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Lexikon der Optik: Long Trace Profiler

Long Trace Profiler, LTP, Profilometer, ein optisches Meßgerät zur Überprüfung der Oberflächenform wenig oder nicht gekrümmter optischer Oberflächen großer Ausdehnungen und höchster Genauigkeit. Mit diesem Gerät werden die Neigungen des Prüflings entlang einer geraden Meßbahn unmittelbar gemessen. Aus ihnen lassen sich der Radius sphärisch gekrümmter Flächen, die Hauptkenndaten von Kegelschnitten, aber auch die Form beliebiger Asphären bestimmen. Die ermittelten Neigungsabweichungen von der Idealform des Prüflings (Sollform) liefern ein Maß für den Tangentenfehler (slope error), der ein wesentliches Qualitätskriterium für optische Flächen abgibt.

Der LTP arbeitet mit dem in der Abb. schematisch dargestellten optischen System. Der optische Kopf wird auf einem Luftlagerschlitten in diskreten Abständen parallel zu dem fest auf einer Tischplatte angeordneten Prüfling bewegt. Der am Prüfling reflektierte Doppelstrahl wird am Orte des Zeilendetektors fokussiert. Er erzeugt ein Interferenzbild, dessen Ort in Längsrichtung des Detektors ein Maß für die Neigung des Prüflings am jeweils angetasteten Ort darstellt. Das Interferenzbild vom Prüfling kann mit einem auf gleiche Weise durch Reflexion an einem ortsfesten Referenzspiegel entstandenen gleichartigen Interferenzbild verglichen werden. Es besteht aus zwei Maxima erster Ordnung, dessen dazwischenliegendes Minimum das Kriterium für die Prüflingsneigung an der jeweils angetasteten Prüflingsstelle bietet. Der Ablauf ist automatisiert. Durch Vergleich der beiden Interferenzbilder können Neigungsschwankungen des Luftlagerschlittens und gewisse Temperatureinflüsse kompensiert werden. Die Temperaturstabilität muß für genaue Messungen an den verschiedenen Stellen des Meßgerätes besser als 1 mK/min sein.

Das LTP-Prinzip gestattet die Messung von Prüflingen mit einer Länge von mehr als einem Meter bei lateraler Auflösung von minimal 1 mm. Die Neigungsänderung kann 10 bzw. 30 mrad betragen, die Flächen können eben, sphärisch oder beliebig asphärisch sein. Die Meßgenauigkeit kann bis zu 0,05″ (0,25 μrad) betragen, dementsprechend sind Höhenabweichungen von 1 nm noch meßbar.



Long Trace Profiler: Schema des optischen Systems eines Profilometers (LTP). Ein über eine Faser eingekoppelter kollimierter He-Ne-Laserstrahl wird dank des Teilerwürfels TW in Verbindung mit den zwei Rechtwinkelprismen zu einem kollinearen Doppelstrahl, dessen Abstand feinfühlig mit dem justierbaren Prisma (zur Interferenzerzeugung am Orte des Detektors) verändert werden kann. Durch den Polarisationsteilerwürfel PTW wird er in einen Test- und in einen Referenz-Doppelstrahl geteilt. Der erstere gelangt direkt auf den Prüfling, wird von diesem reflektiert und über den Teiler PTW und ein sammelndes System am Orte des Detektors (2×1024 Pixel) so fokussiert, daß hier ein Interferenzmuster entsteht. Die Position von dessen Minimum wird auf dem Detektor festgestellt. Sie ist ein direktes Maß für den lokalen Neigungszustand des Prüflings in dem bestrahlten Fleck. Dabei befinden sich alle hier dargestellten optischen Elemente in einem über einen Luftlagerschlitten bewegten optischen Kopf, wobei der Prüfling und der Referenzspiegel ortsfest sind.

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