Senslogic und WaveMe: Schließt die Lücke zwischen optischem Design und Realität

In diesem Tech-Talk geht es um Senslogic und die Philosophie dahinter. Nach mehr als zwei Jahrzehnten in der Optik fällt eine Erkenntnis auf, nämlich die, dass Theorie und Praxis auseinanderklaffen. Vielleicht hat der Witz, dass "es in der Theorie funktioniert", etwas für sich. Natürlich ist das nicht überall der Fall, aber doch oft genug.

Wir haben Konstruktionswerkzeuge mit guten Vorhersagefähigkeiten, die Beugungstheorie funktioniert, aber allzu oft bleibt es dabei, und das System wird mit kleine Öffnungen und Visitenkarten. Sobald alle Elemente an ihrem Platz sind, erblickt das System das "erste Licht" und beginnt dann den langsamen Marsch in Richtung der erwarteten oder sollte ich besser sagen "gewünschten" Leistung, denn wenn millimetergroße Blenden und Visitenkarten Ihre Werkzeuge sind, wird das Erreichen der Zielleistung völlig unerwartet. Was nun folgt, ist, wenn wir uns einen Euphemismus erlauben, Tweaking.

Genug gezwickt

Warum verändern wir etwas? Nun, offensichtlich, weil wir ein anderes Ergebnis wollen. Manchmal nehmen wir sogar Änderungen vor, weil Perfektion unerreichbar ist und wir uns für das kleinere Übel entscheiden müssen. Aber wenn es eine Zeit und einen Ort für Optimierungen gibt, dann ist das die Entwurfsphase. Wenn wir nicht alles haben können, sollten wir genau hier die Entscheidung treffen. Nicht in der Produktion, nicht von jemandem, der nicht über die notwendigen Informationen verfügt, um diese Entscheidung zu treffen, und schon gar nicht, nachdem wir all die Ressourcen in diese Phase des Produkts gesteckt haben.

Wie bereits erwähnt, ist die Vorhersagekraft der uns zur Verfügung stehenden Instrumente wirklich gut. Es gibt wirklich keine Entschuldigung dafür, nicht zu wissen, wie ein optisches System funktioniert. Bei Bedarf sollten wir Techniken wie das Monte-Carlo- oder Latin-Hypercube-Sampling einsetzen, um einen umfassenden Überblick über alle Variablen zu erhalten, die die Systemleistung beeinflussen. Diese Techniken ermöglichen es uns, einen viel größeren Satz von Variablen zu erfassen und sicherzustellen, dass Designentscheidungen von Daten und nicht von Annahmen bestimmt werden.

Wenn es um die Feinabstimmung geht, ist dies der richtige Zeitpunkt. In dieser Phase, in der alle Variablen sichtbar sind und datengestützte Kompromisse getroffen werden können, sollte die Optimierung erfolgen.

Erstellen Sie das Design, indem Sie den Montageprozess entwerfen

Gestatten Sie mir eine kurze Überleitung zum Kontext. Im Tennis gibt es ein merkwürdiges Punktesystem, das auf der Idee einer Uhr beruht und sich im Kreis dreht. In diesem technischen Gespräch sind wir bei "30" - auf dem besten Weg dorthin, aber noch nicht am Spielpunkt angekommen. Trotzdem ist es ein wichtiger Punkt.

Jede Komponente eines optischen Systems beginnt als diskretes Element, das darauf wartet, seinen genauen Platz in der endgültigen Baugruppe zu finden, und wenn wir dafür verantwortlich sind, brauchen wir Werkzeuge. Hier kommt die WaveMe Toolbox ins Spiel, die speziell entwickelt wurde, um die Präzision beim Aufbau optischer Systeme mit diskreten Elementen zu gewährleisten.

BeamNotes

Die einfachste der von WaveMe bereitgestellten Toolboxen ist das BeamNotes-Tool. Dennoch ist es wahrscheinlich dasjenige, das den Geist dieses Tech-Talks am besten wiedergibt. Die Messung, die es bietet, ist nicht nur einfach - sie ist absichtlich einfach und konzentriert sich auf eine grundlegende Schwerpunktmessung, die durch einige wichtige Werkzeuge ergänzt wird, um sich Positionen zu merken, leicht zu erkennen, dass die Zentrierung den Toleranzen entspricht, und um Notizen zwischen Design- und Montageteams weiterzugeben.

BeamNotes hilft uns, eine präzise optische Ausrichtung entlang eines Laserstrahls zu erreichen, selbst wenn die mechanische Anordnung nicht ideal ist. Es ist ein entscheidendes Element im Montage-Workflow, das eine nahtlose Kommunikation und präzise Ausrichtung ermöglicht, um sicherzustellen, dass die richtigen Informationen genau dann verfügbar sind, wenn sie benötigt werden.

Shack-Hartmann

Ich verstehe schon, das BeamNotes-Tool ist nicht beeindruckend. Aber das Shack-Hartmann-Tool ist es. Vielleicht verwenden Sie bereits einen SHS (Shack-Hartmann-Sensor). Wie lange dauert es, bis Sie ein Ergebnis erhalten? Müssen Sie den Sensor ausrichten? Das Ausrichten eines Sensors in einem System, das noch justiert wird, führt zu einem Zwiespalt: Wie können Sie einen Teil des Aufbaus ausrichten, während andere Teile noch in Bewegung sind? Die Shack-Hartmann-Toolbox in WaveMe umgeht dieses Problem mit ihrer synthetischen Referenzkalibrierung auf elegante Weise.

Müssen Sie für Ihren Sensor Regionen für die Spots definieren? Die meisten Tools auf dem Markt sind viel zu komplex für praktische Montagearbeiten. Die Zeit, um ein einziges Ergebnis zu erhalten, liegt im Minutenbereich oder mehr. Das finde ich persönlich inakzeptabel. Mit der Shack-Hartmann-Toolbox von WaveMe ist die Durchführung einer Wellenfrontmessung so schnell wie die Auswahl des Werkzeugs aus dem Menü - oft ist es nur eine Frage des Einschaltens des Programms. Hätte ich die Chuzpe von Amazon, würde ich es "1-Klick-Messung" nennen. Aber da Sie das Werkzeug auswählen und aktivieren müssen, nennen wir es "2 Klicks zur Perfektion". Das war's, es gibt nichts mehr zu tun, und das sollte es auch nicht. Keine Bereiche von Interesse oder Belichtungseinstellungen. Alles automatisch. Mehr darüber erfahren Sie in der technisches Gespräch über Kalibrierung. Es ist ziemlich toll.

Phasenverschiebende Interferometrie

Elementzentrierung und Kollimation sind bei der optischen Montage von entscheidender Bedeutung, aber optische Systeme sind noch viel komplexer. Linsen können durch Halterungen gequetscht, Spiegel durch Beschichtungen oder Mechanik verbogen und Linsen in der falschen Richtung eingesetzt werden. Das kommt vor. Vorhin habe ich versucht, eine Analogie zu einem Tennisspiel und der Uhr herzustellen, und hier schließt sich der Kreis. Wir begannen mit Modellen, ermittelten die Anforderungen und entwarfen Optiken. Wir haben eine Strategie für die Montage entwickelt und die Werkzeuge bereitgestellt. Aber da es sich hier um Optik handelt, gibt es trotz unserer Bemühungen einen letzten Schritt, der ohne Ausreden, ohne Wenn und Aber vollzogen werden muss. Nur ein reines - das ist es, was es ist. Dies ist die Endnote für unsere Bemühungen.

Stimmen die Ergebnisse mit den Modellen überein? Ergeben die Bauanleitungen jedes Mal dasselbe System, unabhängig davon, wer es gebaut hat? Ein Phasenverschiebungsinterferometer wird uns die Antwort geben. Das Phasenverschiebungsinterferometer in WaveMe ist nicht nur genau, sondern auch schnell. Mit einem USB3-Kamera und einem schnellen Aktuator sind 15 Wellenfronten pro Sekunde durchaus möglich. Es ist auch recht vielseitig, da es davon ausgeht, dass der Benutzer das zu prüfende System in irgendeiner Weise verändern möchte, wie z. B. ein OMEMS oder einen verformbaren Spiegel. Um Geschwindigkeiten zu erreichen, die nur durch die Transportschnittstelle der Kamera begrenzt sind, muss das Phasenverschiebungswerkzeug zwischen synchronen und asynchronen Zuständen wechseln, damit sich die verschiedenen physikalischen Teile bewegen können, wenn das Interferometer sie nicht in einem festen Zustand benötigt.

A Punktbeugungsinterferometer ist fast immer ein kundenspezifisches Werkzeug, das aber nicht schwer zu bauen ist. Für High-End-Bildgebungssysteme, wie Lithographie, Es wird Ihnen immer sagen, was Sie wissen müssen.

Voller Kreis & Bonus

Jetzt schließt sich der Kreis. Wir haben die Ergebnisse, die wir in unsere Modelle oder in die Art und Weise, wie wir unsere Systeme zusammenstellen, einfließen lassen können. Stellen Sie sich vor, Sie haben das schon ein paar Mal gemacht, den Prozess abgestimmt und aus den Fehlern gelernt. Nach ein paar Umdrehungen dieses Rads werden wir so viel Vertrauen gewinnen, dass wir bereits nach dem Modellierungsprozess wissen, welches Produkt wir in zwei oder drei Jahren haben werden. Der Wert dessen mag variieren, aber das ist es, was der Lernprozess bietet, aber solange wir nicht die Werkzeuge dafür haben, kann dieser Kreislauf nicht geschlossen werden. In der Analogie zum Tennis ist unser Spiel beendet, aber bis das Match gewonnen ist, gibt es das nächste Spiel, und wenn wir die Erfahrungen aus dem letzten Spiel nicht in das nächste Spiel mitnehmen, werden wir wahrscheinlich die Fehler von damals wiederholen, und unser Gegner wird es uns danken. Machen wir uns das Leben für den Wettbewerb nicht zu einfach.

Bevor wir diesen technischen Vortrag abschließen, noch ein paar Dinge. Das Gebiet der Optik ist riesig. Es ist schwierig, ein Werkzeug für alles anzubieten, aber WaveMe ist ein flexibles Werkzeug. Das Programm selbst ist nicht viel mehr als eine Pipeline, ein Compositor und eine Modulschnittstelle. Module bringen ihre eigene Benutzeroberfläche mit und können mit anderen Modulen (oder Tools) interagieren. Die Pipeline und die Modulschnittstelle sind eine offene API. Wenn ein Tool nicht genau das tut, was Sie wollen, ist es nicht schwer, ein Modul zur Pipeline hinzuzufügen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Jeder kann ein WaveMe-Modul schreiben und mit den Nachrichten in der Pipeline interagieren. Um diesen Prozess zu vereinfachen, enthält WaveMe Open-Source-Vorlagen, die kopiert und auf jede erdenkliche Weise erweitert werden können. Auf diese Weise wurden einst alle heute verfügbaren Tools entwickelt.