WO2025224281A1 - Verfahren und system zur werkstoffuntersuchung - Google Patents

Verfahren und system zur werkstoffuntersuchung

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WO2025224281A1
WO2025224281A1 PCT/EP2025/061293 EP2025061293W WO2025224281A1 WO 2025224281 A1 WO2025224281 A1 WO 2025224281A1 EP 2025061293 W EP2025061293 W EP 2025061293W WO 2025224281 A1 WO2025224281 A1 WO 2025224281A1
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oct
arm
reference arm
control logic
image data
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PCT/EP2025/061293
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Jonas Mazal
Lutz Autschbach
Rainer BÖRRET
Lukas SCHWOERER
Michael Wagner
Katharina RAPPOLD
Antonia LICHTENEGGER
Trinh Nguyen Cong
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Jenoptik AG
Carl Zeiss Jena GmbH
Original Assignee
VEB Carl Zeiss Jena GmbH
Carl Zeiss Jena GmbH
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Publication date
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    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501—Semiconductor wafers
    • G01N21/9505—Wafer internal defects, e.g. microcracks

Definitions

  • the invention relates to methods and systems for material testing.
  • the invention relates to methods and systems with which near-surface defects of a material can be detected and optionally classified.
  • Subsurface defects also known as SSDs ("subsurface damage"), are structural impairments located just below the surface of a material. These defects can significantly affect material properties. Therefore, their investigation is of great importance in many fields, such as the semiconductor industry, optical materials, and precision mechanics.
  • SSD solid surface detection
  • German patent DE 10 2008 020194 A1 discloses a method for detecting near-surface defects in a test specimen consisting at least partially of ferromagnetic material, in which a test volume of the specimen is magnetized and scanned to detect magnetic stray fields caused by defects.
  • This method is non-destructive, but its applicability is limited. In particular, it is not suitable for non-ferromagnetic materials such as glass, optical plastics, or workpieces made from them.
  • WO 2005/085832 A2 discloses a device and a method for detecting near-surface defects in electrically conductive materials, wherein low-frequency eddy currents are generated in the material and the magnetic field of the eddy currents, altered by the defects, is detected by a receiving device.
  • This method is non-destructive, but its applicability is limited. In particular, it is not suitable for insulating materials such as glass, optical plastics, or workpieces made from them. There is therefore a continued need in the field of technology for methods and systems designed for the non-destructive testing of materials. In particular, there is a need for such methods and systems that can be used to test at least optical materials, for example, components for optical systems made of glass and/or an optical polymer.
  • the invention relates to a method for material testing, which comprises: performing optical coherence tomography (OCT) on a material using an OCT array to generate OCT image data; and evaluating the OCT image data.
  • OCT array comprises: a measuring arm configured for scanning the material; a reference arm; a radiation source for generating coherent radiation for the measuring arm and the reference arm; and a detector for detecting a coherent superposition of the coherent radiation from the reference arm and the measuring arm.
  • the reference arm includes at least one power control device, which is controlled by a control logic during the acquisition of the OCT image data.
  • the measuring arm can have at least one further power regulation device and/or one further shutdown device that is controllable by the control logic.
  • the process achieves various technical effects.
  • the method can be applied to the material analysis of optical materials.
  • the OCT setup can generate 2D or 3D OCT image data, enabling the identification and, optionally, the classification of near-surface defects within the material.
  • the power regulation device in the reference arm of the OCT arrangement which can be executed automatically by the control logic, enables OCT imaging to be performed in such a way that reliable identification and optional classification of near-surface defects within the material is possible.
  • the OCT arrangement can include a first shutdown device (e.g., a first shutter) in the reference arm and/or a second shutdown device (e.g., a second shutter) in the measuring arm.
  • a first shutdown device e.g., a first shutter
  • a second shutdown device e.g., a second shutter
  • the method may include: evaluating signals detected by the detector during a shutdown of the reference arm by the first shutdown device and/or during a shutdown of the measuring arm by the second shutdown device in order to detect system errors and automatically correcting the system errors.
  • the at least one power control device and/or a shutdown device (for example, a shutter) in the reference arm can be configured to selectively and controllably switch off the reference arm.
  • the at least one power control device can be configured as a shutdown device or can include a shutdown device that, under the control of the control logic, enables a complete shutdown (e.g., blocking of the light path) of the reference arm and/or that can assume one of two binary states ("on" and "off") under the control of the control logic.
  • the shutdown device can be a first shutter or can include a first shutter.
  • the additional shutdown device (for example, another shutter) can be configured to selectively and controllably switch off the measuring arm.
  • the additional shutdown device can also be configured to perform a complete shutdown (e.g., blocking the light path) under the control of the control logic. to enable the measuring arm to move and/or to assume one of two binary states ("on" and "off") under the control of the control logic.
  • the additional shutdown device can be a second shutter or can have a second shutter.
  • the method may include autocorrelation signal acquisition for detecting an autocorrelation signal of the material, wherein the autocorrelation signal acquisition may include: controlling the power regulation device and/or the shutdown device for autocorrelation signal acquisition (for example, to switch off the reference arm). To switch off the reference arm, the power regulation device and/or the shutdown device may be controlled by the control logic such that radiation in the reference arm is blocked in order to perform the autocorrelation signal acquisition.
  • the autocorrelation signal of the material can then be used by the control logic to control the power regulation device during OCT image data acquisition, thereby improving the quality of the OCT image data.
  • the procedure can include: controlling the power regulation device during the acquisition of OCT image data through the control logic based on the autocorrelation signal.
  • the control logic can control at least one power regulation device based on an intensity variance of an interference pattern detected by the detector.
  • the OCT setup is designed so that the intensity variance is automatically optimized by controlling the power regulation device to achieve good OCT results. This enables the identification and/or classification of near-surface defects within the material with higher accuracy.
  • the control logic can control at least one power regulation device based on a uniform light component and a mixed light component of an interference pattern detected by the detector.
  • OCT setup is designed in such a way that OCT is automatically optimized to achieve good OCT results. This facilitates the identification and/or Classification of near-surface defects within the material is possible with higher accuracy.
  • the control logic can control at least one power regulation device based on the intensity variance and based on detector properties, in particular based on a dynamic range of the detector.
  • the OCT setup is designed so that the intensity variance is automatically optimized by controlling the power regulation device, taking the detector characteristics into account, to achieve good OCT results. This enables the identification and/or classification of near-surface defects within the material with higher accuracy.
  • the control logic can control at least one power regulation device and one output power of the radiation source in such a way that the intensity variance largely or completely utilizes the dynamic range of the detector.
  • the OCT setup is designed so that the control logic automatically adjusts the power regulation device to utilize the detector's dynamic range to a large extent or completely. This enables the identification and/or classification of near-surface defects within the material with higher accuracy. Since the OCT setup is used for measurements on a material that is not a biological object, physiological factors do not need to be considered when controlling the radiation source's output power. In particular, the control logic can be configured to increase the radiation source's output power to a level that is unacceptable for biological and especially medical applications, but is suitable for materials testing.
  • At least one power control device can be configured to attenuate optical radiation power in the reference arm stepwise in several stages or continuously.
  • control logic can continuously or stepwise adjust the power regulation device, and optionally the output power of the radiation source, in several stages to achieve a desired intensity variance at the detector.
  • the control logic can be configured to control the power regulation device, and optionally the output power of the radiation source, depending on an output signal obtained from the material under test or output data from the detector.
  • the method may include adjustment, alignment and/or maximization of a measurement signal in the measuring arm, comprising: controlling the at least one power regulation device and/or a shutdown device in the control arm, controlled by the control logic, to selectively shut down the reference arm for the adjustment, alignment, and/or maximization of the measurement signal.
  • the control logic can activate at least one power control device based on signals acquired with the reference arm switched off.
  • the method can alternatively or additionally include adjustment, alignment, and/or maximization of a reference signal in the reference arm, comprising: controlling the further shutdown device in the measuring arm by the control logic in order to selectively shut down the measuring arm for the adjustment, alignment, and/or maximization of the reference signal.
  • the control logic can control at least one power regulation device depending on signals acquired when the measuring arm is switched off.
  • the method can alternatively or additionally include a correction of the static light component, comprising: controlling the further switching-off device in the measuring arm by the control logic in order to selectively switch off the measuring arm.
  • the control logic can control at least one power control device depending on signals acquired when the measuring arm is switched off, in order to perform at least a partial correction of the static light component.
  • the method can alternatively or additionally include dark current measurement for the detector, comprising: controlling the switch-off device in the reference arm by the control logic to selectively switch off the reference arm, and controlling the further switch-off device in the measuring arm by the control logic to selectively switch off the measuring arm.
  • the OCT arrangement can utilize the dark current measurement when acquiring the OCT image data.
  • the process can feature automated, complete optical dispersion correction, allowing the use of different lenses without manual reconfiguration.
  • the OCT setup can have multiple lenses that can be selectively positioned (e.g., automatically by a positioning system) in a beam path of the measuring arm, with the method featuring automatic dispersion correction that depends on which lens is positioned in the beam path of the measuring arm.
  • the dispersion correction can be applied when The procedure can be automatically determined, for example by measurements with the reference arm switched off.
  • At least one power control device can include an iris diaphragm and an diaphragm drive for adjusting the iris diaphragm.
  • the control logic can control the diaphragm drive.
  • This enables automated adjustment of the optical attenuation in the reference arm under the control of the control logic. Compared to conventional techniques, this allows OCT results that enable the identification and/or classification of near-surface defects within the material non-destructively and with higher accuracy.
  • the reference arm may include beam expansion optics that expand a beam of coherent radiation generated by the radiation source in the reference arm before it strikes the iris aperture.
  • the OCT may be polarization-sensitive.
  • the OCT setup may include a polarizer positioned between the radiation source and the reference arm, as well as the measurement arm.
  • At least one power regulation device can be set up for light polarization-based power regulation in the reference arm.
  • the OCT setup can include a beam splitter through which the coherent radiation generated by the radiation source enters the reference arm and the measurement arm.
  • the OCT setup can also include a polarizer positioned between the radiation source and the beam splitter.
  • the control logic can be set up to control the polarizer.
  • At least one power control device can include a first polarization filter in the reference arm.
  • the control logic can be configured to influence the first polarization filter, for example by controlling a first polarization filter drive that mechanically adjusts the first polarization filter.
  • This implements a polarization-dependent (e.g., polarization-sensitive) OCT under control of the control logic, whereby power in the reference arm can be regulated by influencing the first polarization filter, for example by its automatic mechanical rotation under control of the control logic.
  • a polarization-dependent OCT e.g., polarization-sensitive OCT
  • the OCT setup can include a second polarization filter in the measuring arm.
  • the control logic can be configured to influence the second polarization filter, for example, by controlling a second polarization filter drive that mechanically adjusts the second polarization filter.
  • This implements a polarization-dependent (e.g., polarization-sensitive) OCT under the control of the control logic, whereby a light output in the measuring arm can be selectively switched off by influencing the second polarization filter, for example by its mechanical rotation under the control of the control logic.
  • a polarization-dependent OCT e.g., polarization-sensitive OCT
  • the first polarizing filter can be positioned between the beam splitter and the iris diaphragm.
  • the beam splitter can be a polarizing beam splitter.
  • the OCT setup can also include a controllable optical element between the radiation source and the polarizing beam splitter, for example, an X/2 plate positioned between the polarizer and the polarizing beam splitter.
  • the control logic can be configured to control the controllable optical element to increase the intensity variance of the interference signal detected at the detector.
  • the control logic can be configured to control both the iris aperture and the controllable optical element in such a way that the intensity variance of the interference signal detected at the detector meets a quality criterion, for example, fully or largely utilizing the dynamic range of the detector.
  • the material may consist of an optical material, in particular glass and/or an optical plastic.
  • OCT-based material testing techniques are particularly suitable for optical materials.
  • Conventional non-destructive techniques that use magnetic and/or electrical measurement methods are either unsuitable or insufficiently sensitive for such materials.
  • the material may have an optical component.
  • OCT-based material testing techniques are particularly suitable for optical materials.
  • Conventional non-destructive techniques that use magnetic and/or electrical measurement methods are either unsuitable or insufficiently sensitive for such materials.
  • the evaluation of OCT image data can include automatic detection and/or classification of near-surface defects based on the OCT image data.
  • the method can include control logic to regulate the power control unit in the reference arm depending on the properties of the material under investigation.
  • the control logic can also be configured to depend on an intensity variance of the signal transmitted to the detector. to control the detected interference signals. As soon as the intensity variance of the interference signals detected by the detector meets a desired quality criterion, for example, largely or completely utilizing the dynamic range of the detector, OCT imaging can be performed, whereby the specific OCT image data are evaluated to detect and/or classify near-surface defects.
  • the OCT setup can be configured to provide inverse darkfield illumination.
  • the OCT configuration can be set up for a TD ("Time Domain") OCT.
  • the OCT configuration can be set up for an FD ("Frequency Domain”) OCT.
  • the radiation source can be a supercontinuum light source, for example a supercontinuum laser or a white light laser.
  • the radiation source can be controlled in such a way that a spectrum of the radiation emitted by the radiation source can be controlled and influenced.
  • the control logic can be configured to control the radiation source such that the bandwidth and/or central frequency of the coherent radiation depends on the material being tested.
  • the control logic can also be configured to receive information about the material being tested via a To receive user interface data and/or to automatically determine data based on output data or in the detector's output signal.
  • This method performs OCT data acquisition and ultimately generates OCT image data based on the properties of the material being tested. Compared to conventional methods, this increases the accuracy with which defects, especially near-surface defects, can be identified and/or classified.
  • the OCT array can include multiple optical conductors, such as photonic fibers, to guide the radiation at least in the measurement arm, and optionally also in the reference arm.
  • the OCT array can be designed as a hybrid OCT array, in which the radiation propagates both in an optical conductor and as a free beam.
  • the measuring arm can have a lens with a high numerical aperture (NA).
  • NA numerical aperture
  • the measuring arm may include a telescope and/or Alvarez plates.
  • the OCT setup is designed to allow for adjustable illumination widths.
  • the reference arm can have at least one axicon to generate the reference beam.
  • the OCT array can have at least one, and optionally several, shutters automatically controlled by the control logic to allow switching between different operating modes. These modes can be used, for example, to measure layer thicknesses and/or tomographic effects and/or to process signal conditioning.
  • the OCT array can be configured so that the control logic can automatically actuate the shutters to reduce or eliminate static signals.
  • the procedure can include an evaluation of the interference signals detected by the detector, in which a computer-aided simultaneous multi-peak evaluation is performed. This makes it easier to detect and/or classify near-surface defects of the material under test compared to conventional techniques, especially when measuring thin layers with a thickness of less than 10 nm and/or when measuring closely spaced layers that are less than 10 nm apart.
  • the evaluation of the interference signals detected by the detector can include computer-aided generation of the OCT image data as well as computer-aided classification of near-surface defects in the material using a data-driven evaluation method.
  • the OCT arrangement can include an interferometer, which can be designed as a Michelson interferometer, a Mach-Zehnder interferometer, or a Mirau interferometer.
  • the OCT setup can be configured for polarization-sensitive OCT. Accordingly, polarization-sensitive OCT can be performed during the procedure.
  • the method can be used to examine near-surface defects in materials made of non-biological material.
  • the defects can be selected from a group consisting of cracks, near-surface defects, refractive index differences, polarization differences, and/or scattering and reflection on non-biological materials.
  • non-biological materials can be glasses, salts, crystals, plastics, ceramics, and/or semiconductor materials.
  • This method allows for the examination of materials with a penetration depth of up to 1 mm at a depth of 30 pm or less below the surface, with a resolution of 10 pm or less, for defect detection.
  • the method enables the detection of subsurface defects in the surface boundary zone with high lateral and/or axial resolution.
  • the method can be a method for detecting and optionally classifying cracks (open and/or closed), cavities, pores and/or material inhomogeneities of the material.
  • a system for material analysis comprises an OCT arrangement for performing an OCT scan on a material to generate OCT image data.
  • the OCT arrangement includes: a measuring arm configured for scanning the material; a reference arm having at least one power control device; a radiation source for generating coherent radiation for the measuring arm and the reference arm; a detector for detecting a coherent superposition of the coherent radiation from the reference arm and the measuring arm; and control logic configured for controlling the at least one power control device.
  • the system includes a computing system for evaluating the OCT image data.
  • the system can be set up to carry out the procedure according to one of the aspects or examples of implementation.
  • the system can be a system for investigating near-surface defects in a marginal zone below the surface of the material, particularly in a marginal zone with a thickness of less than 1 mm or 30 pm or less.
  • a shutdown device for example, at least one power control device and/or a shutter
  • This autocorrelation signal can be used to improve measurement quality.
  • a shutdown device for example, at least one power control device and/or a shutter
  • This offers advantages compared to conventional techniques where the quality of the measurement and reference signals cannot be evaluated separately.
  • Controlling another shut-off device for example, another power control device and/or another shutter
  • Controlling an additional shut-off device for example, another power control device and/or another shutter
  • This offers advantages compared to conventional techniques where the quality of the measurement and reference signals is not evaluated separately.
  • a shutdown device for example, the at least one power control device or an additional shutter provided thereto
  • another shutdown device for example, the further power control device and/or an additional shutter provided thereto
  • the methods and systems according to exemplary embodiments of the invention achieve various effects.
  • the methods and systems are designed for the non-destructive testing of optical materials (such as glasses, crystals, salts, and optical plastics).
  • the methods and systems can be used for the non-destructive detection and, optionally, classification of near-surface defects with improved accuracy compared to conventional techniques.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an OCT setup of a material testing system.
  • Fig. 2 is a schematic representation of another system for material testing.
  • Fig. 3 is a schematic representation of another system according to an exemplary embodiment.
  • Fig. 4 is a schematic representation of another system for material testing.
  • Fig. 5 is a flowchart of a process for materials testing.
  • Fig. 6 is a flowchart of a procedure that can be used in a material testing process.
  • Fig. 7 is a schematic representation to explain the functioning of the systems for material testing.
  • Fig. 8 is a schematic representation of intensity signals detected by a detector of the OCT arrangement to illustrate the functioning of the systems for material testing.
  • Fig. 9 is a flowchart of a process for materials testing.
  • Fig. 10 is a schematic block representation of a control logic of systems for materials testing.
  • Fig. 11 is a schematic block representation of a computing system of systems for materials testing.
  • Fig. 12 is a schematic representation to explain how the computer system works.
  • Fig. 13 is a schematic representation of components of the system for material testing.
  • Fig. 14 is a flowchart of a process for material testing.
  • Fig. 15 is a flowchart of a process for material testing.
  • Fig. 16 is a schematic representation of optional features of the material testing system.
  • Fig. 17 is a flowchart of a process for material testing.
  • Methods and systems according to the exemplary embodiments are designed for the detection, and optionally also for classification, of near-surface defects in non-biological materials, particularly in optical materials such as optical components, glass, salt, crystals, optical plastics, or other optical materials.
  • the methods and systems utilize an OCT array for OCT data acquisition, whereby OCT image data is calculated computer-aided from the interference signals acquired by a detector of the OCT array.
  • the OCT data acquisition is controlled by a control logic such that the power in the reference arm, and optionally also in the measurement arm, of the OCT array is specifically influenced to achieve a desired intensity variance at the detector and/or a desired proportion of mixed light relative to uniform light.
  • Methods and systems according to the exemplary embodiments are designed in particular for the detection and optional classification of near-surface defects.
  • Near-surface defects are defined as defects (e.g., cavities, pores, cracks, etc.) within a test specimen that lie within or extend into a boundary zone, which may be, for example, less than 1 mm, less than 100 pm, 80 pm or less, 50 pm or less, or 30 pm or less, measured from the surface of the test specimen.
  • defects encompasses defects that can occur in optical materials, particularly in optical components. These defects can include one, several, or all of the following: point defects; cracks (optionally distinguishing between open and closed cracks); pores; material inhomogeneities; cavities; and inhomogeneities in the refractive index and/or polarization-dependent properties.
  • material includes in particular glasses, salts, crystals, plastics, ceramics, and semiconductor materials.
  • material also specifically includes optical components made from glass, salt, crystals, optical plastics, ceramics, or semiconductor materials.
  • a "power regulation” can involve continuous or discrete adjustment of the power.
  • the OCT arrangement and/or the methods according to exemplary embodiments can be configured to selectively and completely block radiation in the reference arm and/or the measurement arm using a shut-off device (for example, a shutter), for instance, to automatically perform one or more adjustments that improve the quality of the OCT image data or the signals used to reconstruct the OCT image data.
  • a shut-off device for example, a shutter
  • inverse darkfield illumination which is synonymous with the term “inverted darkfield illumination,” also used in the technical field, refers to an illumination technique that can highlight certain contrasts and details in a sample that are difficult to discern in conventional brightfield.
  • inverse does not refer to a reversal of the darkfield method itself, but rather to the fact that the illumination system and the observation system (objective) are geometrically interchanged compared to a conventional darkfield setup.
  • Methods and systems according to the exemplary embodiments are configured to measure microscopic damage below the surface of the test specimen with high axial resolution, for example, an axial resolution of 10 pm or less, 5 pm or less, or 3 pm or less.
  • the methods and systems are configured to achieve a high lateral resolution of 10 pm or less, 5 pm or less, or 3 pm or less.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a system 10 for materials testing.
  • the system 10 includes an OCT setup.
  • the OCT setup can have a conventional interferometer configuration, for example, in the form of a Michaelson interferometer.
  • the OCT setup includes a radiation source 11 for generating coherent radiation 12.
  • the radiation source 11 can be a supercontinuum laser radiation source, for example, a supercontinuum laser.
  • the OCT setup includes a reference arm 20 and a measurement arm 30.
  • the coherent radiation 12 generated by the radiation source is directed into the reference arm 20 and the measurement arm 30 via a beam splitter 19.
  • the beam splitter 19 can act as a beam splitter/beam combiner, through which a coherent superposition 17 of radiation from the reference arm 20 and the measuring arm 30 is guided to a detector 18 and detected by the detector 18.
  • the reference arm 20 has a reflector 28.
  • the reflector 28 can be mechanically adjustable, for example for a TD-OCT.
  • the measuring arm 30 includes a scanner 37, which can be configured to scan the measuring beam in a one-dimensional or, preferably, a two-dimensional pattern across the material to be tested.
  • the scanner 37 can have at least one, and advantageously at least two, controllable reflectors (for example, mirrors) for scanning the measuring beam. Adjustment of the mirrors can be performed automatically under the control of a control logic that will be described in more detail later.
  • the measuring arm 30 includes a lens 38.
  • the lens 38 can include a telescope and/or one or more Alvarez plates.
  • the lens 38 can be a lens with a high NA (numerical aperture).
  • the reference arm 20 can have a first shutter 29.
  • the measuring arm 30 can have a second shutter 39.
  • the OCT arrangement can be configured to selectively actuate one or both of the shutters 29, 39 so that the radiation in the corresponding arm is blocked.
  • the OCT arrangement can be configured so that the first shutter 29 and the second shutter 39 allow motorized actuation to block radiation in the corresponding arm.
  • the OCT arrangement can have a hybrid design in which – as schematically indicated in Fig. 1 – the coherent radiation is guided through an optical conductor, for example an optical fiber, in at least a part of the OCT arrangement, in particular in at least a part of the reference array, a part of the measuring arm, and an arm leading from the beam splitter 19 to the detector 18. Accordingly, a hybrid design can be implemented in the OCT arrangement in which both optical fibers and free-jet propagation are combined.
  • an optical conductor for example an optical fiber
  • the OCT setup can be configured specifically for FD-OCT.
  • the radiation source 11 can be a broadband radiation source, for example, a supercontinuum laser.
  • a radiation source must be set up.
  • the OCT setup can be configured to perform polarization-sensitive OCT.
  • the radiation source 11 and the measuring arm 30 can be configured to provide inverse dark-field illumination. This makes it possible to suppress the potentially high surface reflections (e.g., Fresnel reflections) that may occur with optical materials.
  • the reference arm 20 has a power control device 21.
  • a control logic 40 is set up to control the power control device 21, and optionally also the radiation source 11, in such a way that a desired intensity variance (for example, an intensity variance that fully utilizes the dynamic range of the detector 18) of the interference signal at the detector 18 is achieved and/or that a proportion of direct light is reduced compared to the mixed light component (ideally as much as possible).
  • System 10 can be configured such that, during initial data acquisition from the material under test, the control logic evaluates the intensity variance resulting at detector 18 to verify whether it meets a quality criterion (for example, utilization of the dynamic range of detector 18 that corresponds to at least a threshold value relative to the total dynamic range). If the quality criterion is not met, the control logic can adjust the power control device 21, and optionally also the power of the radiation source 11, to increase the intensity variance resulting at detector 18. For optical materials, no damage to the test specimen is expected, and even any damage due to excessive radiation power would be acceptable—unlike with biological (especially physiological) samples.
  • a quality criterion for example, utilization of the dynamic range of detector 18 that corresponds to at least a threshold value relative to the total dynamic range.
  • the reference arm includes a beam-expanding optic 27.
  • the lens 27 can be arranged between the beam splitter 19 and the power control device 21.
  • the power control device 21 can be positioned between the beam-expanding optic 27 and the reflector 28 of the reference arm 20.
  • the reference arm 20 can have several axicons to achieve a desired beam shaping.
  • the reference arm 20 can have one or more axicons to expand a beam in the reference arm to a beam diameter that is adapted to a (maximum) light-entry area of the light control device 21.
  • the light control device 21 can have a drive-operated aperture.
  • the one or more axicons can be configured such that the beam in the reference arm is expanded to a beam diameter that is at least equal to the maximum aperture diameter of the drive-operated aperture.
  • the OCT arrangement can perform the actual OCT data acquisition on the material.
  • the system 10 has a computing system (not shown in Fig. 1) that is configured to extract data from the data acquired by the detector 18.
  • the system calculates OCT image data from acquired OCT data and evaluates it for the presence of defects in the material.
  • the system can be configured to classify defects. This can include, for example, differentiating between open and closed cracks, pores, or other types of defects.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of system 10 according to an exemplary embodiment.
  • the power control device 21 has an iris aperture 22 and an iris aperture drive 23 (for example, a motor) for adjusting the iris aperture 22.
  • the expanding optics 27, which may have one or more axioms, are configured to expand a beam diameter of the beam in the reference arm 20 such that the beam diameter can be at least equal to a maximum opening diameter of the iris aperture 22.
  • the control logic 40 which is coupled to the detector 18, is configured to control the iris diaphragm drive 23 in order to adjust the driven iris diaphragm 22.
  • the control logic 40 can be configured to control the iris diaphragm drive 23, and optionally also the radiation source 11, such that a desired intensity variance (for example, fully utilizing the dynamic range of the detector from 0 to 100% of the intensity variance) is achieved at the detector 18 for the respective material being tested, and/or that the proportion of uniform light at the detector 18 is kept as low as possible in relation to the proportion of mixed light resulting from interference for the respective material being tested.
  • System 10 comprises a first shutter 24 in the reference arm 20 and a second shutter 34 in the measuring arm 30.
  • the first shutter 24 can be mechanically movable.
  • System 10 can include a drive device 42 for mechanically moving the first shutter 24.
  • the second shutter 34 can also be mechanically movable.
  • the drive device 42 can be configured to mechanically move the second shutter 34.
  • the drive device 42 can have several independently controllable drives to selectively block radiation only in the reference arm 20, only in the measuring arm 30, or in both the reference arm 20 and the measuring arm 30.
  • a further control logic 41 which can be integrally formed with the control logic 40 in the same device, can be configured to control the drive device 42 to perform desired blocking operations. This makes it possible to implement different operating modes, for example for depth measurement, for calibration (e.g. to determine a constant light component) and for OCT imaging.
  • the System 10 includes a computing system 50.
  • the computing system 50 can include one or more computers, one or more servers, one or more portable computers, one or more communication terminals, or other configurations.
  • the computing system 50 can be integrally configured with the control logic 40 and, optionally, the additional control logic 41.
  • the computing system 50 is configured to use the data from the detector 18.
  • the system is designed to calculate OCT image data from acquired OCT data and evaluate it with regard to the presence of defects in the material.
  • the computing system 50 can, in particular, perform data-driven processing of the OCT image data. This data-driven processing can involve processing by at least one artificial intelligence (AI) model, especially a trained machine learning model.
  • the computing system can optionally be configured to perform a defect classification. This can include, for example, the differentiation between open and closed cracks, pores, or other types of defects.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of system 10 according to an exemplary embodiment.
  • System 10 has an OCT array configured for polarization-sensitive OCT. This allows system 10 to offer examination possibilities with increased accuracy, for example, with regard to the detection of polarization-dependent effects that may be caused by a defect.
  • the power control device 21 has an iris aperture 22 and an iris aperture drive 23 (for example, a motor) for adjusting the iris aperture 22.
  • the control logic 40 is configured to adjust the iris aperture 22 by actuating the iris aperture drive 23.
  • the OCT arrangement of system 10 of Fig. 3 includes a polarizer 13 located between the radiation source 11 and the beam splitter 19.
  • the reference arm 20 has a first polarization filter 25.
  • the first polarization filter 25 can be pivotably mounted.
  • System 10 includes a drive device 42 for mechanically pivoting the first polarization filter 25.
  • the measuring arm 30 has a second polarizing filter 35.
  • the second polarizing filter 35 can be mounted so that it can pivot.
  • the drive device 42 can be configured for mechanically pivoting the second polarizing filter 35.
  • the drive device 42 can have several independently controllable drives to selectively pivot only the first polarization filter 25 in the reference arm 20, only the second polarization filter 35 in the measuring arm 30, or both polarization filters 25, 35, in order to selectively block or release radiation in the corresponding arm.
  • This allows power regulation in the reference arm to be implemented in an OCT setup configured for the detection of light polarization-dependent effects.
  • the drive device 23 can be controlled by the control logic 40 such that the intensity contrast at the detector 18 is enhanced by the power regulation in the reference arm.
  • the control can be configured so that the intensity contrast at the detector 18 fully or at least largely utilizes the dynamic range of the detector 18.
  • the power regulation in the reference arm can be achieved by adjusting the iris diaphragm under the control of the control logic 40, by adjusting the polarization filter 25 or a combination of these measures.
  • a further control logic 41 which can be integrally configured with the control logic 40 in the same device, can be configured to control the drive device 42 in order to perform desired aperture operations. This makes it possible to implement different operating modes, for example, for depth measurement, for calibration (e.g., to determine a uniform light component), and for OCT imaging.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of system 10 according to an exemplary embodiment.
  • System 10 has an OCT array configured for polarization-sensitive OCT. This allows system 10 to offer examination possibilities with increased accuracy, for example, with regard to the detection of polarization-dependent effects that may be caused by a defect.
  • the power control device 21 has an iris aperture 22 and an iris aperture drive 23 (for example, a motor) for adjusting the iris aperture 22.
  • the control logic 40 is configured to adjust the iris aperture 22 by actuating the iris aperture drive 23.
  • the OCT arrangement of system 10 has a beam splitter designed as a polarizing beam splitter 19p.
  • the OCT arrangement of system 10 of Fig. 4 includes a polarizer 13 located between the radiation source 11 and the polarizing beam splitter 19p.
  • the OCT arrangement also includes a controllable optical element 14, for example, a controllable X/2 plate 14, located between the polarizer 13 and the polarizing beam splitter 19p.
  • System 10 includes further control logic 43 for controlling the controllable optical element 14. This further control logic 43 can be integrated with the control logic 40 in a single device.
  • the additional control logic 43 can control the controllable optical element 14 to influence the ratio of radiation intensities in the reference arm 20 and the measuring arm 30.
  • the control logic 40 can cooperate with the additional control logic 43 in such a way that, depending on an output signal or output data from the detector 18, the power in the reference arm 20 and the measuring arm 30 is selectively influenced to enable high-resolution OCT imaging, which allows for the detection and, optionally, the classification of defects.
  • the drive device 23 can be controlled by the Control logic 40 is controlled such that the intensity contrast at detector 18 is enhanced by the power control in the reference arm.
  • the control can be configured so that the intensity contrast at detector 18 fully or at least largely utilizes the dynamic range of detector 18.
  • the system 10 can be configured to utilize the results of the detection and/or classification of near-surface defects of the non-biological material in various ways.
  • the system 10 can have an optical output interface or another user interface 53, which may be a graphical user interface.
  • the system 10 can be configured to provide, under the control of the computer system 50, information on the detection and/or classification of the near-surface defects identified within the material.
  • the computer system 50 can be configured to execute automatic control operations that depend on the result of the detection and/or classification of near-surface defects within the material. For example, if unacceptable near-surface defects are identified, the computer system 50 can execute a control operation that leads to the automatic rejection of the corresponding material. Alternatively or additionally, if unacceptable near-surface defects are identified in several identical materials, the computer system 50 can execute a control operation that leads to the automatic halting of a manufacturing process to allow for troubleshooting. Alternatively or additionally, if unacceptable near-surface defects are identified in several identical materials, the computer system 50 can execute a control operation that influences the manufacturing process to eliminate the unacceptable defects.
  • the system 10 according to Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 and Fig. 4 can be configured to selectively switch off the reference arm and/or the measuring arm (i.e., selectively block radiation paths in the reference arm and/or measuring arm) in order to perform one, several or all of the following processes to improve the acquisition of the OCT image data (for example, to investigate near-surface defects in a marginal zone below the surface of the material):
  • Controlling a shutdown device for example, the at least one power control device 21, 22 or an additional shutter 24, 29 in the reference arm 20 to measure an autocorrelation signal in the material.
  • the autocorrelation signal can be used by the system 10 to improve the measurement quality, for example, through automatic control and/or evaluation processes.
  • Controlling a shutdown device for example, the at least one power control device 21, 22 or an additional shutter 24, 29 in the reference arm 20 for adjusting, aligning, and maximizing the measurement signal in the measurement arm 30. This offers advantages compared to conventional techniques where the quality of the measurement and reference signals is not evaluated separately.
  • a further shut-off device for example, the further power control device and/or a further shutter 34, 39
  • a further shut-off device for example, the further power control device and/or a further shutter 34, 39
  • a further shut-off device for example, the additional power control device and/or a further shutter 34, 39
  • This offers advantages compared to conventional techniques where the quality of the measurement and reference signals is not evaluated separately.
  • Controlling a shutdown device for example, the at least one power control device 21, 22 or a shutter 34, 39 in the reference arm 20 and controlling a further shutdown device (for example, the further power control device and/or a further shutter 34, 39) in the measuring arm in order to perform a dark current measurement in the detector.
  • a shutdown device for example, the at least one power control device 21, 22 or a shutter 34, 39
  • a further shutdown device for example, the further power control device and/or a further shutter 34, 39
  • Fig. 5 is a flowchart of a method 60 for material testing.
  • the method 60 can be executed automatically by or with the system 10.
  • the method 60 can be executed to detect and optionally classify defects, in particular near-surface defects, in an optical material.
  • Step 61 involves evaluating interference signals acquired by a detector of an OCT array.
  • This evaluation can include determining the intensity variance and comparing it to the range of different intensities detectable by the detector, also referred to here as the dynamic range.
  • the evaluation can also determine the proportion of uniform light and mixed light based on the interference signals acquired by the detector.
  • the OCT array can shine measuring light onto the material under test to determine an initial intensity distribution at the detector. This allows for the determination of how to adjust the OCT array settings to detect near-surface defects as reliably and/or accurately as possible, and optionally to classify them.
  • the interference signals acquired in step 61 are not used to determine the OCT image data unless the intensity variance meets a specific quality criterion.
  • control logic controls a power regulation device (which may, for example, include a motorized iris diaphragm) in the reference arm of the OCT array.
  • the control logic can optionally also control other components of the OCT array, such as the radiation source and/or other components.
  • control logic controls the power regulation device and optionally other components of the OCT array such that the intensity variance detected at detector 18 for the material under test meets a specific quality criterion. Steps 61 and 62 can be repeated iteratively for this purpose.
  • the OCT setup performs an OCT scan on the material under test.
  • the measuring beam is scanned across the material to acquire two-dimensional or, advantageously, three-dimensional OCT image data.
  • the OCT can be performed as FT OCT using a supercontinuum light source, such as a white light laser.
  • the system (for example, computer system 50 of system 10) generates OCT image data from the data acquired by detector 18 during OCT. This can involve reconstructing the OCT image data from the multiple interference patterns acquired for different scan directions of the measurement beam. Techniques for reconstructing OCT image data from the acquired interference patterns are familiar to the specialist.
  • the system evaluates the OCT image data to detect and optionally classify defects.
  • the detection and/or classification of defects based on the OCT image data may involve the application of a data-driven evaluation method, such as an AI model for object classification.
  • the detection and/or classification of defects based on the OCT image data may include preprocessing of the OCT image data, such as segmentation around potential defect locations.
  • the system can execute one or more control operations, as previously explained.
  • the computer system 50 can control a user interface 53 to output information dependent on the detected and/or classified defects.
  • the computer system 50 can be configured to control the user interface 53 to display these markers, which indicate defects and optionally defect types, as a superimposition on the generated OCT image data.
  • the computer system 50 can be configured to execute further control operations, as previously explained.
  • Fig. 6 is a flowchart of a procedure 65 for material testing.
  • the procedure 65 can be executed automatically by or with the system 10.
  • the procedure 65 can be executed to detect defects, especially near-surface defects, in an optical material. detect and optionally classify.
  • Procedure 65 can be executed to implement step 64 of method 40 of Fig. 5.
  • the computing system 50 of system 10 generates OCT image data from the data acquired by the detector of the OCT array during the OCT procedure. This can involve reconstructing the OCT image data from the multiple interference patterns acquired for different scan directions of the measurement beam. Techniques for reconstructing OCT image data from the acquired interference patterns are familiar to the specialist.
  • the computer system 50 analyzes the OCT image data to detect and optionally classify defects.
  • the detection and/or classification of defects based on the OCT image data may involve the application of a data-driven evaluation method, such as an AI model for object classification.
  • the detection and/or classification of defects based on the OCT image data may include preprocessing of the OCT image data, such as segmentation around potential defect locations.
  • System 10 and/or the method according to the embodiments disclosed herein can be configured to acquire OCT image data using inverse darkfield illumination.
  • System 10 and/or the method can thus be configured such that the illumination system and the observation system (objective 38) can be geometrically interchanged compared to a conventional darkfield setup.
  • the following features can be implemented for this purpose:
  • Illumination In (inverse) dark-field illumination, the light is directed obliquely onto the sample. Light cannot fall directly into the objective lens 17 unless it is scattered or reflected by the material. Because only the light reflected or scattered by the material reaches the objective lens 17, objects appear against a dark background. Particles, edges, and irregularities that scatter light more strongly illuminate brightly, making them easily visible. This is particularly advantageous for detecting near-surface defects.
  • the objective lens 17 In inverse darkfield illumination, the objective lens 17 is positioned below the sample.
  • the OCT arrangement can be designed such that obliquely incident light falls onto the material from above or, if necessary, from the side, and the scattered light from below is collected by the objective lens 17.
  • inverse dark-field illumination can achieve improved defect detection in the field of materials science, especially in the detection of near-surface defects.
  • Fig. 7 is a schematic representation to further explain the operation of the system 10.
  • the system 10 has an OCT arrangement which scans a material 70 to be tested with a measuring beam 31 which is generated in the measuring arm of the OCT arrangement.
  • the control logic 40 controls the power control device 21 to increase the intensity contrast.
  • the control logic 40 can also take into account the properties of the detector 18, in particular the range of intensities detectable by the detector 18.
  • the control logic 40 can also control the radiation source 11 or other controllable components of the OCT arrangement to increase the intensity contrast.
  • the control logic 40 can intervene to ensure that the intensity contrast for the respective material 70 to be tested at least approximately, and ideally substantially, coincides with the dynamic range of the detector 18.
  • the actual OCT image acquisition takes place, in which several further interference patterns 72 are acquired by the detector 18 and processed by the computing system 50 to generate the OCT image data 73.
  • the further interference patterns 72 exhibit an increased intensity contrast compared to the interference pattern 71.
  • the proportion of uniform light compared to the proportion of mixed light in the further interference patterns 72 is reduced compared to at least one initial interference pattern 71. This improves the quality of the OCT imaging and enables the detection of even small defects in the optical material 70 with higher reliability and/or higher resolution compared to conventional techniques.
  • Fig. 8 schematically shows interference signals detected by the detector 18.
  • the intensity at a pixel of the detector is shown along an axis 75, while another axis 76 indicates the position of the corresponding pixel along a direction on the detector.
  • An interference signal 78 initially detected before the OCT setup is adjusted to the specific material being tested, varies over a range that covers only a portion of the intensity range 77 detectable by the detector 18.
  • the intensity range 77 detectable by the detector 18 is also referred to as the dynamic range. Within this intensity range 77, the detector 18 can detect differences in intensity and represent them by corresponding output values. Higher or lower intensities no longer result in a further increase or decrease of the corresponding pixel value.
  • a further interference signal 79 detected after the OCT arrangement has been adjusted to the respective material being tested, varies over a range that essentially coincides with the intensity range 77 detectable by the detector 18.
  • An intensity maximum 79' of the further interference signal 79 can essentially correspond to an upper limit of the detectable intensity range 77.
  • An intensity minimum 79" of the further interference signal 79 can essentially correspond to a lower limit of the detectable intensity range 77.
  • the dynamic range 77 of the detector 18 is utilized by the automatic adjustment made by the control logic 40, in which the detected pixel values are variable as a function of the detected intensity.
  • Fig. 9 is a flowchart of a method 80 for material testing.
  • the method 80 can be executed automatically by or with the system 10.
  • the method 80 can be executed to detect and optionally classify defects, in particular near-surface defects, in an optical material.
  • Step 81 involves evaluating interference signals acquired by a detector in an OCT array.
  • This evaluation can include determining the intensity variance and comparing it to the range of different intensities detectable by the detector, also referred to here as the dynamic range.
  • the evaluation can also determine the proportion of uniform light and mixed light based on the interference signals acquired by the detector.
  • the OCT array can shine measuring light onto the material under test to determine an initial intensity distribution at the detector. This allows for the determination of how to adjust the OCT array settings to detect near-surface defects as reliably and/or accurately as possible, and optionally to classify them.
  • Step 82 checks whether the intensity variance, i.e., the interference contrast, detected by detector 18 meets a quality criterion.
  • This quality criterion can involve a comparison of the intensity variance with the dynamic range of detector 18.
  • the quality criterion can include a comparison of a mixed-light component in the interference signal with a uniform-light component in the interference signal.
  • the power control device 21 in response to a determination that the quality criterion is not met, the power control device 21, the radiation source 11 and/or another component of the OCT arrangement is controlled to increase the intensity contrast, i.e. to reduce the proportion of uniform light compared to the proportion of mixed light.
  • Steps 81, 82, and 83 can be repeated iteratively.
  • the OCT data acquisition, the generation of OCT image data and the evaluation of the OCT image data for the detection and/or classification of near-surface defects of the optical material then take place.
  • Fig. 10 is a schematic representation of the control logic 40.
  • the control logic 40 can be integrally formed in a single device together with the computing system 50 and/or the further control logic 42, 43.
  • the control logic 40 comprises at least one interface 45, a storage system 46, and at least one processing circuit 90.
  • the at least one interface 45 can be configured as a data interface, in particular as a communication interface for wired or wireless data exchange with the detector 18 and/or the drive 23.
  • the control logic 40 is configured to receive input data 94 that depends on the interference signal detected by the detector 18, which is generated by the coherent superposition of the measuring beam 31 and the reference beam.
  • the input data 94 can correspond to the output data of the detector 18 or be otherwise based on it.
  • the input data 94 can represent an intensity variance of the interference signal detected by the detector 18.
  • the control logic 40 is configured to output control commands 95 to configure the OCT arrangement for improved (in particular, higher-contrast) OCT data acquisition on the material under test.
  • the control commands 95 can include at least one control command for a motorized iris diaphragm located in the reference arm.
  • the control command for the motorized iris diaphragm can specify a setpoint to which the iris diaphragm is to be adjusted.
  • the storage system 46 stores data 47, which can be used by the processing circuit 90 to process the input data 94.
  • the data 47 can contain machine-readable instruction code, such as firmware, which can be executed by the processing circuit 90.
  • the data 47 can contain further data, such as at least one setpoint for the intensity variance or for the ratio of direct to mixed light.
  • the data 47 can contain instructions or other data from which the processing circuit 90 can determine how to control the motorized iris diaphragm and/or the radiation source for a given actual value of the intensity variance represented by the input data 94, in order to improve the intensity contrast during OCT.
  • the processing circuit 90 can be configured to perform an evaluation 91 of the input data 94 to determine whether an adjustment of the power control device 21 and/or the output power of the radiation source 11 is required.
  • the evaluation 91 can include a comparison of the intensity contrast with the dynamic range of the detector 18.
  • the processing circuit 90 can be configured to perform a control action determination 92 depending on the result of the evaluation 91.
  • the control action determination 92 can specify whether and to what setpoint the motorized iris diaphragm 22 should be adjusted.
  • the control action determination 92 can specify the output power to which the radiation source 11 should be driven.
  • the processing circuit 90 can be configured to execute an interface control 93 to generate control commands 95 and to control the at least one interface 45 for outputting the control commands 95.
  • the processing circuit 90 can include one or more integrated circuits. These one or more integrated circuits can, for example, include any combination of the following circuits or circuit components: an application-specific integrated circuit (ASIC), a field-programmable gate array (FPGA), one or more processors, one or more controllers, one or more quantum gates, a quantum information processing circuit, or other integrated circuits.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • FPGA field-programmable gate array
  • processors one or more controllers
  • quantum gates a quantum information processing circuit, or other integrated circuits.
  • Fig. 11 is a schematic representation of the computing system 50.
  • the computing system 50 can be integrated with the control logic 40 and/or the further control logic 42, 43 in a single device.
  • the computing system 50 comprises at least one data interface 51, a storage system 52, and at least one processing circuit 55.
  • the computing system 50 may optionally have a human-machine interface 53 or be configured for coupling with a human-machine interface 53.
  • the at least one data interface 51 may be configured as a communication interface for wired or wireless data exchange with the detector 18.
  • the computing system 50 is configured to receive input data 51, which includes the OCT data acquired by the detector 18.
  • the input data may include the interference signals acquired by the detector for different scan directions of the measuring beam 31.
  • the input data 54 may correspond to the output data of the detector 18 or be otherwise based on it.
  • the storage system 52 stores data 54, which can be used by the processing circuit 55 to process the input data 54.
  • the data 54 can contain machine-readable instruction code, such as software or firmware, which can be executed by the processing circuit 55.
  • the data 54 can also contain further data, such as parameters, optionally via parameters, of a data-driven processing technique, which is applied by the processing circuit 55 for the detection and/or classification of near-surface defects.
  • the processing circuit 55 can be configured to perform OCT image data generation 56 in order to generate OCT image data from the data acquired by the detector 18 during OCT.
  • the OCT image data generation 56 can be configured to reconstruct the OCT image data from the multiple acquired interference patterns, which are used for different scan directions. to execute the measurements obtained from the measuring beam. Techniques for reconstructing OCT image data from the recorded interference patterns are familiar to the specialist.
  • the processing circuit 55 can be configured to perform an evaluation 57 of the OCT image data to detect defects based on the image and optionally classify them.
  • the evaluation 57 can be configured such that a data-driven evaluation method is applied to the OCT image data for the detection and/or classification of defects based on the OCT image data.
  • the data-driven evaluation method can, for example, include a computer model for object classification.
  • the evaluation 57 can be configured such that the detection and/or classification of defects based on the OCT image data can optionally include preprocessing of the OCT image data, for example, segmentation around possible defect locations.
  • the processing circuit 55 can be configured to execute an interface control 58 depending on a result of the evaluation 57.
  • the interface control 58 can be configured to control the human-machine interface 53 to provide information about the detection and/or classification of near-surface defects identified within the material.
  • the interface control 58 can be configured to execute automatic control operations that depend on the result of the detection and/or classification of near-surface defects within the material. For example, if unacceptable near-surface defects are identified, the computer system 50 can execute a control operation that leads to the automatic rejection of the corresponding material. Alternatively or additionally, if unacceptable near-surface defects are identified in several identical materials, the interface control 58 can be configured to execute a control operation that leads to the automatic halting of a manufacturing process to allow for troubleshooting. Alternatively or additionally, the interface control 58 can be set up so that, in the event of the identification of unacceptable near-surface defects on several identical materials, the computer system 50 can execute a control process that influences the manufacturing process in order to eliminate the unacceptable defects.
  • the processing circuit 55 can include one or more integrated circuits. These one or more integrated circuits can, for example, include any combination of the following circuits or circuit components: an application-specific integrated circuit (ASIC), a field-programmable gate array (FPGA), one or more processors, one or more controllers, one or more quantum gates, a circuit for Quantum information processing, other integrated circuits.
  • the processing circuit 55 can advantageously include one or more circuits specifically configured for image processing, such as one or more embedded devices and/or one or more graphics processing units (GPUs) and/or tensor processing units (TPUs). Such configurations enable particularly efficient execution of the image evaluation.
  • GPUs graphics processing units
  • TPUs tensor processing units
  • the computing system 50 can be configured to apply a data-driven processing technique to the generated OCT image data in order to detect and/or classify defects.
  • Parameters of the data-driven processing technique can be stored in the data 54.
  • the data-driven processing technique can include a classification.
  • the classification can be binary (presence or absence of a defect) or non-binary (determination of the defect type or determination of probabilities of different defect types).
  • Fig. 12 is a schematic representation of a data-driven processing technique, which can be implemented in particular as an AI model 100 (for example, a trained machine learning (ML) model). Parameters of the AI model 100 can be stored in the data 54.
  • AI model 100 for example, a trained machine learning (ML) model.
  • Parameters of the AI model 100 can be stored in the data 54.
  • the Kl-Model 100 has an input 101 that can receive pixels or voxels of the OCT image data or input values derived from it through preprocessing (for example, features of the OCT image data).
  • the Kl-Model 100 has an output 102 that can output the result of defect detection or defect classification.
  • the Kl-Model 100 has several hidden layers 103 to determine the result of defect detection or defect classification based on the input data received at input 101.
  • the Kl-Model 100 can incorporate one or more deep learning (DL) models, such as CNNs (“convolutional Neural Networks”), VisionTransformers (ViTs), or other ML models.
  • DL deep learning
  • System 10 can be designed in such a way that the functions of the control logic 40, the computing system 50 and optionally the further control logic 40 are combined in one integral device.
  • Fig. 13 is a schematic representation of the system 10, which includes a device 110 implementing both the control logic 40 and the computing system 50.
  • the device 110 is configured to receive output data 111 from the detector 18 of the OCT array and, based on this, to control the drive 23 of the iris diaphragm 22 to control the power in the reference arm 20 and the radiation source 11 to control the output power of the radiation source 11.
  • the device 10 can be configured to generate the control signals or control data 112, 113 such that interference contrast at the detector 18 is increased to enable more accurate and/or reliable detection and/or classification of near-surface defects in optical materials compared to conventional techniques.
  • Figure 14 is a flowchart of a method 120 for detecting and/or classifying near-surface defects in an optical workpiece.
  • the optical workpiece can be made of glass, salt, ceramic, an optical plastic, a semiconductor material, or another optical material.
  • the method 120 can be performed using the system 10 or automatically by the system 10.
  • the method 120 can be performed using the methods already described herein.
  • Step 121 involves performing OCT on the optical workpiece.
  • Step 121 may include an adjustment of the OCT setup. This adjustment can be performed automatically by the control logic 40 based on at least one interference image generated by a measurement on the optical workpiece to determine suitable settings for the motorized iris aperture and/or the radiation source. Step 121 may then perform OCT imaging using the automatically adjusted settings of the iris aperture and/or the radiation source.
  • near-surface defects are detected and/or classified based on an evaluation of OCT image data, which are computationally reconstructed from the interference patterns acquired by detector 18.
  • the detection and/or classification can be image-based by using data-driven evaluation techniques, in particular by using at least one trained machine learning model.
  • Figure 15 is a flowchart of a method 130 for material testing (for example, for the detection and/or classification of near-surface defects in an optical workpiece).
  • the material can be an optical workpiece made of glass, salt, ceramic, an optical polymer, a semiconductor material, or another optical material.
  • the method 130 can be performed using the system 10 or automatically by the system 10. The method 130 can be performed using the methods already described herein.
  • At 131 at least one measurement is performed with the measuring arm switched off and/or at least one measurement with the reference arm switched off.
  • the shutter 24, 29 in the reference arm 20 and/or the shutter 34, 39 in the measuring arm 30 can be automatically controlled by the control logic 40 to enable the at least one measurement with the measuring arm switched off and/or the at least one measurement with the reference arm switched off.
  • an OCT is performed on the material, whereby the OCT arrangement (for example, the power control device in the reference arm) uses the measurement results recorded at 131 for the acquisition and/or evaluation of the OCT image data.
  • the OCT arrangement for example, the power control device in the reference arm
  • Results from at least one measurement at 131 can be used in various ways in OCT.
  • the following are non-limiting embodiments of system 10 and/or the method according to exemplary embodiments, one, several, or all of which can be implemented cumulatively:
  • the shutdown device 24, 29 in the reference arm 20 enables the measurement of the autocorrelation signal in the sample. This signal can then be used by the control logic 40 and/or the computing system 50 to improve the measurement quality.
  • the shut-off device 24, 29 in the reference arm 20 can be used for adjusting, aligning and maximizing the measurement signal.
  • the further switching device 34, 39 in the measuring arm 30 can be used to measure the reference signal in order to at least partially or completely correct a constant light component in OCT.
  • the additional shut-off device 34, 39 in the measuring arm 30 can be used for adjusting, aligning and maximizing the reference signal.
  • the shut-off device 24, 29 in the reference arm 20 in combination with the further shut-off device 34, 39 in the measuring arm 30 enables a dark current measurement in the detector, which can be used to optimize the OCT (step 132).
  • Fig. 16 shows further features of the system 10, which can be implemented in each of the disclosed embodiments, in particular in each of the systems 10 of Figs. 1, 2, 3, and 4.
  • the system 10 has a further lens 38' or several further lenses 38', 38".
  • the control logic 40 is configured to control a positioning system 140 to change the lens 38, 38', 38" positioned in the beam path of the measuring arm 30. This can be done automatically, without requiring any mechanical operator intervention for the lens change.
  • the lens change can be based on measurements taken with the reference arm 20 and/or the measuring arm 30 switched off. Accordingly, the control logic 40 can be set up to control the positioning system 140 depending on measurements that were carried out with the reference arm 20 switched off and/or with the measuring arm 30 switched off.
  • System 10 can be configured to automatically perform optical dispersion correction.
  • the optical dispersion correction can be performed depending on the lens 38, 38', 38" positioned in the beam path of the measuring arm 30, and System 10 can be configured to control the dispersion correction based on measurements taken with the reference arm 20 and/or the measuring arm 30 switched off.
  • Fig. 17 is a flowchart of a method 135 for material testing (for example, for the detection and/or classification of near-surface defects in an optical workpiece).
  • the material can be an optical workpiece made of glass, salt, ceramic, an optical polymer, a semiconductor material, or another optical material.
  • the method 135 can be carried out using the system 10 or automatically by the system 10.
  • the method 135 can be carried out using the methods already described herein.
  • At 131 at least one measurement is taken with the measuring arm switched off and/or at least one measurement is taken with the reference arm switched off. This can be implemented as described with reference to Fig. 15.
  • lens positioning takes place, in which the positioning system 140 (optionally based on measurements taken with the reference arm 20 and/or the measuring arm 30 switched off) is controlled by the control logic 40 to position a desired lens from several lenses 38, 38', 38" in the beam path.
  • the positioning system 140 (optionally based on measurements taken with the reference arm 20 and/or the measuring arm 30 switched off) is controlled by the control logic 40 to position a desired lens from several lenses 38, 38', 38" in the beam path.
  • OCT is performed on the material, whereby the OCT arrangement (for example, the power control device in the reference arm) uses the measurement results acquired at 131 for the acquisition and/or evaluation of the OCT image data.
  • the OCT arrangement for example, the power control device in the reference arm
  • an automatic dispersion correction is performed depending on the lens positioned in the beam path of the measuring arm.
  • the automatic dispersion correction can be based on measurements taken with the reference arm switched off.
  • the available lenses 38, 38', 38" of the system 10 can be measured (for example, using a calibration object) in order to determine an associated dispersion correction for each of several lenses 38, 38', 38" of the system 10.
  • While one OCT arrangement has been described in which power regulation in the reference arm is achieved by a motorized aperture, optionally in combination with a swiveling polarizing filter, power regulation can also be achieved in other ways by using controllable optical elements.
  • the methods and systems are suitable for quality control of components of optical devices, but are not limited to this.
  • the present disclosure also includes embodiments with any combination of features that are named or shown in relation to various embodiments. It also includes individual features in the figures, even if they are shown there in connection with other features and/or are not mentioned above or below. Furthermore, the alternative embodiments described in the figures and the description, and individual features, may also be included. Alternatives whose features are excluded from the subject matter of the invention or from the disclosed items.
  • Exemplary embodiments of the invention provide improved techniques for the detection and/or classification of near-surface defects.
  • the methods and systems are particularly suitable for detecting near-surface defects located within an optical material in a boundary zone from the surface.
  • the methods and systems enable the non-destructive detection of such defects in optical materials.

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Abstract

Verfahren und Systeme zur Werkstoffuntersuchung sind eingerichtet, um eine optische Kohärenztomographie (OCT) an einem Werkstoff auszuführen. Dabei wird von einer Steuerlogik (40) eine Leistungsregulierungseinrichtung (21) in einem Referenzarm (20) gesteuert. Erzeugte OCT- Bilddaten werden rechnergestützt ausgewertet, um Defekte im Werkstoff zu identifizieren und/oder zu klassifizieren.

Description

VERFAHREN UND SYSTEM ZUR WERKSTOFFUNTERSUCHUNG
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zur Werkstoffuntersuchung. Die Erfindung betrifft insbesondere Verfahren und Systeme, mit denen oberflächennahe Defekte eines Werkstoffs detektiert und optional klassifiziert werden können.
HINTERGRUND
Oberflächennahe Defekte, die auch als SSDs ("Sub Surface Damages") bezeichnet werden, sind strukturelle Beeinträchtigungen, die sich knapp unterhalb der Oberfläche eines Materials befinden. Diese Defekte können die Materialeigenschaften erheblich beeinflussen. Daher ist ihre Untersuchung in vielen Bereichen wie der Halbleiterindustrie, bei optischen Werkstoffen oder in der Präzisionsmechanik von großer Bedeutung.
Im industriellen Umfeld für Werkstoffe, also nicht-biologische Komponenten, beinhalten herkömmliche SSD-Messverfahren beispielsweise das Keilpolieren und Anätzen, röntgenographische Messverfahren oder Rissprüfung mit Eindring-Lacken und UV-Beleuchtung. Alle diese Verfahren haben den Nachteil, dass sie die Oberflächen kontaminieren, die Materialeigenschaften ändern und/oder sogar die Komponenten zerstören.
Somit besteht weiter ein Bedarf an verbesserten Verfahren und Systemen zur Werkstoffuntersuchung.
Die DE 10 2008 020194 Al offenbart ein Verfahren zum Detektieren von oberflächennahen Defekten in einem mindestens teilweise aus ferromagnetischem Material bestehenden Prüfling, bei dem ein Prüfvolumen des Prüflings magnetisiert und zur Erfassung von durch Defekte verursachten magnetischen Streufeldern abgetastet wird. Dieses Verfahren ist zerstörungsfrei, jedoch in seiner Anwendbarkeit beschränkt. Insbesondere ist es nicht auf nicht-ferromagnetische Werkstoffe wie Gläser, optische Kunststoffe oder daraus gefertigte Werkstücke geeignet.
Die WO 2005/085832 A2 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren von oberflächennahen Defekten in elektrisch leitfähigen Werkstoffen, wobei niederfrequente Wirbelströme im Werkstoff erzeugt und mit einer Empfangseinrichtung das durch die Defekte veränderte Magnetfeld der Wirbelströme erfasst wird. Dieses Verfahren ist zerstörungsfrei, jedoch in seiner Anwendbarkeit beschränkt. Insbesondere ist es nicht auf isolierende Werkstoffe wie Gläser, optische Kunststoffe oder daraus gefertigte Werkstücke geeignet. Es besteht somit weiterhin ein Bedarf in der Technik an Verfahren und Systemen, die zur zerstörungsfreien Untersuchung von Werkstoffen eingerichtet sind. Insbesondere besteht ein Bedarf an derartigen Verfahren und Systemen, mit denen wenigstens optische Werkstoffe, beispielsweise Komponenten für optische Systeme aus Glas und/oder einem optischen Kunststoff, untersucht werden können.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Systeme bereitzustellen, die zur zerstörungsfreien Untersuchung von Werkstoffen eingerichtet sind. Es ist insbesondere eine Aufgabe, Verfahren und Systeme bereitzustellen, die zur Untersuchung von wenigstens optischen Werkstoffen eingerichtet sind, beispielsweise von Komponenten für optische Systeme aus Glas und/oder einem optischen Kunststoff. Es ist auch eine Aufgabe, Verfahren und Systeme bereitzustellen, mit denen eine Messung an einem Werkstoff so zerstörungsfrei ausführbar ist, dass oberflächennahe Defekte zuverlässig im Vergleich zu herkömmlichen Techniken erkannt und optional klassifiziert werden können.
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren ein System angegeben, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen definiert sind. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsbeispiele.
Nach einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Werkstoffuntersuchung angegeben, das Folgendes aufweist: Ausführen einer optischen Kohärenztomographie (OCT) an einem Werkstoff mit einer OCT-Anordnung, um OCT-Bilddaten zu erzeugen; und Auswerten der OCT-Bilddaten. Dabei weist die OCT-Anordnung Folgendes auf: einen Messarm, der zum Scannen des Werkstoffs eingerichtet ist; einen Referenzarm; eine Strahlungsquelle zum Erzeugen kohärenter Strahlung für den Messarm und den Referenzarm; und einen Detektor zum Erfassen einer kohärenten Überlagerung der kohärenten Strahlung aus dem Referenzarm und dem Messarm. Der Referenzarm weist wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung auf, die beim Erfassen der OCT-Bilddaten von einer Steuerlogik gesteuert wird.
Alternativ oder zusätzlich zur Leistungsregulierungseinrichtung im Referenzarm kann der Messarm wenigstens eine weitere Leistungsregulierungseinrichtung und/oder eine weitere Abschalteinrichtung aufweisen, die von der Steuerlogik steuerbar ist.
Durch das Verfahren werden verschiedene technische Effekte erreicht. Durch die Verwendung einer OCT-Anordnung kann das Verfahren zur Werkstoffuntersuchung an optischen Werkstoffen eingesetzt werden. Die OCT-Anordnung kann dabei 2-dimensionale oder 3-dimensionale OCT- Bilddaten erzeugen, die die Identifizierung und optional auch die Klassifizierung oberflächennaher Defekte innerhalb des Werkstoffs ermöglichen. Durch die Steuerung der Leistungsregulierungseinrichtung im Referenzarm der OCT-Anordnung, die von der Steuerlogik automatisch ausgeführt werden kann, kann die OCT-Bildgebung so erfolgen, dass die zuverlässige Identifizierung und optional Klassifizierung oberflächennaher Defekte innerhalb des Werkstoffs möglich ist.
Die OCT-Anordnung kann eine erste Abschalteinrichtung (beispielsweise einen ersten Shutter) im Referenzarm und/oder eine zweite Abschalteinrichtung (beispielsweise einen zweiten Shutter) im Messarm aufweisen.
Dadurch kann eine vollständige Blockierung von Strahlung im Referenzarm und/oder im Messarm erfolgen. Dies ist insbesondere zur Durchführung einer oder mehrerer Messungen sinnvoll, bei denen wenigstens einer der Arme abgeschaltet ist, wobei das Erfassen und/oder Auswerten der OCT-Bilddaten basierend auf den Messungen, bei denen wenigstens einer der Arme abgeschaltet ist, durchgeführt werden können. Dadurch ist eine höhere Messqualität erreichbar.
Das Verfahren kann aufweisen: Auswerten von mit dem Detektor erfassten Signalen während einer Abschaltung des Referenzarms durch die erste Abschalteinrichtung und/oder während einer Abschaltung des Messarms durch die zweite Abschalteinrichtung, um Systemfehler zu erkennen, und automatisches Korrigieren der Systemfehler.
Dadurch lassen sich Systemfehler bestimmen und korrigieren. Dies kann durch eine Leistungsanpassung (wie im Recherchebericht aufgeführt) nicht erreicht werden.
Die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung und/oder eine Abschalteinrichtung (beispielsweise ein Shutter) im Referenzarm kann eingerichtet sein, den Referenzarm selektiv und gesteuert abzuschalten. Die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung kann als Abschalteinrichtung ausgestaltet sein oder kann eine Abschalteinrichtung aufweisen, die unter Kontrolle der Steuerlogik eine vollständige Abschaltung (z.B. Blockierung des Lichtwegs) des Referenzarms ermöglicht und/oder die binär einen von zwei Zuständen („ein" und „aus") unter Kontrolle der Steuerlogik einnehmen kann. Die Abschalteinrichtung kann ein erster Shutter sein oder kann einen ersten Shutter aufweisen.
Dadurch werden verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung der Untersuchung des Werkstoffs unter Verwendung der OCT-Anordnung realisiert werden, beispielsweise eine, mehrere oder alle der folgenden Maßnahmen: Messung eines Autokorrelationssignals des Werkstoffs und anschließende Nutzung des Autokorrelationssignals zur Verbesserung einer Messqualität; Justage, Ausrichtung und/oder Maximierung eines Messsignals bei der OCT-Bilderfassung; Ausführen einer Dunkelstrommessung für den Detektor.
Die weitere Abschalteinrichtung (beispielsweise ein weiterer Shutter) kann eingerichtet sein, den Messarm selektiv und gesteuert abzuschalten. Die weitere Abschalteinrichtung kann eingerichtet sein, unter Kontrolle der Steuerlogik eine vollständige Abschaltung (z.B. Blockierung des Lichtwegs) des Messarms zu ermöglichen und/oder binär einen von zwei Zuständen („ein" und „aus") unter Kontrolle der Steuerlogik einzunehmen. Die weitere Abschalteinrichtung kann ein zweiter Shutter sein oder kann einen zweiten Shutter aufweisen.
Dadurch werden verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung der Untersuchung des Werkstoffs unter Verwendung der OCT-Anordnung realisiert werden, beispielsweise eine, mehrere oder alle der folgenden Maßnahmen: Justage, Ausrichtung und/oder Maximierung eines Referenzsignals bei der OCT-Bilderfassung; Messung und/oder wenigstens teilweise Korrektur eines Gleichlichtanteils.
Das Verfahren kann eine Autokorrelationssignal-Erfassung zum Erfassen eines Autokorrelationssignal des Werkstoffs aufweisen, wobei die Autokorrelationssignal-Erfassung aufweisen kann: Steuern der Leistungsregulierungseinrichtung und/oder der Abschalteinrichtung zur Autokorrelationssignal-Erfassung (beispielsweise zum Abschalten des Referenzarms). Zum Abschalten des Referenzarms kann die Leistungsregulierungseinrichtung und/oder die Abschalteinrichtung von der Steuerlogik so angesteuert werden, dass Strahlung im Referenzarm blockiert wird, um die Autokorrelationssignal-Erfassung auszuführen.
Dadurch kann das Autokorrelationssignal des Werkstoffs mit der OCT-Anordnung erfasst werden. Das Autokorrelationssignal kann bei der Ansteuerung der Leistungsregulierungseinrichtung beim Erfassen der OCT-Bilddaten von der Steuerlogik verwendet werden, um eine Qualität der OCT- Bilddaten zu verbessern.
Das Verfahren kann aufweisen: Steuern der Leistungsregulierungseinrichtung beim Erfassen der OCT-Bilddaten durch die Steuerlogik basierend auf dem Autokorrelationssignal.
Dadurch kann das Autokorrelationssignal bei der Ansteuerung der Leistungsregulierungseinrichtung beim Erfassen der OCT-Bilddaten von der Steuerlogik verwendet werden, um eine Qualität der OCT-Bilddaten zu verbessern.
Die Steuerlogik kann die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung basierend auf einer Intensitätsvarianz eines von dem Detektor erfassten Interferenzmusters steuern.
Dadurch ist die OCT-Anordnung so ausgestaltet, dass durch Steuerung der Leistungsregulierungseinrichtung die Intensitätsvarianz automatisch derart optimiert wird, dass gute OCT-Ergebnisse erzielt werden können. Dadurch wird die Identifizierung und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte innerhalb des Werkstoffs mit höherer Genauigkeit ermöglicht.
Die Steuerlogik kann die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung basierend auf einem Gleichlichtanteil und einem Mischlichtanteil eines von dem Detektor erfassten Interferenzmusters steuern.
Dadurch ist die OCT-Anordnung so ausgestaltet, dass OCT automatisch derart optimiert wird, dass gute OCT-Ergebnisse erzielt werden können. Dadurch wird die Identifizierung und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte innerhalb des Werkstoffs mit höherer Genauigkeit ermöglicht.
Die Steuerlogik kann die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung basierend auf dem Intensitätsvarianz und basierend auf Detektoreigenschaften, insbesondere basierend auf einem dynamischen Bereich des Detektors, steuern.
Dadurch ist die OCT-Anordnung so ausgestaltet, dass durch Steuerung der Leistungsregulierungseinrichtung die Intensitätsvarianz automatisch unter Berücksichtigung der Detektoreigenschaften derart optimiert wird, dass gute OCT-Ergebnisse erzielt werden können. Dadurch wird die Identifizierung und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte innerhalb des Werkstoffs mit höherer Genauigkeit ermöglicht.
Die Steuerlogik kann die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung sowie eine Ausgangsleistung der Strahlungsquelle so steuern, dass die Intensitätsvarianz den dynamischen Bereich des Detektors weitgehend oder vollständig ausnutzt.
Dadurch ist die OCT-Anordnung so ausgestaltet, dass die Steuerlogik die Leistungsregulierungseinrichtung automatisch derart angesteuert, dass der dynamische Bereich des Detektors weitgehend oder vollständig ausgenutzt wird. Dadurch wird die Identifizierung und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte innerhalb des Werkstoffs mit höherer Genauigkeit ermöglicht. Da die OCT-Anordnung zur Messung an einem Werkstoff, bei dem es sich um eine nichtbiologisches Objekt handelt, eingesetzt wird, muss bei der Steuerung der Ausgangsleistung der Strahlungsquelle nicht auf physiologische Gegebenheiten Rücksicht genommen werden. Insbesondere kann die Steuerlogik so eingerichtet sein, dass sie die Ausgangsleistung der Strahlungsquelle bis auf eine Leistung erhöht, die für biologische und insbesondere medizinische Anwendungen nicht akzeptabel ist, aber zur Werkstoffprüfung verwendbar ist.
Die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung kann eingerichtet sein, eine optische Strahlungsleistung im Referenzarm stufenweise in mehreren Stufen oder kontinuierlich zu dämpfen.
Dadurch kann die Steuerlogik die Leistungsregulierungseinrichtung, optional auch die Ausgangsleistung der Strahlungsquelle, kontinuierlich oder stufenweise in den mehreren Stufen einstellen, um eine gewünschte Intensitätsvarianz am Detektor zu erreichen. Die Steuerlogik kann dabei eingerichtet sein, abhängig von einem am zu prüfenden Werkstoff erhaltenen Ausgangssignal oder Ausgangsdaten des Detektors die Leistungsregulierungseinrichtung, optional auch die Ausgangsleistung der Strahlungsquelle, anzusteuern. Sobald die Intensitätsvarianz ein gewünschtes Gütekriterien erfüllt, beispielsweise den dynamischen Bereich des Detektors wenigstens weitgehend oder vollständig überdeckt, kann die OCT-Bildgebung durchgeführt werden.
Das Verfahren kann eine Justage, Ausrichtung und/oder Maximierung eines Messsignals im Messarm aufweisen, aufweisend: Ansteuern der wenigstens einen Leistungsregulierungseinrichtung und/oder einer Abschalteinrichtung im Steuerarm durch die Steuerlogik, um für die Justage, Ausrichtung und/oder Maximierung des Messsignals eine selektive Abschaltung des Referenzarms vorzunehmen. Die Steuerlogik kann bei der Erfassung der OCT-Bilddaten die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung abhängig von bei abgeschaltetem Referenzarm erfassten Signalen ansteuern.
Dadurch kann die Messqualität verbessert werden.
Das Verfahren kann alternativ oder zusätzlich eine Justage, Ausrichtung und/oder Maximierung eines Referenzsignals im Referenzarm aufweisen, aufweisend: Ansteuern der weiteren Abschalteinrichtung im Messarm durch die Steuerlogik, um für die Justage, Ausrichtung und/oder Maximierung des Referenzsignals eine selektive Abschaltung des Messarms vorzunehmen. Die Steuerlogik kann bei der Erfassung der OCT-Bilddaten die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung abhängig von bei abgeschaltetem Messarm erfassten Signalen ansteuern.
Dadurch kann die Messqualität verbessert werden.
Das Verfahren kann alternativ oder zusätzlich eine Korrektur eines Gleichlichtanteils aufweisen, aufweisend: Ansteuern der weiteren Abschalteinrichtung im Messarm durch die Steuerlogik, um eine selektive Abschaltung des Messarms vorzunehmen. Die Steuerlogik kann bei der Erfassung der OCT- Bilddaten die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung abhängig von bei abgeschaltetem Messarm erfassten Signalen ansteuern, um eine wenigstens teilweise Korrektur des Gleichlichtanteils vorzunehmen.
Dadurch kann die Messqualität verbessert werden.
Das Verfahren kann alternativ oder zusätzlich eine Dunkelstrommessung für den Detektor aufweisen, aufweisend: Ansteuern der Abschalteinrichtung im Referenzarm durch die Steuerlogik, um eine selektive Abschaltung des Referenzarms vorzunehmen, und Ansteuern der weiteren Abschalteinrichtung im Messarm durch die Steuerlogik, um eine selektive Abschaltung des Messarms vorzunehmen. Die OCT-Anordnung kann bei der Erfassung der OCT-Bilddaten die Dunkelstrommessung nutzen.
Dadurch kann die Messqualität verbessert werden.
Das Verfahren kann eine automatisierte, vollständige optische Dispersionskorrektur aufweisen, die ein Verwenden unterschiedlicher Objektive ohne manuelle Umbaumaßnahmen erlaubt.
Dadurch kann eine weitergehende Automatisierung erreicht werden.
Die OCT-Anordnung kann mehrere Objektive aufweisen, die selektiv (beispielsweise automatisch durch ein Positioniersystem) in einem Strahlengang des Messarms positionierbar sind, wobei das Verfahren eine automatische Dispersionskorrektur aufweist, die davon abhängig ist, welches Objektiv im Strahlengang des Messarms positioniert ist. Die Dispersionskorrektur kann bei dem Verfahren automatisch ermittelt werden, beispielsweise durch Messungen bei abgeschaltetem Referenzarm.
Dadurch kann eine weitergehende Automatisierung erreicht werden, wenn automatisch unterschiedliche Objektive im Strahlengang des Messarms positionierbar sind. Dies ist insbesondere zur Untersuchung optischer Werkstoffe, beispielsweise zur Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte, nützlich.
Die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung kann eine Iris-Blende und einen Blendenantrieb zum Verstellen der Iris-Blende aufweisen. Die Steuerlogik kann den Blendenantrieb steuern.
Dadurch wird eine automatisierte Anpassung der optischen Dämpfung im Referenzarm unter Kontrolle der Steuerlogik ermöglicht. Dies ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen Techniken OCT- Ergebnisse, mit denen die Identifizierung und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte innerhalb des Werkstoffs zerstörungsfrei und mit höherer Genauigkeit ermöglicht.
Der Referenzarm kann eine Strahlaufweitungsoptik aufweisen, die einen von der Strahlungsquelle erzeugten Strahl der kohärenten Strahlung im Referenzarm vor Auftreffen auf die Iris-Blende aufweitet.
Dadurch wird eine feinere Anpassung der optischen Dämpfung im Referenzarm unter Kontrolle der Steuerlogik ermöglicht. Dies ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen Techniken OCT- Ergebnisse, mit denen die Identifizierung und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte innerhalb des Werkstoffs zerstörungsfrei und mit höherer Genauigkeit ermöglicht.
Die OCT kann eine polarisationssensitive OCT aufweisen oder sein. Die OCT-Anordnung kann einen Polarisator aufweisen, der zwischen der Strahlungsquelle und dem Referenzarm sowie dem Messarm angeordnet ist.
Dadurch ist das Verfahren zur Detektion polarisationsabhängiger Effekte eingerichtet. Dies bietet Untersuchungsmöglichkeiten mit erhöhter Genauigkeit, beispielsweise im Hinblick auf die Detektion polarisationsabhängiger Effekte, die durch einen Defekt verursacht werden können.
Die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung kann für eine Lichtpolarisations-basierte Leistungsregulierung im Referenzarm eingerichtet sein.
Dadurch kann eine Polarisation der kohärenten Strahlung, die für eine polarisationssensitive OCT genutzt wird, in effizienter Weise auch für die Leistungsregulierung im Referenzarm genutzt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die OCT-Anordnung für eine polarisationssensitive OCT eingerichtet ist, um Defekte basierend auf polarisationsabhängigen, mit der OCT-Anordnung erfassten Streueigenschaften zu detektieren und/oder zu klassifizieren. Die OCT-Anordnung kann einen Strahlteiler aufweisen, über den die von der Strahlungsquelle erzeugte kohärente Strahlung in den Referenzarm und den Messarm eintritt. Die OCT-Anordnung kann einen Polarisator aufweisen, der zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlteiler vorgesehen ist.
Dadurch wird eine Polarisation der kohärenten Strahlung, die für polarisationsabhängige (beispielsweise polarisationssensitive) OCT genutzt wird, in effizienter Weise auch für die Leistungsregulierung im Referenzarm genutzt. Oberflächennahe Defekte können basierend auf den mit der OCT-Anordnung polarisationsabhängig erfassten OCT-Bilddaten im Vergleich zu herkömmlichen Techniken zuverlässiger erkannt und/oder klassifiziert werden.
Die Steuerlogik kann eingerichtet sein, den Polarisator zu steuern.
Dadurch wird eine polarisationsabhängige (beispielsweise polarisationssensitive) OCT unter Steuerung der Steuerlogik implementiert, wobei die Leistungsregulierung im Referenzarm durch die Steuerlogik koordiniert mit der Einstellung des Polarisators, der zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlteiler vorgesehen ist, erfolgen kann.
Die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung kann einen ersten Polarisationsfilter im Referenzarm aufweisen. Die Steuerlogik kann zum Beeinflussen des ersten Polarisationsfilters eingerichtet sein, beispielsweise durch Ansteuern eines den ersten Polarisationsfilter mechanisch verstellenden ersten Polarisationsfilterantriebs.
Dadurch wird eine polarisationsabhängige (beispielsweise polarisationssensitive) OCT unter Steuerung der Steuerlogik implementiert, wobei eine Leistung im Referenzarm durch Beeinflussen des ersten Polarisationsfilters, beispielsweise durch seine automatische mechanische Drehung unter Kontrolle der Steuerlogik, reguliert werden kann.
Die OCT-Anordnung kann einen zweiten Polarisationsfilter im Messarm aufweisen. Die Steuerlogik kann zum Beeinflussen des zweiten Polarisationsfilters eingerichtet sein, beispielsweise durch Ansteuern eines den zweiten Polarisationsfilter mechanisch verstellenden zweiten Polarisationsfilterantriebs.
Dadurch wird eine polarisationsabhängige (beispielsweise polarisationssensitive) OCT unter Steuerung der Steuerlogik implementiert, wobei eine Lichtausgabe im Messarm durch Beeinflussen des zweiten Polarisationsfilters, beispielsweise durch seine mechanische Drehung unter Kontrolle der Steuerlogik, selektiv abgeschaltet werden kann.
Der erste Polarisationsfilter kann zwischen dem Strahlteiler und der Iris-Blende angeordnet sein.
Dadurch wird eine polarisationsabhängige (beispielsweise polarisationssensitive) OCT unter Steuerung der Steuerlogik implementiert, wobei eine Leistung im Referenzarm durch Beeinflussen des ersten Polarisationsfilters, beispielsweise durch seine automatische mechanische Drehung unter Kontrolle der Steuerlogik, reguliert werden kann. Der Strahlteiler kann ein polarisierender Strahlteiler sein. Die OCT-Anordnung kann darüber hinaus ein steuerbares optisches Element zwischen der Strahlungsquelle und dem polarisierender Strahlteiler aufweisen, beispielsweise eine X/2-Platte, die zwischen dem Polarisator und dem polarisierender Strahlteiler angeordnet ist. Die Steuerlogik kann zum Steuern des steuerbaren optischen Elements eingerichtet sein, um eine Intensitätsvarianz des am Detektor erfassten Interferenzsignals zu erhöhen.
Dadurch kann durch Ansteuerung des steuerbaren optischen Elements, die automatisch unter Kontrolle der Steuerlogik erfolgt, eine Leistungsregulierung im Referenzarm und/oder Messarm derart erfolgen, dass die Intensitätsvarianz am Detektor ein gewünschtes Gütekriterien erfüllt, beispielsweise den dynamischen Bereich des Detektors vollständig oder wenigstens weitgehend nutzt.
Die Steuerlogik kann eingerichtet sein, sowohl die Iris-Blende als auch das steuerbare optische Element so anzusteuern, dass die Intensitätsvarianz des am Detektor in der erfassten Interferenzsignals ein Gütekriterien erfüllt, beispielsweise den dynamischen Bereich des Detektors vollständig oder weitgehend nutzt.
Der Werkstoff kann einen optischen Werkstoff, insbesondere ein Glas und/oder einen optischen Kunststoff aufweisen.
Dadurch wird eine zerstörungsfreie Werkstoffuntersuchung für optische Werkstoffe bereitgestellt. OCT-basierte Techniken der Werkstoffuntersuchung eignen sich insbesondere für optische Werkstoffe. Herkömmliche zerstörungsfreie Techniken, die unter Verwendung von magnetischen und/oder elektrischen Messtechniken arbeiten, sind hingegen für derartige Werkstoffe entweder ungeeignet oder wenig sensitiv.
Der Werkstoff kann ein optisches Werkstück aufweisen.
Dadurch wird eine zerstörungsfreie Werkstoffuntersuchung für optische Werkstücke bereitgestellt. OCT-basierte Techniken der Werkstoffuntersuchung eignen sich insbesondere für optische Werkstoffe. Herkömmliche zerstörungsfreie Techniken, die unter Verwendung von magnetischen und/oder elektrischen Messtechniken arbeiten, sind hingegen für derartige Werkstoffe entweder ungeeignet oder wenig sensitiv.
Das Auswerten der OCT-Bilddaten kann eine automatische Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte basierend auf den OCT-Bilddaten aufweisen.
Dadurch wird eine zerstörungsfreie Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte (d. h. innerhalb des Werkstoffs liegender Defekte, die beispielsweise weniger als 50 pm oder weniger als 30 pm von der Oberfläche entfernt sind) ermöglicht.
Bei dem Verfahren kann die Steuerlogik eingerichtet sein, die Leistungsregulierungseinrichtung im Referenzarm abhängig von den Eigenschaften des zu untersuchenden Werkstoffs zu steuern. Die Steuerlogik kann eingerichtet sein, abhängig von einer Intensitätsvarianz der mit dem Detektor erfassten Interferenzsignale zu steuern. Sobald die Intensitätsvarianz der mit dem Detektor erfassten Interferenzsignale eine gewünschtes Gütekriterien erfüllt, beispielsweise den dynamischen Bereich des Detektors weitgehend oder vollständig ausnutzt, kann die OCT-Bildgebung erfolgen, wobei die bestimmten OCT-Bilddaten ausgewertet werden, um oberflächennahe Defekte zu detektieren und/oder zu klassifizieren.
Dadurch wird eine zerstörungsfreie Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte (d. h. innerhalb des Werkstoffs liegender Defekte, die beispielsweise weniger als 50 pm oder weniger als 30 pm von der Oberfläche entfernt sind) mit im Vergleich zu herkömmlichen Techniken erhöhter Zuverlässigkeit ermöglicht.
Die OCT-Anordnung kann eingerichtet sein, eine inverse Dunkelfeldbeleuchtung bereitzustellen.
Dadurch werden starke Oberflächeneffekte, die insbesondere bei optischen Werkstoffen auftreten können, reduziert. Dies ermöglicht die im Vergleich zu herkömmlichen Techniken zuverlässiger Reihe Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte. Insbesondere können dadurch Fresnel-Reflexionen bei senkrechter Beleuchtung verringert werden.
Die OCT-Anordnung kann für eine TD („Time Domain")-OCT eingerichtet sein.
Dadurch kann eine Werkstoffuntersuchung in einfacher Weise durchgeführt werden. Eine längere Messdauer, die durch die mechanische Verstellung eines Reflektors im Referenzarm bei der TD-OCT bedingt ist, ist bei Werkstoffuntersuchung leichter hinnehmbar als beispielsweise in medizinischen OCT-Anwendungen.
Die OCT-Anordnung kann für eine FD („Frequency Domain")-OCT eingerichtet sein.
Dadurch kann eine Werkstoffuntersuchung mit kurzer Messzeit durchgeführt werden. Dies erlaubt die Prüfung auch größerer Zahlen von Werkstoffen, beispielsweise von optischen Werkstücken, pro Zeit.
Die Strahlungsquelle kann eine Superkontinuum-Lichtquelle, beispielsweise einen Superkontinuum-Laser oder einen Weißlicht-Laser aufweisen.
Dadurch kann eine FD-OCT in besonders effizienter Weise durchgeführt werden. Dies erlaubt die Prüfung auch größerer Zahlen von Werkstoffen, beispielsweise von optischen Werkstücken, pro Zeit.
Die Strahlungsquelle kann derart steuerbar sein, dass ein Spektrum der von der Strahlungsquelle ausgegebenen Strahlung kontrolliert beeinflussbar ist.
Dadurch kann die das Verfahren die OCT-Datenerfassung basierend auf und in Abhängigkeit von Eigenschaften des zu prüfenden Werkstoffs durchführen.
Die Steuerlogik kann eingerichtet sein, die Strahlungsquelle so zu steuern, dass eine Bandbreite und/oder eine Zentralfrequenz der kohärenten Strahlung von dem zu prüfenden Werkstoff abhängt. Die Steuerlogik kann eingerichtet sein, Information über den zu prüfenden Werkstoff über eine Benutzerschnittstelle zu empfangen und/oder abhängig von Ausgangsdaten oder im Ausgangssignal des Detektors automatisch zu ermitteln.
Dadurch führt das Verfahren die OCT-Datenerfassung und somit schlussendlich die Erzeugung von OCT-Bilddaten in Abhängigkeit von Eigenschaften des zu prüfenden Werkstoffs durch. Dies erhöht im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren die Genauigkeit, mit der Defekte, insbesondere oberflächennahe Defekte, die diktiert und/oder klassifiziert werden können.
Die OCT-Anordnung kann mehrere optische Leiter, beispielsweise photonische Fasern, aufweisen, um die Strahlung wenigstens im Messarm, optional auch im Referenzarm, zu leiten. Die OCT-Anordnung kann auf diese Weise als hybride OCT-Anordnung ausgestaltet sein, bei der die Strahlung sowohl in einem optischen Leiter als auch als Freistrahl propagiert.
Dadurch kann die OCT-Anordnung mit im Vergleich zu herkömmlichen Techniken kompakter Bauweise realisiert werden. Dies erleichtert den Einsatz im industriellen Umfeld, insbesondere bei der Prüfung optischer Werkstoffe wie optische Werkstücke.
Der Messarm kann ein Objektiv mit einer hohen numerischen Apertur (NA) aufweisen.
Dadurch kann eine zuverlässige Detektion und optional auch Klassifizierung oberflächennaher Defekte selbst dann realisiert werden, wenn herkömmliche Techniken aufgrund geringer Signalintensitäten oberflächennahe Defekte übersehen oder zumindest nicht klassifizieren könnten.
Der Messarm kann ein Teleskop und/oder Alvarez-Platten aufweisen.
Dadurch wird eine Scanfähigkeit der Strahlung im Messarm über den zu prüfenden Werkstoff selbst bei Verwendung eines Objektivs mit hoher NA ermöglicht. Die OCT-Anordnung ist dadurch derart eingerichtet, dass einstellbare Beleuchtungsbreiten ermöglicht werden.
Der Referenzarm kann wenigstens ein Axicon aufweisen, um den Referenzstrahl zu erzeugen.
Dadurch wird die Güte der OCT-Bilddaten verbessert und die Detektion und/oder Klassifizierung von oberflächennahen Defekten des zu prüfenden Werkstoffs erleichtert.
Die OCT-Anordnung kann wenigstens einen und optional mehrere von der Steuerlogik automatisch angesteuerte Shutter aufweisen, um einen Wechsel zwischen verschiedenen Betriebsarten zu ermöglichen, die beispielsweise zur Vermessung von Schichtdicken und/oder tomographischen Effekten und/oder zur Aufbereitung der Signalanpassung ansteuerbar sind. Die OCT- Anordnung kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass die Steuerlogik die Shutter automatisch zum Reduzieren oder Eliminieren statischer Signale betätigen kann.
Dadurch wird die Güte der OCT-Bilddaten verbessert und die Detektion und/oder Klassifizierung von oberflächennahen Defekten des zu prüfenden Werkstoffs erleichtert.
Das Verfahren kann eine Auswertung der mit dem Detektor erfassten Interferenzsignale aufweisen, bei der rechnergestützten eine simultane Multi-Peak-Auswertung vorgenommen wird. Dadurch wird im Vergleich zu herkömmlichen Techniken die Detektion und/oder Klassifizierung von oberflächennahen Defekten des zu prüfenden Werkstoffs erleichtert, insbesondere bei Vermessung von dünnen Schichten mit einer Dicke von weniger als 10 nm und/oder bei einer Vermessung von nah beieinanderliegenden Schichten, die um weniger als 10 nm voneinander beanstandet sind.
Die Auswertung der mit dem Detektor erfassten Interferenzsignale kann eine rechnergestützte Erzeugung der OCT-Bilddaten sowie eine rechnergestützte Klassifizierung von oberflächennahen Defekten im Werkstoff unter Verwendung eine datengetriebener Auswertungsmethode aufweisen.
Dadurch wird im Vergleich zu herkömmlichen Techniken eine automatische Klassifizierung von oberflächennahen Defekten in objektiver (nämlich auf einer datengetriebenen Auswertungsmethode beruhender) Weise erreicht.
Die OCT-Anordnung kann ein Interferometer aufweisen, das als Michelson-Interferometer, als Mach-Zehnder-Interferometer oder als Mirau-Interferometer ausgestaltet sein kann.
Dadurch können die aus der OCT-Bildgebung an biologischen Objekten eingesetzten grundsätzlichen interferometrischer-Ausgestaltungen auch bei der erfindungsgemäßen Technik eingesetzt werden.
Die OCT-Anordnung kann für eine polarisationssensitive OCT eingerichtet sein. Entsprechend kann bei dem Verfahren eine polarisationssensitive OCT ausgeführt werden.
Dadurch wird eine Kontraststeigerung erreicht, indem Daten aus dem polarisationssensitiven Aufbau verarbeitet werden. Dies erhöht die Zuverlässigkeit der Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte.
Das Verfahren kann ein Verfahren zum Untersuchen oberflächennahe Defekte von Werkstoffen aus nicht-biologischem Material sein.
Mit dem Verfahren können in einer Randzone des Werkstoffs Defekte messbar gemacht werden. Die Defekte können ausgewählt sein aus einer Gruppe bestehend aus Rissen, oberflächennahen Defekten, Brechzahlunterschieden, Polarisationsunterschieden und/oder Streuung sowie Reflektion an nicht-biologischen Werkstoffen. Die nicht-biologischen Werkstoffe können Gläser, Salze, Kristalle, Kunststoffe, Keramiken und/oder Halbleiter-Werkstoffe sein.
Mit dem Verfahren können die Werkstoffe mit einer Eindringtiefe von max. 1 mm bei einem Untersuchungsgebiet von 30 pm oder weniger unter der Oberfläche mit einer Auflösung von 10 pm oder weniger für die Detektion von Defekten untersucht werden. Das Verfahren ermöglicht dabei die Detektion von Defekten unterhalb der Oberfläche in der Oberflächen-Randzone mit einer hohen lateralen und/oder axialen Auflösung.
Das Verfahren kann ein Verfahren zur Detektion und optional Klassifizierung von Rissen (offen und/oder geschlossen), Lunker, Poren und/oder Material-Inhomogenitäten des Werkstoffs sein. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zur Werkstoffuntersuchung angegeben. Das System weist eine OCT-Anordnung zum Ausführen einer OCT an einem Werkstoff aus, um OCT-Bilddaten zu erzeugen. Die OCT-Anordnung weist Folgendes auf: einen Messarm, der zum Scannen des Werkstoffs eingerichtet ist; einen Referenzarm, der wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung aufweist; eine Strahlungsquelle zum Erzeugen kohärenter Strahlung für den Messarm und den Referenzarm; einen Detektor zum Erfassen einer kohärenten Überlagerung der kohärenten Strahlung aus dem Referenzarm und dem Messarm aufweist; und eine Steuerlogik, die zum Steuern der wenigstens einen Leistungsregulierungseinrichtung eingerichtet. Das System weist ein Rechensystem zum Auswerten der OCT-Bilddaten auf.
Das System kann zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Aspekte oder Ausführungsbeispiele eingerichtet sein.
Optionale Merkmale des Systems nach verschiedenen Ausführungsbeispiel und die jeweils damit erreichten technischen Effekte entsprechen den unter Bezugnahme auf das Verfahren beschriebenen Merkmalen und Effekten.
Das System kann ein System zur Untersuchung oberflächennaher Defekte in einer Randzone unterhalb der Oberfläche des Werkstoffs sein, insbesondere in einer Randzone mit einer Dicke von weniger als 1 mm oder 30 pm oder weniger.
Nach weiteren Aspekten der Erfindung wird eine Verwendung des Verfahrens und/oder des Systems nach einem Ausführungsbeispiel angegeben, bei dem der Messarm und/oder der Referenzarm selektiv abgeschaltet (also ein Strahlungsweg selektiv blockiert) wird, um zur Verbesserung der Erfassung der OCT-Bilddaten (beispielsweise zur Untersuchung oberflächennaher Defekte in einer Randzone unterhalb der Oberfläche des Werkstoffs) eine, mehrere oder alle der Folgenden Prozesse auszuführen:
Ansteuern einer Abschaltvorrichtung (beispielsweise der wenigstens einen Leistungsregulierungseinrichtung und/oder eines Shutters) im Referenzarm zur Messung eines Autokorrelationssignals im Werkstoff. Dieses Autokorrelationssignal kann genutzt werden, um die Messqualität zu verbessern.
Ansteuern einer Abschaltvorrichtung (beispielsweise der wenigstens einen Leistungsregulierungseinrichtung und/oder eines Shutters) im Referenzarm zur Justage, Ausrichtung und Maximierung des Messsignals im Messarm. Dies bietet Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Techniken, bei denen sich die Qualität des Mess- und Referenzsignals nicht getrennt bewerten.
Ansteuern einer weiteren Abschaltvorrichtung (beispielsweise der weiteren Leistungsregulierungseinrichtung und/oder eines weiteren Shutters) im Messarm zur Messung des Referenzsignals, um einen Gleichlichtanteil zu korrigieren. Ansteuern einer weiteren Abschaltvorrichtung (beispielsweise der weiteren Leistungsregulierungseinrichtung und/oder eines weiteren Shutters) im Messarm zur Justage, Ausrichtung und Maximierung des Referenzsignals. Dies bietet Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Techniken, bei denen sich die Qualität des Mess- und Referenzsignals nicht getrennt bewerten.
Ansteuern einer Abschaltvorrichtung (beispielsweise der wenigstens einen Leistungsregulierungseinrichtung oder eines zusätzlich dazu vorgesehenen Shutters) im Referenzarm sowie Ansteuern einer weiteren Abschaltvorrichtung (beispielsweise der weiteren Leistungsregulierungseinrichtung und/oder eines zusätzlich dazu vorgesehenen weiteren Shutters) im Messarm, um eine Dunkelstrommessung im Detektor auszuführen.
Die Verfahren und Systeme nach Ausführungsbeispielen der Erfindung erzielen verschiedene Wirkungen und Effekte. Insbesondere sind die Verfahren und Systeme zur zerstörungsfreien Untersuchung von optischen Werkstoffen (wie Gläsern, Kristallen, Salzen, optischen Kunststoffen) eingerichtet. Die Verfahren und Systeme können zur zerstörungsfreien Detektion und optional auch Klassifizierung von oberflächennahen Defekten mit im Vergleich zu herkömmlichen Techniken verbesserter Genauigkeit eingesetzt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Ausführungsbeispiel der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. In den Figuren bezeichnen ähnliche oder identische Bezugszeichen Elemente mit ähnlicher oder identischer Ausgestaltung und/oder Funktion.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer OCT-Anordnung eines Systems zur Werkstoffuntersuchung.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Systems zur Werkstoffuntersuchung.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Systems nach einem Ausführungsbeispiel.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Systems zur Werkstoffuntersuchung.
Fig. 5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Werkstoffuntersuchung.
Fig. 6 ist ein Flussdiagramm einer Prozedur, die bei einem Verfahren zur Werkstoffuntersuchung einsetzbar ist.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise der Systeme zur Werkstoffuntersuchung.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung von durch einen Detektor der OCT-Anordnung erfassten Intensitätssignalen zur Erläuterung der Funktionsweise der Systeme zur Werkstoffuntersuchung. Fig. 9 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Werkstoffuntersuchung.
Fig. 10 ist eine schematische Blockdarstellung einer Steuerlogik von Systemen zur Werkstoffuntersuchung.
Fig. 11 ist eine schematische Blockdarstellung eines Rechensystems von Systemen zur Werkstoffuntersuchung.
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise des Rechensystem.
Fig. 13 ist schematische Darstellung von Komponenten des Systems zur Werkstoffuntersuchung.
Fig. 14 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Werkstoffuntersuchung.
Fig. 15 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Werkstoffuntersuchung.
Fig. 16 ist eine schematische Darstellung von optionalen Merkmalen des Systems zur Werkstoffuntersuchung.
Fig. 17 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Werkstoffuntersuchung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. In den Figuren bezeichnen ähnliche oder identische Bezugszeichen Elemente mit ähnlicher oder identischer Ausgestaltung und/oder Funktion.
Die Merkmale der Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern dies in der nachfolgenden Beschreibung nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist.
Verfahren und Systeme nach Ausführungsbeispielen sind zur Detektion, optional auch zur Klassifizierung, oberflächennahe Defekte in nicht-biologischen Materialien, insbesondere in optischen Werkstoffen wie optischen Werkstücke, Glas, Salz, Kristalle, optische Kunststoffe oder andere optische Werkstoffe eingerichtet. Die Verfahren und Systeme verwenden eine OCT-Anordnung zur OCT- Datenerfassung, wobei OCT-Bilddaten rechnergestützte aus den mit einem Detektor der OCT- Anordnung erfassten Interferenzsignalen errechnet werden. Die OCT-Datenerfassung wird dabei so von einer Steuerlogik gesteuert, dass eine Leistung im Referenzarm, optional auch im Messarm, der OCT-Anordnung gezielt beeinflusst wird, um eine gewünschte Intensitätsvarianz am Detektor und/oder einen gewünschten Anteil von Mischlicht im Verhältnis zu Gleichlicht zu erreichen. Im Gegensatz so biologischen, insbesondere physiologischen, Proben besteht bei der Werkstoffuntersuchung eine geringere Gefahr der Beschädigung des Prüflings, die eine Optimierung der Leistung im Referenzarm und im Messarm im Hinblick auf möglichst genaue OCT-Messergebnisse ermöglicht. Verfahren und Systeme nach Ausführungsbeispielen sind insbesondere zur Detektion und optional Klassifizierung von oberflächennahen Defekten eingerichtet.
Als „oberflächennahe Defekte" werden dabei Defekte (beispielsweise Lunker, Poren, Risse, etc.) im Inneren eines Prüflings bezeichnet, die innerhalb einer Randzone liegen oder sich bis in eine Randzone erstrecken, die beispielsweise eine Tiefe von weniger als 1 mm, weniger als 100 pm, 80 pm oder weniger, 50 pm oder weniger oder 30 pm oder weniger gemessen von der Oberfläche des Prüflings betragen kann.
Der Begriff „Defekte" beinhaltet dabei Defekte, die in optischen Werkstoffen, insbesondere in optischen Werkstücken, auftreten können. Die Defekte können einen, mehrere oder alle der folgenden Defekte aufweisen: Punktdefekte; Risse (wobei optional eine Unterscheidung in offene und geschlossene Risse möglich ist); Poren; Material-Inhomogenitäten; Lunker; Inhomogenitäten des Brechungsindex und/oder von polarisationsabhängigen.
Der Begriff „Werkstoff", wie er hier verwendet wird, beinhaltet insbesondere Gläser, Salze, Kristalle, Kunststoffe, Keramiken und Halbleiter-Werkstoffe. Der Begriff Werkstoff beinhaltet insbesondere auch optische Werkstücke, die aus einem Glas, einem Salz, einem Kristall, einem optischen Kunststoff, einem Keramikmaterial oder einem Halbleiter-Werkstoff gefertigt sind.
Eine „Leistungsregulierung" kann eine kontinuierliche oder diskrete Anpassung der Leistung aufweisen. Die OCT-Anordnung und/oder die Verfahren nach Ausführungsbeispielen kann eingerichtet sein, Strahlung im Referenzarm und/oder im Messarm unter Verwendung einer Abschalteinrichtung (beispielsweise eines Shutters) selektiv vollständig zu blockieren, beispielsweise um automatisch eine oder mehrere Anpassungen vorzunehmen, mit denen eine Güte der OCT-Bilddaten oder der zur Rekonstruktion der OCT-Bilddaten herangezogenen Signale verbessert wird.
Verfahren und Systeme nach Ausführungsbeispielen können eingerichtet sein, OCT-Bilddaten unter einer inversen Dunkelfeldbeleuchtung auszuführen. Der Begriff „inverse Dunkelfeldbeleuchtung", der synonym zu dem ebenfalls in der Technik verwendeten Begriff „invertierte Dunkelfeldbeleuchtung" ist, bezieht sich auf eine Beleuchtungstechnik, mit der bestimmte Kontraste und Details in einer Probe hervorgehoben werden können, die im herkömmlichen Hellfeld schwer zu erkennen sind. Der Begriff "invers" bezieht sich dabei nicht auf eine Umkehrung der Dunkelfeldmethode an sich, sondern darauf, dass das Beleuchtungssystem und das Beobachtungssystem (Objektiv) geometrisch vertauscht sind im Vergleich zu einem herkömmlichen Dunkelfeldaufbau.
Verfahren und Systeme nach Ausführungsbeispielen sind eingerichtet, um mikroskopische Schädigungen unterhalb der Oberfläche des Prüflings mit einer hohen axialen Auflösung, beispielsweise einer axialen Auflösung von 10 pm oder weniger, 5 pm oder weniger oder 3 pm oder weniger zu messen. Alternativ oder zusätzlich sind die Verfahren und Systeme so eingerichtet, dass sie eine hohe laterale Auflösung von 10 pm oder weniger, 5 pm oder weniger oder 3 pm oder weniger erreichen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 10 zur Werkstoffuntersuchung. Das System 10 weist eine OCT-Anordnung auf. Die OCT-Anordnung kann eine herkömmliche Interferometer-Ausgestaltung aufweisen, beispielsweise in Form eines Michaelson-Interferometers. Die OCT-Anordnung weist eine Strahlungsquelle 11 zum Erzeugen kohärenter Strahlung 12 auf. Die Strahlungsquelle 11 kann eine Superkontinuum-Laser-Strahlungsquelle, beispielsweise einen Superkontinuum-Laser-Laser sein. Die OCT-Anordnung weist einen Referenzarm 20 und einen Messarm 30 auf. Die von der Strahlungsquelle erzeugte kohärente Strahlung 12 wird über einen Strahlteiler 19 in den Referenzarm 20 und den Messarm 30 geführt. Der Strahlteiler 19 kann als Strahlteiler/Strahl Kombinierer wirken, über den eine kohärente Überlagerung 17 von Strahlung aus dem Referenzarm 20 und dem Messarm 30 zu einem Detektor 18 geführt und vom Detektor 18 detektiert wird.
Der Referenzarm 20 weist einen Reflektor 28 auf. Je nach Implementierung der OCT-Anordnung kann der Reflektor 28 mechanisch verstellbar sein, beispielsweise für eine TD-OCT.
Der Messarm 30 weist einen Scanner 37 auf, der eingerichtet sein kann, den Messstrahl in einem eindimensionalen oder bevorzugt in einem zweidimensionalen Muster über den zu prüfenden Werkstoff zu scannen. Der Scanner 37 kann wenigstens einen, vorteilhaft wenigstens zwei ansteuerbare Reflektoren (beispielsweise Spiegel) aufweisen, um den Messstrahl zu scannen. Eine Verstellung der Spiegel kann automatisch unter Kontrolle einer noch näher beschriebenen Steuerlogik erfolgen. Der Messarm 30 weist ein Objektiv 38 auf. Das Objektiv 38 kann ein Teleskop und/oder eine oder mehrere Alvarez-Platten aufweisen. Das Objektiv 38 kann ein Objektiv mit einer hohen NA sein.
Der Referenzarm 20 kann einen ersten Shutter 29 aufweisen. Der Messarm 30 kann einen zweiten Shutter 39 aufweisen. Die OCT-Anordnung kann eingerichtet sein, selektiv einen oder beide der Shutter 29, 39 so zu betätigen, dass die Strahlung im entsprechenden Arm blockiert wird. Die OCT- Anordnung kann so eingerichtet sein, dass der erste Shutter 29 und der zweite Shutter 39 eine motorische Betätigung erlauben, um Strahlung im entsprechenden Arm abzublenden.
Die OCT-Anordnung kann einen hybriden Aufbau aufweisen, bei dem - wie schematisch in Fig. 1 angedeutet - die kohärente Strahlung in wenigstens einem Teil der OCT-Anordnung, insbesondere in wenigstens einem Teil des Referenzamts, einem Teil des Messarm und einem vom Strahlteiler 19 zum Detektor 18 führenden Arm durch einen optischen Leiter, beispielsweise eine optische Faser, geführt wird. Entsprechend kann in der OCT-Anordnung ein hybrider Aufbau realisiert sein, bei dem sowohl optische Fasern als auch Freistrahl-Propagation kombiniert sind.
Die OCT-Anordnung kann insbesondere für eine FD-OCT eingerichtet sein. Dazu kann die Strahlungsquelle 11 als breitbandige Strahlungsquelle, beispielsweise als Superkontinuum-Laser- Strahlungsquelle eingerichtet sein. Optional kann die OCT-Anordnung zur Durchführung einer polarisationssensitive OCT eingerichtet sein.
Die Strahlungsquelle 11 und der Messarm 30 können eingerichtet sein, um eine inverse Dunkelfeldbeleuchtung bereitzustellen. Dies ermöglicht es, die bei optischen Werkstoffen unter Umständen hohen Oberflächenreflexe (beispielsweise Fresnel-Reflexionen) zu unterdrücken.
Der Referenzarm 20 weist eine Leistungsregulierungseinrichtung 21 auf. Eine Steuerlogik 40 ist eingerichtet, die Leistungsregulierungseinrichtung 21, optional auch die Strahlungsquelle 11, so zu steuern, dass eine gewünschte Intensitätsvarianz (beispielsweise eine den dynamischen Bereich des Detektors 18 voll ausnutzen Intensitätsvarianz) des Interferenzsignals am Detektor 18 erreicht wird und/oder dass ein Anteil von Gleichlicht im Vergleich zum Mischlichtanteil (im Idealfall möglichst weitgehend) reduziert wird.
Das System 10 kann derart eingerichtet sein, dass die Steuerlogik bei einer initialen Datenerfassung am zu prüfenden Werkstoff die Intensitätsvarianz, die am Detektor 18 resultiert, auswertet, um zu überprüfen, ob diese ein Gütekriterium (beispielsweise einer Ausnutzung des dynamischen Bereichs des Detektors 18, die wenigstens einem Schwellenwert im Verhältnis zum gesamten dynamischen Bereich entspricht) erfüllt. Falls des Gütekriterium nicht erfüllt ist, kann die Steuerlogik die Leistungsregulierungseinrichtung 21, optional auch die Leistung der Strahlungsquelle 11, so steuern, dass die Intensitätsvarianz, die am Detektor 18 resultiert, vergrößert wird. Für optische Werkstoffe ist dabei keine Beschädigung des Prüflings zu erwarten, und selbst eine etwaige Beschädigung aufgrund zur Strahlungsleistung wäre - im Gegensatz zu biologischen (insbesondere physiologischen) Proben - hinnehmbar.
Vorteilhaft weist der Referenzarm eine Aufweitungsoptik 27 auf. Das Objektiv 27 kann zwischen dem Strahlteiler 19 und der Leistungsregulierungseinrichtung 21 angeordnet sein. Die Leistungsregulierungseinrichtung 21 kann zwischen der Aufwertungsoptik 27 und dem Reflektor 28 des Referenzarms 20 positioniert sein. Der Referenzarm 20 kann mehrere Axicons aufweisen, um eine gewünschte Strahlformung zu erreichen. Der Referenzarm 20 kann insbesondere ein oder mehrere Axicons aufweisen, um einen Strahl im Referenzarm auf einen Strahldurchmesser aufzuweiten, der auf eine (maximale) Lichteintrittsfläche der Lichtregulierungseinrichtung 21 angepasst ist. Beispielsweise kann die Lichtregulierungseinrichtung 21 eine mit einem Antrieb antreibbare Blende aufweisen. Die ein oder mehreren Axicons können so eingerichtet sein, dass der Strahl im Referenzarm auf einen Strahldurchmesser aufgeweitet wird, der wenigstens gleich dem maximalen Blendendurchmesser der antreibbaren Blende ist.
Nach Anpassung der Leistung im Referenzarm 20, optional auch im Messarm 30, kann die OCT- Anordnung die eigentliche OCT-Datenerfassung am Werkstoff vornehmen. Das System 10 weist ein (in Fig. 1) nicht dargestelltes Rechensystem auf, das eingerichtet ist, aus den mit dem Detektor 18 erfassten OCT-Daten OCT-Bilddaten zu errechnen und diese im Hinblick auf die Anwesenheit von Defekten im Werkstoff auszuwerten. Das Rechensystem kann optional eingerichtet sein, eine Klassifizierung von Defekten auszuführen. Dies kann beispielsweise die Unterscheidung von offenen und geschlossenen Rissen, von Poren, oder von anderen Arten von Defekten beinhalten.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Systems 10 nach einem Ausführungsbeispiel. Bei dem System 10 von Fig. 2 weist die Leistungsregulierungseinrichtung 21 eine Iris-Blende 22 sowie einen Iris-Blendenantrieb 23 (beispielsweise einen Motor) zum Verstellen der Iris-Blende 22 auf. Die Aufweitungsoptik 27, die ein oder mehrere Axicons aufweisen kann, ist eingerichtet, einen Strahldurchmesser des Strahls im Referenzarm 20 so aufzuweiten, dass der Strahldurchmesser wenigstens gleich einem maximalen Öffnungsdurchmesser der Iris-Blende 22 sein kann.
Die Steuerlogik 40, die mit dem Detektor 18 gekoppelt ist, ist eingerichtet, den Iris- Blendenantrieb 23 anzusteuern, um dadurch die an getriebene Iris-Blende 22 zu verstellen. Die Steuerlogik 40 kann eingerichtet sein, den Iris-Blendenantrieb 23, optional auch die Strahlungsquelle 11, so zu steuern, dass am Detektor 18 eine gewünschte Intensitätsvarianz (beispielsweise eine den dynamischen Bereich des Detektors von 0 bis 100 % voll ausnutzen der Intensitätsvarianz) für den jeweils zu prüfenden Werkstoff erreicht wird und/oder dass für den jeweils zu prüfenden Werkstoff ein Gleichlichtanteil am Detektor 18 im Verhältnis zu einem Mischlichtanteil, der aus der Interferenz resultiert, möglichst gering gehalten wird.
Das System 10 weist einen ersten Shutter 24 im Referenzarm 20 und einen zweiten Shutter 34 im Messarm 30 auf. Der erste Shutter 24 kann mechanisch beweglich sein. Das System 10 kann eine Antriebsvorrichtung 42 zum mechanischen Bewegen des ersten Shutters 24 aufweisen. Der zweite Shutter 34 kann mechanisch beweglich sein. Die Antriebsvorrichtung 42 kann zum mechanischen Bewegen des zweiten Shutters 34 eingerichtet sein. Die Antriebsvorrichtung 42 kann mehrere unabhängig voneinander steuerbare Antriebe aufweisen, um selektiv Strahlung nur im Referenzarm 20, nur im Messarm 30 oder sowohl im Referenzarm 20 als auch im Messarm 30 zu blockieren. Eine weitere Steuerlogik 41, die im selben Gerät mit der Steuerlogik 40 integral ausgebildet sein kann, kann eingerichtet sein, die Antriebsvorrichtung 42 zu steuern, um gewünschte Abblendoperationen zu realisieren. Dies ermöglicht unterschiedliche Betriebsmodi zu realisieren, beispielsweise zur Tiefenmessung, zur Kalibrierung (beispielsweise zur Bestimmung eines Gleichlichtanteil) und zur OCT- Bildgebung.
Das System 10 weist ein Rechensystem 50 auf. Das Rechensystem 50 kann ein oder mehrere Computer, ein oder mehrere Server, einen tragbaren Computer oder mehrere tragbare Computer, ein Kommunikationsendgerät oder mehrere Kommunikationsendgeräte oder andere Ausgestaltungen aufweisen. Das Rechensystem 50 kann mit der Steuerlogik 40 und optional der weiteren Steuerlogik 41 integral ausgebildet sein. Das Rechensystem 50 ist eingerichtet, aus den mit dem Detektor 18 erfassten OCT-Daten OCT-Bilddaten zu errechnen und diese im Hinblick auf die Anwesenheit von Defekten im Werkstoff auszuwerten. Das Rechensystem 50 kann dazu insbesondere eine datengetriebene Verarbeitung der OCT-Bilddaten durchführen. Die datengetriebene Verarbeitung kann eine Verarbeitung durch wenigstens ein Modell der künstlichen Intelligenz (Kl), insbesondere ein trainiertes Maschinenlernmodell, aufweisen. Das Rechensystem kann optional eingerichtet sein, eine Klassifizierung von Defekten auszuführen. Dies kann beispielsweise die Unterscheidung von offenen und geschlossenen Rissen, von Poren, oder von anderen Arten von Defekten beinhalten.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Systems 10 nach einem Ausführungsbeispiel. Das System 10 weist eine OCT-Anordnung auf, die für eine polarisationssensitive OCT eingerichtet ist. Dadurch bietet das System 10 Untersuchungsmöglichkeiten mit erhöhter Genauigkeit, beispielsweise im Hinblick auf die Detektion polarisationsabhängiger Effekte, die durch einen Defekt verursacht werden können.
Bei dem System 10 von Fig. 3 weist die Leistungsregulierungseinrichtung 21, wie bereits unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, eine Iris-Blende 22 sowie einen Iris-Blendenantrieb 23 (beispielsweise einen Motor) zum Verstellen der Iris-Blende 22 auf. Die Steuerlogik 40 ist eingerichtet, die Iris-Blende 22 durch Ansteuern des Iris-Blendenantrieb 23 zu verstellen.
Die OCT-Anordnung des Systems 10 von Fig. 3 weist einen Polarisator 13 auf, der zwischen der Strahlungsquelle 11 und dem Strahlteiler 19 vorgesehen ist. Der Referenzarm 20 weist einen ersten Polarisationsfilter 25 auf. Der erste Polarisationsfilter 25 kann verschwenkbar gelagert sein. Das System 10 weist eine Antriebsvorrichtung 42 zum mechanischen Verschwenken des ersten Polarisationsfilters 25 auf.
Der Messarm 30 weist einen zweiten Polarisationsfilter 35 auf. Der zweite Polarisationsfilter 35 kann verschwenbkar gelagert sein. Die Antriebsvorrichtung 42 kann zum mechanischen Verschwenken des zweiten Polarisationsfilters 35 eingerichtet sein.
Die Antriebsvorrichtung 42 kann mehrere unabhängig voneinander steuerbare Antriebe aufweisen, um selektiv nur den ersten Polarisationsfilter 25 im Referenzarm 20, nur den zweiten Polarisationsfilter 35 im Messarm 30 oder beide Polarisationsfilter 25, 35 zu verschwenken, um Strahlung im entsprechenden Arm selektiv zu blockieren oder freizugeben. Dadurch kann bei einer OCT-Anordnung, die zur Detektion von Lichtpolarisations-abhängigen Effekten eingerichtet ist, auch eine Leistungsregulierung im Referenzarm realisiert werden. Abhängig von der jeweiligen Position der Polarisationsfilter 25, 35 kann die Antriebsvorrichtung 23 von der Steuerlogik 40 so angesteuert werden, dass durch die Leistungsregelung im Referenzarm der Intensitätskontrast am Detektor 18 verstärkt wird. Optional kann die Ansteuerung so erfolgen, dass der Intensitätskontrast am Detektor 18 den dynamischen Bereich des Detektors 18 vollständig oder wenigstens weitgehend ausnutzt. Bei der Ausgestaltung von Fig. 3 kann die Leistungsregulierung im Referenzarm durch Verstellung der Irisblende unter Kontrolle der Steuerlogik 40, durch Verstellung des Polarisationsfilters 25 oder eine Kombination dieser Maßnahmen erreicht werden.
Eine weitere Steuerlogik 41, die im selben Gerät mit der Steuerlogik 40 integral ausgebildet sein kann, kann eingerichtet sein, die Antriebsvorrichtung 42 zu steuern, um gewünschte Abblendoperationen zu realisieren. Dies ermöglicht unterschiedliche Betriebsmodi zu realisieren, beispielsweise zur Tiefenmessung, zur Kalibrierung (beispielsweise zur Bestimmung eines Gleichlichtanteil) und zur OCT-Bildgebung.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Systems 10 nach einem Ausführungsbeispiel. Das System 10 weist eine OCT-Anordnung auf, die für eine polarisationssensitive OCT eingerichtet ist. Dadurch bietet das System 10 Untersuchungsmöglichkeiten mit erhöhter Genauigkeit, beispielsweise im Hinblick auf die Detektion polarisationsabhängiger Effekte, die durch einen Defekt verursacht werden können.
Bei dem System 10 von Fig. 4 weist die Leistungsregulierungseinrichtung 21, wie bereits unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, eine Iris-Blende 22 sowie einen Iris-Blendenantrieb 23 (beispielsweise einen Motor) zum Verstellen der Iris-Blende 22 auf. Die Steuerlogik 40 ist eingerichtet, die Iris-Blende 22 durch Ansteuern des Iris-Blendenantrieb 23 zu verstellen.
Die OCT-Anordnung des Systems 10 weist einen Strahlteiler auf, der als polarisierender Strahlteiler 19p ausgestaltet ist.
Die OCT-Anordnung des Systems 10 von Fig. 4 weist einen Polarisator 13 auf, der zwischen der Strahlungsquelle 11 und dem polarisierender Strahlteiler 19p vorgesehen ist. Die OCT-Anordnung weist ein steuerbares optisches Element 14, beispielsweise eine steuerbare X/2-Platte 14 auf, die zwischen dem Polarisator 13 und dem polarisierender Strahlteiler 19p vorgesehen ist. Das System 10 weist eine weitere Steuerlogik 43 zum Steuern des steuerbaren optischen Elements 14 auf. Die weitere Steuerlogik 43 kann mit der Steuerlogik 40 integral in einem gemeinsamen Gerät realisiert sein.
Im Betrieb des Systems 10 kann die weitere Steuerlogik 43 das steuerbare optische Element 14 ansteuern, um ein Verhältnis von Strahlungsintensitäten im Referenzarm 20 und im Messarm 30 zu beeinflussen. Zusammen mit der motorisierten Iris-Blende 22 kann die Steuerlogik 40 mit der weiteren Steuerlogik 43 so Zusammenarbeiten, dass abhängig von einem Ausgangssignalen oder Ausgangsdaten des Detektors 18 die Leistung im Referenzarm 20 und im Messarm 30 gezielt so beeinflusst wird, dass eine OCT-Bildgebung mit hoher Auflösung ermöglicht wird, die die Detektion und optional die Klassifizierung von Defekten ermöglicht.
Dadurch kann bei einer OCT-Anordnung, die zur Detektion von Lichtpolarisations-abhängigen Effekten eingerichtet ist, auch eine Leistungsregulierung im Referenzarm realisiert werden. Abhängig von der jeweiligen Ansteuerung des optischen Elements kann die Antriebsvorrichtung 23 von der Steuerlogik 40 so angesteuert werden, dass durch die Leistungsregelung im Referenzarm der Intensitätskontrast am Detektor 18 verstärkt wird. Optional kann die Ansteuerung so erfolgen, dass der Intensitätskontrast am Detektor 18 den dynamischen Bereich des Detektors 18 vollständig oder wenigstens weitgehend ausnutzt.
Das System 10 nach Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 kann ausgestaltet sein, um die Ergebnisse der Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte des nichtbiologischen Werkstoffs in unterschiedlicher Weise zu nutzen. Das System 10 kann beispielsweise eine optische Ausgabe Schnittstelle oder eine andere Benutzerschnittstelle 53 aufweisen, die eine grafische Benutzeroberfläche sein kann. Das System 10 kann eingerichtet sein, um unter Kontrolle des Rechensystems 50 Informationen über die Detektion und/oder Klassifizierung der oberflächennahen Defekte, die innerhalb des Werkstoffs identifiziert wurden, bereitzustellen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Rechensystem 50 eingerichtet sein, um automatische Steuervorgänge auszuführen, die von dem Ergebnis der Detektion und/oder Klassifizierung der oberflächennahen Defekte innerhalb des Werkstoffs abhängen. Beispielsweise kann bei Identifizierung nicht akzeptabler oberflächennaher Defekte das Rechensystem 50 einen Steuervorgang ausführen, der zum automatischen Verwerfen des entsprechenden Werkstoffs führt. Alternativ oder zusätzlich kann bei Identifizierung nicht akzeptabler oberflächennaher Defekte an mehreren baugleichen Werkstoffen das Rechensystem 50 einen Steuervorgang ausführen, der zum automatischen Anhalten eines Fertigungsprozesses führt, um eine Fehlerbehebung zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann bei Identifizierung nicht akzeptabler oberflächennahe Defekte an mehreren baugleichen Werkstoffen das Rechensystem 50 einen Steuervorgang ausführen, der den Fertigungsprozess beeinflusst, um die nicht akzeptablen Defekte zu eliminieren.
Das System 10 nach Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 kann eingerichtet sein, um eine selektive Abschaltung des Referenzarms und/oder des Messarms (also eine selektive Blockierung von Strahlungswegen im Referenzarm und/oder Messarm) vorzunehmen, um zur Verbesserung der Erfassung der OCT-Bilddaten (beispielsweise zur Untersuchung oberflächennaher Defekte in einer Randzone unterhalb der Oberfläche des Werkstoffs) eine, mehrere oder alle der Folgenden Prozesse auszuführen:
Ansteuern einer Abschaltvorrichtung (beispielsweise der wenigstens einen Leistungsregulierungseinrichtung 21, 22 oder eines zusätzlich dazu vorgesehenen Shutters 24, 29) im Referenzarm 20 zur Messung eines Autokorrelationssignals im Werkstoff. Das Autokorrelationssignal kann vom System 10 genutzt werden, um die Messqualität zu verbessern, beispielsweise durch automatische Ansteuervorgänge und/oder Auswertungsvorgänge. Ansteuern einer Abschaltvorrichtung (beispielsweise der wenigstens einen Leistungsregulierungseinrichtung 21, 22 oder eines zusätzlich dazu vorgesehenen Shutters 24, 29) im Referenzarm 20 zur Justage, Ausrichtung und Maximierung des Messsignals im Messarm 30. Dies bietet Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Techniken, bei denen sich die Qualität des Mess- und Referenzsignals nicht getrennt bewerten.
Ansteuern einer weiteren Abschaltvorrichtung (beispielsweise der weiteren Leistungsregulierungseinrichtung und/oder eines weiteren Shutters 34, 39) im Messarm 30 zur Messung des Referenzsignals, um einen Gleichlichtanteil zu korrigieren.
Ansteuern einer weiteren Abschaltvorrichtung (beispielsweise der weiteren Leistungsregulierungseinrichtung und/oder eines weiteren Shutters 34, 39) im Messarm 30 zur Justage, Ausrichtung und Maximierung des Referenzsignals. Dies bietet Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Techniken, bei denen sich die Qualität des Mess- und Referenzsignals nicht getrennt bewerten.
Ansteuern einer Abschaltvorrichtung (beispielsweise der wenigstens einen Leistungsregulierungseinrichtung 21, 22 oder eines Shutters 34, 39) im Referenzarm 20 sowie Ansteuern einer weiteren Abschaltvorrichtung (beispielsweise der weiteren Leistungsregulierungseinrichtung und/oder eines weiteren Shutters 34, 39) im Messarm, um eine Dunkelstrommessung im Detektor auszuführen.
Fig. 5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 60 zur Werkstoffuntersuchung. Das Verfahren 60 kann von oder mit dem System 10 automatisch ausgeführt werden. Das Verfahren 60 kann ausgeführt werden, um Defekte, insbesondere oberflächennahe Defekte, in einem optischen Werkstoff zu detektieren und optional zu klassifizieren.
Bei 61 erfolgt eine Auswertung von mit einem Detektor einer OCT-Anordnung erfassten Interferenzsignalen. Die Auswertung kann eine Bestimmung einer Intensitätsvarianz und einen Vergleich der Intensitätsvarianz mit dem durch den Detektor erfassbaren Bereich unterschiedliche Intensitäten, der hier auch als dynamische Bereich bezeichnet wird, aufweisen. Die Auswertung kann eine Bestimmung eines Gleichlichtanteils und eines Mischlichtanteils basierend auf den von dem Detektor erfassten Interferenzsignalen erfolgen. Für die Auswertung bei Schritt 61 kann die OCT- Anordnung Messlicht auf den zu prüfenden Werkstoff einstrahlen, um eine anfängliche Intensitätsverteilung am Detektor zu bestimmen und so zu ermitteln, wie Einstellungen der OCT- Anordnung zu ändern sind, um oberflächennahe Defekte möglichst zuverlässig und/oder möglichst genau detektieren, optional auch klassifizieren, zu können. Die bei 61 erfassten Interferenzsignale werden nicht zur Bestimmung der OCT-Bilddaten herangezogen, sofern die Intensitätsvarianz nicht ein bestimmtes Gütekriterium erfüllt. Bei 62 steuert die Steuerlogik (beispielsweise die Steuerlogik 40) eine Leistungsregulierungseinrichtung (die beispielsweise eine motorisierte Iris-Blende aufweisen kann) im Referenzarm der OCT-Anordnung. Die Steuerlogik kann optional auch weitere Komponenten der OCT- Anordnung steuern, beispielsweise die Strahlungsquelle und/oder andere Komponenten. Die Steuerlogik steuert bei 62 die Leistungsregulierungseinrichtung und optional weitere Komponenten der OCT-Anordnung derart, dass die Intensitätsvarianz, die für den zu prüfenden Werkstoff am Detektor 18 erfasst wird, ein bestimmtes Gütekriterium erfüllt. Hierfür können Schritte 61 und 62 iterativ wiederholt werden.
Bei 63 führt die OCT-Anordnung eine OCT an dem zu prüfenden Werkstoff aus. Dabei wird der Messstrahl über den zu prüfenden Werkstoff gescannt, um zweidimensionale oder vorteilhaft dreidimensionale OCT-Bilddaten zu gewinnen. Die OCT kann als FT OCT unter Verwendung einer Superkontinuum-Lichtquelle, beispielsweise einem Weißlicht-Laser, ausgeführt werden.
Bei 64 erzeugt das System (beispielsweise das Rechensystem 50 des Systems 10) OCT-Bilddaten aus den mit dem Detektor 18 bei der OCT erfassten Daten. Dies kann eine Rekonstruktion der OCT- Bilddaten aus den mehreren erfassten Interferenzmusters, die für unterschiedliche Scanrichtungen des Messstrahls erzielt wurden, beinhalten. Techniken zur Rekonstruktion von OCT-Bilddaten aus den erfassten Interferenzmusters sind der Fachperson geläufig.
Bei 64 wertet das System (beispielsweise das Rechensystem 50 des Systems 10) die OCT- Bilddaten aus, um Defekte zu erkennen und optional zu klassifizieren. Die Erkennung und/oder Klassifizierung von Defekten basierend auf den OCT-Bilddaten kann die Anwendung eines datengetriebenen Auswertungsverfahrens, beispielsweise eines Kl-Modells zur Objektklassifikation, aufweisen. Die Erkennung und/oder Klassifizierung von Defekten basierend auf den OCT-Bilddaten kann optional eine Vorverarbeitung der OCT-Bilddaten aufweisen, beispielsweise eine Segmentierung um mögliche Defektpositionen.
Das System kann abhängig von den detektierten und optional klassifizierten Defekten ein oder mehrere Steuervorgänge ausführen, wie bereits erläutert wurde. Beispielsweise kann das Rechensystem 50 eine Benutzerschnittstelle 53 so ansteuern, dass von den detektierten und/oder klassifizierten Defekten abhängige Informationen über die Benutzerschnittstelle 53 ausgegeben werden. Das Rechensystem 50 kann eingerichtet sein, die Benutzerschnittstelle 53 so anzusteuern, dass diese Markierungen, die Defekte und optional Defekttypen angeben, als Überlagerung auf den erzeugten OCT-Bilddaten darstellt. Das Rechensystem 50 kann alternativ oder zusätzlich eingerichtet sein, weitere Steuervorgänge auszuführen, wie bereits erläutert wurde.
Fig. 6 ist ein Flussdiagramm einer Prozedur 65 zur Werkstoffuntersuchung. Die Prozedur 65 kann von oder mit dem System 10 automatisch ausgeführt werden. Die Prozedur 65 kann ausgeführt werden, um Defekte, insbesondere oberflächennahe Defekte, in einem optischen Werkstoff zu detektieren und optional zu klassifizieren. Die Prozedur 65 kann zur Implementierung von Schritt 64 des Verfahrens 40 von Fig. 5 ausgeführt werden.
Bei 66 erzeugt das Rechensystem 50 des Systems 10 OCT-Bilddaten aus den mit dem Detektor der OCT-Anordnung bei der OCT erfassten Daten. Dies kann eine Rekonstruktion der OCT-Bilddaten aus den mehreren erfassten Interferenzmusters, die für unterschiedliche Scanrichtungen des Messstrahls erzielt wurden, beinhalten. Techniken zur Rekonstruktion von OCT-Bilddaten aus den erfassten Interferenzmusters sind der Fachperson geläufig.
Bei 67 wertet das Rechensystem 50 die OCT-Bilddaten aus, um Defekte zu erkennen und optional zu klassifizieren. Die Erkennung und/oder Klassifizierung von Defekten basierend auf den OCT- Bilddaten kann die Anwendung eines datengetriebenen Auswertungsverfahrens, beispielsweise eines Kl-Modells zur Objektklassifikation, aufweisen. Die Erkennung und/oder Klassifizierung von Defekten basierend auf den OCT-Bilddaten kann optional eine Vorverarbeitung der OCT-Bilddaten aufweisen, beispielsweise eine Segmentierung um mögliche Defektpositionen.
Das System 10 und/oder das Verfahren nach den hier offenbarten Ausführungsbeispielen können eingerichtet sein, um die OCT-Bilddaten unter Verwendung einer inversen Dunkelfeldbeleuchtung zu erfassen. Das System 10 und/oder das Verfahren kann somit derart eingerichtet sein, dass ein Beleuchtungssystem und das Beobachtungssystem (Objektiv 38) im Vergleich zu einem herkömmlichen Dunkelfeldaufbau geometrisch vertauscht sein können. Hierfür können folgende Merkmale realisiert werden:
Beleuchtung: Bei der (inversen) Dunkelfeldbeleuchtung wird das Licht schräg auf die Probe gestrahlt. Licht kann nicht direkt in das Objektiv 17 fallen, es sei denn, es wird von dem Werkstoff gestreut oder reflektiert. Weil nur das Licht, das von dem Werkstoff reflektiert oder gestreut wird, ins Objektiv 17 gelangt, erscheinen Objekte auf einem dunklen Hintergrund. Partikel, Kanten und Unregelmäßigkeiten, die das Licht stärker streuen, leuchten hell auf, was sie leicht erkennbar macht. Dies ist für die Detektion oberflächennaher Defekte besonders vorteilhaft
Inverse Anordnung: Bei der inversen Dunkelfeldbeleuchtung wird das Objektiv 17 unterhalb der Probe positioniert. Die OCT-Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass schräg einfallendes Licht von oben oder gegebenenfalls von der Seite auf den Werkstoff einfällt, und das Streulicht von unten durch das Objektiv 17 gesammelt wird.
Durch den Einsatz der inversen Dunkelfeldbeleuchtung kann eine verbesserte Detektion von Defekten im Gebiet der Materialwissenschaften erreicht werden, insbesondere bei der Detektion von oberflächennahen Defekten.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung zur weiteren Erläuterung der Funktionsweise des Systems 10. Das System 10 weist eine OCT-Anordnung auf, die einen zu prüfenden Werkstoff 70 mit einem Messstrahl 31, der im Messarm der OCT-Anordnung erzeugt wird, abgetastet. Vor Durchführung der OCT-Bildgebung wird initial wenigstens ein Interferenzmuster 71 an dem zu prüfenden Werkstoff 70 mit dem Detektor 18 erfasst. Abhängig von einem Intensitätskontrast des Interferenzmusters 71 steuert die Steuerlogik 40 die Leistungsregulierungseinrichtung 21, um den Intensitätskontrast zu erhöhen. Dabei kann die Steuerlogik 40 auch die Eigenschaften des Detektors 18, insbesondere den Bereich der von mit dem Detektor 18 erfassbaren Intensitäten, berücksichtigen. Die Steuerlogik 40 kann optional auch die Strahlungsquelle 11 oder andere steuerbare Komponenten der OCT-Anordnung steuern, um den Intensitätskontrast zu erhöhen. Die Steuerlogik 40 kann dabei Steuern zu eingreifen, dass der Intensitätskontrast für den jeweiligen zu prüfenden Werkstoff 70 wenigstens näherungsweise, im Idealfall im Wesentlichen, mit dem dynamischen Bereich des Detektors 18 zusammenfällt.
Nach einer derartigen automatischen Anpassung der OCT-Anordnung unter Kontrolle der Steuerlogik 40 erfolgt die eigentliche bildgebende OCT-Datenerfassung, bei der mehrere weitere Interferenzmuster 72 mit dem Detektor 18 erfasst und von dem Rechensystem 50 zu den OCT- Bilddaten 73 verrechnet werden. Die weiteren Interferenzmuster 72 weisen einen im Vergleich zum Interferenzmuster 71 erhöhten Intensitätskontrast auf. In anderen Worten ist der Gleichlichtanteil im Vergleich zum Mischlichtanteil in den weiteren Interferenzmuster 72 im Vergleich zu dem initial wenigstens ein Interferenzmuster 71 reduziert. Dadurch wird die Qualität der OCT-Bildgebung verbessert und die Detektion auch kleiner Defekte im optischen Werkstoff 70 mit im Vergleich zu herkömmlichen Techniken höherer Zuverlässigkeit und/oder höherer Auflösung möglich.
Fig. 8 zeigt schematisch Interferenzsignale, die von dem Detektor 18 erfasst werden. Dabei ist entlang einer Achse 75 die Intensität an einem Pixel des Detektors dargestellt, während eine weitere Achse 76 die Position des entsprechenden Pixels entlang einer Richtung auf dem Detektor angibt. Ein initial und vor Abstimmung der OCT-Anordnung an den jeweiligen zu prüfenden Werkstoff erfasstes Interferenzsignal 78 variiert über einen Bereich, der nur einen Teil des von mit dem Detektor 18 erfassbaren Intensitätsbereichs 77 abdeckt. Der Intensitätsbereich 77, der mit dem Detektor 18 erfasst werden kann, wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet. In dem Intensitätsbereich 77 kann der Detektor 18 Intensitätsunterschiede erfassen und durch entsprechende Ausgangswerte repräsentieren. Höhere oder niedrigere Intensitäten führen nicht mehr zu einer weiteren Erhöhung oder Erniedrigung des entsprechenden Pixelwerts.
Ein nach Abstimmung der OCT Anordnung an den jeweiligen zu prüfenden Werkstoff erfasstes weiteres Interferenzsignal 79 variiert über einen Bereich, der im Wesentlichen mit dem von dem Detektor 18 erfassbaren Intensitätsbereich 77 zusammenfällt. Ein Intensitätsmaximum 79' des weiteren Interferenzsignals 79 kann im Wesentlichen einer Obergrenze des erfassbaren Intensitätsbereich 77 entsprechen. Ein Intensitätsminimum 79" des weiteren Interferenzsignals 79 kann im Wesentlichen einer Untergrenze des erfassbaren Intensitätsbereich 77 entsprechen. Auf diese TI
Weise wird durch die automatische Anpassung, die durch die Steuerlogik 40 vorgenommen wird, der dynamische Bereich 77 des Detektors 18 ausgenutzt, in dem die erfassten Pixelwerte als Funktion der erfassten Intensität veränderlich sind.
Fig. 9 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 80 zur Werkstoffuntersuchung. Das Verfahren 80 kann von oder mit dem System 10 automatisch ausgeführt werden. Das Verfahren 80 kann ausgeführt werden, um Defekte, insbesondere oberflächennahe Defekte, in einem optischen Werkstoff zu detektieren und optional zu klassifizieren.
Bei 81 erfolgt eine Auswertung von mit einem Detektor einer OCT-Anordnung erfassten Interferenzsignalen. Die Auswertung kann eine Bestimmung einer Intensitätsvarianz und einen Vergleich der Intensitätsvarianz mit dem durch den Detektor erfassbaren Bereich unterschiedliche Intensitäten, der hier auch als dynamische Bereich bezeichnet wird, aufweisen. Die Auswertung kann eine Bestimmung eines Gleichlichtanteils und eines Mischlichtanteils basierend auf den von dem Detektor erfassten Interferenzsignalen erfolgen. Für die Auswertung bei Schritt 81 kann die OCT- Anordnung Messlicht auf den zu prüfenden Werkstoff einstrahlen, um eine anfängliche Intensitätsverteilung am Detektor zu bestimmen und so zu ermitteln, wie Einstellungen der OCT- Anordnung zu ändern sind, um oberflächennahe Defekte möglichst zuverlässig und/oder möglichst genau detektieren, optional auch klassifizieren, zu können.
Bei 82 wird überprüft, ob die Intensitätsvarianz, d. h. der Interferenzkontrast, mit dem Detektor 18 erfasst wurde, ein Gütekriterium erfüllt. Das Gütekriterium kann einen Vergleich der Intensitätsvarianz mit dem dynamischen Bereich des Detektors 18 beinhalten. Das Gütekriterium kann alternativ oder zusätzlich einen Vergleich eines Mischlichtanteil im Interferenzsignal mit einem Gleichlichtanteil im Interferenzsignal aufweisen.
Bei 83 wird als Reaktion auf eine Bestimmung, dass das Gütekriterium nicht erfüllt wird, die Leistungsregulierungseinrichtung 21, die Strahlungsquelle 11 und/oder eine andere Komponente der OCT-Anordnung angesteuert, um den Intensitätskontrast zu erhöhen, also den Gleichlichtanteil im Vergleich zum Mischlichtanteil zu reduzieren.
Schritte 81, 82, 83 können iterativ wiederholt werden.
Bei 63 und 64, die wir unter Bezugnahme auf das Verfahren 60 von Fig. 5 beschrieben realisiert sein können, erfolgt dann die OCT-Datenerfassung, die Erzeugung von OCT-Bilddaten und die Auswertung der OCT-Bilddaten zur Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte des optischen Werkstoffs.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung der Steuerlogik 40. Die Steuerlogik 40 kann mit dem Rechensystem 50 und/oder der weiteren Steuerlogik 42, 43 integral in einem einzigen Gerät ausgebildet sein. Die Steuerlogik 40 weist wenigstens eine Schnittstelle 45, ein Speichersystem 46 und wenigstens eine Verarbeitungsschaltung 90 auf. Die wenigstens eine Schnittstelle 45 kann als Datenschnittstelle, insbesondere als Kommunikationsschnittstelle für einen drahtgebunden oder drahtlosen Datenaustausch mit dem Detektor 18 und/oder dem Antrieb 23 eingerichtet sein. Die Steuerlogik 40 ist eingerichtet, Eingangsdaten 94 zu empfangen, die von dem mit dem Detektor 18 erfassten Interferenzsignal abhängen, dass durch die kohärente Überlagerung von Messstrahl 31 und Referenzstrahl erzeugt wird. Die Eingangsdaten 94 können den Ausgangsdaten des Detektors 18 entsprechen oder anderweitig darauf beruhen. Beispielsweise können die Eingangsdaten 94 eine Intensitätsvarianz des mit dem Detektor 18 erfassten Interferenzsignals repräsentieren. Die Steuerlogik 40 ist eingerichtet, Steuerbefehle 95 auszugeben, um die OCT-Anordnung für eine verbesserte (insbesondere kontrastreichere) OCT-Datenerfassung an dem zu prüfenden Werkstoff zu konfigurieren. Die Steuerbefehle 95 können wenigstens einen Steuerbefehl für eine motorisierte Iris- Blende aufweisen, die im Referenzarm angeordnet ist. Der Steuerbefehl für die motorisierte Iris- Blende kann einen Stellwert angeben, auf den die Iris-Blende eingestellt werden soll.
Das Speichersystem 46 speichert Daten 47, die von der Verarbeitungsschaltung 90 zur Verarbeitung der Eingangsdaten 94 herangezogen werden können. Die Daten 47 können maschinenlesbaren Befehlscode, beispielsweise Firmware, aufweisen, der von der Verarbeitungsschaltung 90 ausgeführt werden kann. Die Daten 47 können weitere Daten, beispielsweise wenigstens einen Sollwert für die Intensitätsvarianz oder für das Verhältnis von Gleichlichtanteil zu M ischl ichtanteil aufweisen. Die Daten 47 können Anweisungen oder andere Daten aufweisen, aus denen die Verarbeitungsschaltung 90 ermitteln kann, wie bei einem durch die Eingangsdaten 94 repräsentierten Ist-Wert der Intensitätsvarianz die motorisierte Iris-Blende und/oder die Strahlungsquelle angesteuert werden soll, um den Intensitätskontrast bei der OCT zu verbessern.
Die Verarbeitungsschaltung 90 kann eingerichtet sein, eine Auswertung 91 der Eingangsdaten 94 vorzunehmen, um zu bestimmen, ob eine Einstellung der Leistungsregulierungseinrichtung 21 und/oder der Ausgangsleistung der Strahlungsquelle 11 vorzunehmen ist. Die Auswertung 91 kann einen Vergleich des Intensitätskontrast mit dem dynamischen Bereich des Detektors 18 beinhalten.
Die Verarbeitungsschaltung 90 kann eingerichtet sein, eine Steueraktionsbestimmung 92 abhängig von dem Ergebnis der Auswertung 91 durchzuführen. Die Steueraktionsbestimmung 92 kann eine Bestimmung aufweisen, ob und zu welchem Stellwert die motorisierte Iris-Blende 22 verstellt werden soll. Die Steueraktion Bestimmung 92 kann eine Bestimmung aufweisen, auf welche Ausgangsleistung die Strahlungsquelle 11 angesteuert werden soll. Die Verarbeitungsschaltung 90 kann eingerichtet sein, eine Schnittstellensteuerung 93 auszuführen, um Steuerbefehle 95 zu erzeugen und die wenigstens eine Schnittstelle 45 zum Ausgeben der Steuerbefehle 95 anzusteuern.
Zur Durchführung der verschiedenen Steuer- und Verarbeitungsfunktionen kann die Verarbeitungsschaltung 90 eine oder mehrere integrierte Schaltungen aufweisen. Die eine oder mehrere integrierte Schaltungen können beispielsweise jede beliebige oder jede beliebige Kombination der folgenden Schaltungen oder Schaltungskomponenten aufweisen: eine anwendungsspezifische Spezialschaltung (ASIC = „application specific integrated circuit"), ein Feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), einen Prozessor oder mehrere Prozessoren, einen Controller oder mehrere Controller, ein oder mehrere Quantengatter, eine Schaltung zur Quanteninformationsverarbeitung, weitere integrierte Schaltungen.
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung des Rechensystem 50. Das Rechensystem 50 kann mit der Steuerlogik 40 und/oder der weiteren Steuerlogik 42, 43 integral in einem einzigen Gerät ausgebildet sein.
Das Rechensystem 50 weist wenigstens eine Datenschnittstelle 51, ein Speichersystem 52 und wenigstens eine Verarbeitungsschaltung 55 auf. Das Rechensystem 50 kann optional eine Mensch- Maschine-Schnittstelle 53 aufweisen oder für eine Kopplung mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle 53 eingerichtet sein. Die wenigstens eine Datenschnittstelle 51 kann als Kommunikationsschnittstelle für einen drahtgebunden oder drahtlosen Datenaustausch mit dem Detektor 18 eingerichtet sein. Die Rechensystem 50 ist eingerichtet, Eingangsdaten 51 zu empfangen, die die mit dem Detektor 18 erfassten OCT-Daten aufweisen. Die Eingangsdaten können die mit dem Detektor erfassten Interferenzsignale der für unterschiedliche Scan-Richtungen des Messstrahls 31 aufweisen. Die Eingangsdaten 94 können den Ausgangsdaten des Detektors 18 entsprechen oder anderweitig darauf beruhen.
Das Speichersystem 52 speichert Daten 54, die von der Verarbeitungsschaltung 55 zur Verarbeitung der Eingangsdaten 54 herangezogen werden können. Die Daten 54 können maschinenlesbaren Befehlscode, beispielsweise Software oder Firmware, aufweisen, der von der Verarbeitungsschaltung 55 ausgeführt werden kann. Die Daten 54 können weitere Daten, beispielsweise Parameter, optional auch über Parameter, einer datengetriebenen Verarbeitungstechniken aufweisen, die von der Verarbeitungsschaltung 55 zur Erkennung und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte angewandt wird.
Die Verarbeitungsschaltung 55 kann eingerichtet sein, eine OCT-Bilddatenerzeugung 56 auszuführen, um aus den mit dem Detektor 18 bei der OCT erfassten Daten OCT-Bilddaten zu erzeugen. Die OCT-Bilddatenerzeugung 56 kann eingerichtet sein, eine Rekonstruktion der OCT- Bilddaten aus den mehreren erfassten Interferenzmusters, die für unterschiedliche Scanrichtungen des Messstrahls erzielt wurden, auszuführen. Techniken zur Rekonstruktion von OCT-Bilddaten aus den erfassten Interferenzmusters sind der Fachperson geläufig.
Die Verarbeitungsschaltung 55 kann eingerichtet sein, eine Auswertung 57 der OCT-Bilddaten auszuführen, um Defekte bildbasiert zu erkennen und optional zu klassifizieren. Die Auswertung 57 kann so eingerichtet sein, dass zur Erkennung und/oder Klassifizierung von Defekten basierend auf den OCT-Bilddaten ein datengetriebenen Auswertungsverfahren auf die OCT-Bilddaten angewandt wird. Das datengetriebene Auswertungsverfahren kann beispielsweise eines Kl-Modells zur Objektklassifikation aufweisen. Die Auswertung 57 kann so eingerichtet sein, dass die Erkennung und/oder Klassifizierung von Defekten basierend auf den OCT-Bilddaten optional eine Vorverarbeitung der OCT-Bilddaten aufweisen kann, beispielsweise eine Segmentierung um mögliche Defektpositionen.
Die Verarbeitungsschaltung 55 kann eingerichtet sein, eine Schnittstellensteuerung 58 in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Auswertung 57 auszuführen. Die Schnittstellensteuerung 58 kann eingerichtet sein, um die Mensch-Maschine-Schnittstelle 53 anzusteuern, um Informationen über die Detektion und/oder Klassifizierung der oberflächennahen Defekte, die innerhalb des Werkstoffs identifiziert wurden, bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Schnittstellensteuerung 58 eingerichtet sein, um automatische Steuervorgänge auszuführen, die von dem Ergebnis der Detektion und/oder Klassifizierung der oberflächennahen Defekte innerhalb des Werkstoffs abhängen. Beispielsweise kann bei Identifizierung nicht akzeptabler oberflächennaher Defekte das Rechensystem 50 einen Steuervorgang ausführen, der zum automatischen Verwerfen des entsprechenden Werkstoffs führt. Alternativ oder zusätzlich kann die Schnittstellensteuerung 58 eingerichtet sein, bei Identifizierung nicht akzeptabler oberflächennaher Defekte an mehreren baugleichen Werkstoffen das Rechensystem 50 einen Steuervorgang ausführen, der zum automatischen Anhalten eines Fertigungsprozesses führt, um eine Fehlerbehebung zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann die Schnittstellensteuerung 58 eingerichtet sein, bei Identifizierung nicht akzeptabler oberflächennahe Defekte an mehreren baugleichen Werkstoffen das Rechensystem 50 einen Steuervorgang ausführen, der den Fertigungsprozess beeinflusst, um die nicht akzeptablen Defekte zu eliminieren.
Zur Durchführung der verschiedenen Steuer- und Verarbeitungsfunktionen kann die Verarbeitungsschaltung 55 eine oder mehrere integrierte Schaltungen aufweisen. Die eine oder mehrere integrierte Schaltungen können beispielsweise jede beliebige oder jede beliebige Kombination der folgenden Schaltungen oder Schaltungskomponenten aufweisen: eine anwendungsspezifische Spezialschaltung (ASIC = „application specific integrated circuit"), ein Feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), einen Prozessor oder mehrere Prozessoren, einen Controller oder mehrere Controller, ein oder mehrere Quantengatter, eine Schaltung zur Quanteninformationsverarbeitung, weitere integrierte Schaltungen. Die Verarbeitungsschaltung 55 kann vorteilhaft eine oder mehrere für die Bildverarbeitung spezifisch eingerichtete Schaltungen aufweisen, wie eine oder mehrere eingebettete Einrichtungen („embedded devices") und/oder ein oder mehrere Grafikprozessoreinheiten (GPUs = „graphical processing units") und/oder Tensorprozessoreinheiten (TPUs = „tensor processing units"). Derartige Ausgestaltungen ermöglichen eine besonders effiziente Ausführung der Bildauswertung.
Das Rechensystem 50 kann eingerichtet sein, um eine datengetriebener Verarbeitungstechnik auf die erzeugten OCT-Bilddaten anzuwenden, um Defekte zu detektieren und/oder zu klassifizieren. Parameter der datengetriebenen Verarbeitungstechnik können in den Daten 54 hinterlegt sein. Die datengetriebener Verarbeitungstechnik kann eine Klassifizierung beinhalten. Die Klassifizierung kann eine binäre Klassifizierung (Anwesenheit oder Abwesenheit eines Defekts) oder eine nicht-binäre Klassifizierung (Bestimmung des Defekttyps oder Bestimmung von Wahrscheinlichkeiten unterschiedlicher Defekttypen) aufweisen.
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung einer datengetrieben den Verarbeitungstechnik, die insbesondere als ein Kl-Modell 100 (beispielsweise ein trainiertes Maschinenlern (ML)-Modell) realisiert sein kann. Parameter des Kl-Modells 100 können in den Daten 54 hinterlegt sein.
Das Kl-Modell 100 weist einen Eingang 101 auf, der Pixel oder Voxel der OCT-Bilddaten oder daraus durch Vorverarbeitung abgeleitete Eingangswerte (beispielsweise Features der OCT-Bilddaten) empfangen kann. Das Kl-Modell 100 weist einen Ausgang 102 auf, der das Ergebnis der Defekt- Detektion oder defekt-Klassifizierung ausgeben kann. Das Kl-Modell 100 weist mehrere verborgene Schichten 103 auf, um basierend auf den am Eingang 101 empfangenen Eingangsdaten das Ergebnis der Defekt-Detektion oder Defekt-Klassifizierung zu bestimmen.
Das Kl-Modell 100 kann ein oder mehrere Deep-Learning (DL)-Modelle, beispielsweise CNNs („convolutional Neural Networks"), VisionTransformer (ViTs) oder andere ML-Modelle aufweisen.
Das System 10 kann so ausgestaltet sein, dass die Funktionen der Steuerlogik 40, das Rechensystems 50 und optional der weiteren Steuerlogik 40 in einem integralen Gerät kombiniert sind.
Fig. 13 ist eine schematische Darstellung des Systems 10, das eine Gerät 110 aufweist, das sowohl die Funktion der Steuerlogik 40 als auch die Funktion des Rechensystems 50 implementiert. Das Gerät 110 ist eingerichtet, Ausgangsdaten 111 des Detektors 18 der OCT-Anordnung zu empfangen und basierend darauf den Antrieb 23 der Iris-Blende 22 zur Steuerung der Leistung im Referenzarm 20 und die Strahlungsquelle 11 zur Steuerung der Ausgangsleistung der Strahlungsquelle 11 zu steuern. Das Gerät 10 kann eingerichtet sein, die Steuersignale oder Steuerdaten 112, 113 so zu erzeugen, dass ein Interferenzkontrast am Detektor 18 erhöht wird, um eine im Vergleich zu herkömmlichen Techniken genauere und/oder zuverlässigere Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte an optischen Werkstoffen zu ermöglichen. Fig. 14 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 120 zur Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte in einem optischen Werkstück. Das optische Werkstück kann ein optisches Werkstück aus Glas, Salz, Keramik, einem optischen Kunststoff, einem Halbleitermaterial oder einem anderen optischen Werkstoff sein. Das Verfahren 120 kann unter Verwendung des Systems 10 oder automatisch durch das System 10 ausgeführt werden. Das Verfahren 120 kann unter Verwendung der hier bereits beschriebenen Verfahren ausgeführt werden.
Bei 121 erfolgt eine OCT an dem optischen Werkstück. Schritt 121 kann eine Anpassung der OCT- Anordnung aufweisen. Die Anpassung kann automatisch durch die Steuerlogik 40 basierend auf wenigstens einem Interferenzbild erfolgen, das durch eine Messung an dem optischen Werkstück zur Ermittlung geeigneter Einstellungen der motorisierten Iris-Blende und/oder der Strahlungsquelle erzeugt wurde. Schritt 121 kann eine OCT-Bildgebung unter Verwendung der automatisch angepassten Einstellungen der Iris-Blende und/oder der Strahlungsquelle aufweisen.
Bei 122 erfolgt eine Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte basierend auf einer Auswertung von OCT-Bilddaten, die aus den mit dem Detektor 18 erfassten Interferenzbildern rechnerisch rekonstruiert werden. Die Detektion und/oder Klassifizierung kann bildbasiert durch Verwendung datengetriebener Auswertungstechniken, insbesondere durch Verwendung wenigstens eines trainierten ML-Modells, erfolgen.
Fig. 15 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 130 zur Werkstoffuntersuchung (beispielsweise zur Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte in einem optischen Werkstück). Der Werkstoff kann ein optisches Werkstück aus Glas, Salz, Keramik, einem optischen Kunststoff, einem Halbleitermaterial oder einem anderen optischen Werkstoff sein. Das Verfahren 130 kann unter Verwendung des Systems 10 oder automatisch durch das System 10 ausgeführt werden. Das Verfahren 130 kann unter Verwendung der hier bereits beschriebenen Verfahren ausgeführt werden.
Bei 131 erfolgt wenigstens eine Messung mit abgeschaltetem Messarm und/oder wenigstens eine Messung mit abgeschaltetem Referenzarm. Hierzu kann der Shutter 24, 29 im Referenzarm 20 und/oder Shutter 34, 39 im Messarm 30 von der Steuerlogik 40 automatisch angesteuert werden, um eine Durchführung der wenigstens einen Messung mit abgeschaltetem Messarm und/oder der wenigstens einen Messung mit abgeschaltetem Referenzarm zu ermöglichen.
Bei 132 erfolgt eine OCT an dem Werkstoff, wobei die OCT-Anordnung (beispielsweise die Leistungsregulierungseinrichtung im Referenzarm) die bei 131 erfassten Messergebnisse bei der Erfassung und/oder Auswertung der OCT-Bilddaten nutzt.
Ergebnisse der wenigstens eine Messung bei 131 können auf unterschiedliche Weise bei der OCT genutzt werden. Nachfolgend sind hierfür nicht beschränkende Ausgestaltungen des Systems 10 und/oder des Verfahrens nach Ausführungsbeispielen aufgeführt, von denen eine, mehrere oder alle kumulativ realisiert werden können: Die Abschalteinrichtung 24, 29 im Referenzarm 20 ermöglicht die Messung des Autokorrelationssignals in der Probe. Anschließend kann dieses Signal von der Steuerlogik 40 und/oder dem Rechensystem 50 genutzt werden, um die Messqualität zu verbessern.
Die Abschalteinrichtung 24, 29 im Referenzarm 20 kann zur Justage, Ausrichtung und Maximierung des Messsignals genutzt werden.
Die weitere Abschalteinrichtung 34, 39 im Messarm 30 kann zur Messung des Referenzsignals genutzt werden, um einen Gleichlichtanteil bei der OCT wenigstens teilweise oder vollständig zu korrigieren.
Die weitere Abschalteinrichtung 34, 39 im Messarm 30 kann zur Justage, Ausrichtung und Maximierung des Referenzsignals genutzt werden.
Die Abschalteinrichtung 24, 29 im Referenzarm 20 in Kombination mit der weiteren Abschalteinrichtung 34, 39 im Messarm 30 ermöglicht eine Dunkelstrommessung im Detektor, die zur Optimierung der OCT (Schritt 132) genutzt werden kann.
Fig. 16 zeigt weitere Merkmale des Systems 10, die bei jeder der offenbarten Ausgestaltungen, insbesondere bei jedem der Systeme 10 von Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 realisiert sein können. Das System 10 weist zusätzlich zu dem Objektiv 38 ein weiteres Objektiv 38' oder mehrere weitere Objektive 38', 38" auf. Die Steuerlogik 40 ist eingerichtet, ein Positionierungssystem 140 zu steuern, um das im Strahlgang des Messarms 30 positionierte Objektiv 38, 38', 38" zu wechseln. Dies kann automatisch erfolgen, ohne dass ein mechanischer Bedienereingriff für den Objektivwechsel erforderlich ist. Der Objektivwechsel kann abhängig von Messungen erfolgen, die bei abgeschaltetem Referenzarm 20 und/oder bei abgeschaltetem Messarm 30 erfasst wurden. Entsprechend kann die Steuerlogik 40 eingerichtet sein, das Positionierungssystem 140 abhängig von Messungen zu steuern, die bei abgeschaltetem Referenzarm 20 und/oder bei abgeschaltetem Messarm 30 durchgeführt wurden.
Das System 10 kann eingerichtet sein, eine optische Dispersionskorrektur automatisch auszuführen. Die optische Dispersionskorrektur kann in Abhängigkeit von dem im Strahlgang des Messarms 30 positionierte Objektiv 38, 38', 38" erfolgen, wobei das System 10 eingerichtet sein kann, die Dispersionskorrektur abhängig von Messungen zu steuern, die bei abgeschaltetem Referenzarm 20 und/oder bei abgeschaltetem Messarm 30 durchgeführt wurden.
Fig. 17 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 135 zur Werkstoffuntersuchung (beispielsweise zur Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte in einem optischen Werkstück). Der Werkstoff kann ein optisches Werkstück aus Glas, Salz, Keramik, einem optischen Kunststoff, einem Halbleitermaterial oder einem anderen optischen Werkstoff sein. Das Verfahren 135 kann unter Verwendung des Systems 10 oder automatisch durch das System 10 ausgeführt werden. Das Verfahren 135 kann unter Verwendung der hier bereits beschriebenen Verfahren ausgeführt werden. Bei 131 erfolgt wenigstens eine Messung mit abgeschaltetem Messarm und/oder wenigstens eine Messung mit abgeschaltetem Referenzarm. Dies kann wie unter Bezugnahme auf Fig. 15 beschrieben realisiert werden.
Bei 136 erfolgt eine Objektiv-Positionierung, bei der das Positionierungssystem 140 (optional basierend auf Messungen, die bei abgeschaltetem Referenzarm 20 und/oder bei abgeschaltetem Messarm 30 erfasst wurden) von der Steuerlogik 40 angesteuert wird, um ein gewünschtes Objektiv von mehreren Objektiven 38, 38', 38" im Strahlengang zu positionieren.
Bei 132 erfolgt eine OCT an dem Werkstoff, wobei die OCT-Anordnung (beispielsweise die Leistungsregulierungseinrichtung im Referenzarm) die bei 131 erfassten Messergebnisse bei der Erfassung und/oder Auswertung der OCT-Bilddaten nutzt. Dies kann wie unter Bezugnahme auf Fig. 15 beschrieben realisiert werden.
Bei 137 erfolgt eine automatische Dispersionskorrektur in Abhängigkeit von dem im Strahlengang des Messarms positionierten Objektivs. Die automatische Dispersionskorrektur kann optional basierend auf Messungen erfolgen, die bei abgeschaltetem Referenzarm erfasst wurden. Insbesondere können die verfügbaren Objektive 38, 38', 38" von dem System 10 vermessen werden (beispielsweise unter Verwendung eines Kalibrierobjekts), um basierend darauf für jedes von mehreren Objektiven 38, 38', 38" des Systems 10 eine zugeordnete Dispersionskorrektur zu bestimmen.
Während Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben wurden, können Abwandlungen bei weiteren Ausführungsbeispielen realisiert werden. Beispielhafte spezifische Abwandlungen und Weiterbildungen wurden bereits erläutert. Weitere Abwandlungen sind möglich. Nachfolgend werden nur beispielhaft weitere Abwandlungen erläutert:
Während beispielsweise eine OCT-Anordnung beschrieben wurde, die ein Michelson- Interferometer aufweist, können auch andere Interferometer-Typen eingesetzt werden.
Während eine OCT-Anordnung beschrieben wurde, bei der eine Leistungsregulierung im Referenzarm durch eine motorisierte Blende, optional in Kombination mit einem verschwenkbaren Polarisationsfilter, realisiert ist, kann die Leistungsregulierung auch auf andere Weise durch Verwendung steuerbare optische Elemente erreicht werden.
Die Verfahren und Systeme sind zur Qualitätskontrolle von Komponenten optischer Geräte geeignet, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Die vorliegende Offenbarung umfasst auch Ausführungsformen mit jeglicher Kombination von Merkmalen, die zu verschiedenen Ausführungsformen genannt oder gezeigt sind. Sie umfasst ebenfalls einzelne Merkmale in den Figuren, auch wenn sie dort im Zusammenhang mit anderen Merkmalen gezeigt sind und/oder vorstehend oder nachfolgend nicht genannt sind. Auch können die in den Figuren und der Beschreibung beschriebenen Alternativen von Ausführungsformen und einzelne Alternativen deren Merkmale vom Erfindungsgegenstand beziehungsweise von den offenbarten Gegenständen ausgeschlossen sein.
Die Ausdrücke „umfassen" sowie „aufweisen" und Ableitungen davon zeigen eine nichtabschließende Beziehung an und schließen das Vorhandensein anderer Elemente oder Schritte nicht aus. Der unbestimmte Artikel „ein" bzw. „eine" und Ableitungen davon schließt nicht aus, dass eine Mehrzahl der entsprechenden Elemente vorhanden ist. Die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen aufgeführter Merkmale können durch eine Einheit beziehungsweise einen Schritt erfüllt sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung stellen verbesserte Techniken zur Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte bereit. Die Verfahren und Systeme eignen sich besonders zur Detektion oberflächennaher Defekte, die im Inneren eines optischen Werkstoffs innerhalb einer Randzone von der Oberfläche liegen. Die Verfahren und Systeme ermöglichen eine zerstörungsfreie Detektion derartiger Defekte in optischen Werkstoffen.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Werkstoffuntersuchung, aufweisend
Ausführen einer optischen Kohärenztomographie, OCT, an einem Werkstoff (70) mit einer OCT-Anordnung (11, 18, 19, 20, 30, 40), um OCT-Bilddaten (73) zu erzeugen; und
Auswerten der OCT-Bilddaten (73); wobei die OCT-Anordnung (11, 18, 19, 20, 30, 40) aufweist: einen Messarm (30), der zum Scannen des Werkstoffs (70) eingerichtet ist; einen Referenzarm (20); eine Strahlungsquelle (11) zum Erzeugen kohärenter Strahlung für den Messarm (30) und den Referenzarm (20); und einen Detektor (18) zum Erfassen einer kohärenten Überlagerung (17) der kohärenten Strahlung aus dem Referenzarm (20) und dem Messarm (30), wobei der Referenzarm (20) wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung (21; 22, 23; 22, 23, 25, 41) aufweist, die beim Erfassen der OCT-Bilddaten (73) von einer Steuerlogik (40; 40, 42, 43) gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuerlogik (40; 40, 42, 43) die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung (21; 22, 23; 22, 23, 25, 41) basierend auf einer Intensitätsvarianz eines von dem Detektor (18) erfassten Interferenzmusters (71; 78) steuert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Steuerlogik (40; 40, 42, 43) die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung (21; 22, 23; 22, 23, 25, 41) basierend auf dem Intensitätsvarianz (71; 78) und basierend auf einem dynamischen Bereich (77) des Detektors (18) steuert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Steuerlogik (40; 40, 42, 43) die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung (21; 22, 23; 22, 23, 25, 41) sowie eine Ausgangsleistung der Strahlungsquelle (11) so steuert, dass die Intensitätsvarianz (71; 78) den dynamischen Bereich (77) des Detektors (18) vollständig ausnutzt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung (21; 22, 23; 22, 23, 25, 41) eingerichtet ist, eine optische Strahlungsleistung im Referenzarm (20) stufenweise in mehreren Stufen oder kontinuierlich zu dämpfen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung (21; 22, 23; 22, 23, 25, 41) eine Iris-Blende (22) und einen Blendenantrieb (23) zum Verstellen der Iris-Blende aufweist, wobei die Steuerlogik (40; 40, 42, 43) den Blendenantrieb (23) steuert.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Referenzarm (20) eine Strahlaufweitungsoptik (27) aufweist, die einen von der Strahlungsquelle (11) erzeugten Strahl der kohärenten Strahlung im Referenzarm (20) vor Auftreffen auf die Iris-Blende (22) aufweitet.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung (21; 22, 23; 22, 23, 25, 41) für eine Lichtpolarisations-basierte Leistungsregulierung im Referenzarm (20) eingerichtet ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die OCT-Anordnung (11, 18, 19, 20, 30, 40) einen Strahlteiler (19; 19p) aufweist, über den die von der Strahlungsquelle (11) erzeugte kohärente Strahlung in den Referenzarm (20) und den Messarm (30) eintritt, und wobei die OCT-Anordnung (11, 18, 19, 20, 30, 40) einen Polarisator (13) aufweist, der zwischen der Strahlungsquelle (11) und dem Strahlteiler (19; 19p) vorgesehen ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung (21; 22, 23, 25, 41) einen ersten Polarisationsfilter (25) im Referenzarm (20) aufweist, und wobei die OCT-Anordnung einen zweiten Polarisationsfilter (35) im Messarm (30) aufweist, wobei die Steuerlogik (40; 40, 42, 43) zum Hervorrufen einer Verstellung des ersten Polarisationsfilters (25) und des zweiten Polarisationsfilters (35) eingerichtet ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10 in Abhängigkeit von Anspruch 6 oder 7, wobei der erste Polarisationsfilter (25) zwischen dem Strahlteiler (19) und der Iris-Blende (22) angeordnet ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Strahlteiler ein polarisierender Strahlteiler (19p) ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die OCT-Anordnung (11, 18, 19, 20, 30, 40) einen ersten Shutter (24, 29) im Referenzarm (20) und einen zweiten Shutter (34, 39) im Messarm (30) aufweist, und wobei das Verfahren aufweist: Ansteuern des ersten Shutters (24, 29) und/oder des zweiten Shutters (34, 39) durch die Steuerlogik, um wenigstens eine Messung auszuführen, bei der wenigstens einer von dem Referenzarm (20) und/oder dem Messarm (30) abgeschaltet ist, wobei das Erfassen der OCT-Bilddaten (73) und/oder das Auswerten der OCT-Bilddaten abhängig von der wenigstens einen Messung durchzuführen.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Werkstoff (70) ein optisches Werkstück aufweist, und wobei das Auswerten der OCT-Bilddaten (73) eine automatische Detektion und/oder Klassifizierung oberflächennaher Defekte in dem optischen Werkstück (70) aufweist.
15. System (10) zur Werkstoffuntersuchung, aufweisend eine optische Kohärenztomographie, OCT, -Anordnung (11, 18, 19, 20, 30, 40) zum Ausführen einer OCT an einem Werkstoff (70), um OCT-Bilddaten (73) zu erzeugen, wobei die OCT-Anordnung (11, 18, 19, 20, 30, 40) aufweist: einen Messarm (30), der zum Scannen des Werkstoffs (70) eingerichtet ist; einen Referenzarm (20), der wenigstens eine Leistungsregulierungseinrichtung (21; 22, 23; 22, 23, 25, 41) aufweist; eine Strahlungsquelle (11) zum Erzeugen kohärenter Strahlung für den Messarm (30) und den Referenzarm (20); einen Detektor (18) zum Erfassen einer kohärenten Überlagerung (17) der kohärenten Strahlung aus dem Referenzarm (20) und dem Messarm (30); und eine Steuerlogik (40; 40, 42, 43), die zum Steuern der wenigstens einen Leistungsregulierungseinrichtung (21; 22, 23; 22, 23, 25, 41) eingerichtet; und ein Rechensystem (50) zum Auswerten der OCT-Bilddaten (73).
16. System (10) nach Anspruch 15, das zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 eingerichtet ist.
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