DE69919697T2

DE69919697T2 - Doppelseitiges asphärisches Präzisionselement

Info

Publication number: DE69919697T2
Application number: DE69919697T
Authority: DE
Inventors: Baruch Ben-Menachem; Yaacov Zerem; Nissim Asida
Original assignee: Ophir Optronics Ltd
Current assignee: Ophir Optronics Ltd
Priority date: 1998-05-21
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2019-04-16
Also published as: EP1082625B1; US6460437B2; CA2333082A1; IL139038A0; AU3343099A; CA2333082C; US6622599B1; IL124598A0; ATE274710T1; IL124598A; IL139038A; US20040058625A1; DE69919697D1; WO1999060429A1; US7028595B2; EP1082625A1; JP2002516404A; US20010029816A1

Description

ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Fachgebiet asphärische optische Präzisionselemente, insbesondere Linsen, deren Oberflächen durch Bearbeitung mit einschneidigen Werkzeugen hergestellt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Optische Abbildungssysteme, bei denen konventionelle sphärische Linsen verwendet werden, erfordern im Allgemeinen eine große Anzahl von Oberflächen und somit eine große Anzahl von Bauelementen, um die im System vorhandenen optischen Aberrationen zu korrigieren und so die Bildqualität zu verbessern. Falls die Anzahl der Bauelemente unbegrenzt ist, können bei der Entwicklung optischer Systeme Baugruppen aus sphärische Linsen verwendet werden, die fast in jedem Falle gleichzeitig alle häufigen optischen Aberrationen in einem System von Linsen mit jeder beliebigen f-Zahl korrigieren können. Die Anzahl der dazu benötigten Oberflächen kann jedoch so hoch sein, dass Größe und Gewicht des entstehenden Linsenaufbaus unverhältnismäßig zunehmen und die Herstellung mit hohen Kosten verbunden ist. Ferner kann es aufgrund der Restreflexion an jeder Oberfläche und der Massenabsorption in jeder Linse zu einer übermäßigen Reduzierung der Durchlässigkeit des gesamten Linsenaufbaus kommen.
Die Verwendung von asphärischen Oberflächen mit oder ohne Integration diffraktiver Elemente ermöglicht die Entwicklung und den Aufbau von Linsensystemen mit gleicher oder sogar besserer optischer Leistung als vergleichbare Systeme mit ausschließlich sphärischen Oberflächen, wobei in den meisten Fällen zusätzlich noch eine signifikante Verringerung der Anzahl der benötigten Bauelemente und deshalb insgesamt eine signifikante Verbesserung hinsichtlich Größe, Gewicht, Kosten und optischer Durchlässigkeit des Linsenaufbaus erreicht wird. In vielen Fällen kann eine jede der asphärischen Oberflächen in einem optischen System dazu verwendet werden, mindestens zwei sphärische Oberflächen zu ersetzen. Dieser Vorteil gewinnt besonders bei der Konstruktion von Linsensystemen zum Einsatz in Systemen zur thermischen Bilderzeugung an Bedeutung, wie z.B. in jenen, die mit Wellenlängen im Bereich von 8 bis 12 μm oder 3 bis 5 μm arbeiten. Um die Empfindlichkeit solcher Systeme zu erhöhen, haben die verwendeten Linsen oft große Aperturen in der Größenordnung von mehreren Zoll. Ferner sind von den Materialien, die zur Verwendung in diesen Spektralbereichen zur Verfügung stehen, wie z. B. Germanium, MO-CVD-gewachsenes Zinkselenid oder Zinksulfid, Silizium, Galliumarsenid, Kalziumfluorid usw., einige sehr teuer, und Einsparungen bei den Materialkosten sowie bei den Produktions- und Beschichtungskosten durch eine Verringerung der Anzahl der Bauelemente sind daher ein sehr signifikanter Faktor bei der Reduzierung der Gesamtsystemkosten. Diese Einsparungen überwiegen gewöhnlich die bei der Produktion der asphärischen Oberflächen entstehenden Zusatzkosten.
Es gibt drei Hauptverfahren zur Herstellung von asphärischen Oberflächen auf optischen Linsen. Für die Herstellung von asphärischen optischen Bauteilen mit geringer Genauigkeit zur Verwendung im sichtbaren oder nahen Infrarotbereich werden asphärische Bauteile durch Gießen oder Formen von Materialien wie Glas oder Polymeren von optischer Qualität hergestellt. Da die Herstellung der Gussformen so teuer ist, wurden solche Linsen bei optischen Geräten aus der Massenproduktion wie Stehbild- und Videokameras und bei optischen CD-Lesern wie z.B. Bildplattenspielern und optischen Speichern eingesetzt. Solche Linsen enthalten im Allgemeinen asphärische Bauteile mit einer asphärischen Seite und einer ebenen oder sphärischen Seite.
In jüngster Zeit wurde eine Reihe von Patenten für Erfindungen erteilt, bei denen massenproduzierte Linsen mit zwei asphärischen Oberflächen verwendet werden. Im möglicherweise ersten dieser Patente, U.S.-Patent Nr. 4,449,792 von N. Arai, S. Ishiyama und T. Kojima, wird eine Einzellinse mit großer Apertur, deren beide Oberflächen asphärisch sind, beschrieben. Die Linse wurde zur Verwendung als Abtastlinse in einem Bildplattenspieler entwickelt und zur Reduzierung des Gewichts aus Kunststoff hergestellt. Eine ähnliche Linse wurde von M. Ko boyashi, K. Kushida und N. Arai in U.S.-Patent Nr. 5,475,537 beschrieben. Es wird ein optisches System mit verbesserter Leistung zur Verwendung bei der Aufnahme und beim Lesen von Informationen auf einem optischen Informationsmedium bei Wellenlängen im sichtbaren oder nahen Infrarotbereich beschrieben. In diesem System wird eine doppelseitig asphärische Objektivlinse für die Abbildungsfunktion verwendet. Es wird beschrieben, dass diese Linse aus Glas oder "Harz" besteht, wobei unter Harz vermutlich ein transparenter Kunststoff von optischer Qualität zu verstehen ist. Im U.S.-Patent Nr. 5,583,698 von K. Yamada et al wird eine doppelseitig asphärische Linse zur Verwendung als Zoomlinse in einer Videokamera beschrieben. Im U.S.-Patent Nr. 5,642,229 wird eine doppelseitig asphärische Linse zur Verwendung in einer Projektionslinsenbaugruppe und in U.S.-Patent Nr. 5,726,799 eine doppelseitig asphärische Linse zur Verwendung zur Verwendung im Sucher einer Kompaktkamera beschrieben.
Alle oben genannten Patente beschreiben doppelseitig asphärische Linsen aus Glas oder Kunststoff zur Verwendung im sichtbaren oder nahen Infrarotbereich. Dies sind geeignete Materialien, aus denen Linsen mit geringen Kosten durch Gießen oder Formen hergestellt werden können. Obwohl es möglich ist, Formen zur Fertigung gegossener oder geformter doppelseitig asphärische Präzisionslinsen herzustellen, sind die Systemanforderungen bei solchen Linsen in der Regel nicht hoch genug, um die Kosten einer solchen Genauigkeit zu rechtfertigen. Form- oder Gießverfahren werden daher im Allgemeinen eingesetzt, um für die Anforderungen solcher relativ kostengünstiger massenproduzierter Systeme eine hinreichende Genauigkeit der Bauelemente zu gewährleisten.
Fast alle optischen Bauelemente in optischen Abbildungssystemen zur Verwendung im thermischen Infrarotbereich werden aus Materialien hergestellt, die nur schwer oder gar nicht gegossen oder geformt werden können. Wichtiger noch ist, dass, selbst wenn sie durch diese Verfahren hergestellt werden könnten, die bei vernünftigen Herstellungskosten erreichbare optische Genauigkeit in diesen Abbildungssystemen im Allgemeinen bei weitem nicht den Systemanforderungen genügt. Maximale Oberflächenrauheiten in der Größenordnung von λ/2 bei Wellenlängen des roten HeNe-Laserlichts (0,63 μm) sind bei den Bauelementen vie ler solcher Systemen erforderlich, um eine ausreichende Leistung sicherzustellen. Die Genauigkeit optischer Oberflächen wird oft mit Hilfe der Interferenzstreifen des roten HeNe-Laserlichts gemessen. Aus diesem Grund wird in dieser Beschreibung der Genauigkeit mit Bezug auf die Wellenlängen des roten HeNe-Laserlichts beschrieben.
Das zweite Herstellungsverfahren für asphärische Oberflächen sind spezialisierte Abwandlungen konventioneller Polierverfahren, bei denen positionsabhängiger Druck auf das Polierpad ausgeübt wird, um die asphärische Form zu herzustellen. Dieses Verfahren ist sehr arbeitsintensiv und kann im Allgemeinen nur eingesetzt werden, um leicht asphärische Bauelemente herzustellen. In jüngster Zeit wurden automatisierte Maschinen für solche Polituren entwickelt.
Das im industriellen Maßstab derzeit fast universell angewandte Verfahren zur Herstellung asphärischer Oberflächen an solchen Präzisionselementen, besonders für Systeme der thermischen Bilderzeugung, ist das Drehen mit Werkzeugen aus monokristallinem Diamant auf einer speziellen schwingungsfreien Ultrapräzisionsdrehmaschine, deren Spindel bei mittlerer bis hoher Geschwindigkeit in Luftlagern läuft und bei der im Allgemeinen mit Hilfe von Lasern der Arbeitsfortgang gemessen wird. Solche Diamantdrehmaschinen erreichen Genauigkeiten von mehr als 25 Nanometer und können optische Oberflächen herstellen, die eine ausreichend hohe Qualität zur Verwendung für Bauteile in solchen Systemen der thermischen Bilderzeugung aufweisen. Das verwendete Drehwerkzeug ist im Allgemeinen ein monokristalliner Diamant, der speziell geformt ist, um einen glatten Schliff zu erzeugen. Es können jedoch auch andere geeignete einschneidige Drehwerkzeuge verwendet werden können. Das asphärische Profil wird durch geeignete CNC-Steuerung der Bewegung des einschneidigen Werkzeugs im Verhältnis zum Werkstück erreicht. Diamantbearbeitung kann effizient für kleine oder große Produktionsmengen und für viele der derzeit verwendeten Infrarot- und andere Materialien genutzt werden. Weiterhin kann die Diamantschleiftechnik zusätzlich zur Herstellung asphärischer Oberflächen auch zum Schleifen von Diffraktionsmustern verwendet werden, wodurch die optische Leistung des Elements noch weiter erhöht werden kann.
Die Bearbeitung von optischen Präzisionselementen mit einschneidigen Werkzeugen erfolgt auch in einer Scheibenfräskonfiguration, wo das Werkstück im Wesentlichen in Ruhe ist und das Schneidwerkzeug mit hoher Geschwindigkeit über dem Element rotiert und so den Schliff vornimmt. Das gewünschte Oberflächenprofil wird durch geeignete CNC- Steuerung der Relativbewegung zwischen dem Schneidwerkzeughalter und dem in der Herstellung befindlichen Element hergestellt. Scheibenfräsen wird oft eingesetzt, um Präzisionselemente ohne Rotationssymmetrieachse wie zum Beispiel zylindrische oder elliptische Präzisionsoberflächen auf Spiegeln oder auf durchlässigen Elementen herzustellen. Zusätzlich werden auch häufig ebene Oberflächen durch Scheibenfräsen hergestellt.
Begriffe wie „Drehen", „Bearbeiten", „Bearbeiten mit einschneidigen Werkzeugen", „Scheibenfräsen", „Diamantdrehen" oder „Diamantbearbeiten" oder Gleichwertiges, die möglicherweise austauschbar verwendet wurden, sind im gesamten Patent als materialabtragende Ultrapräzisionsverfahren unter Verwendung eines scharfen Werkzeugs zur Herstellung einer optischen Qualitätsoberfläche zu verstehen, gleich ob diese exakt als Drehen, Spanen, Fräsen oder als ein anderes ähnliches materialabtragendes Verfahren bezeichnet werden und gleich ob das Werkzeug aus Diamant oder einem anderen geeigneten Material besteht.
Bisher ist es jedoch nur möglich gewesen, Elemente mit einer asphärischen Oberfläche durch Diamantdrehen herzustellen. Die zweite Oberfläche muss entweder eben oder sphärisch sein. Dies hat den ultimativen Nutzen asphärischer Oberflächen in der Kunst des optischen Design für den thermischen Infrarot-Bereich eingeschränkt, da bei derzeitigen optimalen Designs möglicherweise noch immer eine größere Anzahl von Linsen benötigt wird, als dies der Fall wäre, wenn Linsen mit zwei asphärischen Oberflächen verfügbar wären.
Der Grund, warum Präzisionslinsen derzeit mit nur einer asphärischen Oberfläche hergestellt werden, ergibt sich aus den Verfahren, die es derzeit für das Halten des Werkstücks während der Bearbeitung und für das Prüfen des Werkzeughalters gibt. Das Element muss während der Bearbeitung fest gehalten werden, jedoch, ohne dass Eigenspannung erzeugt wird. Dies erfolgt unter Verwendung eines Vakuumfutters, wobei die rückseitige Oberfläche des Werkstücks in engem Kontakt mit der Futteroberfläche steht. Der Durchmesser des Futters ist mindestens so groß wie der des Bauelements selbst, und das Vakuum wird durch eine Reihe von kreisförmigen, in die Futteroberfläche geschnittenen Nuten an der rückseitigen Oberfläche des Bauteiles hergestellt. Die Verwendung der Vakuumeinspannung, durch die die rückseitige Oberfläche des Werkstücks an die Futteroberfläche gezogen wird, ist ein wichtiger Faktor für das spannungsfreie Halten des Werkstücks. Würde das Werkstück wie beim konventionellen Drehen oder Fräsen an einer Kante mechanisch eingespannt, so würde es während der Bearbeitung verformt werden, und, obwohl es, solange es sich im Futter befindet, eine perfekte Form hätte, beim Ausspannen in seine spannungsfreie Position zurückkehren und dadurch seine Präzisionsform verlieren.
Um zu gewährleisten, dass das Werkstück spannungsfrei im Futter sitzt, wird auch die Futteroberfläche selbst in optischer Qualität gefertigt. Die Worte von P.R. Hall im Artikel mit dem Titel "Use of aspheric surfaces in infra-red optical designs" veröffentlicht in Optical Engineering, Vol. 26, pp 1102-1111 (Nov. 1987), sollen hier zitiert werden. „Es ist ein wesentliches Merkmal der Diamantbearbeitung, dass das Werkstück auf Referenzoberflächen eingespannt wird, die von der Maschine gedreht wurden." Daher wird die Futteroberfläche, wenn sie sphärisch ist, durch Diamantdrehen hergestellt, oder, wenn sie eben ist, durch Diamantfräsen. Die rückseitige Oberfläche des Werkstücks erhält dann eine optische Oberfläche von identischer, passender Form, so dass es spannungsfrei im Futter sitzt.
Der Hauptgrund, warum derzeit nur ebene oder sphärische Futteroberflächen verwendet werden, ergibt sich aus der Tatsache, dass selbst in einer gut hergestellten Charge von asphärischen Oberflächen, jede eine etwas unterschiedliche Oberflächenrauheit aufweist und das in stärkerem Maße als konventionell polierte sphärische Oberflächen. Daher würde, selbst wenn ein genaues asphärisches Futter gefertigt wurde, jede asphärisch hergestellte erste Oberfläche etwas anders im Futter sitzen und eine genaue Herstellung der zweiten Oberfläche verhindern.
Ein sekundärer Grund dafür, dass keine asphärischen Futter verwendet werden, ist die Notwendigkeit, die Genauigkeit der gedrehten oder geschliffen Futteroberfläche zu prüfen, während diese sich noch auf der Diamantdreh- oder Fräsmaschine befindet. Dies ist notwendig, damit in den aufeinanderfolgenden Schliffen Formkorrekturen vorgenommen werden können, um einen hochgenauen letzten Schliff zu erhalten. Diese Prüfungen werden durchgeführt, indem die Interferenzstreifen zwischen der bearbeiteten Oberfläche und einem geeigneten Prüfglas unter Verwendung von einwelligem Licht gesucht werden. Da derzeit asphärische Prüfgläser noch wesentlich schwieriger herzustellen sind als sphärische, wurden im Allgemeinen nur sphärische oder ebene Futter hergestellt.
Es existieren noch weitere Verfahren zur Messung der Leistung und der Rauheit asphärischer Futteroberflächen, z. B. mit einem Profilmessinstrument wie dem Rank Talysurf, hergestellt von Rank Taylor Hobson aus Leicester, England. Der Einsatz dieses Instruments ist aus zwei Gründen nicht möglich. Erstens, die in der Futteroberfläche befindlichen Vakuumnuten beeinträchtigen die Messung, und diese Nuten müssen gedreht werden, bevor die Oberfläche fertiggestellt ist, da sonst das Drehen der Nuten die fertige Oberfläche verformen würde. Zweitens, der Talysuf kann nur eingesetzt werden, wenn die in der Prüfung befindliche Oberfläche außerhalb der Maschine ist. Das Entnehmen und Austauschen des Futters zwischen Offline-Prüfung und Bearbeitung würde die Genauigkeit des gesamten Bearbeitungsprozesses erheblich verringern.
Im oben erwähnten Artikel von P. R. Hall (op. cit), in dem eine Reihe von asphärisch gearbeiteten Linsensystemen mit gleichwertigen Systemen, bei denen nur sphärische Linsen verwendet werden, verglichen werden, bezieht sich der Autor stets auf die Herstellung einer asphärischen Oberfläche pro Bauelement und auf die Herstellung einer zweiten asphärischen Oberfläche nur bei einem zweiten Bauelement.
Ebenso wird in US-Patent Nr. 5,668,671 von M. Erdmann, erteilt an British Aerospace plc, eines der führenden Unternehmen im Bereich der Linsenentwicklung und -herstellung durch Diamantdrehen, ein dioptrisches Linsensystem zur Bilder zeugung zur Verwendung im thermischen Infrarot-Bereich beschrieben. Die Linsenelemente sind aus Germanium und Silizium gefertigt, und haben vermutlich alle diamantgedrehte sphärische Oberflächen, um die für die Anwendung erforderliche Genauigkeit zu erzielen. Bei der einzigen darin beschriebenen asphärische Linse war nur eine der Oberflächen asphärisch.
In der veröffentlichten European Patent Application 0 441 206 Al von C. Chen wird ein optisches Präzisionselement zur Verwendung im infraroten Bereich beschrieben, das eine asphärische Oberfläche hat, und dessen andere Oberfläche die Form eines binären Gitters hat.
Auch wenn der Einsatz des Diamantdrehens im Allgemeinen charakteristische Markierungen auf den bearbeiteten Oberflächen hinterlässt, so gibt es doch Verfahren zur Entfernung dieser Markierungen durch Prozesse nach dem Polieren. Bei vielen durch Diamantdrehen hergestellten Oberflächen gibt es Markierungen, die tiefer als das allgemeine Level sind, und deren Entfernung möglicherweise schwieriger ist oder sogar die Genauigkeit des Elements beeinträchtigt. Dennoch werden Polituren nach dem Drehen vorgenommen, wenn das optische Element für den sichtbaren oder nahen Infrarotbereich verwendet werden soll. Ein Beispiel für eine solche Anwendung wird in U.S-Patent Nr. 5,386,315 von M. Amon et al für ein „IR Fast Low Light Level Lens System" beschrieben.
Es existiert daher ein Bedarf an doppelseitig asphärischen Präzisionslinsen mit oder ohne Diffraktionsmustern, insbesondere zum Einsatz im thermischen Infrarotbereich zur Verbesserung der Durchlässigkeit und Bilderzeugungsleistung solcher optischer Systeme.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Mit der vorliegenden Erfindung wird versucht, ein neues optisches Präzisionselement dessen beide Oberflächen eine asphärische Form haben und das mit oder ohne Diffraktionsmuster auf einer oder beiden Oberflächen hergestellt wurde, vorzustellen. Mit der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls versucht, ein Ver fahren vorzustellen, mit dem ein solches Bauelement durch Bearbeitung mit einem einschneidigen Werkzeug wie z. B. durch Diamantdrehen oder Scheibenfräsen hergestellt werden kann.
Ferner wird mit der vorliegenden Erfindung versucht, zur Durchführung dieses Verfahrens ein neuartiges Vakuumfutter zum Halten eines solchen optischen Bauelements zur Verfügung zu stellen. Außerdem wird mit der vorliegenden Erfindung versucht, neue optische Systemdesigns und Anwendungen zur Verfügung zu stellen, bei denen solche doppelseitig asphärischen Bauelemente verwendet werden, wodurch in vielen Fällen eine signifikante Verbesserung im Vergleich zu den derzeit verfügbaren optischen Systemen erreicht wird.
Durch Präzisionslinsen mit zwei asphärischen Oberflächen, die mit oder ohne Diffraktionsmuster auf einer oder beiden Oberflächen hergestellt wurden, könnten viele optische Systeme mit einer noch kleineren Anzahl von Bauelementen als derzeit üblich entwickelt und konstruiert werden, wobei zusätzlich eine Einsparung hinsichtlich Kosten, Größe und Gewicht und eine weitere Verbesserung der Systemleistung hinsichtlich Durchlässigkeit und Bildqualität erreicht werden könnte. Es gibt zwei spezifische Fälle, in denen die Verwendung von Linsen mit zwei asphärischen Oberflächen signifikante Vorteile bieten würde:

(1) Optische Designs, die die Verwendung einer dicken Linse oder von Linsen mit hohen Lichtbrechungsindizes erfordern, was für viele Infrarot-Materialien tatsächlich der Fall ist.
(2) Optische Designs, die die Verwendung einer Oberfläche mit einer sehr steilen asphärischen Krümmung erfordern. Solche Oberflächen sind teuer und schwierig herzustellen. Durch die Verwendung eines Bauelements mit zwei asphärischen Oberflächen könnte die asphärische Krümmung zwischen den beiden Oberflächen geteilt werden, was die Herstellung und Prüfung des Bauelements vereinfachen würde.

Moderne Systeme der thermischen Bilderzeugung, bei denen große numerische Aperturen verwendet werden, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, werden oft zur Verwendung von Linsen der beiden oben genannten Typen entwickelt. Die Verwendung doppelseitig asphärischer Präzisionslinsen, die mit oder ohne Diffraktionsmuster hergestellt wurden, würde daher die Durchlässigkeit und Abbildungsleistung solcher optischer Systeme, besonders jener zum Einsatz im thermischen Infrarotbereich signifikant verbessern.
Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer doppelseitig asphärischen Linse, wie in Anspruch 1 definiert, und ein Vakuumfutter, wie in Anspruch 7 definiert, zur Verfügung gestellt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum besseren und umfassenderen Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben:
1 ist die bildhafte Darstellung eines asphärischen Bauelements nach dem bekannten Stand der Technik, das entsprechend der bisher verfügbaren Technologien konstruiert wurde und nur eine asphärische Oberfläche aufweist.
2 stellt ein Vakuumfutter nach dem bekannten Stand der Technik dar, wie es verwendet wird, um ein asphärisches Element nach dem bekannten Stand der Technik bei der Bearbeitung seiner einen asphärischen Oberfläche mit einem einschneidigen Werkzeug zu halten.
3 stellt eine mit einem einschneidigen Werkzeug gedrehte doppelseitig asphärische Linse dar.
4 stellt ein Vakuumfutter mit einem schmalen Auflagering dar, das gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung funktioniert. Dieses Futter wird verwendet, um ein wie in 3 dargestelltes doppelseitig asphärisches Bauelement herzustellen.
5 zeigt ein ähnliches Vakuumfutter wie in 4, wobei das Vakuum jedoch mit Hilfe von Nuten in der Auflageoberfläche am Bauelement erzeugt wird.
6 stellt ein doppelseitig diffraktives Bauelement dar, das aus einer wie in 3 dargestellten doppelseitig asphärischen Linse hergestellt wird.
7 stellt ein optisches System nach dem bekannten Stand der Technik zur Verwendung als Linse für die thermische Bilderzeugung dar, das unter Verwendung von asphärischen Linsen nach dem bekannten Stand der Technik entwickelt wurde, wobei pro Linse nur eine Oberfläche eine asphärische Form aufweist.
8 zeigt ein optisches System, das dieselbe Funktion erfüllt wie das System nach dem bekannten Stand der Technik in 7, das aber für die Verwendung von Linsen mit zwei asphärischen Oberflächen entwickelt wurde, wie sie mit Hilfe des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
9 stellt ein optisches System zur Verwendung in der thermischen Bilderzeugung oder für Vorwärts-Infrarot-Anwendungen unter Verwendung doppelseitig asphärischer Linsen mit diffraktiver optischer Struktur auf einer der Oberflächen dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSARTEN
Es wird nun Bezug auf 1 genommen, die die schematische Darstellung eines asphärischen Bauelements 10 nach dem bekannten Stand der Technik enthält, das nach den bisher verfügbaren Verfahren hergestellt wurde. In dieser bevorzugten Ausführungsart wird als Beispiel eine Linse beschrieben. Es kann jedoch eine Linse, ein doppelseitiger Spiegel oder jedes andere geeignete doppelseitig optische Element verwendet werden. Für die Verwendung in einem System zur thermischen Bilderzeugung im Infrarotbereich, das in Wellenlängenbereichen von 8 bis 12 μm oder 3 bis 5 μm arbeitet, kann die Linse aus einem geeigneten infrarotdurchlässigen Material wie polykristallines oder monokristallines Germani um oder MO-CVD-gewachsenes Zinkselenid oder Zinksulfid oder Galliumarsenid, Silizium oder anderen Materialien hergestellt werden. Die erste Oberfläche der Linse 12, die die in der Maschine eingespannte Oberfläche ist, hat eine sphärische Form, was durch den gestrichelten Kreisbogen 16 dargestellt wird. Diese Oberfläche wird typischerweise durch konventionelle Linsenschleif- und Polierverfahren hergestellt. Die gegenüberliegende und zweite Oberfläche 14, die vor dem Diamantdrehen ebenfalls eine sphärische Form hatte, die typischerweise durch konventionelle Schleif- und Polierverfahren hergestellt wird, wurde in eine asphärische Form gedreht. Die Abweichung von der sphärischen Form, die durch den gestrichelten Kreisbogen 18 dargestellt wird, kann Bruchteile eines Millimeters oder bei hoch asphärischen Linsen auch mehreren Millimeter betragen. Die in 1 dargestellte sphärische Oberfläche ist als die „Best-fit-Sphäre" bekannt und berührt die gewünschte asphärische Oberfläche in der Mitte und am Rand. Durch die Verwendung der Best-fit-Sphäre als Ausgangsprofil der Linse, wird die durch das Diamantdrehverfahren abzutragende Materialmenge auf ein Minimum reduziert.
2 stellt den Schnitt eines Vakuumfutters nach dem bekannten Stand der Technik dar, wie es z.B. zum Drehen der sphärischen Oberfläche des in 1 dargestellten Bauelementes nach dem bekannten Stand der Technik verwendet wird. Der Körper des Futters 20 wird typischerweise aus Aluminium hergestellt. Eine Reihe von kreisförmigen Nuten 24 wurden typischerweise durch konventionelles Drehen in der vorderen Oberfläche 22 eingearbeitet. Diese Nuten haben die Funktion, das Vakuum aufzubauen, durch das die Linse beim Diamantdrehen festgehalten wird. Das Vakuum wird von einer zentralen Vakuumzuführung 30 aus durch die Mitte der Futterspindel 28 über innere Durchgänge 26 zu diese Nuten geleitet. Nachdem die Vakuumnuten eingearbeitet worden sind, wird die vordere Oberfläche des Futters 22 zu einer sphärischen Form mit optischer Genauigkeit diamantgedreht. Die Genauigkeit der Form der vorderen Oberfläche wird sichergestellt, indem die zwischen einem Prüfglas 32 mit dem gewünschten Krümmungsradius 34 und der diamantgedrehten sphärischen vorderen Oberfläche 22 des Futters gebildeten Interferenzstreifen mit Hilfe einer einwelligen Lichtquelle 36 beobachtet werden.
Nachdem die Futteroberfläche ihre genaue Form erhalten hat, wird das in 1 dargestellte Element 10 mit seiner passenden ersten sphärischen Oberfläche 12 in das Futter eingespannt, und die zweite Oberfläche 14 wird zur Herstellung der erforderlichen asphärischen Form diamantgedreht. Ein Futter zum Halten eines Bauelements während des Scheibenfräsens hätte eine ähnliche Struktur und würde auf ähnliche Weise verwendet werden, außer, dass in der Mitte des Futters keine Spindel benötigt wird, da das Futter nicht rotieren muss.
3 stellt ein doppelseitig asphärisches Bauelement 40 dar. Das Bauelement könnte eine Linse, ein doppelseitiger Spiegel oder ein anderes geeignetes doppelseitiges Bauelement sein. Dieses Bauelement hat eine ähnliche Form und ähnliche Maße wie das in 1 dargestellte Bauelement nach dem bekannten Stand der Technik. Es unterscheidet sich jedoch dadurch, dass seine beiden Oberflächen 42, 44 durch Drehen mit einem einschneidigen Werkzeug eine asphärische Form erhalten haben. Die Abweichung der beiden Oberflächen von der sphärischen Symmetrie wird durch die gestrichelten sphärischen Kreisbögen 46, 48 schematisch dargestellt. Diese sind die Best-fit-Sphären in deren Form die Oberflächen vor dem Diamantdrehen poliert wurden.
4 stellt ein Vakuumfutter 50 dar, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung gefertigt wurde und funktioniert, und mit dem ein doppelseitig asphärisches Element wie das in 3 konstruiert werden kann. Das Futter unterscheidet sich von den verwendeten Futtern nach dem bekannten Stand der Technik, wie in 2 dargestellt, darin, dass ein großer Teil der Einspannfläche abgetrennt wurde und nur ein vergleichsweise schmaler Ring 53 mit einer Auflageoberfläche 52 geblieben ist, gegen den das zu drehende Element 62 gesaugt wird. Das Vakuum wird im Volumen 54 innerhalb des Rings 53 erzeugt und auf ähnliche Weise wie bei dem in 2 dargestellten Futter nach dem bekannten Stand der Technik von einer zentralen Vakuumzuführung 60 durch die Mitte der Futterspindel 58 geleitet. Die Breite d, 70 des Einspannrings 53 und seine relative Umfangsposition r, 72 werden so gewählt, dass das zu drehende Element 62 fest gehalten wird, jedoch keine Spannungen und Verformungen am Bauelement 62 auftreten. Diese Parameter hängen ab vom Material, vom Durchmesser und von der Dicke des Bauelements 62. In dem in 4 dargestellten Futter wird für den Ring 53 ein mittlerer Radius r, 72 festgelegt, der etwa zwei Dritteln des Radius des Bauelements entspricht, und die radiale Breite d, 70 des Rings beträgt etwa 15% des Radius des Bauelements.
Wie bei dem in 2 dargestellten Futter nach dem bekannten Stand der Technik, ist, wenn das Futter in 4 zum Scheibenfräsen verwendet werden soll, die zentrale Spindel 58 außer Betrieb und kann wahlweise weggelassen werden, da das Futter nicht rotieren muss. Ferner muss bei allen erwähnten Anwendungen, wie Drehen, Scheibenfräsen oder anderen Spanverfahren, die Auflageoberfläche kein Ring sein, sondern kann jede geeigneten Form aufweisen, durch die das Element einwandfrei gehalten werden kann. Der Begriff „Ring" wird daher in der gesamten Spezifikation verwendet und schließt jede solche andere Form ein.
Das Element 62 soll sowohl mit seiner ersten Oberfläche 64 als auch mit seiner zweiten asphärisch gedrehten Oberfläche 66 gefertigt werden. Wie bei Futtern nach dem bekannten Stand der Technik wird die passende Oberfläche 52 des Einspannrings 53 des Futters gemäß der vorliegenden Erfindung durch Präzisionsdrehen mit einem einschneidigen Werkzeug in die genaue Form der ersten Oberfläche 64 des dort eingespannten Elements 62 gebracht. Im Gegensatz zu Futtern nach dem bekannten Stand der Technik wird die passende Oberfläche 52 jedoch durch Drehen in eine asphärische Form gebracht, um die gleiche asphärische Form zu erhalten wie die erste Oberfläche 64 der herzustellenden Linse. Da sich jedoch die Passoberfläche 52 des Einspannrings und die erste Oberfläche 64 des Elements nur an einem kleinen Teil ihrer Gesamtfläche berühren, wird eine ausreichende Sitzgenauigkeit nur dann erzielt, wenn auch die Genauigkeit des Drehens mit dem einschneidigen Werkzeug gewährleistet ist. Damit erübrigt sich dann die Notwendigkeit der Prüfung der Genauigkeit der gedrehten Oberfläche mit einem Prüfglas und die wiederholte Vornahme kleiner Korrekturen, bis die gewünschte Form erreicht ist. Bei Verwendung eines Ringfutters gemäß der vorliegenden Erfindung kommt es bei kleinen Formabweichungen an der Futteroberfläche 52 oder an der ersten Oberfläche des Element 64, die bei einem Futter mit voll anliegender Fläche nach dem bekannten Stand der Technik dazu führen würden, dass das Element nicht genau in der gewünschten Position sitzt, wegen der kleineren Kontaktfläche nur zu kleinen Abweichungen von der gewünschten Einspannposition. Mit Hilfe des Elements 62, das mit seiner ersten asphärischen Oberfläche 64 genau im Futter sitzt, kann die zweite asphärische Oberfläche 66 auch genau gedreht werden.
Folglich ist es durch das neuartige Ringfutter gemäß dieser bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung zum ersten Mal möglich, ein Präzisionselement wie z. B. eine Linse oder einen doppelseitigen Spiegel herzustellen, dessen beide Oberflächen durch Drehen oder Scheibenfräsen eine asphärische Form erhalten.
Nach einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung eines Elements wie z.B. einer Linse gemäß der vorliegenden Erfindung, wird bei einem Linsenrohling 62, dessen erste und zweite Oberfläche sphärisch geformt ist, die erste Oberfläche 64 in die gewünschte asphärische Form diamantgedreht. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Element entweder in ein Vakuumfutter nach dem bekannten Stand der Technik oder in ein Ringvakuumfutter gemäß der vorliegenden Erfindung eingespannt wird. Die Einspannringoberfläche 52 eines Ringvakuumfutters wird dann in eine zur ersten asphärischen Oberfläche 64 der Linse komplementären asphärischen Form diamantgedreht. Die Linse wird dann mit ihrer ersten, an der asphärische Ringoberfläche 52 des Futters gehaltenen Oberfläche 64 in das Ringfutter eingespannt. Aufgrund der oben genannten neuartigen Merkmale dieses Ringeinspannfutters wird die Linse genau eingespannt, ohne dass Spannungen oder Verformungen auftreten, und die zweite Oberfläche 66 der Linse kann dann in ihre gewünschte asphärische Form gebracht werden.
Trotz der vergleichsweise kleinen Einspannfläche, die zum Befestigen der Linse genutzt wird, und obwohl der Vakuumeinspanneffekt nur am zentralen Teil des Elements wirksam ist und das Element hätte verformen können, hat sich gezeigt, dass die Genauigkeit einer in einem Futter mit den oben erwähnten Dimensionskriterien und nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gedrehten asphäri schen Oberfläche nicht unterhalb der Anforderungen an die Oberflächenform eines solchen Elements verschlechtert wird.
Ringvakuumfutter mit einer sphärischen Einspannfläche wurden zum Halten einer konventionellen asphärischen Linse mit einer asphärischen Oberfläche während des Diamantdrehens ihrer zweiten asphärischen Oberfläche beim Diamantdrehen nur begrenzt eingesetzt. Solche Ringfutter wurden zum Einspannen von Linsen verwendet, bei denen die Linseneinspannfläche geringfügige Fehler, wie z.B. an Punkt 68 in 4 dargestellt, aufweisen kann. Dieser Fehler 68 wird dort in sehr übertriebener Größe schematisch dargestellt. In der Praxis kann sogar ein sehr geringer, gerade noch mit bloßem Auge sichtbarer Fehler genügen, um ein genaues Sitzen der Linse in einem Futter nach dem bekannten Stand der Technik, wie in 2 dargestellt, zu verhindern, was zu einer ungenau gedrehten zweiten Oberfläche führt. Solche Futter sind in erster Linie von Diamantbearbeitungsmaschinenherstellern für Demonstrations- und Abnahmetestzwecke verwendet worden, da sie vielfach an Versuchsteilen von Kunden verwendet werden können, ohne dass die Drehgenauigkeit aufgrund der schlechten Qualität der vom Kunden zur Verfügung gestellten Versuchsteile beeinträchtigt wird.
Nach dem besten Wissen des Erfinders wurden solche Ringfutter jedoch immer mit sphärisch geformten Oberflächen zum Halten der sphärischen ersten Oberfläche eines Element ausgestattet, um die asphärische Form der zweiten Oberfläche zu drehen, wie mit dem oben beschriebenen Vakuumfutter nach dem bekannten Stand der Technik. Solche Ringfutter wurden nach dem besten Wissen des Erfinders nie mit einer asphärischen Oberfläche ausgestattet, um die Herstellung von doppelseitig asphärischen Bauelementen nach dem in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verfahren zu ermöglichen.
Falls das Futter und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung für das Scheibenfräsen verwendet wird, ist es möglich, Linsen herzustellen, deren beide Oberflächen zylindrisch oder elliptisch sind. Da die Scheibenfräskonfiguration zur Herstellung von asphärischen Spiegeloberflächen verwendet wird, wird es nun außerdem möglich, zweiseitige Spiegel herzustellen, deren beide Seiten zylindrisch oder elliptisch sind.
Da das Bauelement und das Futter während des Scheibenfräsens in Ruhe sind und keine Kreisbewegung durchführen und das zu bearbeitende Element nicht notwendigerweise kreisförmig ist, muss der Auflagering eines Futter gemäß der vorliegenden Erfindung für Scheibenfräs-Anwendungen auch gar nicht kreisförmig sein. Er kann jede beliebige Form haben, durch die das Einspannvakuum gehalten und das Element an Teilen seiner ersten Oberfläche festgehalten wird, ohne Spannungen zu erzeugen, die das Element verformen würden.
5 stellt nun ein Vakuumfutter gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung dar, die sich jedoch von der in 4 dargestellten darin unterscheidend, dass das Vakuum, durch das das Bauelement 62 gehalten wird, durch Nuten 74 innerhalb der Auflagefläche zugeführt wird, und zwar auf ähnliche Weise wie bei dem in 2 dargestellten Futter nach dem bekannten Stand der Technik. Die Kanäle 76 führen von einer zentralen Vakuumzurührung 78 zu diesen Nuten. Obwohl die Auflagefläche 52 schmal ist und es somit nur wenig Platz für mehr als eine oder zwei Nuten gibt, reicht die Auflage bei einem Futter dieser Art aus, um ein leichtes Element während des Drehens zu halten. Als Alternative könnte das Vakuumfutter mit den in 4 und 5 dargestellten Vakuumzuführungen konstruiert werden, so dass das Element sowohl von innerhalb der Auflagefläche als auch von der Auflagefläche selbst gehalten wird.
Das Vakuumringfutter gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch für die Herstellung von doppelseitig diffraktiven optischen Elementen verwendet werden. Diffraktionsmuster an optischen Elementen werden durch Bearbeitung der Oberfläche des Elements hergestellt. Es handelt sich um eine diffraktive Struktur, die im Allgemeinen die Form einer Reihe von konzentrischen Nuten oder Stufen mit definiertem Profil, Oberflächenprofil und definierter Position zwischen den Nuten oder Stufen aufweist. Diese Struktur verbessert das Streu- und Beugungsvermögen des Bauelements und wird dazu verwendet, um im Bauelement vorhandene Restaberrationen weiter zu korrigieren. Auf diese Weise kann durch ein einzelnes Element ein optimaler Designnutzen erzielt werden. Optische Diftraktionsmuster können auf jeder beliebigen Oberfläche aufgebracht werden, gleich ob diese flach, sphärisch oder asphärisch ist.
Im Allgemeinen genügt es, die diffraktive optische Struktur auf nur einer Oberfläche des Bauelements aufzubringen. Da es notwendig ist, die diffraktiven Nuten durch Diamantdrehen auf die Oberfläche der meisten im thermischen Infrarotbereich des Spektrums verwendeten Materialien aufzubringen, ist es allgemein üblich, diffraktive optische Bauelemente auf der Oberfläche der asphärischen Bauelemente selbst als zusätzliche Stufe ihres Produktionsprozesses herzustellen. Es wird also so vorgegangen, dass sowohl der asphärische Scheitel als auch der diffraktive Nutenscheitel in einer Einspannposition gedreht wird.
Die bisher verfügbaren diffraktiven optischen Bauelemente wurden mit nur einer asphärischen Oberfläche hergestellt. Die Verwendung des Vakuumringfutters gemäß der vorliegenden Erfindung und die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung doppelseitig asphärischer Bauelemente gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen auch die Herstellung von doppelseitig asphärischen, diffraktiven optischen Elementen. Das am häufigsten verwendete diffraktive optische Element, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, ist eine Linse, deren erste Seite asphärisch ist, die aber keine diffraktive optische Struktur aufweist, und deren zweite Seite asphärisch ist und ein optisches Diftraktionsmuster aufweist. 6 enthält die schematische Darstellung eines solchen beidseitig asphärischen, diffraktiven optischen Bauelements 80 gemäß einer bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung. Das optische Diffraktionsmuster wurde nur auf einer Oberfläche 88 des Bauelements 80 aufgebracht. In diesem Beispiel werden zwei diffraktive Nuten 82 dargestellt, es kann jedoch auch eine andere Anzahl gewählt werden. Das Profil 84 der Oberfläche des Bauelements zwischen den Nuten ist ebenfalls Teil des Designs des diffraktiven Elements, und es wird ebenfalls durch Drehen mit einem einschneidigen Werkzeug hergestellt. Beide Oberflächen 86, 88 des Elements haben neben dem auf einer der asphärischen Oberflächen aufgebrachten Diffraktionsmuster 82 ihre eigene asphärische Gesamtform.
Das Vakuumringfutter wurde, wie in den in 4 und 5 dargestellten Ausführungsarten so entwickelt, dass die Nuten nicht innerhalb der Kontaktfläche des Einspannrings liegen, damit die zweite asphärische Seite gedreht werden kann, ohne die Nutenstruktur zu beschädigen. Es ist nur dann erforderlich, das Vakuumringfutter gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden, wenn beide Seiten der Linse Diffraktionsmuster aufweisen. Falls nur eine Seite ein solches Diffraktionsmuster aufweist, so würde es normalerweise auf der zweiten bearbeiteten Oberfläche gedreht, um das Problem zu vermeiden, dass eine Oberfläche eingespannt wird, die bereits ein Diffraktionsmuster aufweist. Die Verwendung solcher doppelseitig diffraktiven Bauelemente ermöglicht, gleich ob das Diffraktionsmuster an nur einer oder beiden asphärischen Oberflächen aufgebracht wird, ein zusätzliches Maß an Freiheit bei der Entwicklung optischer Systeme mit dem Ergebnis weiterer Verbesserungen hinsichtlich Systemleistung und Kosten.
7 stellt ein optisches System nach dem bekannten Stand der Technik zur Verwendung als Linsensystem zur thermisches Bilderzeugung im Spektralbereich zwischen 8 und 12 μm dar. Die Designanforderungen entsprechen einer Linse mit einer f-Zahl von 0,8 und einem weiten Abbildungsbereich. Das Linsensystem 90 wurde unter Verwendung von asphärischen und diffraktiven Linsen nach dem Stand der Technik mit nur einer asphärisch oder diffraktiv geformten Oberfläche pro Linse entwickelt. Dies stellt eine Einschränkung für den Designprozess dar, und infolgedessen werden bei diesem Design 3 Linsen 92, 94, 96 verwendet. Die erste Linse hat eine asphärische/diffraktive Oberfläche 97 und eine sphärische 98 mit dem Radius R4. Die zweite Linse 94 ist eine konventionelle sphärische Linse mit den Radien R2, R3. Die letzte Linse 96 hat eine asphärische Oberfläche 99 und eine sphärische Oberfläche 95 mit dem Radius R1.
8 stellt dasselbe Linsensystem dar, das durch die Verwendung von Linsen mit zwei asphärischen Oberflächen oder mit zwei asphärischen und diffraktiven Oberflächen, wie in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, mit zusätzlicher Freiheit entwickelt wurde. 8 zeigt ein optimiertes Design für das erforderliche Linsensystem. Es wird festgestellt, dass das neue Linsensystem 100 nur zwei Elemente 102, 104 enthält. Die erste Linse 102 ist eine doppelseitig asphärische/diffraktive Linse, deren erste Oberfläche 105 asphärisch und deren zweite Oberfläche 106 asphärisch/diffraktiv ist, während die zweite Linse doppelseitig asphärisch ist. Durch die Verwendung von nur zwei Bauelementen konnten im Vergleich zum Design mit drei Bauelementen nach dem bekannten Stand der Technik Größe, Gewicht und Kosten des Linsensystems gesenkt werden. Ferner weist das neue Linsensystem Verbesserungen der Systemleistung hinsichtlich Gesamtdurchlässigkeit und -bildqualität für große Abbildungsbereiche auf.
9 zeigt ein optisches System zur Verwendung bei thermischen Bilderzeugungs- oder Vorwärts-Infrarot-Anwendungen. Dieses System ist typisch für optische Systeme, bei denen doppelseitig asphärische Linsen nutzbringend verwendet werden. Das System 110 besteht aus einem Infrarot-Linsenaufbau 112, der an dessen vorderen Ende zur Abbildung des entsprechenden Bereiches eingebaut wurde. Der Linsenaufbau ähnelt dem, der in 8 dargestellt wird, wobei doppelseitig asphärische Linsen 114, 116 verwendet werden, von denen eine 114 ein Diffraktionsmuster auf einer ihrer Oberflächen aufweist. Bei diesem Linsenaufbau wurden im Vergleich zu Linsensystemen nach dem bekannten Stand der Technik Größe und Gewicht verringert und die Leistung verbessert. Der Linsenaufbau erzeugt eine fokussierte Abbildung auf dem Fokalebenen-Array 118. Die Signale vom Fokalebenen-Array 118 werden durch elektronische Signalverarbeitungselemente 120 verarbeitet, und das resultierende Bild wird auf dem Bildschirm 122 dargestellt, auf dem der Betrachter es beobachten kann. Da der Linsenaufbau eines Kamerasystems zur thermischen Bilderzeugung mit einer große numerischen Apertur versehen werden muss, damit eine möglichst große Lichtmenge einfallen kann, kann der Linsenaufbau den Hauptanteil des Gewichts und der Größe der Kamera darstellen. Folglich kann ein System zur thermischen Bilderzeugung unter Verwendung von doppelseitig asphärischen Linsen mit oder ohne Diffraktionsmuster wesentlich leichter und kompakter gebaut werden, als Systeme nach dem bekannten Stand der Technik.
Die Verwendung von doppelseitig asphärischen und asphärischen/diffraktiven Linsen ermöglicht daher den Bau völlig neuer optischer Präzisionssysteme, die bisher unerreichte, signifikante Verbesserungen hinsichtlich des optischen Wirkungsgrads und der Abbildungsleistung sowie ein geringeres Gewicht und eine geringere Größe aufweisen.

Claims

Verfahren zur Herstellung erster (64) und zweiter (66) asphärischer Oberflächen auf einem optischen Präzisionselement (62), welches eine radiale Ausdehnung aufweist, mit den Schritten: Bilden der ersten asphärischen Oberfläche (64) auf dem Element (62); Bilden einer Halteoberfläche (52) auf einem Vakuumfutter (50) mit einer in radialer Richtung bedeutend kleineren Breite (70) als die radiale Ausdehnung, und mit einer asphärischen Form, welche an die erste asphärische Oberfläche (64), die auf dem Element (62) gebildet ist, angepasst ist; und nachfolgendes Spanen der zweiten asphärischen Oberfläche (66) auf dem Element (62) während es mit der ersten asphärischen Oberfläche (64) in dem Vakuumfutter (50) gehalten wird.
Verfahren zur Herstellung erster (64) und zweiter (66) asphärischer Oberflächen auf einem optischen Präzisionselement (62) gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Spanens der zweiten asphärischen Oberfläche auf dem Element einen Einpunkt-Span-Schritt umfasst.
Verfahren zur Herstellung erster (64) und zweiter (66) asphärischer Oberflächen auf einem optischen Präzisionselement (62) gemäß entweder Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Schritt des Bildens der ersten asphärischen Oberfläche (64) des Elementes einen Span-Schritt umfasst.
Verfahren zur Herstellung erster (64) und zweiter (66) asphärischer Oberflächen auf einem optischen Präzisionselement (62) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Bildens einer Halteoberfläche (52) auf einem Vakuumfutter (50) einen Span-Schritt umfasst.
Verfahren zur Herstellung erster (64) und zweiter (66) asphärischer Oberflächen auf einem optischen Präzisionselement (62) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, welches ebenfalls den Schritt des Spanens eines optischen Beugungsmusters (82) auf mindestens einer der Oberflächen umfasst.
Verfahren zur Herstellung erster (64) und zweiter (66) asphärischer Oberflächen auf einem optischen Präzisionselement (62) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Präzision des optischen Elements derart ist, dass die maximale Maximum-zu-Minimum-Abweichung von mindestens einer ihrer ersten und zweiten Oberflächen geringer ist als eine Wellenlänge roten Helium-Neon-Laserlichts.
Vakuumfutter (50) zum Halten eines optischen Präzisionselementes (62), welches eine radiale Ausdehnung und eine erste asphärische Oberfläche aufweist zum Einpunkt-Spanen einer zweiten ihrer Oberflächen, wobei das Vakuumfutter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ausgestaltet ist, und eine Halteoberfläche (52) einer radialen Breite umfasst, die bedeutend kleiner als die radiale Ausdehnung ist und von welcher ein zentraler Bereich entfernt ist, wobei die Halteoberfläche (52) eine asphärische Form aufweist, welche an die erste asphärische Oberfläche des Elements angepasst ist.
Vakuumfutter nach Anspruch 7, wobei das Innenvolumen der Halteoberfläche (52) ein Vakuum bereit hält.
Vakuumfutter nach Anspruch 7, welches mindestens einen Durchlass (60) innerhalb der Halteoberfläche (52) umfasst, der ein Vakuum bereit hält.