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Optisches Messverfahren zur berührungslosen Topografiemessung


Kurzfassung

Hochauflösende Messung von Freiformflächen ohne Referenzoptiken

Um für optische Elemente und Systeme eine Beurteilung der optischen Eigenschaften vornehmen zu können, wird bei Verwendung der Standardverfahren eine teure Referenzfläche mit nahezu der gleichen Topografie wie die des zu prüfenden Objekts benötigt.

Mit dem patentierten Verfahren zur optischen Analyse von reflektierenden Oberflächen wird keine Referenzoptik benötigt, aber dennoch eine hohe Genauigkeit (< 10 nm) erzielt. Hierzu wird die Intensitätsverteilung eines vom Prüfling reflektierten Prüfstrahl in mehreren Ebenen gemessen. So kann der exakte Strahlverlauf bestimmt und die Steigung der Oberfläche ermittelt werden. Neben dem Profil der Oberfläche kann mit dem Verfahren ebenfalls die Welligkeit und Rauheit gemessen werden. 

Anwendungsgebiete sind u. a. die Untersuchung von Linsensystemen, Wafern, Blechen oder Teilen mikromechanischer Sensoren.


Hintergrund

Sowohl bei der Herstellung als auch beim Test optischer Elemente und Systeme ist eine Beurteilung der Abbildungsgüte oder allgemeiner der optischen Eigenschaften erforderlich. Die Standardverfahren zur Messung von Topografien sind u. a. das interferometrische Verfahren und das scannende Verfahren. Interferometrische Messungen haben den Nachteil, dass eine Referenzfläche mit nahezu der gleichen Topografie wie die des zu prüfenden Objekts benötigt wird. Die Anschaffung der Referenzoptiken ist mit hohen Kosten verbunden.


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Lösung

Die Professoren Friedrich Fleischmann und Thomas Henning entwickeln am Institut „i3m“ der Hochschule Bremen ein neues und patentiertes Verfahren zur optischen Analyse von reflektierenden Oberflächen mit hoher Genauigkeit, ohne dass eine Referenzoptik benötigt wird. Basierend auf dem ebenfalls patentierten „EasyPrecision“-Verfahren (DE102007003681B4/HB117) kann die Oberflächentopographie eines Prüflings bestimmt werden. Hierzu wird ein Prüfstrahl aus kohärentem bzw. teilkohärentem Licht auf verschiedene Oberflächenpositionen des Prüflings gerichtet und reflektiert. Die Intensitätsverteilung des reflektierten Prüfstrahls wird in mehreren Ebenen gemessen. Mittels der so entstehenden virtuellen Referenzfläche kann der exakte Strahlverlauf bestimmt und die Steigung der Oberfläche am Reflexionspunkt des Prüfstrahlt ermittelt werden. Neben dem Profil der Oberfläche kann mit dem Verfahren ebenfalls die Welligkeit und Rauheit gemessen werden. Versuche zeigen, dass eine Genauigkeit < 10 nm und eine transversale Auflösung bis zu 5 μm erzielt werden können.


Vorteile

  • ideal für die Messung von Freiformflächen: nahezu beliebig geformte Oberflächen (eben, gekrümmt, nicht-rotationssymmetrisch) können gemessen werden
  • berührungslose Vermessung
  • auch für besonders kleine Strukturen geeignet
  • keine teure Referenzoptik erforderlich
  • geringere Störanfälligkeit gegenüber Vibrationen oder Luftbewegungen
  • keine zusätzlichen Optiken zur Anpassung der Messaperatur an den Prüfling erforderlich
  • einfache und automatisierbare Justage

Anwendungsgebiete sind u. a. die Untersuchung von Linsensystemen, Wafern, Blechen oder Teilen mikromechanischer Sensoren. Die Erfindung wäre aber auch zur Qualitätsüberprüfung im 3D-Druck geeignet.


Anwendungsbereiche

Optische Messtechnik, Qualitätssicherung


Service

Lizenzierung, Verkauf, Kooperation und Weiterentwicklung


InnoWi GmbH

Dr.-Ing. Jens Hoheisel
0421 96007-15
jens.hoheisel@innowi.de
www.innowi.de
Adresse
Fahrenheitstraße 1
28359 Bremen



Entwicklungsstand

Demonstrationsexemplar


Patentsituation

  • DE 10 2011 077 982 B4 erteilt

Stichworte

Berührungsloses Messen, reflektierende Oberflächen, Freiformflächen, Topografiemessung

Angebot Anbieter-Website


Kontakt | Geschäftsstelle

TechnologieAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr