.
Anders ausgedrückt kann insbesondere Magnetron-Sputter-Abscheidung (Magnetronsputtern) genutzt werden. Eine weitere bevorzugte Möglichkeit besteht darin, Ionenstrahl-Sputter-Abscheidung (Ionenstrahl-Sputtern) zu nutzen.
Nachfolgend werden einige experimentell bestimmbare Prüfeigenschaften beschrieben, die zur individuellen Anpassung des optischen Filters genutzt werden können.
Dementsprechend umfasst das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung das Ermitteln einer Verzerrung der transmittierten Wellenfront (TWD, für engl.: transmitted wavefront distortion) als Prüfeigenschaft. Die Verzerrung der transmittierten Wellenfront wird für Strahlung mindestens einer Testwellenlänge, vorzugsweise 632,8 Nanometer, ermittelt, die durch ein optisches System hindurchtritt, das entweder den optischen Filter als Ganzes oder mindestens eines der optischen Elemente desselben darstellt. Mit anderen Worten wird die TWD als Prüfeigenschaft entweder an dem vollständig montierten optischen Filter selbst oder an einem Teilsystem, das mindestens ein optisches Element des optischen Filters umfasst, bestimmt.
Vorzugsweise ist die Verzerrung der transmittierten Wellenfront als Standardabweichung einer Differenzgröße (wie weiter unten spezifiziert) für mindestens 1.000 Punkte definiert, die regelmäßig oder statistisch über eine Berechnungsfläche (wie weiter unten spezifiziert) von transmittierten Wellenfronten einer ebenen Welle der Testwellenlänge verteilt sind, die durch das optische System in Richtung der optischen Achse des optischen Systems transmittiert wird.
Die genannte Differenzgröße spezifiziert den Abstand in Richtung der optischen Achse zwischen den transmittierten Wellenfronten und einer Ebene, die senkrecht zu der optischen Achse und an dem Mittelwert der mindestens 1.000 Punkte liegt.
Die genannte Berechnungsfläche der transmittierten Wellenfronten ist die Projektion einer ebenen Fläche (vorzugsweise einer kreisförmigen Fläche mit einem Durchmesser von 25,4 Millimetern), die senkrecht zur optischen Achse liegt, entlang der optischen Achse auf die Wellenfronten. Alternativ kann die Berechnungsfläche auch der Aperturfläche entsprechen.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Verzerrung der transmittierten Wellenfront für eine Reihe von Berechnungsflächen bestimmt wird, z.B. Kreisflächen mit einem Durchmesser von 25,4 Millimetern, so dass die gesamte Aperturfläche (oder eine andere, insbesondere kundenspezifische Fläche wie beispielsweise eine Fläche von 100 × 100 oder 80 × 30 Millimetern oder mit einem Durchmesser von 100 oder 160 Millimetern) durch die Reihe von Berechnungsflächen abgedeckt wird.
Vorzugsweise umfasst diese Ausführungsform der Erfindung das Vergleichen der ermittelten Verzerrung der transmittierten Wellenfront mit einem spezifizierten Qualitätsstandard. Der spezifizierte Qualitätsstandard kann insbesondere vorsehen, dass die ermittelte Verzerrung der transmittierten Wellenfront kleiner als die Hälfte, vorzugsweise kleiner als ein Viertel, weiter bevorzugt kleiner als ein Achtel und besonders bevorzugt kleiner als ein Zwölftel der mindestens einen Testwellenlänge ist. Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass diese Bedingung für jede Berechnungsfläche einer Reihe von Berechnungsflächen erfüllt ist, wenn eine solche Reihe wie weiter oben beschrieben verwendet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren das Ermitteln der Schwankung einer charakteristischen Wellenlänge als Prüfeigenschaft, wobei diese Schwankung einer charakteristischen Wellenlänge über die Aperturfläche eines optischen Systems bestimmt wird, das entweder den optischen Filter als Ganzes oder mindestens eines der optischen Elemente desselben darstellt. Mit anderen Worten wird die Schwankung einer charakteristischen Wellenlänge als eine Prüfeigenschaft entweder an dem vollständig montierten optischen Filter selbst bestimmt, oder an einem Teilsystem, das mindestens ein optisches Element des optischen Filters umfasst.
Vorzugsweise ist die charakteristische Wellenlänge als eine Wellenlänge zwischen einem Licht transmittierenden Spektralbereich und einem Licht blockenden Spektralbereich definiert, bei welcher der Transmissionsgrad des optischen Systems $| \bar{T_{L T}} + \bar{T_{L B}} | / 2$
beträgt, wobei T_LT der mittlere Transmissionsgrad in dem Licht transmittierenden Spektralbereich ist und T_LB der mittlere Transmissionsgrad in dem Licht blockenden Spektralbereich ist. In diesem Fall ist die charakteristische Wellenlänge eine Übergangswellenlänge, oder anders ausgedrückt eine Flankenlage. Die charakteristische Wellenlänge kann auch eine Zentralwellenlänge eines spezifischen Spektralbereichs sein, z.B. die Zentralwellenlänge des Licht transmittierenden Spektralbereichs eines Bandpassfilters, der einen Licht transmittierenden Spektralbereich zwischen zwei Licht blockenden Spektralbereichen umfasst. In diesem Fall kann die charakteristische Wellenlänge insbesondere als Mittelwert der jeweiligen beiden Übergangswellenlängen definiert sein.
Vorzugsweise umfasst diese Ausführungsform der Erfindung das Vergleichen der ermittelten Schwankung einer charakteristischen Wellenlänge mit einem spezifizierten Qualitätsstandard, der insbesondere vorsieht, dass die ermittelte Schwankung einer charakteristischen Wellenlänge kleiner als ± 0,25 Prozent ist, bevorzugt kleiner als ± 0,15 Prozent.
Mit anderen Worten erfordert dieser Qualitätsstandard, dass die Standardabweichung der charakteristischen Wellenlänge in Bezug auf unterschiedliche Flächenelemente der Aperturfläche kleiner als ± 0,25 Prozent ist, bevorzugt kleiner als ± 0,15 Prozent.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren das Ermitteln einer Flankensteilheit als Prüfeigenschaft. Diese Flankensteilheit wird von einem optischen System bestimmt, das entweder den optischen Filter als Ganzes oder mindestens eines seiner optischen Elemente darstellt.
Vorzugsweise ist diese Flankensteilheit definiert als |λ_LT - λ_LB, wobei λ_LT die dem Licht blockenden Spektralbereich zugewandte Grenzwellenlänge des Licht transmittierenden Spektralbereichs ist, und wobei λ_LB die dem Licht transmittierenden Spektralbereich zugewandte Grenzwellenlänge des Licht blockenden Spektralbereichs ist.
Bei einem Kurzpassfilter beispielsweise kann λ_LT die obere Grenzwellenlänge des Licht transmittierenden Spektralbereichs sein, und λ_LB kann die untere Grenzwellenlänge des Licht blockenden Spektralbereichs sein. Bei einem Langpassfilter dagegen kann λ_LT die untere Grenzwellenlänge des Licht transmittierenden Spektralbereichs sein, und λ_LB kann die obere Grenzwellenlänge des Licht blockenden Spektralbereichs sein.
Vorzugsweise umfasst diese Ausführungsform der Erfindung das Vergleichen der ermittelten Flankensteilheit mit einem spezifizierten Qualitätsstandard, der insbesondere vorsieht, dass die ermittelte Flankensteilheit kleiner als 2 Prozent ist, vorzugsweise kleiner als 0,7 Prozent.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren das Ermitteln eines Transmissions- und/oder Reflexionsspektrums als eine Prüfeigenschaft, wobei dieses Transmissions- und/oder Reflektionsspektrum von einem optischen System bestimmt wird, das entweder den optischen Filter als Ganzes oder mindestens eines seiner optischen Elemente darstellt.
Vorzugsweise umfasst diese Ausführungsform der Erfindung das Vergleichen des ermittelten Transmissions- und/oder Reflexionsspektrums mit einem spezifizierten Qualitätsstandard.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren das Ermitteln einer räumlichen Schwankung einer Schichtdicke als eine Prüfeigenschaft, wobei diese Schwankung einer Schichtdicke von einer Schicht aus Beschichtungsmaterial ermittelt wird, die auf einer Hauptfläche eines Substrats mindestens eines der optischen Elemente abgeschieden ist.
Vorzugsweise umfasst diese Ausführungsform der Erfindung das Vergleichen dieser ermittelten räumlichen Schwankung einer Schichtdicke mit einem spezifizierten Qualitätsstandard.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren das Ermitteln einer ersten Prüfeigenschaft eines ersten optischen Elements, vorzugsweise vor dem Montieren der Mehrzahl von optischen Elementen, sowie das Ermitteln einer zweiten Prüfeigenschaft eines zweiten optischen Elements, wiederum vorzugsweise vor dem Montieren der Mehrzahl von optischen Elementen.
Basierend auf der ermittelten ersten Prüfeigenschaft und der ermittelten zweiten Prüfeigenschaft wird eine relative Prüfeigenschaft berechnet und vorzugsweise mit einem vorgegebenen Qualitätsstandard verglichen.
Die relative Prüfeigenschaft wird zum Montieren des ersten und des zweiten optischen Elements mit einer optimierten geometrischen Lagebeziehung zueinander genutzt. Insbesondere kann der relative Drehwinkel selbiger in Bezug auf die optische Achse und/oder die relative Ausrichtung und/oder der relative Abstand selbiger entlang der optischen Achse in Abhängigkeit von der relativen Prüfeigenschaft angepasst werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren das Ermitteln einer Prüfeigenschaft von entweder dem optischen Filter als Ganzes oder von mindestens einem seiner optischen Elemente, vorzugsweise nach einem zumindest teilweisen Montieren der Mehrzahl von optischen Elementen.
Die ermittelte Prüfeigenschaft wird dann mit einem spezifizierten Qualitätsstandard für diese Prüfeigenschaft verglichen, um zu entscheiden, ob die ermittelte Prüfeigenschaft den spezifizierten Qualitätsstandard erfüllt.
Wenn die Entscheidung negativ ausfällt, d.h. wenn der Qualitätsstandard nicht erreicht, also nicht erfüllt wird, wird mindestens ein Verfeinerungsschritt (wie weiter unten angeführt) an mindestens einem der optischen Elemente ausgeführt. Weiterhin werden nach der Verfeinerung vorzugsweise die Schritte des Ermittelns der Prüfeigenschaft, insbesondere der gleichen Eigenschaft, und des Vergleichens selbiger mit dem Qualitätsstandard wiederholt, bis die Entscheidung positiv ausfällt.
Für den Fall, dass die Prüfeigenschaft für den optischen Filters als Ganzes oder für bereits zumindest teilweise montierte Komponenten bestimmt wird, kann dem Verfeinerungsschritt an einem optischen Element eine Demontage vorangehen.
Dieses Vorgehen ermöglicht in vorteilhafter Weise eine iterative Verbesserung der optischen Eigenschaften des optischen Filters.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren das Ausführen eines Verfeinerungsschritts an mindestens einem der optischen Elemente. Der Verfeinerungsschritt an dem optischen Element kann zunächst ein Demontieren des optischen Elements umfassen. Der Verfeinerungsschritt kann ferner ein Polieren des optischen Elements umfassen.
Wenn Sputter-Abscheidung zum Einsatz kommt, kann der Verfeinerungsschritt das Anpassen der Abscheidungsmaske, insbesondere der Form der Abscheidungsmaske, und/oder das Anpassen des Magnetfeldes, insbesondere der räumlichen Verteilung des Magnetfeldes, umfassen. Der Verfeinerungsschritt kann ferner ein erneutes Beschichten von mindestens einer der Hauptflächen des Substrats des optischen Elements durch Sputter-Abscheidung umfassen. Ein erneutes Beschichten kann insbesondere auf der vorherigen Beschichtung erfolgen und kann räumliche Schwankungen der Dicke der Beschichtung kompensieren.
Hinsichtlich des Montierens des optischen Elements kann der Verfeinerungsschritt ferner das Anpassen der Ausrichtung des mindestens einen optischen Elements in Bezug auf ein benachbartes optisches Element umfassen, d.h. ein Umkehren der Ausrichtung des optischen Elements, und/oder das Anpassen des Drehwinkels des optischen Element um die optische Achse herum, und/oder das Anpassen der Position des optischen Elements auf der optischen Achse.
Ein Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass gleichzeitig mehrere optische Eigenschaften optimiert werden können. So können optische Filter hergestellt werden, die gleichzeitig durch optimierte und verifizierte geringe Verzerrung transmittierter Wellenfronten, hohe spektrale Gleichförmigkeit, hohe Flankensteilheit und eine große Aperturfläche gekennzeichnet sind. Darüber hinaus kann die geringe Wellenfrontverzerrung für mehr als nur eine Testwellenlänge optimiert und verifiziert werden, insbesondere für einen ganzen Spektralbereich von z.B. 360 Nanometern bis 1.100 Nanometern.
Die Erfindung betrifft außerdem einen optischen Filter, bei dem es sich entweder um einen Kurzpassfilter, einen Langpassfilter oder einen Bandpassfilter mit mindestens einem Licht transmittierenden Spektralbereich und mindestens einem Licht blockenden Spektralbereich handelt.
Der optische Filter umfasst mindestens ein optisches Element, das ein Substrat mit zwei entgegengesetzten Hauptflächen umfasst.
Weiterhin ist der optische Filter durch eines oder mehrere der folgenden Merkmale gekennzeichnet: (i) der optische Filter weist eine Aperturfläche von mindestens 1.225 Quadratmillimetern auf; (ii) die Verzerrung der transmittierten Wellenfront (TWD) des optischen Filters für mindestens eine Testwellenlänge, vorzugsweise 632,8 Nanometer, ist kleiner als die Hälfte, vorzugsweise kleiner als ein Viertel, besonders bevorzugt kleiner als ein Achtel der Testwellenlänge; (iii) die Schwankung einer charakteristischen Wellenlänge über die Aperturfläche des optischen Filters ist kleiner als ± 0,25 Prozent, vorzugsweise kleiner als ± 0,15 Prozent.
Bei einer Ausführungsform des optischen Filters weist der Transmissionsgrad des optischen Filters zwischen einem Licht transmittierenden Spektralbereich und einem Licht blockenden Spektralbereich einen Übergangsbereich mit einer Flankensteilheit von weniger als 2 Prozent, vorzugsweise weniger als 0,7 Prozent auf.
Bei einer weiteren Ausführungsform des optischen Filters umfasst der Filter zwei oder mehr optische Elemente (d.h. eine Mehrzahl von optischen Elementen) und mindestens einen Abstandshalter, wobei die optischen Elemente benachbart zueinander und in solcher Weise angeordnet sind, dass mindestens zwei benachbarte optische Elemente durch den Abstandshalter fest in einem vorgegebenen Abstand und mit einem Hohlraum dazwischen gehalten werden. Vorzugsweise liegt die Oberflächennormale im Mittelpunkt der Hauptflächen der optischen Elemente parallel zu der optischen Achse des optischen Filters, mit einer Abweichung von weniger als 5 Grad, vorzugsweise weniger als 5 Bogenminuten.
Bei einer weiteren Ausführungsform des optischen Filters ist mindestens eine der Hauptflächen mit mindestens einer optischen Schicht beschichtet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Filters ist das Substrat mindestens eines optischen Elements ein optisches Glas (z.B. BK7, SCHOTT N-BK7, B270, D263 E, Quarzglas), ein technisches Glas (z.B. Borofloat®, Xensation® Cover, AF 32), ein Filterglas (z.B. RG715, BG55), ein Infrarotmaterial (z.B. ZnS, ZnSe, Ga, Si, Chalcogenidglas) oder ein Kristall (z.B. Saphir oder Calciumfluorid). Das Substrat kann auch ein Sandwich bestehend aus zwei oder mehr Materialien sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform des optischen Filters ist mindestens eine der Hauptflächen eines Substrats mindestens eines optischen Elements eben, konvex oder konkav ausgebildet.
Die Erfindung wird nachstehend näher erläutert, wobei Bezug auf die Zeichnungen genommen wird. Dabei zeigt:

1 schematische Darstellungen von optischen Elementen mit Beschichtungsschichten,
2 schematische Darstellungen von optischen Filtern, die mehrere optische Elemente umfassen,
3 Schnittdarstellungen durch optische Filter, die optische Elemente und Abstandshalter umfassen,
4 Kurven des spektralen Transmissionsgrades für fünf verschiedene Positionen auf der Apertur eines optischen Bandpassfilters gemäß der Erfindung,
5 Kurven des spektralen Transmissionsgrades für fünf verschiedene Positionen auf der Apertur eines weiteren optischen Bandpassfilters gemäß der Erfindung,
6 ein Dichtediagramm einer Messung einer durch einen erfindungsgemäßen optischen Filter transmittierten Wellenfront in einem Bereich von 25 × 25 Millimetern, wobei die Messung zur Ermittlung einer Verzerrung der transmittierten Wellenfront geeignet ist,
7 ein Dichtediagramm einer Messung einer weiteren durch einen erfindungsgemäßen optischen Filter transmittierten Wellenfront in einem Bereich von 101 × 96 Millimetern, wobei die Messung zur Ermittlung einer Verzerrung der transmittierten Wellenfront geeignet ist,
8 ein Dichtediagramm einer Messung noch einer weiteren durch einen erfindungsgemäßen optischen Filter transmittierten Wellenfront in einem Bereich von 25 × 25 Millimetern, wobei die Messung zur Ermittlung einer Verzerrung der transmittierten Wellenfront geeignet ist,
9 ein Dichtediagramm einer Messung noch einer weiteren durch einen erfindungsgemäßen optischen Filter transmittierten Wellenfront in einem Bereich von 101 × 96 Millimetern, wobei die Messung zur Ermittlung einer Verzerrung der transmittierten Wellenfront geeignet ist.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Bezugnehmend auf 1a und 1b umfasst das optische Element 2 ein Substrat 3 mit zwei Hauptflächen 31. In diesem Beispiel ist das optische Element 2 rechteckig ausgebildet und die Hauptflächen 31 sind eben. Die Flächennormale 311, die senkrecht zur Hauptfläche 31 steht, definiert eine optische Achse des optischen Elements 2.
Bezugnehmend auf 1a ist eine der Hauptflächen 31 des optischen Elements 2 mit einer optischen Schicht 4 beschichtet. Diese Dünnfilmschicht weist einen Brechungsindex auf, der sich von dem Brechungsindex des Substrats 2 und von dem Brechungsindex der das optische Element 2 umgebenden Atmosphäre oder Luft unterscheidet. Die optische Schicht 4 kann beispielsweise eine Antireflexionsbeschichtung sein, welche das Reflexionsvermögen an der Grenze Luft-Glas reduziert. Die Dicke der optischen Schicht 4 kann beispielsweise ein Viertel einer Wellenlänge in dem Licht transmittierenden Spektralbereich des optischen Filters 2 betragen.
Bezugnehmend auf 1b ist eine der Hauptflächen 31 mit einer Doppelschicht beschichtet, das heißt mit zwei optischen Schichten 4. Die beiden optischen Schichten 4 können unterschiedliche Materialien umfassen und können unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen. Eine solche Doppelschichtbeschichtung kann beispielsweise genutzt werden, um das Reflexionsvermögen im Vergleich zu einer Beschichtung mit einer einzigen Schicht zu reduzieren.
Die andere Hauptfläche 31 des optischen Elements 2 ist ebenfalls mit einer optischen Schicht 4 beschichtet. Wie dem Fachmann bekannt ist, verstehen sich die dargestellten Beschichtungen lediglich als Beispiele. Es kann insbesondere auch erwünscht sein, eine wesentlich höhere Anzahl von Schichten auf einer oder beiden Hauptflächen 31 eines optischen Elements 2 aufzubringen.
Bezugnehmend auf 2 umfassen optische Filter 1 mehrere nebeneinander angeordnete optische Elemente 2, wobei in 2a die optischen Elemente eine rechteckige Form aufweisen (z. B. mit einer Diagonale von mindestens 75, bevorzugt mindestens 100, besonders bevorzugt mindestens 150 Millimetern) und wobei in 2b die optischen Elemente scheibenförmig sind (z.B. mit einem Durchmesser von mindestens 75, bevorzugt mindestens 100, besonders bevorzugt mindestens 150 Millimetern).
Die optischen Elemente 2 sind in solcher Weise nebeneinander angeordnet, dass zwischen jedem Paar von benachbarten optischen Elementen 2 Hohlräume 7, d.h. Lücken, gebildet sind. Die Flächennormalen 31 der optischen Elemente 2 liegen im Wesentlichen parallel zueinander (zumindest innerhalb einer engen Toleranz von z.B. weniger als 30 Bogenminuten) und definieren die optische Achse 5 des optischen Filters 1.
Wenn eine Lichtwelle durch den optischen Filter 1 hindurchtritt, können Wellenfronten der Lichtwelle beispielsweise (im Idealfall) senkrecht zur optischen Achse 5 liegen und sich entlang der Richtung der optischen Achse 5 ausbreiten.
Der optische Filter 1 kann ein Kurzpassfilter oder ein Langpassfilter mit einem Licht transmittierenden Spektralbereich angrenzend an einen Licht blockenden Spektralbereich sein, wobei der Licht transmittierende Spektralbereich z.B. einen mittleren Transmissionsgrad T_LT von mehr als 80 Prozent aufweisen kann, während der Licht blockende Spektralbereich beispielsweise einen mittleren Transmissionsgrad T_LB von unter 5 Prozent aufweisen kann. Somit gibt es einen Übergang des Transmissionsgrades des optischen Filters 1 von einem hohen Transmissionsgrad in dem Licht transmittierenden Spektralbereich zu einem geringen Transmissionsgrad in dem Licht blockenden Spektralbereich. Die Wellenlänge, bei welcher der Transmissionsgrad den Mittelwert $| \bar{T_{L T}} + \bar{T_{L T}} | / 2$
annimmt, kann als Übergangswellenlänge bezeichnet werden, wobei diese auch die Flankenlage eines Kurzpass- oder Langpassfilters definiert. Die Flankenlage kann beispielsweise bei einem Wert innerhalb des Intervalls von 190 bis 3.000 Nanometern liegen.
Der optische Filter 1 kann auch ein Bandpassfilter sein, mit einem Licht transmittierenden Spektralbereich, der an zwei Licht blockende Spektralbereiche angrenzt, die auf beiden Seiten des Licht transmittierenden Spektralbereichs liegen. Ein Bandpassfilter kann durch eine Zentralwellenlänge in der Mitte des Licht transmittierenden Spektralbereichs charakterisiert werden. Die Zentralwellenlänge kann beispielsweise einen Wert innerhalb des Intervalls von 200 bis 3.000 Nanometern annehmen.
Ein Aspekt der Qualität des optischen Filters 1 ist die Schwankung einer charakteristischen Wellenlänge wie beispielsweise einer Zentralwellenlänge oder einer Übergangswellenlänge über die volle freie Apertur. Im Rahmen der Erfindung kann eine solche Schwankung mithilfe einer Reihe von Verfeinerungsschritten an den optischen Elementen 2 und/oder an der Anordnung selbiger reduziert werden. Gemäß einem bevorzugten Qualitätsstandard kann vorgesehen sein, dass die Schwankung einer solchen charakteristischen Wellenlänge (z.B. der Zentralwellenlänge im Fall eines Bandpasses oder einer Übergangswellenlänge im Fall eines Kurzpasses oder eines Langpasses) gleich oder kleiner als ± 0,25 Prozent der charakteristischen Wellenlänge über die volle freie Apertur ist (für Spitze-zu-Tal). Gemäß einem weiteren bevorzugten Qualitätsstandard kann vorgesehen sein, dass die Schwankung einer solchen charakteristischen Wellenlänge gleich oder kleiner ± 0,1 Prozent der charakteristischen Wellenlänge für jeweils einen Durchmesser von 25,4 Millimetern ist (für Spitze-zu-Tal) .
In der Praxis weisen die Hauptflächen 31 der optischen Elemente 2 typischerweise kleinste Unregelmäßigkeiten auf, die auch ein Ergebnis des Aufbringens einer oder mehrerer Beschichtungsschichten auf eine Oberfläche sein können. Diese Unregelmäßigkeiten können zu einer Verzerrung der Wellenfronten führen, z.B. einer Lichtwelle von 633 Nanometern, die durch den optischen Filter 1 hindurchtritt, d.h. zu einer sogenannten Verzerrung der transmittierten Wellenfront (TWD, für engl.: transmitted wavefront distortion). Im Rahmen der Erfindung kann die TWD bestimmt werden (z.B. mithilfe eines Shack-Hartmann-Sensors) und kann außerdem reduziert werden, und zwar mithilfe einer Reihe von Verfeinerungsschritten an den optischen Elementen 2 und/oder an der Anordnung selbiger.
Somit ist der optische Filter 1 vorteilhafterweise durch eine sehr geringe Verzerrung der transmittierten Wellenfront gekennzeichnet, die insbesondere kleiner als die Hälfte der Testwellenlänge bei 632,8 Nanometern über einen Durchmesser von 100 Millimetern (für Spitze-zu-Tal) sein kann, oder insbesondere kleiner als ein Viertel der Testwellenlänge bei 633 Nanometern über eine Fläche von 80 × 30 Millimetern. Bevorzugt kann der optische Filter 1 auch eine TWD aufweisen, die für jeweils einen Durchmesser von 25 Millimetern kleiner als ein Achtel der Testwellenlänge ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die TWD des optischen Filters 1 und/oder eines oder mehrerer optischer Elemente 2 für einen Test-Spektralbereich überprüft, beispielsweise für einen Bereich, der sich von 360 Nanometer bis 1.100 Nanometer erstreckt, vorzugsweise von 300 bis 2.000 Nanometer, besonders bevorzugt von 190 bis 3.000 Nanometer. Dafür kann die Bestimmung der TWD als eine Prüfeigenschaft (und Verfeinerungsschritte) für eine Mehrzahl von Testwellenlängen durchgeführt werden, z.B. für 10 Testwellenlängen, die über den Test-Spektralbereich verteilt sind.
Bezugnehmend auf 3, so werden die optischen Elemente 2 mittels Abstandshaltern 6 in vorgegebenen Abständen benachbart zueinander gehalten. Die Abstandshalter 6 können beispielsweise als Rohr für den optischen Filter 1 ausgebildet sein, wie in 3a gezeigt ist, oder als Abstandshalterelemente für je zwei benachbarte optische Elemente 2, wie in 3b zu sehen ist. Der Abstandshalter 6 kann derart ausgebildet sein, dass die optischen Elemente 2 nacheinander an den Abstandshaltern 6 angebracht oder in diese eingefügt werden können, um den optischen Filter 1 zu montieren. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass sich der optische Filter 1 wieder demontieren lässt. Dies hat den Vorteil, dass Prüfeigenschaften des optischen Filters oder seiner Komponenten in einem zumindest teilweise montierten Zustand des optischen Filters 1 bestimmt werden können, während Verfeinerungsschritte, z.B. an den optischen Elementen 2, nach der Demontage der jeweiligen Komponenten ausgeführt werden können.
4 zeigt fünf Kurven 11 des spektralen Transmissionsgrades für die Positionen a, b, c, d, e an der Apertur eines optischen Bandpassfilters gemäß der Erfindung.
Für jede Position a, b, c, d, e umfasst der Bandpassfilter einen ersten Licht blockenden Spektralbereich 8, einen Licht transmittierenden Spektralbereich 9 und einen zweiten Licht blockenden Spektralbereich 10, wobei der Transmissionsgrad stetig von einem Wert von unter 0,0003 % in dem Licht bockenden Bereich 8 auf einen Wert von mehr als 92 % (T_max) in dem Licht transmittierenden Bereich 9 und wieder auf einen Wert von unter 0,0003 % in dem Licht bockenden Bereich 10 übergeht.
Mit Bezugnahme auf Tabelle 14 kann die Zentralwellenlänge λ_c (als eine charakteristische Wellenlänge) bestimmt werden als Mittelwert aus der ersten Übergangswellenlänge (zwischen dem Licht bockenden Bereich 8 und dem Licht transmittierenden Bereich 9) und der zweiten Übergangswellenlänge (zwischen dem Licht transmittierenden Bereich 9 und dem Licht blockenden Bereich 10). Jede dieser Übergangswellenlängen kann durch die Wellenlänge bei T_max/2 gegeben sein. Hierbei weist die Zentralwellenlänge λ_c für die Positionen a, b, c, d, e auf der Aperturfläche über die Aperturfläche hin eine Schwankung von 0,1 Prozent auf.
Die Halbwertsbreite (FWHM, für engl.: full width at half maximum) ist die Differenz zwischen der ersten Übergangswellenlänge und der zweiten Übergangswellenlänge, d.h. die Breite des Licht transmittierenden Spektralbereichs 9 bei der Hälfte des maximalen Transmissionsgrades. Die Breiten W1 und W2 stellen die Breite des Licht transmittierenden Spektralbereichs bei maximalem bzw. minimalem Transmissionsgrad dar.
5 zeigt fünf Kurven 11 des spektralen Transmissionsgrades für die Positionen a, b, c, d, e auf der Apertur eines weiteren optischen Bandpassfilters gemäß der Erfindung.
Für diesen Bandpassfilter weist die Zentralwellenlänge λ_c für die Positionen a, b, c, d, e über die Aperturfläche hin eine Schwankung von 0,06 Prozent auf.
6 zeigt ein Dichtediagramm einer Messung einer durch einen erfindungsgemäßen optischen Bandpassfilter transmittierten verzerrten Wellenfront 14 in einem Bereich von 25 × 25 Millimetern (x-Achse 15 und y-Achse 16). Die z-Achse 17 entspricht der optischen Achse des Filters.
Die Messung erfolgte über die gesamte Fläche der Komponente von 163 × 163 Millimetern. Die dargestellte Fläche von 25 × 25 Millimetern ist ein Teil der Gesamtfläche von 163 × 163 Millimetern und wird aus allen Bereichen von 25 × 25 Millimetern innerhalb der Fläche von 163 × 163 Millimetern so ausgewählt, dass sie der größten Verzerrung der transmittierten Wellenfront entspricht. Mit anderen Worten ist für alle anderen Bereiche von 25 × 25 Millimetern in dem Bereich von 163 × 163 Millimetern die Verzerrung der transmittierten Wellenfront (TWD) kleiner als der TWD-Wert für die dargestellte Fläche von 25 × 25 Millimetern.
Da das auf den optischen Filter einfallende Licht, das in diesem Fall eine Wellenlänge von A = 440 Nanometern aufweist, durch hochgradig ebene Wellenfronten gekennzeichnet ist, gibt die gemessene transmittierte Wellenfront 14 die durch den optischen Filter eingetragene Wellenfrontverzerrung (den Wellenfrontfehler) an.
Die Verzerrung der transmittierten Wellenfront (TWD) kann als Standardabweichung der z-Werte ausgewertet werden, wobei sich in diesem Fall RMS = 0,017 Mikrometer (RMS für engl.: root mean square, quadratisches Mittel) ergibt. Die TWD kann für jede Fläche von 25 × 25 Millimetern auf der Apertur des optischen Filters wünschenswerterweise unter λ/10, vorzugsweise unter λ/12 oder besonders bevorzugt unter λ/15 liegen. Dieser Qualitätsstandard wird im vorliegenden Fall erfüllt (λ/20 = 0,03 Mikrometer, während die Referenzwellenlänge nach MIL-Standard bei 633 Nanometern liegt). Es ist zu beachten, dass die Referenzwellenlänge (oft die Wellenlänge eines in einem Interferometer verwendeten He-Ne-Lasers) nicht notwendigerweise auch die Messwellenlänge ist. Bei schmalen Bandpassfiltern kann beispielsweise eine universelle Wellenlänge von 633 Nanometern ungeeignet sein. Im dargestellten Fall wurde die Verzerrung der transmittierten Wellenfront mithilfe eines Weißlicht-Shack-Hartman-Sensors gemessen.
Alternativ kann die TWD auch durch die Differenz zwischen Spitze und Tal (P.V. für engl.: peak-valley) der z-Werte charakterisiert werden, in diesem Fall P.V. = 0,073 Mikrometer. Es kann erwünscht sein, dass die P.V.-Differenz für eine Fläche von jeweils 25 × 25 Millimetern auf der Apertur des optischen Filters unter 0,1 Mikrometern, bevorzugt unter 0,75 Mikrometern liegt.
7 zeigt ein Dichtediagramm einer Messung einer weiteren durch einen erfindungsgemäßen optischen Bandpassfilter transmittierten verzerrten Wellenfront 14 in einem Bereich von 101 × 96 Millimetern. Die Messung (die zu dem gleichen Experiment gehört wie bei 6) wurde auf Basis der gesamten Fläche der gleichen Komponente von 163 × 163 Millimetern durchgeführt. In diesem Fall ist jedoch der Analysebereich, welcher der größten TWD entspricht, größer. In diesem Fall entspricht die ausgemessene Fläche, die mehr als 9.000 Quadratmillimeter beträgt, der Apertur des optischen Filters. Die TWD (RMS = 0,039 Mikrometer) ist kleiner als λ/10 und sogar kleiner als λ/15 (λ/15 = 0,04 Mikrometer bei λ = 633 Nanometer als Referenzwellenlänge). Die P.V.-Differenz (0,178 Mikrometer) für die Aperturfläche des optischen Filters ist kleiner als 0,2 Mikrometer.
8 zeigt ein Dichtediagramm einer Messung noch einer weiteren durch einen erfindungsgemäßen optischen Bandpassfilter transmittierten verzerrten Wellenfront 14 in einem Bereich von 25 × 25 Millimetern. Die Messung wurde erneut für die gesamte Fläche der analysierten Komponente durchgeführt, und der dargestellte Bereich wurde so ausgewählt, dass die TWD maximal ist. Die TWD (RMS = 0,022 Mikrometer) ist kleiner als λ/10, kleiner als λ/15 und sogar kleiner als λ/20 (λ/20 = 0,03 Mikrometer für λ = 633 Nanometer). Die P.V.-Differenz (0,055 Mikrometer) ist sogar kleiner als 0,06 Mikrometer.
9 zeigt ein Dichtediagramm einer Messung noch einer weiteren durch einen erfindungsgemäßen optischen Bandpassfilter transmittierten verzerrten Wellenfront 14 in einem Bereich von 101 × 96 Millimetern. Die Messung, die zu dem gleichen Experiment gehört wie bei 8, basiert auf einer größeren Analysefläche als in 8. Die TWD (RMS = 0,053 Mikrometer) ist kleiner als λ/10 (λ/10 = 0,06 Mikrometer bei λ = 633 Nanometer als Referenzwellenlänge). Die P.V.-Differenz (0,238 Mikrometer) ist kleiner als 0,3 Mikrometer, was ein bevorzugter Qualitätsstandard sein kann.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters (1), insbesondere als kundenspezifisches Produkt, dessen optische Eigenschaften kundenspezifischen Qualitätsstandards entsprechen, wobei der optische Filter entweder ein Kurzpassfilter, ein Langpassfilter oder ein Bandpassfilter mit mindestens einem Licht transmittierenden Spektralbereich und mindestens einem Licht blockenden Spektralbereich ist, wobei der mittlere Transmissionsgrad des optischen Filters (1) in dem Licht transmittierenden Spektralbereich größer als 50 Prozent ist und der mittlere Transmissionsgrad in dem Licht blockenden Spektralbereich kleiner als 5 Prozent ist, wobei das Verfahren umfasst: - Bereitstellen einer Mehrzahl von optischen Elementen (2), die jeweils ein Substrat (3) mit zwei entgegengesetzten Hauptflächen (31) umfassen, - Bereitstellen mindestens eines Abstandshalters (6) oder einer flächenabdeckenden Haftschicht, um mindestens zwei der optischen Elemente in einem vorgegebenen Abstand zu halten, - Montieren der Mehrzahl von optischen Elementen (2) derart, dass sie benachbart zueinander angeordnet sind und dass mindestens zwei benachbarte optische Elemente durch den mindestens einen Abstandshalter (6) fest in einem vorgegebenen Abstand und mit einem Hohlraum (7) dazwischen gehalten werden, - Ermitteln mindestens einer Prüfeigenschaft bezüglich der optischen Eigenschaften des optischen Filters (1) und Verwenden der mindestens einen Prüfeigenschaft zum Montieren der Mehrzahl von optischen Elementen (2) in optimierter Weise und/oder zum Ausführen mindestens eines Verfeinerungsschritts an mindestens einem der optischen Elemente (2).
Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters (1) nach Anspruch 1, wobei der optische Filter (1) eine Aperturfläche von mindestens 1.225 Quadratmillimetern aufweist, insbesondere einen Durchmesser von mindestens 50 Millimetern oder eine Diagonale von mindestens 50 Millimetern.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren das Beschichten mindestens einer der Hauptflächen (31) des Substrats (3) mindestens eines der optischen Elemente (2) mit einer Schicht aus Beschichtungsmaterial umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters (1) nach Anspruch 3, wobei die Hauptfläche durch Sputter-Abscheidung beschichtet wird und wobei das Verfahren umfasst: - Verwenden einer Abscheidungsmaske während der Sputter-Abscheidung zur Beeinflussung der räumlichen Verteilung und/oder der Dicke der Schicht aus Beschichtungsmaterial; und/oder - Verwenden eines Magnetfeldes während der Sputter-Abscheidung zur Beeinflussung der räumlichen Verteilung und/oder der Dicke der Schicht aus Beschichtungsmaterial.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren umfasst: - Ermitteln einer Verzerrung einer transmittierten Wellenfront als die Prüfeigenschaft, wobei die Wellenfrontverzerrung für mindestens eine Testwellenlänge, vorzugsweise 632,8 Nanometer, eines optischen Systems bestimmt wird, das entweder den optischen Filter (1) als Ganzes darstellt, oder mindestens eines der Mehrzahl von optischen Elementen (2), - wobei die Verzerrung der transmittierten Wellenfront vorzugsweise als Standardabweichung einer Differenzgröße für mindestens 1.000 Punkte definiert ist, die regelmäßig über eine Berechnungsfläche von transmittierten Wellenfronten einer ebenen Welle der Testwellenlänge verteilt sind, die durch das optische System in Richtung der optischen Achse des optischen Systems transmittiert wird, wobei die Differenzgröße den Abstand in Richtung der optischen Achse zwischen den transmittierten Wellenfronten und einer Ebene angibt, die senkrecht zu der optischen Achse und an dem Mittelwert der mindestens 1.000 Punkte liegt, und wobei die Berechnungsfläche der transmittierten Wellenfronten die Projektion einer ebenen Fläche, vorzugsweise einer kreisförmigen Fläche mit einem Durchmesser von 25,4 Millimetern, die senkrecht zu der optischen Achse liegt, entlang der optischen Achse auf die Wellenfronten darstellt, - vorzugsweise Vergleichen der ermittelten Verzerrung der transmittierten Wellenfront mit einem spezifizierten Qualitätsstandard, der insbesondere vorsieht, dass die ermittelte Verzerrung der transmittierten Wellenfront kleiner als die Hälfte, vorzugsweise kleiner als ein Viertel, besonders bevorzugt kleiner als ein Achtel der mindestens einen Testwellenlänge ist.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren umfasst: - Ermitteln der Schwankung einer charakteristischen Wellenlänge als die Prüfeigenschaft, wobei die Schwankung einer charakteristischen Wellenlänge über die Aperturfläche eines optischen Systems bestimmt wird, das entweder den optischen Filter (1) als Ganzes darstellt, oder mindestens eines der Mehrzahl von optischen Elementen (2), - wobei die charakteristische Wellenlänge vorzugsweise eine Übergangswellenlänge zwischen zwei der Spektralbereiche oder eine Zentralwellenlänge eines der Spektralbereiche ist, wobei die Übergangswellenlänge vorzugsweise definiert ist als eine Wellenlänge zwischen dem Licht transmittierenden Spektralbereich und dem Licht bockenden Spektralbereich, bei welcher der Transmissionsgrad des optischen Systems $| \bar{T_{L T}} + \bar{T_{L T}} | / 2$
beträgt, wobei T_LT der mittlere Transmissionsgrad in dem Licht transmittierenden Spektralbereich ist und T_LB der mittlere Transmissionsgrad in dem Licht blockenden Spektralbereich ist, - vorzugsweise Vergleichen der ermittelten Schwankung einer charakteristischen Wellenlänge mit einem spezifizierten Qualitätsstandard, der insbesondere vorsieht, dass die ermittelte Schwankung einer charakteristischen Wellenlänge kleiner als ± 0,25 Prozent ist, vorzugsweise kleiner als ± 0,15 Prozent.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren umfasst: - Ermitteln einer Flankensteilheit als die Prüfeigenschaft, wobei die Flankensteilheit von einem optischen System bestimmt wird, das entweder den optischen Filter (1) als Ganzes darstellt, oder mindestens eines der Mehrzahl von optischen Elementen (2), - wobei die Flankensteilheit vorzugsweise definiert ist als |λ_LT - λ_LB| / λ_LB, wobei λ_LT die dem Licht blockenden Spektralbereich zugewandte Grenzwellenlänge des Licht transmittierenden Spektralbereichs ist, und wobei λ_LB die dem Licht transmittierenden Spektralbereich zugewandte Grenzwellenlänge des Licht blockenden Spektralbereichs ist, - vorzugsweise Vergleichen der ermittelten Flankensteilheit mit einem spezifizierten Qualitätsstandard, der insbesondere vorsieht, dass die ermittelte Flankensteilheit kleiner als 2 Prozent ist, vorzugsweise kleiner als 0,7 Prozent.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren umfasst: - Ermitteln eines Transmissions- und/oder Reflexionsspektrums als die Prüfeigenschaft, wobei das Transmissions- und/oder Reflexionsspektrum von einem optischen System bestimmt wird, das entweder den optischen Filter (1) als Ganzes darstellt, oder mindestens eines der Mehrzahl von optischen Elementen (2), - vorzugsweise Vergleichen des bestimmten Transmissions- und/oder Reflexionsspektrums mit einem vorgegebenen Qualitätsstandard.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren umfasst: - Ermitteln einer räumlichen Schwankung einer Schichtdicke als die Prüfeigenschaft, wobei die Schwankung einer Schichtdicke von der Schicht aus Beschichtungsmaterial ermittelt wird, die auf mindestens einer der Hauptflächen (31) des Substrats (3) mindestens eines der optischen Elemente (2) abgeschieden ist, - vorzugsweise Vergleichen der ermittelten räumlichen Schwankung einer Schichtdicke mit einem spezifizierten Qualitätsstandard.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren umfasst: - Ermitteln einer ersten Prüfeigenschaft eines ersten optischen Elements der Mehrzahl von optischen Elementen, vorzugsweise vor dem Montieren der Mehrzahl von optischen Elementen (2), - Ermitteln einer zweiten Prüfeigenschaft eines zweiten optischen Elements der Mehrzahl von optischen Elementen, vorzugsweise vor dem Montieren der Mehrzahl von optischen Elementen (2), - Berechnen einer relativen Prüfeigenschaft basierend auf der ermittelten ersten Prüfeigenschaft und der ermittelten zweiten Prüfeigenschaft, - vorzugsweise Vergleichen der berechneten relativen Prüfeigenschaft mit einem spezifizierten Qualitätsstandard, - Verwenden der relativen Prüfeigenschaft zum Montieren des ersten und des zweiten optischen Elements der Mehrzahl von optischen Elementen (2) mit einer optimierten geometrischen Lagebeziehung zwischen dem ersten und dem zweiten optischen Element, insbesondere dem relativen Drehwinkel derselben in Bezug auf die optische Achse und/oder der relativen Ausrichtung derselben und/oder des relativer Abstand derselben entlang der optischen Achse.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren umfasst: - Ermitteln mindestens einer Prüfeigenschaft eines optischen Systems, das entweder den optischen Filter (1) als Ganzes darstellt, oder mindestens eines der Mehrzahl von optischen Elementen (2), vorzugsweise nach dem zumindest teilweisen Montieren der Mehrzahl von optischen Elementen (2), - Vergleichen der ermittelten mindestens einen Prüfeigenschaft mit einem spezifizierten Qualitätsstandard, - Entscheiden, ob die mindestens eine Prüfeigenschaft den spezifizierten Qualitätsstandard erfüllt, und wenn die Entscheidung negativ ausfällt, Ausführen mindestens eines Verfeinerungsschritts an mindestens einem der optischen Elemente, vorzugsweise, wenn die Entscheidung negativ ausfällt, Wiederholen der vorherigen Schritte bis die Entscheidung positiv ausfällt.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verfahren das Ausführen eines Verfeinerungsschritts an mindestens einem der optischen Elemente umfasst, umfassend: - vorzugsweise Demontieren des mindestens einen optischen Elements, - Polieren des mindestens einen optischen Elements und/oder - Anpassen der Abscheidungsmaske, insbesondere der Form der Abscheidungsmaske und/oder - Anpassen des Magnetfeldes, insbesondere der räumlichen Verteilung des Magnetfeldes und/oder - erneutes Beschichten mindestens einer der Hauptflächen (31) des Substrats (3) des mindestens einen optischen Elements durch Sputter-Abscheidung und/oder - Anpassen der Ausrichtung des mindestens einen optischen Elements und/oder - Anpassen des Drehwinkels des mindestens einen optischen Elements um die optische Achse herum und/oder - Anpassen der Position des mindestens einen optischen Elements auf der optischen Achse.
Optischer Filter (1), insbesondere hergestellt oder herstellbar durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der optische Filter (1) entweder ein Kurzpassfilter, ein Langpassfilter oder ein Bandpassfilter mit mindestens einem Licht transmittierenden Spektralbereich und mindestens einem Licht blockenden Spektralbereich ist, und wobei der optische Filter (1) mindestens ein optisches Element (2) umfasst, das ein Substrat (3) mit zwei entgegengesetzten Hauptflächen (31) umfasst, und wobei der optische Filter (1) durch eines oder mehrere der folgenden Merkmale gekennzeichnet ist: - der optische Filter (1) weist eine Aperturfläche von mindestens 1.225 Quadratmillimeter auf, - die Verzerrung der transmittierten Wellenfront (TWD) des optischen Filters (1) für mindestens eine Testwellenlänge, vorzugsweise 632,8 Nanometer, ist kleiner als die Hälfte, vorzugsweise kleiner als ein Viertel, besonders bevorzugt kleiner als ein Achtel der mindestens einen Testwellenlänge, vorzugsweise 632,8 Nanometer; - die Schwankung einer charakteristischen Wellenlänge über die Aperturfläche des optischen Filters ist kleiner als ± 0,25 Prozent, vorzugsweise kleiner als ± 0,15 Prozent.
Optischer Filter (1) nach Anspruch 13, wobei der Transmissionsgrad des optischen Filters (1) zwischen dem mindestens einen Licht transmittierenden Spektralbereich und dem mindestens einen Licht blockenden Spektralbereich einen Übergangsbereich mit einer Flankensteilheit von weniger als 2 Prozent, vorzugsweise weniger als 0,7 Prozent aufweist.
Optischer Filter (1) nach Anspruch 13 oder 14, wobei dieser eine Mehrzahl von optischen Elementen (2) und mindestens einen Abstandshalter (6) umfasst, wobei die optischen Elemente (2) benachbart zueinander und in solcher Weise angeordnet sind, dass mindestens zwei benachbarte optische Elemente durch den mindestens einen Abstandshalter (6) fest in einem vorgegebenen Abstand und mit einem Hohlraum (7) dazwischen gehalten werden.
Optischer Filter (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei mindestens eine der Hauptflächen (31) mit mindestens einer optischen Schicht (4) beschichtet ist.
Optischer Filter (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Substrat (3) des mindestens einen optischen Elements (2) ein optisches Glas, ein technisches Glas, ein Filterglas, ein Infrarotmaterial oder ein Kristall ist.
Optischer Filter (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei mindestens eine der Hauptflächen des Substrats (3) mindestens eines optischen Elements (2) eben, konvex oder konkav ausgebildet ist.