Technologie

Optocraft liefert leistungsfähige multifunktionale Lösungen für die Optik-Prüfung und Laserstrahlcharakterisierung. Herzstück der Produkte ist der Shack-Hartmann Wellenfrontsensor, aber auch andere Sensoren und industrielle Bildverarbeitung kommen zur Anwendung.

Shack-Hartmann Wellenfrontsensor

Die ursprüngliche Idee veröffentlichte Johannes Hartmann im Jahr 1904. Zur Messung der Abbildungsqualität von Objektiven brachte er eine Lochmaske in den Lichtstrahl ein und beobachtete mittels einer Fotoplatte das sich ergebende Punktmuster (Spots). Aus der Position der einzelnen Spots schloss er auf die Qualität des Objektivs. Roland Shack entwickelte diese Technologie in den 1970ern weiter: Durch den Einsatz von Mikrolinsen erzielte er eine deutlich gesteigerte Lichteffizienz des Verfahrens und konnte zudem mittels der damals aufkommenden Kamera- und Computer-Technologie eine automatisierte Datenauswertung durchführen.

Das Grundprinzip ist sowohl bei Hartmann als auch bei Shack-Hartmann gleich: Durch die lokale Neigung der Wellenfront wird der Spot in der Auffangebene hinter der jeweiligen Mikrolinse seitlich in x- und y-Richtung verschoben. Die Verschiebung des Spotschwerpunktes ist somit ein Maß für die mittlere lokale Wellenfrontneigung. Durch numerischen Rekonstruktionsverfahren wird aus der Vielzahl der Messwerte die Wellenfront berechnet.

Je nach Applikation können dann durch eine weiterführende Auswertung die relevanten Informationen über den Prüfling berechnet werden (siehe auch untenstehende Links ). So zum Beispiel

  • bei Lasern: Parameter wie Strahltaille, Divergenz, M², usw.
  • bei Optiken: die Punktbildfunktion, Modulations-Übertragungsfunktion, usw.
  • bei Kontakt- oder Intraokularlinsen: refraktive Daten, Brechkraftverteilung, usw.

oder durch Kombination mehrerer Messungen auch Daten wie

  • Bildfeldkrümmung,
  • Chromatische Aberrationen
  • usw.

Warum Shack-Hartmann?

Auf Grund ihres geometrisch-optischen Messprinzips arbeiten Shack-Hartmann Sensoren ohne eine simultan vorhandene Referenz-Wellenfront. Dies ist ein großer Vorteil gegenüber der Interferometrie. Außerdem sind bei Shack-Hartmann Sensoren die Anforderungen bzgl. der Umgebungsbedingungen und der Lichtquelle deutlich niedriger:
  • „Single shot“ Technik, d.h. Auswertung basierend auf einem einzigen Kameraframe möglich
  • Hohe intrinsische Stabilität
  • Nutzbar in breitem Spektralbereich
  • Nutzbar auch mit Licht niedriger Kohärenz

Warum Optocraft?

Wir sind seit mehr als 20 Jahren in der Optikprüfung zu Hause. Diese Expertise finden Sie sowohl in der Software und im Gerätedesign wieder, als auch im direkten Gespräch mit unseren Mitarbeitern.

Optocrafts Wellenfrontsensoren und Prüfsysteme bieten zusätzliche Vorteile:

  • Herausragende Genauigkeit
  • Extremer Messbereich
  • Schnelle Rekonstruktion der Wellenfront

Die Grundgenauigkeit der Sensoren ist so hoch, dass in der täglichen Praxis keine dedizierten Referenzmessungen mehr erforderlich sind.

SHSLab arbeitet zudem mit einzigartigen Algorithmen, die auch die Messung von Wellenfronten mit extremer Dynamik ermöglichen. Dadurch sind auch extrem verkrümmte und asphärische Wellenfronten messbar.

Industrielle Bildverarbeitung

Unter „Industrieller Bildverarbeitung“ verstehen wir die Verwendung von Kameras, Optiken und Algorithmen. Optocraft setzt industrielle Bildverarbeitung ein, um beispielsweise
  • die Position von Prüflingen präzise zu detektieren,
  • Marken oder Gravuren auf Prüflingen zu erkennen,
  • geometrische Form und Eigenschaften zu messen,
  • oder auch um Information über die Sauberkeit oder Unversehrtheit der Prüflinge sichtbar zu machen.
Dabei verwenden wir ausschließlich hochwertige Komponenten, die den Anforderungen der jeweiligen Anwendung entsprechen. Zusätzlich zu den am Markt verfügbaren Standardkomponenten entwickelt Optocraft selbst Lichtquellen, Optiken und Algorithmen, um die Integrierbarkeit und den Funktionsumfang der Wellenfrontmessgeräte und -module zu optimieren.

Systeme für die Optikprüfung

Die Prüfung von Optiken wie z.B. Objektiven, Beam Expandern oder ophthalmischen Linsen kann mit unterschiedlichen Messkonfigurationen durchgeführt werden. Optocraft bietet dafür Module und Geräte zur Prüfung in „einfachem oder doppeltem Durchgang“ an, sowie auch in „Null-Test-Konfiguration“ oder in „Nicht-Null-Test-Konfiguration“.

1Xpass vs. 2Xpass

Je nachdem um was für eine Optik es sich handelt, wird diese im einfachen Durchgang (1Xpass) oder im doppelten Durchgang (2Xpass) geprüft.

Beide Ansätze bieten Vor- und Nachteile, die je nach Anwendung und Prüflingstyp mehr oder weniger ins Gewicht fallen. So werden Präzisionsoptiken wie z.B. Mikroskop-Objektive in der Regel im doppelten Durchgang geprüft, da man so aufgrund der hervorragenden Kalibrierbarkeit eine sehr hohe absolute Messgenauigkeit erreicht.

Systeme wie z.B. Sub-Baugruppen oder Projektions-Optiken, die per Design stark aberrierte Wellenfronten erzeugen, prüft man bevorzugt im einfachen Durchgang. Denn die Übertragung der Wellenfront vom Prüfling zum Wellenfrontsensor wird mit zunehmenden Aberrationen schwieriger. Somit ist es in einem solchen Fall günstiger, wenn der Prüfling nur einmal durchlaufen und dessen Aberrationen nicht um den Faktor zwei verstärkt werden.

Null-Test vs. Nicht-Null-Test

Bei der IOL- und Kontaktlinsen-Prüfung kommt es auf hohe Geschwindigkeit und einfache Bedienbarkeit an. Daher sind unsere Geräte für die Prüfung solcher Linsen als Nicht-Null-Test-Systeme ausgelegt. Denn hier muss der Prüfling nicht exakt in allen drei Raumrichtungen einjustiert werden, wie im Fall eines Null-Tests. Zudem ermöglicht die Messung im Nicht-Null-Test eine direkte Bestimmung der Brechkraft. Zu beachten ist, dass bei Linsen mit hoher Brechkraft eine Null-Test-Konfiguration vorteilhaft sein kann.

Relay-Optik und Abbildung

Um die Detektionsfläche des Wellenfrontsensors an die Prüflingspupille anzupassen, setzen wir wie in den Skizzen gezeigt Kepler-Teleskope ein. Denn ein Kepler-Teleskop verfügt zudem über die Eigenschaft, dass es die Prüflingspupille auf den Wellenfrontsensor abbilden kann (was bei einem Galilei-Teleskop z.B. nicht der Fall ist). Und dies ist essentiell, um Propagations-Effekte zu vermeiden, welche ohne ein Teleskop die Messgenauigkeit beeinträchtigen würden.

In der gezeigten Konfiguration (beidseitig telezentrisches Teleskop) wird der kollimierte Strahl durch das Teleskop in einen kollimierten Strahl mit anderem Strahlquerschnitt transformiert. Eine zweite Aufgabe des Teleskops ist jedoch, die Pupille des Prüflings scharf auf den Wellenfrontsensor abzubilden.

Somit stellt das Teleskop sicher, dass das reale Bild des Prüflings auf dem Mikrolinsenarray des Wellenfrontsensors liegt und so auch Messartefakte durch Wellenfrontpropagation zwischen Prüflingsebene und Messebene effektiv eliminiert werden.

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