Fertigung und Charakterisierung von Metalloptiken mit Freiformflächen

In der letzten Dekade gelang es den allgemeinen Trend der Nutzung von Freiformoptiken in Beleuchtungssystemen anwendungstauglich auf abbildende optische Systeme zu erweitern. Maßgeblich hierfür sind maßgeschneiderte Designansätze und Algorithmen sowie ein signifikanter Fortschritt in der Fertigung, Referenzierung und Messtechnik von Freiformflächen. Die Anwendung von Asphären und Freiformen mit dem Fokus auf kürzere Wellenlängen erfordert eine erhebliche Verbesserung von Formabweichung, Welligkeit und Rauheit der optischen Komponenten, und adressiert beugungsbegrenzte Systeme im visuellen Spektralbereich. Die Herstellung von unsymmetrischen, freigeformten Optiken verlangt im Gegensatz zur klassischen, rotationssymmetrischen Fertigung, die Anwendung von deterministisch gesteuerten, punktuell oder teilflächig wirkenden Bearbeitungswerkzeugen. Der vorliegende Beitrag beleuchtet mess- und fertigungstechnische Strategien und Methoden zur Vermeidung und Korrektur hoch-, mittel- und niederfrequenter Oberflächenfehler auf metalloptischen Asphären und Freiformoptiken. Das Potential der Freiformfertigung, aber auch aktuelle Grenzen werden an Beispielen diskutiert.

Over the last decade, the general trend towards using freeform optics in illumination systems has been successfully extended to imaging optical systems suitable for practical applications. Customized design approaches and algorithms as well as significant progress in manufacturing, referencing and measurement technology are decisive factors in this regard. The application of aspheres and freeforms with a focus on shorter wavelengths require a significant improvement of shape deviation, waviness and roughness of the optical components to address diffractionlimited systems in the visual spectral range. Unlike conventional rotationally symmetric manufacturing, the production of asymmetrical, freeform optics requires the use of deterministically controlled machining tools that act on specific points or sub-apertures. This article highlights measurements and manufacturing strategies and methods for preventing and correcting high spatial, mid spatial and low spatial surface deviations on metal optical aspheres and freeform optics. The potential of freeform manufacturing, but also its current limitations, are discussed using examples.