Einsatz von Mikrospiegelarrays in der elektronischen Speckle-Muster-Interferometrie

Eine interessante Alternative zur Weißlichtinterferometrie und zu den Triangulationsverfahren stellt die Formvermessung basierend auf dem Zwei-Wellenlängen-Verfahren in Kombination mit Phasenschieben [Wya] dar. Dieses Messverfahren ist Forschungsschwerpunkt der vorliegenden Arbeit. Signifikante Vorteile sind der variable Messabstand zum Prüfling sowie ein nahezu identischer Beleuchtungs- und Beobachtungspfad. Da kein Abtasten erforderlich ist, sind die Messzeiten besonders kurz. Die Auswertung von Formvermessungen erfolgt dabei anhand so genannter Phasenbilder, welche die Oberflächenstruktur des Messobjekts in Form von Streifen, ähnlich den Höhenlinien einer Landkarte, darstellen.

Diese Messmethode ist bislang dann an ihre Grenzen gestoßen, wenn Oberflächenbereiche zu steil waren und wenn damit der Streifenabstand in den zugehörigen Bereichen des Phasenbilds so gering wurde, dass eine Separation und damit eine getrennte Auflösung mit der Auswerteeinheit nicht mehr möglich waren. Diese Arbeit präsentiert eine Anordnung und ein Messverfahren zur Überwindung derartiger Einschränkungen. Zu diesem Zweck wurden erstmals in einem elektronischen Speckle- Muster-Interferometer (ESPI) zur Formvermessung die Messmethoden der Formvermessung und Deformationsmessung vereint und die Phasenfront der Referenzwelle durch Integration eines Mikrospiegelarrays (MSA) variabel einstellbar ausgeführt. Räumliche Phasenmodulatoren sind bislang weitläufig bekannt für ihren Einsatz in der Astronomie oder Augenheilkunde. Durch sie können bei der Sternenbeobachtung Turbulenzen der Atmosphäre kompensiert, in der Medizin Sehfehler behoben werden [Bab53], [FIA01]. Ihr praktischer Einsatz in der Speckle-Messtechnik zur Auflösungserhöhung von Formvermessungen ist hingegen eine Neuheit.

Für die Einbindung der aktiven Wellenfrontformung in den Messablauf der Formvermessung wurde ein neuartiges Messverfahren, die sog. desensibilisierte Formvermessung, entwickelt. Kapitel 3 erläutert theoretischen Grundlagen sowie die neu erarbeiteten Möglichkeiten einer punktuellen oder flächigen Auswertung der resultierenden, informationstragenden Phasenbilder. Ein Einblick in die experimentelle Anordnung, in Details zu Aufbau und Funktion des ausgewählten Mikrospiegelarrays als auch dessen Positionierung im Messsystem wird in Kapitel 4 gegeben. Das Besondere der neuartigen Messmethode ist, dass das Messsystem voll automatisiert diejenigen Bereiche der Objektoberfläche detektiert, die aufgrund eines zu großen Höhengradienten entweder nur schwer oder überhaupt nicht auflösbar sind. Im Anschluss adaptiert das System vollkommen eigenständig und gezielt die Phasenfront des Lasers. Einzelheiten hierzu, Messergebnisse von desensibilisierten Formvermessungen sowie eine Abhandlung über Abbildungsfehler im System durch Linsen-Aberrationen, Interferenzen bedingt durch das MSA-Schutzglas und deren Kompensation sind Bestandteil von Kapitel 5. Aufgrundder geometrischen Oberflächenstruktur des verwendeten Mikrospiegelarrays kommt es jedoch zu Beugungserscheinungen, die sich als Störgröße auf die Messungen auswirken. Um ihre Dimensionen erfassen und fundiert belegen zu können, wurde erstmalig ein vollständiges Modell dieser Effekte am MSA entwickelt. Diese entworfene Simulation und ihr Vergleich mit realen Messresultaten werden in Kapitel 6 einander gegenübergestellt.