WO2016170043A1 - Verfahren zur formgebung und/oder formkorrektur mindestens eines optischen elements - Google Patents

Verfahren zur formgebung und/oder formkorrektur mindestens eines optischen elements Download PDF

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WO2016170043A1
WO2016170043A1 PCT/EP2016/058877 EP2016058877W WO2016170043A1 WO 2016170043 A1 WO2016170043 A1 WO 2016170043A1 EP 2016058877 W EP2016058877 W EP 2016058877W WO 2016170043 A1 WO2016170043 A1 WO 2016170043A1
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WO
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optical element
optical
socket
elements
functional surface
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PCT/EP2016/058877
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French (fr)
Inventor
Matthias GOY
Claudia Reinlein
Nina LEONHARD
Michael APPELFELDER
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Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0825—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a flexible sheet or membrane, e.g. for varying the focus
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors

Definitions

  • the invention relates to a method for shaping and / or shape correction of at least one optical element.
  • Optical elements such as mirrors or grids are usually held in a socket in optical systems.
  • Optical elements whose area is large compared to their thickness typically have a low flexural rigidity, which makes grasping difficult. Forces introduced by grasping, gravitation or thermal effects (at high radiation energy or temperature change) can lead to a deformation of the optical functional surface of the optical element. These effects can be both static and dynamic.
  • an optical element may already have production-related and in particular unintentional deviations from a target shape of the optical functional surface prior to installation in a socket.
  • An object to be solved is therefore to specify a method by which the shape error of the optical functional surface of an optical element can be corrected and / or the shape of the optical functional surface can be adjusted in a targeted manner.
  • This task is achieved by a molding process
  • Shaping and / or shape correction of an optical element is in the form of an optical element in a first step
  • Deviation from a target shape is advantageously measured.
  • the measurement of the shape and the thickness takes place in particular
  • the optical element can be measured in particular by optical or tactile measuring methods with regard to its shape. Under optical measuring methods, e.g.
  • tactile measurement methods may be Tastroughtownen or probing individual points
  • Function surface includes, as well as the back of the optical element, which the optical functional surface
  • the optical element which is provided in operation for interaction with electromagnetic radiation, in particular light.
  • the optical element may in particular be a mirror, wherein the
  • optical functional surface is the mirror surface.
  • the optical element may for example be a grating, wherein the optical functional surface is the grating.
  • the dimension of the thickness of the optical element is perpendicular to a main plane of the optical element
  • the thickness of the optical element may in particular comprise the thickness of a substrate on which the optical functional surface is formed.
  • the optical functional surface by a reflective
  • Coating can be formed, which is applied to a mirror substrate.
  • the optical functional surface may be a grating disposed on a grating substrate.
  • the optical element may comprise one or more active components which are used to change the shape and / or position of the
  • optical element are provided in operation. Under the thickness of the optical element is in this case the
  • Function surface and provided for a socket of the optical element socket structure understood, ie the thickness including a substrate of the optical functional surface and including optionally existing active Elements attached to the substrate, for example.
  • a socket structure for the optical element is produced, wherein the socket structure is formed by an arrangement of a plurality of socket elements.
  • the socket elements preferably differ at least partially in their height and / or their rigidity.
  • the frame structure formed from the arrangement of the socket elements on the one hand has the function to fix the optical element in a predetermined position for an application.
  • the socket elements are connected on one side to the optical element, for example with a mirror substrate of the optical element or with active elements attached to the optical element.
  • the socket elements are connected to a carrier substrate, which in the intended application acts as a support for the optical element.
  • the socket structure has the function of defining and / or correcting the shape of the optical functional surface of the optical element.
  • connection structure associated with the shape of the optical functional surface under the action of gravity and / or an additional force in the same effective direction perpendicular to the optical functional surface of the optical element to the arrangement of the socket elements in the direction of the target shape advantageous in the measurement of the shape of the optical functional surface and / or the thickness of the deformations detected or optical element
  • Thickness deviations at least partially or preferably even completely compensated, so that the optical element
  • the computer-aided model of the optical element advantageously forms the
  • the positions, the heights and / or the stiffnesses of the socket elements of the socket structure are advantageously determined in such a way that deformations of the optical functional surface of the optical element caused by gravitation and / or by additional applied forces occur after connection to the socket structure of the particular
  • the target shape can be in horizontal when joining with the frame structure
  • Installation position or in vertical mounting position can be achieved.
  • an FEM simulation finite element method
  • Example compensate for a production-related undesirable variation of the thickness of a substrate of the optical element. Furthermore, it is possible that by different heights the socket elements targeted a desired shape of the
  • optical functional surface is generated by the action of the weight of the optical element and / or an additional force in the same effective direction.
  • the optical element deforms under the action of
  • Weight force on the socket elements such that it receives the desired target shape only in the frame structure.
  • the socket elements can be radially symmetric
  • a curved or in particular aspherically curved shape is transferred. Due to the height distribution of the socket elements can in particular comparatively
  • the socket elements may have different stiffnesses
  • socket elements can bring about a predetermined height distribution under the influence of the weight of the optical element.
  • the different stiffnesses of the socket elements can by
  • Cross-sectional shapes of the socket elements can be achieved.
  • Suitable materials for the socket elements are
  • the target shape of the optical functional surface is a flat surface, wherein the
  • Deviation of the measured shape of the optical functional surface of the flat surface by the connection of the optical element is completely or partially compensated with the socket structure.
  • the socket elements have a lower height at positions at which the optical functional surface deviates upward from the predetermined flat surface and / or a lower rigidity. Accordingly, the socket elements have a greater height and / or a greater rigidity at positions at which the optical functional surface deviates downward from the predetermined flat surface.
  • Target shape of the optical functional surface a curved surface, which is adapted to image electromagnetic radiation into a focus, and wherein a position of the focus by connecting the optical element with the
  • Frame structure is changed.
  • a deviation of the focal point determined from the measurement of the surface shape of the optical functional surface from a desired value can be completely or partially corrected in this way.
  • Target shape of the optical functional surface a curved surface, wherein an optical aberration of the measured optical functional surface is compensated in whole or in part by the connection of the optical element with the socket structure.
  • Target shape-related optical aberrations such as coma or astigmatism, be wholly or partially corrected.
  • the method described herein is particularly well suited for optical elements whose width is substantially greater than the thickness.
  • Such optical elements are characterized by a low bending stiffness, so that by the action of their own weight a comparatively large deformation is possible.
  • the width of the optical element is to be understood as meaning the extent in a direction parallel to the optical functional area, irrespective of the installation position in the intended application.
  • the width is the mirror diameter.
  • the ratio of the width b of the optical element to its thickness is particularly preferably b / d> 20.
  • the width b of the optical element is preferably more than 100 mm, particularly preferably more than 1000 mm.
  • At least a part of the socket elements are at one of the optical
  • the optical element can be arranged such that the weight force acts substantially perpendicular to the optical functional surface.
  • the optical element is arranged in the intended application such that the weight acts parallel to the optical functional surface.
  • Subelements are each individual mirror elements of a mirror array.
  • the optical element may comprise one or more active components which are provided for changing the shape and / or position of the optical element during operation.
  • the active components may in particular comprise piezoelectric materials such as PZT (lead zirconate titanate), PMN (lead magnesium niobate) or PVDF (polyvinylidene fluoride), which change their shape by application of an electric field and thus a
  • the optical element for example, an active
  • Aktuationskin also mechanical drives such as micrometer screws can be used.
  • Figure 1 is a schematic representation of a cross section through an optical element before connecting to a
  • FIG. 2 is a schematic representation of two different arrangements of the socket elements
  • FIG. 3 is a schematic representation of various possible forms of the socket elements
  • Figures 4 to 7 are each a schematic representation of a cross section through an optical element after connecting to a socket structure. Identical or equivalent elements are provided in the figures with the same reference numerals. The illustrated
  • the optical element 5 shown schematically in cross section in FIG. 1 has a mirror substrate 1 which supports the optical functional surface 6.
  • the mirror substrate 1 may contain, for example, a glass, a metal, a ceramic or a polymer.
  • the mirror substrate 1 may be provided for example with a reflective coating. Furthermore, the optical element 5 in the illustrated here
  • the firm connection between the mirror substrate 1 and the active elements 2 can be, for example, by gluing, soldering, welding, direct bonding, silicate bonding or by melting
  • the active elements 2 may in particular comprise piezoelectric materials such as PZT, PMN or PVDF, which change their shape by applying an electric field and thus a
  • the optical element 5 is a mirror deformable by the active elements 2.
  • the at least one active element 2 may consist of two or more layered materials having different thermal properties
  • the shape of the optical element 5 is measured.
  • Rear side of the mirror substrate 1 connected active elements 2 is formed. Furthermore, the thickness of the optical
  • Elements 5 measured in a spatially resolved manner are preferably optical
  • tactile measuring methods such as stylus measurements or the probing of individual points
  • a computer-aided model of the optical element 5 is advantageously created.
  • deviations of the optical functional surface 6 from one of the measured data can occur
  • Target shape or variations of the thickness of the mirror substrate 1 and / or connected to the mirror substrate 1 active elements 2 are determined.
  • the method described here has the goal of deformations and / or thickness variations of the be compensated by a suitable socket structure such that the optical function is not affected by the connection of the optical element 5 with the frame structure caused by the production of the optical element 5 deformations and / or thickness variations.
  • a socket structure is provided, which is formed by an arrangement of a plurality of socket elements 3.
  • the socket elements 3 of the socket structure can be either rigid or flexible.
  • Socket elements 3 is preferably a FEM simulation using the created from the measurement data
  • Frame structure are adjusted in an optimization so that the gravitational deformations of the optical functional surface 6 of the optical element 5 when placed on the frame structure the existing deformations
  • the production of the socket elements 3 of the socket structure can be done by molding, by additive methods (3D printing, laser sintering, laser melting) or by separating methods (milling, turning, sawing).
  • additive methods 3D printing, laser sintering, laser melting
  • separating methods milling, turning, sawing
  • silicone in polyurethane tubing After curing the silicone in the tubes will be sawed these into, for example, about 4 mm long pieces. Thereafter, the silicone cylinders can be removed.
  • the socket elements 3 thus produced are in the
  • socket elements can work out from a previously applied / joined layer by the processes mentioned. The separate production of individual
  • Socket elements would be omitted.
  • FIG. 2 two embodiments of the arrangement of the socket elements 3 are shown side by side.
  • the arrangement of the socket elements 3 depends in particular on the installation conditions, the installation position and / or the thermal load. It can e.g. be rotationally symmetric with different radial / azimuthal orders (shown on the left) or align with a grid (shown on the right).
  • the number of socket elements 3 may depend, for example, on the number of active elements 2 of the optical element 5 or be a multiple of it.
  • socket elements may be cylindrical (a), cuboid (b), prismatic (c), tubular (d),
  • the socket elements 3 may for example have a spiral shape, a T-shape, a double-T shape or any free-form.
  • a desired rigidity of the socket structure can be adjusted either by varying the shape or material of the socket elements 3, by the distribution of the socket elements 3, or by a combination of these parameters.
  • socket elements 3 are preferably polymers, metals or ceramics or mixed forms of these (for example composite materials such as silver-filled silicone)
  • Elements 5 advantageous, which, as in the embodiment shown in Figure 1 active elements 2 on the frame structure facing the rear side have to allow a deformation even after joining.
  • an elastic material for the socket elements 3 in particular a silicone can be used, for example
  • Elastic modulus in the range of 5 MPa to 20 MPa. If the application requires mountings 3 of greater rigidity, metals or metals are preferred.
  • the moduli of elasticity of metals or ceramics may in particular be more than 100 GPa.
  • Metals and ceramics have compared to polymers
  • the socket elements are in this case also able to dissipate the heat absorbed by the optical element.
  • the processing of the frame structure for adjusting the height of the individual socket elements 3 or the processing of the shape of the socket elements 3 can be about each erosive
  • machining with a geometrically determined cutting edge can take place by turning or ultra-precision turning, adjusting turning, milling or fly-cutting, pushing or planing.
  • the machining can be done by grinding, polishing, over
  • the optical element 5 has a planar optical functional surface 6 and, in the horizontal installation position, is connected to a carrier substrate 4 by socket elements 3. At the back of the
  • Mirror substrate 1 of the optical element 5 are active
  • the heights of the socket elements 3 of the socket structure are set such that they compensate for the production-related variations in the thickness of the active elements 2. In this way it is achieved that the optical functional surface 6 after joining with the socket structure the desired level
  • Target shape has. In contrast, at the
  • Element 5 on a curved optical functional surface 6 it is possible that the curved shape of the optical functional surface 6 is defined and / or corrected by the height distribution of the socket elements 3.
  • the optical element 1 before joining with the frame structure have a planar optical functional surface 6, which only under the influence of the weight of the optical element 5 and / or an additional force in the same direction of action is placed on the socket elements 3 in the curved target shape.
  • Weight force on the socket elements 3 is advantageously possible in particular in optical elements 5, in which the ratio of the width to the thickness is at least 20: 1, and the comparatively large diameter of more than 100 mm or even more than 1000 mm.
  • the optical functional surface 6 already has a curved surface prior to joining with the socket structure.
  • a suitable optical functional surface 6 already has a curved surface prior to joining with the socket structure.
  • Function surface 6 are corrected by the target shape.
  • Socket elements 3 can be corrected later.
  • optical aberrations of the optical element 5 can optionally be corrected by a suitable height distribution of the socket elements 3.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a
  • optical element 5 with a planar optical
  • Shape correction can be used. At the same time, a shift of the optical element parallel to the optical functional surface can thereby be reduced. This is
  • the optical element 5 is a mirror array
  • the multiple mirror elements 5a, 5b of the mirror array are connected by the socket elements 3 of a socket structure on the one hand with the carrier substrate 4 and on the other also with each other.
  • Previous embodiments can by the action of the weight of the mirror elements 5a, 5b on the
  • Frame structure a shaping and / or shape correction of the optical functional surfaces 6 done.
  • the invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the includes

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Formgebung und/oder Formkorrektur mindestens eines optischen Elements beschrieben, umfassend die Schritte: - Messen der Form einer optischen Funktionsfläche (6) und der Dicke des optischen Elements (5) und Bestimmung der Abweichung von einer Zielform, - Herstellen einer Fassungsstruktur für das optische Element, wobei die Fassungsstruktur durch eine Anordnung von mehreren Fassungselementen (3) gebildet ist, und - Verbinden des optischen Elements (5) mit der Fassungsstruktur, wobei sich die Form der optischen Funktionsfläche unter Einwirkung der Gewichtskraft des optischen Elements (5) auf die Anordnung der Fassungselemente (3) in Richtung der Zielform verändert.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Formgebung und/oder Formkorrektur mindestens eines optischen Elements
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formgebung und/oder Formkorrektur mindestens eines optischen Elements.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 102015106184.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Optische Elemente wie zum Beispiel Spiegel oder Gitter werden in optischen Systemen in der Regel in einer Fassung gehalten. Optische Elemente, deren Fläche im Vergleich zu ihrer Dicke groß ist, weisen typischerweise eine geringe Biegesteifigkeit auf, wodurch das Fassen erschwert wird. Durch das Fassen eingebrachte Kräfte, Gravitation oder thermische Effekte (bei hoher Strahlungsenergie oder Temperaturänderung) können zu einer Deformation der optischen Funktionsfläche des optischen Elements führen. Diese Effekte können sowohl statisch als auch dynamisch sein. Weiterhin kann ein optisches Element bereits vor dem Einbau in eine Fassung herstellungsbedingte und insbesondere nicht beabsichtigte Abweichungen von einer Zielform der optischen Funktionsfläche aufweisen.
Die beim Einbau in eine Fassung, bei der Herstellung, durch die Gravitationskraft und/oder durch die Betriebsbedingungen entstehenden Deformationen eines optischen Elements können zu einer Beeinträchtigung des optischen Systems, beispielsweise zu optischen Abbildungsfehlern und/oder einer Verschiebung des Fokus führen. Eine zu lösende Aufgabe besteht somit darin, ein Verfahren anzugeben, durch das Formfehler der optischen Funktionsfläche eines optischen Elements korrigiert und/oder die Form der optischen Funktionsfläche gezielt eingestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Formgebung
und/oder Formkorrektur mindestens eines optischen Elements gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung des Verfahrens zur
Formgebung und/oder Formkorrektur eines optischen Elements wird in einem ersten Schritt die Form einer optischen
Funktionsfläche des optischen Elements gemessen und die
Abweichung von einer Zielform bestimmt. Weiterhin wird vorteilhaft die Dicke des optischen Elements gemessen. Die Messung der Form und der Dicke erfolgt insbesondere
ortsaufgelöst, so dass aus den Messdaten rechnergestützt ein dreidimensionales Modell des optischen Elements erstellt werden kann.
Das optische Element kann insbesondere durch optische oder taktile Messverfahren hinsichtlich seiner Form vermessen werden. Unter optischen Messverfahren werden z.B.
Interferometrie, Konfokaltechnik oder Laserprofilometrie verstanden, taktile Messverfahren können Tastschnittmessungen oder das Antasten einzelner Punkte sein
(Koordinatenmesstechnik) . Vorzugsweise wird sowohl die
Vorderseite des optischen Elements, welche die optische
Funktionsfläche umfasst, als auch die Rückseite des optischen Elements, welche der optischen Funktionsfläche
gegenüberliegt, hinsichtlich ihrer Form vermessen. Weiterhin wird die Dicke des optischen Elementes gemessen, wobei ebenso optische oder taktile Messverfahren eingesetzt werden können.
Unter der optischen Funktionsfläche wird hier und im
Folgenden die Fläche des optischen Elements verstanden, welche im Betrieb zur Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Licht, vorgesehen ist. Das optische Element kann insbesondere ein Spiegel sein, wobei die
optische Funktionsfläche die Spiegelfläche ist. Alternativ kann das optische Element zum Beispiel ein Gitter sein, wobei die optische Funktionsfläche das Gitter ist.
Unter der Dicke des optischen Elements ist insbesondere die Abmessung senkrecht zu einer Hauptebene der optischen
Funktionsfläche bzw. entlang der optischen Achse zu
verstehen. Die Dicke des optischen Elements kann insbesondere die Dicke eines Substrats umfassen, auf dem die optische Funktionsfläche ausgebildet ist. Beispielsweise kann die optische Funktionsfläche durch eine reflektierende
Beschichtung ausgebildet werden, die auf ein Spiegelsubstrat aufgebracht ist. Die optische Funktionsfläche kann alternativ zum Beispiel ein Gitter sein, das auf einem Gittersubstrat angeordnet ist. Weiterhin kann das optische Element bei einer Ausgestaltung eine oder mehrere aktive Komponenten umfassen, welche zur Veränderung der Form und/oder Position des
optischen Elements im Betrieb vorgesehen sind. Unter der Dicke des optischen Elements wird in diesem Fall die
Gesamtdicke des Bereichs zwischen der optischen
Funktionsfläche und einer zur Fassung des optischen Elements vorgesehenen Fassungsstruktur verstanden, d.h. die Dicke einschließlich eines Substrats der optischen Funktionsfläche und einschließlich gegebenenfalls vorhandener aktiver Elemente, welche zum Beispiel an dem Substrat angebracht sind .
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird bei dem Verfahren in einem weiteren Schritt eine Fassungsstruktur für das optische Element hergestellt, wobei die Fassungsstruktur durch eine Anordnung von mehreren Fassungselementen gebildet ist. Die Fassungselemente unterscheiden sich vorzugsweise zumindest teilweise in ihrer Höhe und/oder ihrer Steifigkeit. Die aus der Anordnung der Fassungselemente gebildete Fassungsstruktur hat zum einen die Funktion, das optische Element in einer für eine Anwendung vorgegebenen Position zu fixieren.
Beispielsweise werden die Fassungselemente an einer Seite mit dem optischen Element verbunden, beispielsweise mit einem Spiegelsubstrat des optischen Elements oder mit an dem optischen Element angebrachten aktiven Elementen. An einer gegenüberliegenden Seite werden die Fassungselemente zum Beispiel mit einem Trägersubstrat verbunden, welches in der vorgesehenen Anwendung als Träger für das optische Element fungiert. Weiterhin hat die Fassungsstruktur bei dem hierin beschriebenen Verfahren die Funktion, die Form der optischen Funktionsfläche des optischen Elements definiert einzustellen und/oder zu korrigieren. Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird in einem weiteren Verfahrensschritt das optische Element mit der
Fassungsstruktur verbunden, wobei sich die Form der optischen Funktionsfläche unter Einwirkung der Gewichtskraft und/oder einer zusätzlichen Kraft in gleicher Wirkrichtung senkrecht zur optischen Funktionsfläche des optischen Elements auf die Anordnung der Fassungselemente in Richtung der Zielform verändert. Auf diese Weise werden vorteilhaft bei der Messung der Form der optischen Funktionsfläche und/oder der Dicke des optischen Elements festgestellte Deformationen oder
Dickenabweichungen zumindest teilweise oder vorzugsweise sogar ganz kompensiert, so dass das optische Element
innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs die gewünschte Zielform erreicht.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird beim
Verfahrensschritt des Messens der Form der optischen
Funktionsfläche und der Dicke des optischen Elements aus den Messdaten rechnergestützt ein dreidimensionales Modell des optischen Elements erstellt. Das rechnergestützt erstellte Modell des optischen Elements bildet vorteilhaft die
Grundlage für eine Simulationsrechnung, mit der insbesondere die Anordnung sowie die Höhen und/oder die Steifigkeit der Fassungselemente in der Fassungsstruktur optimiert werden. Vorteilhaft werden die Positionen, die Höhen und/oder die Steifigkeiten der Fassungselemente der Fassungsstruktur derart bestimmt, dass gravitationsbedingte und/oder durch zusätzlich aufgebrachte Kräfte hervorgerufene Verformungen der optischen Funktionsfläche des optischen Elementes nach dem Verbinden mit der Fassungsstruktur der bestimmten
Abweichung von der Zielform entgegenwirken. Die Zielform kann beim Fügen mit der Fassungsstruktur in horizontaler
Einbaulage oder in vertikaler Einbaulage erreicht werden. Hierzu wird vorteilhaft eine FEM-Simulation (finite-Elemente- Methode) eingesetzt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die
Fassungselemente unterschiedliche Höhen auf. Die
unterschiedlichen Höhen der Fassungselemente können zum
Beispiel eine herstellungsbedingte unerwünschte Variation der Dicke eines Substrats des optischen Elements kompensieren. Weiterhin ist es möglich, dass durch unterschiedlichen Höhen der Fassungselemente gezielt eine gewünschte Form der
optischen Funktionsfläche durch Einwirkung der Gewichtskraft des optischen Elements und/oder einer zusätzlichen Kraft in gleicher Wirkrichtung erzeugt wird. Mit anderen Worten verformt sich das optische Element unter Einwirkung der
Gewichtskraft auf die Fassungselemente derart, dass es erst in der Fassungsstruktur die gewünschte Zielform erhält.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das optische Element bei der Herstellung mit einer ebenen optischen
Funktionsfläche hergestellt wird, welche erst unter
Einwirkung der Gewichtskraft des optischen Elements auf eine Fassungsstruktur, deren Fassungselemente eine vorgegebene Höhenverteilung aufweisen, in eine für die Anwendung
vorgesehene gekrümmte Form gebracht wird. Beispielsweise können die Fassungselemente eine radialsymmetrische
Höhenverteilung aufweisen, um gezielt eine vorgegebene radialsymmetrisch gekrümmte optische Funktionsfläche zu erzeugen. Mit Vorteil kann beispielsweise die optische
Funktionsfläche nach der Herstellung eine vergleichsweise einfach herstellbare Form, beispielsweise eine ebene oder sphärisch gekrümmte Form, aufweisen, wobei die hergestellte Form unter Einwirkung der Gewichtskraft auf die
Fassungselemente in eine davon abweichende Form,
beispielsweise eine gekrümmte oder insbesondere asphärisch gekrümmte Form, überführt wird. Durch die Höhenverteilung der Fassungselemente können insbesondere vergleichsweise
schwierig herstellbare Formen der optischen Funktionsfläche, beispielsweise asphärisch gekrümmte Flächen, durch Einwirkung der Gewichtskraft des optischen Elements und/oder einer zusätzlichen Kraft in gleicher Wirkrichtung auf die
Fassungselemente gezielt eingestellt werden. Insbesondere können auf diese Weise vorteilhaft Formen der optischen Funktionsfläche erzeugt werden, welche sich durch eine
Oberflächenbearbeitung des Substratmaterials des optischen Elements nur vergleichsweise schwierig erzeugen ließen. Alternativ oder zusätzlich zu unterschiedlichen Höhen können die Fassungselemente unterschiedliche Steifigkeiten
aufweisen. Unterschiedliche Steifigkeiten der
Fassungselemente können insbesondere bewirken, dass unter dem Einfluss der Gewichtskraft des optischen Elements eine vorgegebene Höhenverteilung entsteht. Die unterschiedlichen Steifigkeiten der Fassungselemente können durch
unterschiedliche Materialien und/oder unterschiedliche
Querschnittsformen der Fassungselemente erzielt werden.
Geeignete Materialien für die Fassungselemente sind
beispielsweise Polymere als Materialien mit geringer
Steifigkeit und Metalle oder Keramiken als Materialien mit vergleichsweise hoher Steifigkeit.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist die Zielform der optischen Funktionsfläche eine ebene Fläche, wobei die
Abweichung der gemessenen Form der optischen Funktionsfläche von der ebenen Fläche durch das Verbinden des optischen Elements mit der Fassungsstruktur ganz oder teilweise kompensiert wird. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die
Verteilung der Höhen und/oder Steifigkeit der
Fassungselemente derart, dass die bei der Messung
festgestellten Abweichungen von der ebenen Fläche durch Einwirkung der Gewichtskraft des optischen Elements und/oder einer zusätzlichen Kraft in gleicher Wirkrichtung auf die Fassungselemente ganz oder teilweise kompensiert werden.
Beispielsweise weisen die Fassungselemente an Positionen, an denen die optische Funktionsfläche von der vorgegebenen ebenen Fläche nach oben abweicht, eine geringere Höhe und/oder eine geringere Steifigkeit auf. Entsprechend weisen die Fassungselemente an Positionen, an denen die optische Funktionsfläche von der vorgegebenen ebenen Fläche nach unten abweicht, eine größere Höhe und/oder eine größere Steifigkeit auf .
Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist die
Zielform der optischen Funktionsfläche eine gekrümmte Fläche, welche dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung in einen Fokus abzubilden, und wobei eine Position des Fokus durch das Verbinden des optischen Elements mit der
Fassungsstruktur verändert wird. Insbesondere kann auf diese Weise eine Abweichung des aus der Messung der Oberflächenform der optischen Funktionsfläche ermittelten Fokuspunkts von einem Sollwert ganz oder teilweise korrigiert werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist die
Zielform der optischen Funktionsfläche eine gekrümmte Fläche, wobei ein optischer Abbildungsfehler der gemessenen optischen Funktionsfläche durch das Verbinden des optischen Elements mit der Fassungsstruktur ganz oder teilweise kompensiert wird. Durch eine geeignete Anordnung und Höhenverteilung der Fassungselemente kann insbesondere ein durch Abweichungen der gemessenen Form der optischen Funktionsfläche von einer
Zielform bedingter optische Abbildungsfehler, beispielsweise Koma oder Astigmatismus, ganz oder teilweise korrigiert werden .
Das hierin beschriebene Verfahren ist besonders gut geeignet für optische Elemente, deren Breite wesentlich größer als die Dicke ist. Solche optischen Elemente zeichnen sich durch eine geringe Biegesteifigkeit aus, so dass durch Einwirkung ihrer eigenen Gewichtskraft eine vergleichsweise große Verformung möglich ist. Unter der Breite des optischen Elements ist hierbei unabhängig von der Einbaulage in der vorgesehenen Anwendung die Ausdehnung in einer parallel zur optischen Funktionsfläche verlaufenden Richtung zu verstehen. Die Breite ist beispielsweise im Fall eines kreisrunden Spiegels der Spiegeldurchmesser. Besonders bevorzugt beträgt das Verhältnis der Breite b des optischen Elements zu dessen Dicke b/d > 20. Die Breite b des optischen Elements beträgt bevorzugt mehr als 100 mm, besonders bevorzugt mehr als 1000 mm.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zumindest ein Teil der Fassungselemente an einer von der optischen
Funktionsfläche abgewandten Rückseite des optischen Elements angebracht. Insbesondere kann das optische Element derart angeordnet sein, dass die Gewichtskraft im Wesentlichen senkrecht zur optischen Funktionsfläche wirkt.
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil der
Fassungselemente an einem äußeren Rand des optischen
Elements, insbesondere in einer Richtung parallel zur optischen Funktionsfläche, angeordnet sein. Dies ist
beispielsweise dann sinnvoll, wenn das optische Element in der vorgesehenen Anwendung derart angeordnet wird, dass die Gewichtskraft parallel zur optischen Funktionsfläche wirkt.
Es ist weiterhin möglich, dass mehrere Teilelemente des optischen Elements durch die Fassungselemente miteinander verbunden werden. Beispielsweise können die mehreren
Teilelemente jeweils einzelne Spiegelelemente eines Spiegel- Arrays sein. Das optische Element kann bei einer Ausgestaltung eine oder mehrere aktive Komponenten umfassen, welche zur Veränderung der Form und/oder Position des optischen Elements im Betrieb vorgesehen sind. Die aktiven Komponenten können insbesondere piezoelektrische Materialien wie zum Beispiel PZT (Blei- Zirkonat-Titanat) , PMN (Blei-Magnesium-Niobat ) oder PVDF ( Polyvinylidenfluorid) aufweisen, die durch Anlegen eines elektrischen Feldes ihre Form ändern und somit eine
Verformung des Substrats des optischen Elements herbeiführen. Das optische Element kann beispielsweise ein aktiv
gesteuerter deformierbarer Spiegel oder ein aktiv gesteuertes Gitter sein. Neben den genannten elektrischen
Aktuationsprinzipien können auch mechanische Antriebe wie beispielsweise Mikrometerschrauben verwendet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von
Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 7 näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optisches Element vor dem Verbinden mit einer
Fassungsstruktur,
Figur 2 eine schematische Darstellung von zwei verschiedenen Anordnungen der Fassungselemente,
Figur 3 eine schematische Darstellung von verschiedenen möglichen Formen der Fassungselemente, und Figuren 4 bis 7 jeweils eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optisches Element nach dem Verbinden mit einer Fassungsstruktur. Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten
Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Das in Figur 1 schematisch im Querschnitt dargestellte optische Element 5 weist ein Spiegelsubstrat 1 auf, welches die optische Funktionsfläche 6 trägt. Das Spiegelsubstrat 1 kann zum Beispiel ein Glas, ein Metall, eine Keramik oder ein Polymer enthalten. Zur Ausbildung der optischen
Funktionsfläche 6 kann das Spiegelsubstrat 1 zum Beispiel mit einer reflektierenden Beschichtung versehen sein. Weiterhin weist das optische Element 5 bei dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel mit der Rückseite des Spiegelsubstrats 1 fest verbundene aktive Elemente 2 auf. Die feste Verbindung zwischen dem Spiegelsubstrat 1 und den aktiven Elementen 2 kann beispielsweise durch Kleben, Löten, Schweißen, direktes Bonden, silikatisches Bonden oder durch aufschmelzende
Herstellungsverfahren erfolgen. Die aktiven Elemente 2 können insbesondere piezoelektrische Materialien wie zum Beispiel PZT, PMN oder PVDF aufweisen, die durch Anlegen eines elektrischen Feldes ihre Form ändern und somit eine
Verformung des Spiegelsubstrates 1 herbeiführen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich somit bei dem optischen Element 5 um einen durch die aktiven Elemente 2 deformierbaren Spiegel.
Das hier beschriebene Verfahren kann alternativ auch auf andere aktive oder passive optische Elemente angewandt werden, zum Beispiel auf passive (nicht deformierbare)
Spiegel, aktive oder passive Gitter, oder optische Kristalle wie zum Beispiel Laserkristalle. Im Fall eines aktiven optischen Elements kann das mindestens eine aktive Element 2 aus zwei oder mehr schichtweise aufgebrachten Materialen bestehen, die unterschiedliche thermische
Expansionskoeffizienten aufweisen und thermisch aktiviert werden können. Bei dem Verfahren wird die Form des optischen Elements 5 gemessenen. Insbesondere wird die Form der durch die optische Funktionsfläche 6 gebildeten Vorderseite des optischen
Elements 5 gemessen. Weiterhin wird vorteilhaft auch die Form der Rückseite des optischen Elements 5 gemessenen, welche bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 durch die fest mit der
Rückseite des Spiegelsubstrats 1 verbundenen aktiven Elemente 2 gebildet wird. Weiterhin wird die Dicke des optischen
Elements 5 ortsaufgelöst gemessen. Zur Messung der Form und Dicke des optischen Elements werden bevorzugt optische
Messverfahren wie zum Beispiel Interferometrie,
Konfokaltechnik oder Laserprofilometrie eingesetzt.
Alternativ können taktile Messverfahren wie zum Beispiel Tastschnittmessungen oder das Antasten einzelner Punkte
(Koordinatenmesstechnik) eingesetzt werden.
Aus den Messdaten der Form und Dicke des optischen Elements 5 wird vorteilhaft ein rechnergestütztes Modell des optischen Elements 5 erstellt. Insbesondere können aus den Messdaten Abweichungen der optischen Funktionsfläche 6 von einer
Zielform oder Variationen der Dicke des Spiegelsubstrats 1 und/oder der mit dem Spiegelsubstrat 1 verbundenen aktiven Elemente 2 bestimmt werden. Das hier beschriebene Verfahren hat zum Ziel, Deformationen und/oder Dickenvariationen des optischen Elements 5 durch eine geeignete Fassungsstruktur derart auszugleichen, dass die optische Funktion nach dem Verbinden des optischen Elements 5 mit der Fassungsstruktur durch bei der Herstellung des optischen Elements 5 bedingte Deformationen und/oder Dickenvariationen nicht beeinträchtigt wird. Hierzu ist eine Fassungsstruktur vorgesehen, die durch eine Anordnung von einer Vielzahl von Fassungselementen 3 gebildet wird. Die Fassungselemente 3 der Fassungsstruktur können entweder steif oder flexibel sein.
Zur Berechnung und Optimierung der Anordnung der
Fassungselemente 3 wird vorzugsweise eine FEM-Simulation unter Verwendung des aus den Messdaten erstellten
dreidimensionalen Modells des optischen Elements 5
eingesetzt. Bekannte oder systematische Messfehler, die durch das Halten des optischen Elements während der Messung
auftreten und mit in die Generierung des dreidimensionalen Modells eingeflossen sind, werden vorteilhaft vor der
Simulation rechnerisch korrigiert. Die Höhen, die Steifigkeit und die Anordnung der Fassungselemente 3 in der
Fassungsstruktur werden in einer Optimierung so angepasst, dass die gravitationsbedingten Verformungen der optischen Funktionsfläche 6 des optischen Elements 5 beim Auflegen auf die Fassungsstruktur den vorhandenen Deformationen
entgegenwirken.
Die Herstellung der Fassungselemente 3 der Fassungsstruktur kann durch Abformen, durch additive Verfahren (3D-Drucken, Lasersintern, Laserschmelzen) oder durch trennende Verfahren (Fräsen, Drehen, Sägen) erfolgen. Beispielsweise kann die Herstellung der Fassungselemente 3 durch Abformen von
silbergefülltem Silikon in Polyurethan-Schläuche erfolgen. Nach dem Aushärten des Silikons in den Schläuchen werden diese in beispielsweise etwa 4 mm lange Stücke gesägt. Danach können die Silikonzylinder entnommen werden.
Die so hergestellten Fassungselemente 3 werden in der
optimierten Anordnung mit einem Trägersubstrat 4 unter
Anwendung eines geeigneten Fügeverfahrens verbunden. Dies kann z.B. durch Kleben, Löten oder Bonden erfolgen. Die
Bearbeitung der so gefügten Fassungselemente 3 hinsichtlich der optimierten Höhe kann dann in einem Fräs-, Dreh-,
Schleif- oder Polierprozess bzw. durch Laserablation oder chemisch abtragende Prozesse oder Kombinationen aus diesen erfolgen. Ebenso können die Fassungselemente aus einer zuvor aufgetragenen / gefügten Schicht durch die genannten Prozesse herauszuarbeiten. Die separate Herstellung einzelner
Fassungselemente würde dabei entfallen.
In Figur 2 sind nebeneinander zwei Ausführungsbeispiele der Anordnung der Fassungselemente 3 dargestellt. Die Anordnung der Fassungselemente 3 richtet sich insbesondere nach den Einbaubedingungen, der Einbaulage und/oder der thermischen Last. Sie kann z.B. rotationssymmetrisch mit verschiedenen radialen/azimutalen Ordnungen (links dargestellt) sein oder sich an einem Gitter ausrichten (rechts dargestellt) . Die Anzahl der Fassungselemente 3 kann sich beispielsweise nach der Anzahl der aktiven Elemente 2 des optischen Elements 5 richten oder ein Vielfaches von ihr sein. Alternativ zu den in Figur 2 beispielhaft dargestellten Anordnungen ist es auch möglich, dass die Anordnung der Fassungselemente 3 eine polare Symmetrie aufweist oder unsymmetrisch erfolgt.
In Figur 3 sind beispielhaft verschiedene mögliche Formen der Fassungselemente 3 dargestellt. Die Form der einzelnen
Fassungselemente kann zum Beispiel zylindrisch (a) , quaderförmig (b) , prismatisch (c) , röhrenförmig (d) ,
kegelstumpfförmig (e) , pyramidenstumpfförmig (f) , kegelförmig (g) oder pyramidenförmig (h) sein. Alternativ sind aber auch andere Formen denkbar, die Fassungselemente 3 können zum Beispiel eine Spiralform, eine T-Form, eine Doppel-T-Form oder eine beliebige Freiform aufweisen.
Die Auswahl der Form der Fassungselemente 3 ermöglicht insbesondere eine Einstellung der Steifigkeit der
Fassungselemente 3. Beispielsweise liegt bei einem
zylinderförmigen Fassungselement 3 entlang der Zylinderachse eine größere Steifigkeit vor als in den lateralen Richtungen und gegen Verdrehung. Abhängig vom Anwendungsfall kann eine gewünschte Steifigkeit der Fassungsstruktur entweder durch Variation der Form oder des Materials der Fassungselemente 3, über die Verteilung der Fassungselemente 3 oder über eine Kombination dieser Parameter eingestellt werden.
Als Material für die Fassungselemente 3 werden bevorzugt Polymere, Metalle oder Keramiken oder Mischformen aus diesen (z.B. Kompositwerkstoffe wie silbergefülltes Silikon)
verwendet. Polymere lassen sich durch Abformen einfach herstellen, haben eine hohe Elastizität und lassen sich einfach nachbearbeiten. Die Verwendung von Fassungselementen 3 mit hoher Elastizität ist insbesondere bei optischen
Elementen 5 vorteilhaft, welche wie bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aktive Elemente 2 an der der Fassungsstruktur zugewandten Rückseite aufweisen, um eine Deformation auch nach dem Fügen zuzulassen. Als elastisches Material für die Fassungselemente 3 kann insbesondere ein Silikon verwendet werden, das zum Beispiel ein
Elastizitätsmodul im Bereich von 5 MPa bis 20 MPa aufweist. Wenn die Anwendung Fassungselemente 3 mit einer größeren Steifigkeit erfordert, werden bevorzugt Metalle oder
Keramiken eingesetzt. Die Elastizitätsmodule von Metallen oder Keramiken können insbesondere mehr als 100 GPa betragen. Metalle und Keramiken haben im Vergleich zu Polymeren den
Vorteil, dass sie höhere Fertigungsgenauigkeiten ermöglichen. Außerdem ist die Verwendung von Polymeren bei Anwendungen im Vakuum oft kritisch. Metalle oder Keramiken sind als
Vollkörper sehr steif, aber mit sehr hoher Genauigkeit nachbearbeitbar . Bei hohen thermischen Belastungen des optischen Elementes im Betriebszustand ist auch die
thermische Leitfähigkeit des Materials der Fassungselemente zu berücksichtigen. Die Fassungselemente sind in diesem Fall auch in der Lage, die vom optischen Element absorbierte Wärme abzuführen.
Die Bearbeitung der Fassungsstruktur zur Anpassung der Höhe der einzelnen Fassungselemente 3 oder die Bearbeitung der Form der Fassungselemente 3 kann über jedes abtragende
Materialbearbeitungsverfahren erfolgen. Beispielsweise kann die Bearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide durch Drehen bzw. Ultrapräzisionsdrehen, Justierdrehen, Fräsen bzw. Fly-Cutting, Stoßen oder Hobeln erfolgen. Alternativ kann die Bearbeitung durch Schleifen, Polieren, über
Abformungstechnologien, Laserablation chemisch abtragende Prozesse oder Kombinationen aus diesen erfolgen.
Nach der Bearbeitung der Fassungsstruktur wird bei dem
Verfahren das optische Element 5 mit den Fassungselementen 3 gefügt. Dies kann durch Kleben, Löten oder Bonden erfolgen. Reicht die Gewichtskraft des optischen Elements 5 nicht aus, um die geforderte Deformation zu erzielen, kann auch eine zusätzliche Kraft an den Fügestellen aufgebracht werden. Die folgenden Figuren 4 bis 7 zeigen jeweils
Ausführungsbeispiele von optischen Elementen 5 nach dem
Verfahrensschritt des Fügens mit der Fassungsstruktur.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 weist das optische Element 5 eine ebene optische Funktionsfläche 6 auf und ist in horizontaler Einbaulage durch Fassungselemente 3 mit einem Trägersubstrat 4 verbunden. An der Rückseite des
Spiegelsubstrats 1 des optischen Elements 5 sind aktive
Elemente 2 angebracht, die verschiedene Dicken aufweisen. Die Höhen der Fassungselemente 3 der Fassungsstruktur sind derart eingestellt, dass sie die herstellungsbedingten Variationen der Dicke der aktiven Elemente 2 kompensieren. Auf diese Weise wird erreicht, dass die optische Funktionsfläche 6 nach dem Fügen mit der Fassungsstruktur die erwünschte ebene
Zielform aufweist. Im Gegensatz dazu würden bei der
Verwendung einer Fassungsstruktur, bei der die Höhen der Fassungselemente 3 nicht gezielt an die Dickenvariation der aktiven Elemente 2 angepasst würden, möglicherweise
Deformationen der optischen Funktionsfläche 6 im fertigen optischen Element 5 auftreten, welche die Funktion in der Anwendung beeinträchtigen könnten. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 weist das optische
Element 5 eine gekrümmte optische Funktionsfläche 6 auf. Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, dass die gekrümmte Form der optischen Funktionsfläche 6 durch die Höhenverteilung der Fassungselemente 3 definiert und/oder korrigiert wird.
Beispielsweise kann das optische Element 1 vor dem Fügen mit der Fassungsstruktur eine ebene optische Funktionsfläche 6 aufweisen, welche erst unter dem Einfluss der Gewichtskraft des optischen Elements 5 und/oder einer zusätzlichen Kraft in gleicher Wirkrichtung auf die Fassungselemente 3 in die gekrümmte Zielform gebracht wird. Auf diese Weise wird zur Formgebung der optischen Funktionsfläche 6 die
gravitationsbedingte Deformation des optischen Elements in der Fassungsstruktur ausgenutzt. Dies erleichtert den
Fertigungsaufwand des zumeist durch Polierverfahren
hergestellten Spiegelsubstrats 1 drastisch, da dies mit einer ebenen Oberfläche hergestellt werden kann. Die Formgebung der optischen Funktionsfläche durch den Einfluss der
Gewichtskraft auf die Fassungselemente 3 ist insbesondere bei optischen Elementen 5 vorteilhaft möglich, bei denen das Verhältnis der Breite zur Dicke mindestens 20:1 beträgt, und die vergleichsweise große Durchmesser von mehr als 100 mm oder sogar mehr als 1000 mm aufweisen.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 ist es alternativ auch möglich, dass die optische Funktionsfläche 6 bereits vor dem Fügen mit der Fassungsstruktur eine gekrümmte Oberfläche aufweist. In diesem Fall kann durch eine geeignete
Höhenverteilung der Fassungselemente 3 beispielsweise eine gemessene Abweichung der gekrümmten Form der optischen
Funktionsfläche 6 von der Zielform korrigiert werden.
Beispielsweise kann die Fokusposition eines gekrümmten
Spiegels durch eine geeignete Höhenverteilung der
Fassungselemente 3 nachträglich korrigiert werden. Alternativ können auch optische Abbildungsfehler des optischen Elements 5 gegebenenfalls durch eine geeignete Höhenverteilung der Fassungselemente 3 korrigiert werden. In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
optischen Elements 5 mit einer ebenen optischen
Funktionsfläche 6 dargestellt, das mit den Fassungselementen 3 in einer vertikalen Einbaulage mit einem Trägersubstrat 4 verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die
Fassungsstruktur sowohl Fassungselemente 3 auf, die an einer der optischen Funktionsfläche 6 gegenüberliegenden Rückseite des optischen Elements 5 angeordnet sind, als auch zumindest ein Fassungselement 3, dass mit dem äußeren Rand des
Spiegelsubstrats 1 verbunden ist. Auf diese Weise können durch die Fassungselemente 3 vorteilhaft sowohl Kräfte senkrecht zur optischen Funktionsfläche 6 als auch parallel zur optischen Funktionsfläche 6 auf das optische Element 5 ausgeübt werden und gezielt zur Formgebung und/oder
Formkorrektur eingesetzt werden. Gleichzeitig kann dadurch eine Verschiebung des optischen Elements parallel zu der optischen Funktionsfläche vermindert werden. Dies ist
insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich das optische Element in vertikaler Einbaulage befindet.
Bei dem in Figur 7 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist das optische Element 5 ein Spiegel-Array, das aus
mehreren Teilelementen 5a, 5b in Form von einzelnen
Spiegelelementen, die jeweils durch aktive Elemente 2
deformierbar sind, gebildet ist. Die mehreren Spiegelelemente 5a, 5b des Spiegel-Arrays sind durch die Fassungselemente 3 einer Fassungsstruktur zum einen mit dem Trägersubstrat 4 und zum anderen auch untereinander verbunden. Wie bei den
vorherigen Ausführungsbeispielen kann durch die Einwirkung der Gewichtskraft der Spiegelelemente 5a, 5b auf die
Fassungsstruktur eine Formgebung und/oder Formkorrektur der optischen Funktionsflächen 6 erfolgen. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Verfahren zur Formgebung und/oder Formkorrektur
mindestens eines optischen Elements (5) ,
umfassend die Schritte:
- Messen der Form einer optischen Funktionsfläche (6) und der Dicke des optischen Elements (5) und
Bestimmung der Abweichung von einer Zielform,
- Herstellen einer Fassungsstruktur für das optische
Element, wobei die Fassungsstruktur durch eine
Anordnung von mehreren Fassungselementen (3) gebildet ist,
- Verbinden des optischen Elements (5) mit der
Fassungsstruktur, wobei sich die Form der optischen Funktionsfläche unter Einwirkung der Gewichtskraft des optischen Elements (5) auf die Anordnung der
Fassungselemente (3) in Richtung der Zielform
verändert .
Verfahren nach Anspruch 1,
wobei aus Messdaten der Form der optischen
Funktionsfläche (6) und der Dicke des optischen Elements (5) rechnergestützt ein dreidimensionales Modell des optischen Elements (5) erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2,
wobei unter Verwendung des dreidimensionalen Modells eine Simulationsrechnung durchgeführt wird, um die
Anordnung, die Höhen und/oder die Steifigkeit der
Fassungselemente (3) derart zu bestimmen, dass
gravitationsbedingte Verformungen der optischen
Funktionsfläche des optischen Elementes (3) nach dem Verbinden mit der Fassungsstruktur der bestimmten Abweichung von der Zielform entgegenwirken.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fassungselemente (3) unterschiedliche Höhen aufweisen .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fassungselemente (3) unterschiedliche
Steifigkeiten aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zielform der optischen Funktionsfläche (6) eine ebene Fläche ist, und wobei die Abweichung der gemessenen Form der optischen Funktionsfläche (6) von der ebenen Fläche durch das Verbinden des optischen Elements (5) mit der Fassungsstruktur ganz oder teilweise kompensiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die Zielform der optischen Funktionsfläche (6) eine gekrümmte Fläche ist, welche dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung in einen Fokus abzubilden und wobei eine Position des Fokus durch das Verbinden des optischen Elements (5) mit der Fassungsstruktur verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die optische Funktionsfläche (6) eine gekrümmte
Oberfläche ist, die zur Strahlformung
elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist, und wobe ein optischer Abbildungsfehler der gemessenen optische Funktionsfläche (6) durch das Verbinden des optischen Elements (5) mit der Fassungsstruktur ganz oder teilweise kompensiert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das optische Element (5) eine Breite b und eine Dicke d aufweist, und das Verhältnis b/d größer als 20 ist .
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Breite b des optischen Elements (5) mehr als 100 mm beträgt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest ein Teil der Fassungselemente (3) an einer von der optischen Funktionsfläche (6) abgewandten Rückseite des optischen Elements (5) angebracht ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest ein Teil der Fassungselemente (3) an einem äußeren Rand des optischen Elements (5) angebracht ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei mehrere Teilelemente (5a, 5b) des optischen
Elements (5) durch die Fassungselemente (3) miteinander verbunden werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zwischen dem optischen Element (5) und den
Fassungselementen (3) eine oder mehrere aktive
Komponenten (2) angeordnet sind.
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