I. 평면 및 구면 검사: 정밀 광학의 초석
평면 및 구면 검사는 광학 시스템의 "안정화 힘"이며, 핵심 요구 사항은 최고의 절대 정확도와 외란 저항입니다.
1. 직접 파면 검사(간섭계)
● Fizeau 간섭계:
○ 원리: 공통 경로 간섭, 표준 거울과 테스트 중인 거울은 동일한 광학 경로를 공유합니다.
○ 장점: 정확도가 매우 높다. 기준광 경로와 측정광 경로 사이의 높은 중첩으로 인해 시스템의 잔류 수차가 자연스럽게 상쇄될 수 있습니다.
○ 한계: 기존의 위상 편이 간섭계는 진동에 매우 민감하여 엄격한 진동 격리 및 온도 제어가 필요합니다.
Fizeau 간섭계 광학 경로 다이어그램
●동적 간섭계(내진형):
○원리: 편광판 배열을 사용하여 단일 프레임 내에서 공간적 위상 변이를 달성하고 동시에 여러 위상차 이미지를 획득하여 순간적인 내진 측정을 실현합니다.
○장점: 순간적인 내진성, 진공 챔버, 고온 및 저온 환경, 시끄러운 공장 건물에서 온라인 모니터링을 위한 생명의 은인.
○단점: 일반적이지 않은 광 경로 오류. 참조광과 측정광 경로는 분리되어 있으며 시스템 드리프트를 취소할 수 없습니다. 또한 프레임 기반 이미징으로 인해 측면 해상도가 기존 간섭계의 1/4에 불과하므로 고주파 중간 오류를 포착하기 어렵습니다.
동적 간섭계의 작동 원리
2. 기울기 검출(미분법)
● Shack-Hartmann:
○ 원리: 웨이브프런트는 마이크로렌즈 배열을 사용하여 분할되고 이미지화됩니다. 기준 위치에 대한 광반의 오프셋을 이용하여 파면 기울기를 계산하여 표면 형상을 재구성합니다.
○ 장점: 다이내믹 레인지가 매우 크고 간섭성 광원이 필요 없으며 구조가 콤팩트합니다.
○ 제한 사항: 공간 해상도는 마이크로렌즈 조리개 밀도에 의해 제한되며 절대 정확도는 상대적으로 낮습니다(약 1/50 람다).
Hartmann 작동 원리
● 측면 전단 간섭(LSI):
○ 원리: 파면의 미분(기울기) 정보를 얻기 위한 파면 오정렬 간섭.
○ 장점: 참조광이 필요 없고, 공통 경로 특성을 가지며, 내진동성이 우수합니다. 극단파장(예: EUV) 또는 고도로 통합된 시스템의 현장 파면 교정에 일반적으로 사용됩니다.
○ 한계: 차동 측정으로서 파면 재구성은 적분 알고리즘에 크게 의존하며 정확도는 전단량의 크기에 따라 제한됩니다. 일반적으로 시스템 수준 교정 솔루션으로 사용됩니다.
횡전단 간섭계의 작동 원리
II. 비구면 표면 테스트: 기하학적 보상에서 회절 기술까지
비구면 테스트의 핵심은 "단순화"입니다. 즉, 보상 방법을 통해 복잡한 비구면 파면을 쉽게 측정할 수 있는 구 또는 평면으로 변환하는 것입니다.
1. 직접 파면 테스트(영점 보상 간섭)
● 널 포인트 테스트:
○ 장점: 기하광학 자기 시준, 광학 경로 단순, 저렴한 비용.
○ 한계: 일반화 수준이 낮습니다. 2차 표면으로 제한됩니다. 고차 비구면 또는 자유형 표면을 처리할 수 없습니다.
이미지 없는 감지의 작동 원리
● 굴절 보상기(예: Offner 보상기):
○ 장점: 성숙한 기술, 대구경의 기존 비구면 표면에 적합합니다.
○ 한계: 제조 공정이 매우 복잡하고 조립/조정이 민감합니다. 축외 편차는 엄격하게 제어되어야 합니다. 미세한 조립 오류라도 심각한 동축 수차를 발생시켜 표면 형상 결정을 방해할 수 있습니다.
굴절 보상기의 작동 원리
● 전산 홀로그래피(CGH):
○ 장점: 보편적인 보상. 정렬 기능을 통합하여 지루한 현장 물리적 정렬을 소프트웨어 지원 기하학적 정렬로 변환하여 기존 보정 장치의 "조립 및 조정 함정"을 효과적으로 피할 수 있습니다.
○ 한계: 다양성이 부족하다. "전용" 속성이 있습니다. 각 비구면 표면에는 독립적인 설계 및 맞춤화 비용이 필요합니다.
CGH작동 원리
2. 기타 탐지 방식
● 하위 조리개 스티칭(SSI):
○ 원리: 간섭계를 사용하여 기울기 변화가 작은 국부적인 영역을 측정한 후 수학적 스티칭을 수행합니다.
○ 장점: 소구경 간섭계와 알고리즘 합성을 활용하여 센서 크기 제한을 극복하고 초대형 조리개, 대형 비구면 구성 요소의 고해상도 감지를 달성하고 측정 정확도와 시스템 유연성의 균형을 유지합니다.
○ 한계점: 누적 오류를 제어하기가 어렵다. 정밀 변위 스테이지에 대한 의존도가 매우 높습니다.
하위 조리개 접합 작동 원리
III. 종합적인 비교: 선택 논리 매트릭스
IV. 결론: 엔지니어링 논리의 균형
정밀 광학 검사 방법의 선택은 본질적으로 정확성, 효율성 및 비용 간의 균형을 맞추는 것입니다.
●정확성이 핵심입니다. 기존 환경 조건에서 검사 오류가 처리 수렴을 지원하기에 충분한지 확인하여 "품질 부족"으로 인한 시스템 오류를 방지합니다.
●효율성이 생명입니다. 기존 처리 능력 내에서 피드백이 가장 빠르고 조립 및 조정이 간단한 방법을 선택하여 "프로세스 중복"으로 인한 R&D 정체를 방지합니다.
●비용이 경계: 제한된 예산 기간 내에서 전체 투자 수익이 가장 높은 경로를 선택하여 "과도한 품질"로 인한 자원 낭비를 방지합니다.
이 세 개의 빨간색 선 내에 설정된 "검사 벤치마크"만이 처리 폐쇄 루프의 효율적인 반복을 추진할 수 있습니다. 엔지니어링 상식으로 돌아가 필요에 따라 시작하는 것이 절반의 노력으로 두 배의 결과를 달성하는 열쇠입니다.
에 대한지싱광학
닝보 지싱 광학 기술 유한 회사고정밀 전산 홀로그래피에 중점을 두고 있습니다(CGH) 비구면 및 자유형 표면 측정의 핵심 문제점을 해결하는 데 전념하는 검사 솔루션입니다.
