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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Elements mit mindestens einer beliebig frei geformten Fläche
(Freiformfläche) mit hoher Formgenauigkeit und geringer
Oberflächenrauhigkeit gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Glätten einer Freiformfläche
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 17.
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STAND DER TECHNIK
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Für
die Mikrolithographie zur Herstellung von elektrotechnischen Bauteilen
mit kleinsten Strukturgrößen werden hochleistungsfähige
Beleuchtungs- und Projektionsobjektive zur Ausleuchtung und Abbildung
der Strukturen eines Retikels auf ein Halbleiterbauelement eingesetzt.
Um die entsprechenden Abbildungsgenauigkeiten im Nanometerbereich
erhalten zu können, ist es erforderlich, optische Elemente,
wie Linsen, Spiegel und dergleichen, mit einer hohen Formgenauigkeit
und niedrigen Oberflächenrauhigkeiten einzusetzen und entsprechend
herzustellen. Bei den hierzu zur Verfügung stehenden Materialbearbeitungsverfahren
wird unterschieden zwischen Formgebungsverfahren, die die Oberflächenrauhigkeit
erhalten, und solchen, die eine Aufrauung der Oberfläche
bei der Bearbeitung zur Folge haben. Ungünstigerweise sind
gerade die Verfahren, die hohe Materialabträge ermöglichen,
wie z. B. Schleifen oder Fräsen, bzgl. der Oberflächenrauhigkeit
ungünstig, da sie zu einer starken Aufrauung der Oberfläche
führen. Entsprechend werden nach derartigen Bearbeitungsverfahren,
die aber zur Bearbeitung der optischen Elemente in vertretbaren
Zeiten erforderlich sind, Glättschritte bzw. Glättprozesse
durchgeführt, die die durch die Formgebung verursachten Aufrauungen
wieder beseitigen. Nachdem die Glättschritte jedoch üblicherweise
durch Materialabtrag wiederum eine Veränderung der Form
bewirken, müssen die dadurch eingeführten Formfehler
wieder in Formkorrekturschritten korrigiert werden. Entsprechend
ergibt sich eine Prozesskette mit einer Abfolge von Formkorrektur-
und Glättschritten bis die gewünschte Formgenauigkeit
und Oberflächenrauhigkeit erreicht sind.
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Aufgrund
der weiter steigenden Anforderungen an die Leistungsfähigkeit
der Mikrolithographieobjektive werden neben den sphärischen
Oberflächenformen der optischen Elemente mit Kugelsegmentflächen
und von dieser sphärischen Form abweichende asphärische,
aber rotationssymmetrische optische Flächen zunehmend auch
beliebig frei geformte, nicht rotationssymmetrische optische Flächen,
sog. Freiformflächen erforderlich, um die entsprechenden
Abbildungen zu gewährleisten. Bei derartigen Freiformflächen
ergibt sich jedoch die Problematik, dass im Gegensatz zu den sphärischen
Flächen und asphärischen, rotationssymmetrischen
Flächen keine geeigneten Glättungsprozesse zur
Verfügung stehen, die es ermöglichen, bei hoher
Formgenauigkeit an der entsprechenden Fläche eine über die
gesamte Fläche gleich bleibende Oberflächenrauhigkeit
einzustellen.
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Aus
der
DE 10 331 390
A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein optisches Element
mit zwei gegenüberliegenden sphärischen Oberflächen
in eine asphärische Formschale gepresst und anschließend sphärisch
bearbeitet wird. Im entspannten Zustand relaxiert die bearbeitete
Oberfläche aus der sphärischen Gestalt in eine
asphärische Form.
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Eine
Anpassung der zu bearbeitenden Oberfläche an das Formgebungswerkzeug
ist auch aus der
JP
2000 084 838 A bekannt. Hier werden Halbleiterbauelemente
mit nicht planarer Oberfläche durch entsprechende Verformung
an das planare Formgebungswerkzeug angepasst, so dass die entsprechende
Oberfläche durch das Formgebungswerkzeug bearbeitet werden
kann.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung
bereitzustellen, mit welchen es möglich ist, Elemente,
insbesondere optische Elemente, wie Spiegel, Linsen und dergleichen,
herzustellen, welche mindestens eine beliebig frei geformte Fläche,
eine sog. Freiformfläche aufweisen, die höchsten
Anforderungen an hohe Formgenauigkeit und geringe Oberflächenrauhigkeit
genügt. Insbesondere sollen derartige Elemente geeignet
sein als optische Elemente für Mikrolithographieobjektive
mit den entsprechenden Genauigkeits- und Rauhigkeitsanforderungen
eingesetzt zu werden. Darüber hinaus soll das Verfahren
einfach anwendbar bzw. die Vorrichtung einfach herstellbar und betreibbar
sein, sowie insgesamt eine effektive Herstellung der entsprechenden
Elemente ermöglichen.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
17. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfinder haben erkannt, dass die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst
werden kann, dass zumindest eine Zweiteilung der Bearbeitungsschritte
vorgenommen wird und zwar einerseits in einen Formgebungsschritt
und andererseits in einen Glättungsschritt. Darüber
hinaus wird gemäß der Erfindung so vorgegangen,
dass insbesondere im Glättungsschritt eine Verspannung
bzw. daraus resultierende elastische Verformung des zu bearbeitenden Elements
bewirkt wird, welche die Bearbeitung mit bekannten Glättprozessen
für sphärische, plane oder asphärische,
insbesondere rotationssymmetrische Oberflächen ermöglicht.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass in dem Formgebungsschritt
Formgebungsverfahren mit hohem Materialabtrag eingesetzt werden
können, so dass kurze Bearbeitungszeiten gewährleistet
sind. Die dadurch möglicherweise eingebrachten Rauhigkeiten
werden dann in einem nachfolgenden Glättungsprozess beseitigt,
wobei durch die Verspannung bzw. Verformung des zu bearbeitenden
Elements eine intermediäre Form eingestellt wird, die es
ermöglicht Glättungsprozesse für sphärische,
nahezu sphärische, plane oder asphärische, rotationssymmetrische
Oberflächen einzusetzen. Die Erfinder haben hierbei erkannt,
dass die bisher zur Formung von asphärischen optischen
Flächen eingesetzte Verformung bzw. Verspannung des zu
bearbeitenden Elements in neuartiger Weise für die Lösung
der oben genannten Aufgabenstellung abgeändert werden kann.
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Anders
als bei dem oben beschriebenen Verfahren der
DE 10 331 390 A1 , wird
nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zunächst
ein beliebig geformtes Werkstück durch beliebige Formgebungsverfahren
in eine an die gewünschte Freiformfläche angenäherte
Form gebracht, um anschließend durch Krafteinwirkung die
zu bearbeitende Fläche in eine sphärische, nahezu
sphärische, plane oder rotationssymmetrische Gestalt zu
bringen. Diese intermediäre Form wird dann in dem zweiten
Bearbeitungsschritt geglättet. Entsprechend wird bei dem
Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht,
wie bei dem bekannten Verfahren gemäß der
DE 10 331 390 A1 , die
Formgebung in einem verspannten, verformten Zustand durchgeführt,
sondern insbesondere die Glättung einer bereits vorhandenen
Freiformfläche.
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Wesentlich
bei der vorliegenden Erfindung ist somit, dass die Bearbeitung in
zwei unabhängige, getrennte Schritte, nämlich
einerseits den Formgebungsschritt und andererseits den Glättungsschritt aufgeteilt
wird und dass im Formgebungsschritt eine beliebig frei geformte,
nicht-rotationssymmetrische Oberfläche ausgebildet werden
kann, die dann im anschließenden Glättungsschritt
in der Oberflächenrauhigkeit entsprechend eingestellt werden
kann. Gleichzeitig gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren,
dass das Verfahren einfach durchführbar ist, da das zu
bearbeitende Element lediglich während des zweiten Bearbeitungsschrittes,
also des Glättungsschrittes, in eine Bearbeitungsvorrichtung eingespannt
werden muss, bei welcher Aktoren auf die Seite, die der zu bearbeitenden
Oberfläche gegenüberliegt, derartig einwirken,
so dass aus der zu bearbeitenden, beliebig frei geformten Oberfläche, welche üblicherweise
nicht rotationssymmetrisch ist, durch elastische Verformung bzw.
Verspannung eine rotationssymmetrische oder idealerweise sphärische bzw.
nahezu sphärische Oberfläche erzeugt wird, die dann
einfach bearbeitet werden kann.
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Bei
der Krafteinleitung zur Verspannung bzw. Verformung des zu bearbeitenden
Elements können mechanisch, piezoelektrisch, pneumatisch
und/oder hydraulisch wirkende Aktoren vorgesehen sein, so dass sowohl
Zug- als auch Druckkräfte auf das optische Element einwirken
können. Dadurch wird bewirkt, dass die zu bearbeitende
Oberfläche sowohl nach Außen ausgebeult als auch
nach Innen eingedrückt werden kann.
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Die
Krafteinleitung bzw. die Verteilung der Aktoren an der der zu bearbeitenden
Oberfläche gegenüberliegenden Seite kann derart
sein, dass durch die Aktoren das gesamte zu bearbeitende Element beeinflusst
werden kann, also die Aktoren über die gesamte Seite verteilt
sind, die der zu bearbeitenden Oberfläche gegenüberliegt.
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Hierbei
können die Aktoren in oder an der Aufnahme der Bearbeitungsvorrichtung
so angeordnet sein, dass die Aktoren einander benachbart die gesamte
Aufnahme überdecken. Insbesondere können die Aktoren
in einem Feld in Reihen und Spalten angeordnet sein.
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Die
erforderlichen Zug- und/oder Druckkräfte können
durch eine vorangegangene Simulationsrechnung aus der angestrebten
Zielform der Oberfläche und der im ersten Bearbeitungsschritt
eingestellten Oberflächenkontur ermittelt werden. Dazu
ist lediglich im Vorfeld zu bestimmen, welche intermediäre Form
die zu bearbeitende Oberfläche während des zweiten
Bearbeitungsschrittes, also des Glättschrittes, einnehmen
soll.
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Die
ersten und zweiten Bearbeitungsschritte, also der Formgebungsschritt
und der Glättschritt, können bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren mehrmals nacheinander durchlaufen werden, wobei insbesondere
während der einzelnen Bearbeitungsschritte in jedem Zyklus
unterschiedliche Materialbearbeitungsverfahren eingesetzt werden
können, um sich so schrittweise der Zielform mit der angestrebten Formgenauigkeit
und Oberflächenrauhigkeit zu nähern.
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Nach
dem zweiten Bearbeitungsschritt, also der Glättung der
Freiformfläche, kann sich ein dritter Bearbeitungsschritt
anschließen, bei welchem eine Materialbearbeitung vorgenommen
wird, die eine geringfügige Korrektur der Form bei gleichzeitiger
Erhaltung der Oberflächenrauhigkeit ermöglicht.
Entsprechende Verfahren können beispielsweise Ionenstrahlverfahren,
Iron-Beam-Figuring (IBF) oder magneto-rheologische Bearbeitungsverfahren
(MRF) sein. Diese Verfahren weisen zwar lediglich nur einen geringen
Materialabtrag auf, besitzen jedoch den Vorteil, dass sie nicht
zu einer Aufrauung der Oberfläche führen. Entsprechend
sind sie für geringfügige Formanpassungen nach
bereits erfolgter Glättung bzw. Einstellung der Oberflächenrauhigkeit
geeignet.
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Dieser
dritte Bearbeitungsschritt kann nach Entspannung des zu bearbeitenden
Elements, also Lösung der entsprechenden Krafteinleitung,
erfolgen. Insbesondere kann dem dritten Bearbeitungsschritt ein
Messschritt zur Vermessung bzw. Beurteilung der erzielten Oberfläche
hinsichtlich Formgenauigkeit und Oberflächenrauhigkeit
vorangehen, wie dies zudem auch während, vor oder nach
jedem anderen Bearbeitungsschritt des erfindungsgemäßen
Verfahrens, beispielsweise durch interferometrische Messungen, durchgeführt
werden kann.
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Insbesondere
können unmittelbar an den Bearbeitungswerkzeugen entsprechende
Einrichtungen zur Kontrolle und Vermessung der Oberfläche vorgesehen
sein, die intermittierend oder kontinuierlich einen Vergleich der
erreichten Oberfläche mit der Zielform ermöglichen.
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Während
des oder der ersten Bearbeitungsschritte, also den Formgebungsschritten,
werden Bearbeitungsverfahren mit relativ großem Materialabtrag
eingesetzt, um eine effektive Herstellung des gewünschten
Elements mit Freiformfläche zu gewährleisten.
Hier bieten sich Verfahren an, die einen Materialabtrag in der Größenordnung
von mindestens 50 nm, vorzugsweise mindestens 100 nm, insbesondere
mindestens 20 μm pro Bearbeitungsschritt aufweisen. Mögliche
Verfahren sind hier Schleif- oder Fräsverfahren, insbesondere
Fünf-Achs-Fräsen, Honen oder Läppen.
Hier gilt es zu beachten, dass die Abtragswerte und eingesetzten
Verfahren nicht absolut zu sehen sind, sondern relativ in Abhängigkeit
der angestrebten Oberflächengüte und des vertretbaren Aufwands
sowie des Einsatzgebiets verstanden werden sollen und lediglich
Anhaltspunkte bzw. bevorzugte Bereiche angeben. Daraus ergibt sich
auch, dass als Materialabtrag pro Bearbeitungsschritt sowohl der
Materialabtrag bei einmaligem Überfahren der Oberfläche,
z. B. beim Fräsen, als auch der Gesamtabtrag bei mehrmaligem Überfahren
in einem Prozessschritt gemeint sein kann.
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Während
des ersten Bearbeitungsschrittes kann das zu bearbeitende Element
sowohl in einem verspannten, als auch in einem entspannten Zustand sein.
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Bei
den zweiten Bearbeitungsschritten, also den Glättungsverfahren,
werden Materialbearbeitungsverfahren mit geringem Materialabtrag
in der Größenordnung von höchstens 1 μm,
insbesondere höchstens 100 nm pro Bearbeitungsschritt eingesetzt,
die insbesondere eine geringe Oberflächenrauhigkeit in
der Größenordnung von ≤ 1 nm, vorzugsweise ≤ 0,1
nm quadratische Rauhigkeit (RMS) ermöglichen. Hier gilt
das zu den Abtragswerten des ersten Bearbeitungsschritts Gesagte
in gleicher Weise.
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Insbesondere
werden bei dem Verfahren Materialbearbeitungsverfahren eingesetzt,
die es ermöglichen, eine Freiformfläche mit einer
Formgenauigkeit herzustellen, bei der das Mittel der Abweichungsquadrate
von der Zielform ≤ 10 nm, vorzugsweise ≤ 1 nm
ist. Gleichzeitig soll die Oberflächenrauhigkeit Werte
der quadratischen Rauhigkeit, bei der die Mittel der Abweichungsquadrate
von einer Mittellinie herangezogen werden, ≤ 1 nm oder ≤ 0,1 nm
sein. Als Messverfahren können alle dem Fachmann bekannten
Messverfahren zur Bestimmung von Oberflächenformen und
-rauhigkeiten, insbesondere in entsprechenden DIN oder ISO Normen
definierten Standardverfahren eingesetzt werden, vorzugsweie interferometrische
Messungen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann so eingesetzt
werden, dass bereits bei der Auslegung oder dem Design des entsprechenden
Elements, also beispielsweise eines optischen Elements für
ein Mikrolithographieobjektiv die entsprechenden Bearbeitungsschritte,
also insbesondere die Verspannung bzw. Verformung während
des zweiten Bearbeitungsschrittes als Randbedingungen mit berücksichtigt
werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Weitere
Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Die Zeichnungen
zeigen hierbei in rein schematischer Weise in
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1 eine
seitliche Schnittansicht eines zu bearbeitenden optischen Elements;
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2 eine
Schnittansicht des optischen Elements aus 1 nach einem
ersten Bearbeitungsschritt;
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3 eine
Schnittansicht des optischen Elements aus den 1 und 2 in
einer Vorrichtung zur Durchführung des zweiten Bearbeitungsschrittes; und
in
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4 eine
Schnittansicht des fertig gestellten optischen Elements aus den
vorangegangenen Figuren.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Die 1 zeigt
eine seitliche Schnittansicht eines Halbzeugs eines optischen Elements 1,
wie beispielsweise einer optischen Linse aus einem entsprechenden
Glasmaterial. Neben dem gezeigten Ausführungsbeispiel einer
optischen Linse 1 sind jedoch auch andere optische Elemente,
wie Spiegel oder dergleichen, denkbar. Insgesamt ist das Verfahren
nicht nur auf optische Elemente beschränkt, sondern bei
entsprechend geeigneten Materialien für sämtliche
Komponenten der Mikrotechnik anwendbar, bei denen eine hohe Formgenauigkeit
mit einer sehr geringen Oberflächenrauhigkeit vereint vorliegen
müssen.
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Das
in 1 gezeigte Halbzeug für eine optische
Linse 1 weist eine sphärische optische Fläche 2 auf,
die konvex nach Außen gewölbt ist. Die gegenüberliegende
Seite 3 ist plan ausgebildet. Ein entsprechendes Halbzeug
für ein optisches Element 1 kann beispielsweise
durch einen gießtechnischen Prozess hergestellt werden.
Allerdings können auch bereits mechanische Bearbeitungsschritte
zur Herstellung des Halbzeugs, wie es in 1 vorliegt, durchlaufen
worden sein.
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Die
sphärische Oberfläche 2, die einem Kugelsegment
entspricht, soll anstelle der sphärischen Form eine beliebig
frei geformte Oberfläche aufweisen, wobei die Abweichungen
von der sphärischen Fläche 2 durch beliebige
Erhöhungen oder Vertiefungen bzw. Senken realisiert sein
können. Obwohl die Abweichungen von der sphärischen
Form sehr klein sein können, sind sie zur Veranschaulichung
des Verfahrensprinzips in den nachfolgenden schematischen Darstellungen übermäßig
verstärkt wiedergegeben.
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Die 2 zeigt
das optische Element 1 in einer Zwischenstufe nach einem
ersten Bearbeitungsschritt, bei welchem das optische Element 1 und
insbesondere die optische Fläche 2 durch formgebende Materialbearbeitungsverfahren
an die gewünschte Freiformfläche mit beliebiger
Oberflächenkontur angenähert sind. Die dadurch
erzeugte Oberfläche 2' kann beispielsweise durch
Bearbeitung mit einem Fünf-Achs-Fräser erzeugt
worden sein. Die Topographie der Oberfläche 2' ist
bereits der zu erzielenden Freiformfläche angenähert.
Allerdings wird durch die Verfahren, mit denen in einer kurzen Zeit
ein entsprechender Materialabtrag zur Herstellung der gewünschten
Form erzielt wird, eine Oberflächenrauhigkeit erzeugt,
die üblicherweise nicht den Anforderungen an entsprechende
optische Elemente eines Mikrolithographieobjektivs entsprechen.
Entsprechend muss die Oberfläche 2' des Zwischenprodukts der 2 noch
einem Glättungsprozess unterzogen werden, um die gewünschte
Oberflächengüte bzw. Oberflächenrauhigkeit
einzustellen. Entsprechend ist die eingestellte Struktur der Oberfläche 2' nur
insoweit der Zielform angenähert, dass ein entsprechender
Materialabtrag durch den erforderlichen Glättungsprozess
bereits berücksichtigt ist und entsprechend noch nicht
von der Oberfläche 2' abgetragen ist.
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Da
die beliebig geformte Oberfläche 2' des optischen
Elements 1 aufgrund ihrer nicht-rotationssymmetrischen
Form durch übliche Glättungsprozesse nicht in
der ausreichenden Qualität und Güte geglättet
werden kann, wird das optische Element 1 in einem zweiten
Bearbeitungsschritt in einem Spannrahmen 5 einer entsprechenden
Bearbeitungsvorrichtung aufgenommen. Der Spannrahmen 5 weist eine
Vielzahl von Aktoren 6 auf, die in der 3 als Federelemente
für die Aufbringung von Zug- und/oder Druckspannungen dargestellt
sind. Die Aktoren 6 können durch jede beliebige
geeignete Einrichtung, wie beispielsweise mechanische Elemente, wie
Federelemente, piezoelektrische Elemente, pneumatische oder hydraulische
Aktoren, wie Minizylinder und dergleichen, verwirklicht sein. Die
Aktoren 6 wirken auf die der zu bearbeitenden Oberfläche 2 gegenüberliegende
Seite 3 ein und bewirken eine elastische Verspannung des
optischen Elements 1 in einen intermediären Zustand 2'',
bei dem die Oberfläche 2'' idealerweise eine sphärische,
also kugelsegmentförmige Form einnimmt. Statt einer im
Wesentlichen idealen sphärischen Form kann die Oberfläche 2'' des
optischen Elements 1 im intermediären Zustand
auch eine nahezu sphärische Gestalt oder eine rotationssymmetrische,
asphärische Form annehmen. Wesentlich ist lediglich, dass
für die Oberflächenform des intermediären
Zustands ein geeigneter Glättungsprozess vorliegt, der
eine über die gesamte Oberfläche 2'' einheitliche
Rauhigkeit ohne Schleif-, Polierspuren oder dergleichen erzeugt.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 3 ist
die Freiformfläche 2' nach dem formgebenden ersten
Bearbeitungsschritt für den zweiten, die Glättung
bewirkenden Arbeitsschritt gemäß der 3 in
einen verspannten Zustand versetzt worden, bei dem die zu bearbeitende
Oberfläche 2'' eine sphärische Form aufweist.
Wie bereits erwähnt, wäre jedoch anstelle einer
sphärischen Oberfläche 2'' auch eine
rotationssymmetrische, asphärische Oberfläche 2'' denkbar, solange
geeignete Glättwerkzeuge zur Verfügung stehen.
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Bei
der sphärischen Oberfläche 2'' wird beispielsweise
ein Vollschalen-Werkzeug 7 für einen Vollschalen-Glättprozess
vorgesehen, bei dem das Glättwerkzeug 7 vollflächig
auf der sphärischen Oberfläche 2'' aufliegt
und eine einheitliche Glättung der Oberfläche
vornehmen kann.
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Nach
Durchführung des zweiten Bearbeitungsschrittes, also des
Glättprozesses, kann die Oberfläche 2'' durch
eine Messeinrichtung 8, welche beispielsweise an dem Bearbeitungswerkzeug 7 angeordnet
oder in diesem integriert sein kann, auf ihre Oberflächengüte
hin untersucht werden. Auf diese Weise ist es möglich,
kontinuierlich oder durch kurze Unterbrechungen während
des Glättprozesses festzustellen, ob die erforderliche
Oberflächenrauhigkeit bereits eingestellt worden sind.
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Nach
Abschluss des zweiten Bearbeitungsschrittes, also des Glättprozesses,
kann, wenn beispielsweise die Messeinrichtung 8 festgestellt
hat, dass zwar die Oberflächenrauhigkeit in entsprechender
Weise eingestellt ist, aber weiterhin ein kleiner Formfehler vorliegt,
ein erneuter Durchgang durch die beiden Bearbeitungsschritte erfolgen.
Einerseits wird also ein weiterer formgebender erster Bearbeitungsschritt
zur Erzeugung eines Zwischenprodukts gemäß 2 und
andererseits ein weiterer zweiter Bearbeitungsschritt zur Glättung
der Oberfläche durchlaufen werden. Dies kann so oft erfolgen,
bis die Formgenauigkeit der optischen Fläche 2 und
die Oberflächenrauhigkeit derselben Fläche in
den geforderten Toleranzbereichen liegen.
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Wird
nach einem oder mehreren zweiten Bearbeitungsschritten festgestellt,
dass sowohl die Formgenauigkeit als auch die Oberflächenrauhigkeit in
dem angestrebten Bereich liegen, so wird das optische Element 1 nach
dem letzten zweiten Bearbeitungsschritt aus dem Spannrahmen 5 entfernt,
so dass sich das optische Element 1 relaxieren kann. Dabei
wird, wie in 4 gezeigt ist, die Planseite 3 wieder
in ihre Ursprungsform zurückkehren, während die
im verspannten Zustand sphärische Oberfläche 2'' nunmehr
die Zielform, also die beliebig frei geformte Freiformfläche 2''' mit
entsprechender Formgenauigkeit und Oberflächenrauhigkeit
aufweist. Statt einer Planseite 3 kann selbstverständlich
an dieser Seite des zu bearbeitenden optischen Elements 1 eine
beliebig geformte Fläche vorgesehen sein.
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Sollte
die Oberfläche 2''' noch Abweichungen bzgl. der
gewünschten Zielform aufweisen, so kann abschließend
ein dritter Bearbeitungsschritt mit einem Materialbearbeitungsverfahren
durchgeführt werden, welches einen Materialabtrag bei gleichzeitiger
Erhaltung der eingestellten Oberflächenrauhigkeit erzielt.
Als Beispiel sind hierzu zu nennen Ionenstrahlverfahren, Ion-Beam-Figuring
(IBF) oder magneto-rheologische Verfahren, wie MRF (Magneto Rheologic
Finishing). Dies ist in 4 durch das schematische Werkzeug 9 dargestellt.
Die Verfahren zur Formgebung bei Erhaltung der Oberflächenrauhigkeit
weisen jedoch nur sehr geringe Materialabtragsraten auf, so dass
diese lediglich für geringfügige Korrekturen der
Oberfläche zur Erreichung der Zielform eingesetzt werden
können.
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Die
Oberfläche 2''' kann wiederum durch eine entsprechende
Messvorrichtung 10, ähnlich zu der Messvorrichtung 8 nach
oder während des zweiten Bearbeitungsschrittes, während
oder nach dem dritten Bearbeitungsschritt untersucht bzw. vermessen
werden, um festzustellen, ob die gewünschte Form eingestellt
ist. Dies kann selbstverständlich auch nach dem ersten
oder während des ersten Bearbeitungsschrittes zur Formgebung
durchgeführt werden. Als Messverfahren können
hierbei insbesondere interferometrische Verfahren zum Einsatz kommen.
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Wird
jedoch beispielsweise nach dem zweiten Bearbeitungsschritt festgestellt,
dass die Oberfläche 2''' im entspannten Zustand
den Zielvorgaben entspricht, so kann auf einen dritten Bearbeitungsschritt
verzichtet werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand des dargestellten Ausführungsbeispiels
detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann
klar ersichtlich, dass die Erfindung nicht nur auf eine derartige
Ausführungsform beschränkt ist. Vielmehr sind Abwandlungen
und Änderungen, insbesondere im Bezug auf das Weglassen
einzelner vorgestellter Merkmale oder die unterschiedliche Kombination
der vorgestellten Merkmale denkbar, ohne dass der Schutzbereich
der beigefügten Ansprüche verlassen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10331390
A1 [0004, 0009, 0009]
- - JP 2000084838 A [0005]