Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen der Fassung eines in einer Fassung gefassten optischen Elementes mit wenigstens einer ersten optischen Fläche, die in Bezug auf eine Abbildungsachse des optischen Elements keine Rotationssymmetrie aufweist. Daneben betrifft die Erfindung ein optisches Bauteil mit einer Fassung und einem in der Fassung gefassten optischen Element mit wenigstens einer ersten optischen Fläche, die in Bezug auf eine Abbildungsachse des optischen Elements keine Rotationssymmetrie aufweist sowie auf eine optische Baugruppe mit wenigstens einem derartigen optischen Bauteil.

Optische Elemente wie Linsen, Spiegel, Beugungsgitter oder dergleichen werden in der Regel in eine Fassung gefasst, um sie mit der Fassung in ein optisches Gerät einzubauen. Dabei können optische Elemente auch aus zwei oder mehr Einzelelementen aufgebaut sein, wobei die Verbindung durch Formschluss, Kraftschluss oder Stoffschluss (kleben, kitten, etc.) hergestellt sein kann. In allen Fällen ist eine sorgfältige Justage der Abbildungsachse(n) des optischen Elements bzw. der der optischen Elemente in Bezug auf eine Abbildungsachse des optischen Geräts wichtig, um mit den optischen Elementen die geforderte optische Leistung des optischen Gerätes bestmöglich erzielen zu können.

Beim Fassen des optischen Elementes in die Fassung kann es aufgrund von Toleranzen bei der Herstellung der Fassung und/oder von Toleranzen bei der Herstellung des optischen Elementes zu geringfügigen Abweichungen in der Lage und/oder Orientierung der optischen Elemente in der Fassung kommen. Beim Einbau in ein Haltelement des optischen Geräts führt dies zu einer mangelnden Übereinstimmung der Abbildungsachse des optischen Elements mit der des optischen Geräts, was die Abbildungsqualität des optischen Geräts verringert. Die toleranzbedingten Abweichungen der Lage und/oder Orientierung des optischen Elementes in der Fassung können durch Justierbearbeitung der Fassung nach dem Einsetzen der optischen Elemente ausgeglichen werden. Bei einer Justierbearbeitung werden die Außenflächen als Referenzflächen der Fassung derart bearbeitet, dass sie beim Einbau in ein Haltelement des optischen Geräts die Lage und/oder Orientierung der Fassung im Haltelement derart festlegen, dass die Lage und/oder der Orientierung der Abbildungsachse des in der Fassung gefassten optischen Elementes mit der Lage und/oder der Orientierung der Abbildungsachse des optisches Geräts übereinstimmt. Auf diese Weise wird es möglich, gefasste optische Elemente trotz herstellungsbedingter Toleranzen bei der Herstellung der Fassung und/oder bei der Herstellung der optischen Elemente in einem optischen Gerät sehr präzise zur Abbildungsachse des Geräts auszurichten.

Beispiele für Verfahren zur Justierbearbeitung der Fassungen gefasster optischen Elemente sind in DE 103 22 587 A1 und DE 10 2016 014 834 B3 beschrieben. Beide Dokumente beschreiben Zentrierdrehverfahren, mit denen die Außenseite einer Fassung als Referenzfläche derart bearbeitet werden kann, dass ihre Symmetrieachse mit der optischen Achse des gefassten optischen Elements in Übereinstimmung gebracht wird. Diese Zentrierdrehverfahren führen jedoch nur zu Fassungen mit Referenzflächen in Form eines Zylinders oder eines Schiefzylinders bei denen die Außenfläche des Zylindermantels oder die Stirnflächen des Zylinders als Referenzflächen zum genauen Bestimmen der Lage der Fassungen in einem Haltelement eines optischen Geräts dienen können.

Gegenüber diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Anpassung der Fassung eines in einer Fassung gefassten optischen Elements zur Verfügung zu stellen, das eine größere Flexibilität beim Ausgleichen von Abweichungen der Lage und/oder der Orientierung der optischen Fläche des gefassten optischen Elements von einer Soll-Lage und/oder einer Soll-Orientierung ermöglicht. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes optisches Element sowie eine vorteilhafte optische Baugruppe zur Verfügung zu stellen.

Die erste Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Anpassen der Fassung eines in einer Fassung gefassten optischen Elements nach Anspruch 1 gelöst, die übrigen Aufgaben durch ein optisches Bauelement nach Anspruch 15 bzw. eine optische Baugruppe nach Anspruch 19. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Anpassen der Fassung eines in einer Fassung gefassten optischen Elementes mit wenigstens einer ersten optischen Fläche, die in Bezug auf eine Abbildungsachse des optischen Elementes keine Rotationssymmetrie aufweist, an eine Abweichung einer Ist- Pose der ersten optischen Fläche von einer Soll-Pose der ersten optischen Fläche in der Fassung zur Verfügung gestellt. Unter dem Begriff„Pose“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Kombination von Position und Orientierung eines Objekts, hier einer optischen Fläche, zu verstehen. Mit einer bestimmten Pose der optischen Fläche ist somit sowohl die translatorische Lage der optischen Fläche als auch ihre rotatorische Orientierung in einem bestimmten Koordinatensystem eindeutig festgelegt. Die Soll-Pose der optischen Fläche in der Fassung gibt somit die Soll-Lage und die Soll-Orientierung der optischen Fläche in der Fassung an. Die Ist-Pose gibt entsprechend die tatsächliche Lage und die tatsächliche Orientierung der Fläche in der Fassung an, die von der Soll-Lage und der Soll-Orientierung abweichen können.

Die wenigstens eine optische Fläche kann eine refraktive optische Fläche, eine reflektive optische Fläche eine diffraktive optische Fläche oder eine Kombination davon sein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die nicht rotationssymmetrische erste optische Fläche eine sogenannte Form- Rotationssymmetrie aufweisen, d.h. die optische Fläche kann um eine unter einem Winkel zur Abbildungsachse verlaufenden Achse durchaus eine Rotationssymmetrie aufweisen, jedoch keine Rotationssymmetrie um die Abbildungsachse. Beispiele für Flächen mit einer Form-Rotationssymmetrie sind torische Flächen oder zylindrische Flächen, die eine Rotationssymmetrie um eine zur Abbildungsachse senkrechte Achse eine Rotationssymmetrie aufweisen. Die nicht rotationssymmetrische erste optische Fläche kann aber auch eine Fläche ohne jegliche Rotationssymmetrie sein, insbesondere eine Freiformfläche. Unter einer Freiformfläche versteht man im weiteren Sinne eine komplexe Fläche, die sich mittels gebietsweise definierter Funktionen darstellen lässt. Die gebietsweise definierten Funktionen können - müssen aber nicht - stetig oder stetig differenzierbar und insbesondere zweimal stetig differenzierbarer sein. Beispiele für gebietsweise definierte Funktionen sind polynominale Funktionen, darunter insbesondere polynominale Splines, wie zum Beispiel kubische Splines, höhergradige Splines 4. Grades oder höher oder polynominale Non-Uniform Rational B-Splines (Nurbs). Fliervon zu unterscheiden sind Flächen mit Regelgeometrie wie z.B. sphärische Flächen, asphärische Flächen, zylindrische Flächen und torische Flächen, die sich zumindest längs eines Hauptmeridians entlang einer Kreiskurve erstrecken. Eine Freiformfläche braucht insbesondere keine Achsensymmetrie und keine Punktsymmetrie aufzuweisen. Freiformflächen können im Rahmen von CNC- Verfahren numerische gesteuert auf der Basis einer mathematischen Beschreibung der Fläche hergestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, Freiformflächen mittels Blankpressens herzustellen, wozu eine negative Pressform mit entsprechenden Zugaben für Temperaturabhängigen Schrumpf mittels CNC-Verfahren erstellt wird.

Das optische Element und die Fassung müssen nicht zwingend separat hergestellte Elemente sein, d.h. das optische Element braucht kein separat von der Fassung hergestelltes Teil zu sein, das nach der Herstellung in die Fassung eingepasst wird. Der vorstehend und nachfolgend verwendete Wortlaut, wonach das „optische Element in einer Fassung gefasst“ ist, beinhaltet vielmehr auch die Möglichkeit, dass das optische Element und die Fassung als einstückig hergestelltes Bauteil ausgeführt sind. Beispielsweise kann mittels Spritzguss ein Kunststoffbauteil hergestellt werden, welches sowohl einen das optische Element mit der ersten optischen Fläche repräsentierenden Abschnitt als auch einen die Fassung repräsentierenden Abschnitt umfasst. Ungenauigkeiten im Spritzguss können dabei zu einer Abweichung der Ist-Pose der ersten optischen Fläche von der Soll-Pose der ersten optischen Fläche führen. Ebenso kann die erste optische Fläche bspw. im Falle einer reflektierenden Fläche durch Bearbeiten der Oberfläche eines Abschnitts eines Metall-Rohlings bspw. mittels Fräsens hergestellt werden, wobei der bearbeitete Abschnitt das optische Element bildet und der nicht bearbeitete Abschnitt die Fassung bildet. Ungenauigkeiten beim Bearbeiten der Oberfläche können dabei zu einer Abweichung der Ist-Pose der ersten optischen Fläche von der Soll-Pose der ersten optischen Fläche führen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anpassen der Fassung umfasst die Schritte:

Angeben einer Soll-Pose für die erste optische Fläche in einem vorgegebenen Koordinatensystem;

Ermitteln der Ist-Pose der ersten optischen Fläche in dem vorgegebenen Koordinatensystem; und

Ermitteln einer Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Fassung in dem vorgegebenen Koordinatensystem derart, dass eine Abweichung der Ist-Pose der ersten optischen Fläche von der Soll- Pose der ersten optischen Fläche durch die Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Fassung in dem vorgegebenen Koordinatensystem ausgeglichen wird; und

Ausbilden wenigstens eines Referenzelementes an der Fassung, das eine Lage und/oder Orientierung der Fassung definiert, welche die ermittelte Änderung realisiert.

Erfindungsgemäß definiert das wenigstens eine Referenzelement wenigstens eine bestimmte azimutale Ausrichtung der Fassung in dem vorgegebenen Koordinatensystem. Unter einer azimutalen Ausrichtung der Fassung ist dabei eine definierte Ausrichtung der Fassung in einer Ebene senkrecht zur Abbildungsachse des optischen Elementes zu verstehen. Die azimutale Ausrichtung kann durch ein Winkel zwischen einer definierten Linie der Fassung und einer definierten Richtung des Koordinatensystems innerhalb der zur Abbildungsachse der optischen Fläche senkrechten Ebene festgelegt werden. Die bestimmte azimutale Ausrichtung der Fassung in dem vorgegebenen Koordinatensystem kann insbesondere dadurch definiert werden, dass das Referenzelement nicht rotationssymmetrisch um die Abbildungsachse der ersten optischen Fläche ausgebildet wird.

In der angegebenen Soll-Pose können auch Lage- und/oder Orientierungsabweichungen der übergeordneten Baugruppe, in welche die das Referenzelement aufweisende Fassung eingebaut werden soll, berücksichtigt werden. Derartige Lage- und/oder Orientierungsabweichungen der übergeordneten Baugruppe, die bspw. aus Lage- und/oder Orientierungsabweichungen von Schnittstellen der übergeordneten Baugruppe resultieren können, können messtechnisch ermittelt und bei der Berechnung der Soll-Pose für die erste optische Fläche berücksichtigt werden. Mit anderen Worten, die Soll-Pose muss nicht zwingend die Ideallage und - Orientierung gemäß Zeichnung wiedergeben. Stattdessen kann sie auch Lage- und/oder Orientierungsfehler der übergeordneten Baugruppe kompensierende Lage- und/oder Orientierung derart berücksichtigen dass sie durch die Soll-Pose ausgeglichen werden.

Dadurch, dass das wenigstens eine Referenzelement wenigstens eine bestimmte azimutale Richtung der Fassung in dem vorgegebenen Koordinatensystem definiert, kann in die Orientierung der Fassung im Vergleich zu den eingangs beschriebenen gedrehten Fassungen in einer zur Abbildungsachse senkrechten Ebene festgelegt werden. Da die gedrehten Fassungen mit dem Ziel bearbeitet werden, die Symmetrieachse der Fassung mit der Abbildungsachse des optischen Elements zur Deckung zu bringen, ist die resultierende äußere Mantelfläche der Fassung rotationssymmetrisch um die Abbildungsachse. Damit kann eine bestimmte azimutale Ausrichtung des optischen Elements nicht festgelegt werden. Bei gefassten optischen Elementen, bei denen es auf die azimutale Orientierung im Strahlengang ankommt, wie dies beispielsweise bei torischen Flächen, bei zylindrischen Flächen und insbesondere bei Freiformflächen der Fall ist, können mit den eingangs beschriebenen Verfahren daher keinen eindeutigen Justierbearbeitungen der Fassungen erfolgen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es dagegen möglich, eine definierte azimutale Orientierung der Fassung zu gewährleisten, wodurch auch das Ausgleichen einer etwaigen Abweichung zwischen der azimutalen Soll-Orientierung und der azimutalen Ist-Orientierung der optischen Fläche eines gefassten optischen Elements möglich wird.

Im erfindungsgemäßen Verfahren kann das wenigstens eine Referenzelement insbesondere derart ausgebildet werden, dass es nicht nur eine bestimmte azimutale Richtung der Fassung in dem vorgegebenen Koordinatensystem definiert, sondern eine bestimmte Ausrichtung der Fassung in allen drei rotatorischen Freiheitsgraden. Das wenigstens eine Referenzelement ermöglicht dann eine präzise Orientierung der optischen Fläche des gefassten optischen Elementes in einem Flalteelement einer optischen Baugruppe. Darüber kann das wenigstens ein Referenzelement in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens derart ausgebildet werden, dass es zusätzlich zur azimutalen Ausrichtung der Fassung und ggf. zur Ausrichtung der Fassung in allen drei rotatorischen Freiheitsgraden eine Lage der Fassung in wenigstens zwei translatorischen Freiheitsgraden und insbesondere in allen drei translatorischen Freiheitsgraden definiert. Die wenigstens zwei translatorischen Freiheitsgrade sind dabei vorzugsweise die translatorischen Freiheitsgrade in einer Ebene senkrecht zur Abbildungsachse des optischen Elementes. Insbesondere bei Freiformflächen hängt die Qualität der mit der optischen Fläche erzielten Wirkung in der Regel stark von der Lage der optischen Fläche in einer Ebene senkrecht zur Abbildungsachse ab. Schon geringe Fehlpositionierungen der Lage innerhalb einer zur Abbildungsachse senkrechten Fläche können daher die optische Wirkung des gefassten optischen Elementes in einem optischen Gerät stark beeinträchtigen. Mit Hilfe der beschriebenen weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Änderung der Lage und/oder Orientierung der Fassung in dem vorgegebenen Koordinatensystem derart ermittelt und mit dem wenigstens einen Referenzelement definiert werden, dass eine translatorische Abweichung der Ist-Lage der optischen Fläche von der Soll-Lage innerhalb einer Ebene senkrecht zur Abbildungsachse ausgeglichen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in der beschriebenen weiteren Ausgestaltung insbesondere auch so ausgestaltet sein, dass mittels einer Änderung der Lage und/oder Orientierung der Fassung die Abweichung einer Ist-Pose von einer Soll-Pose der optischen Fläche in allen sechs Freiheitsgraden ausgeglichen werden kann.

Das Ermitteln der Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Fassung kann durch Anpassen der Ist-Pose der ersten optischen Fläche an die Soll- Pose der ersten optischen Fläche erfolgen. Die Änderung der Ist-Pose der ersten optischen Fläche, die sich aus der Anpassung der Ist-Pose an die Soll- Pose der ersten optischen Fläche ergibt, repräsentiert dann die Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Fassung. Die Soll-Pose der ersten optischen Fläche kann dabei durch die Lage einer Anzahl von Soll- Oberflächenpunkten in dem vorgegebenen Koordinatensystem gegeben sein. Für eine Anzahl von Oberflächenmesspunkten der ersten optischen Fläche wird dann die jeweilige Lage in dem vorgegebenen Koordinatensystem messtechnisch erfasst. Die ermittelten Lagen der Oberflächenmesspunkte repräsentieren dann die Ist-Pose der ersten optischen Fläche. Das Anpassen der Ist-Pose der ersten optischen Fläche an die Soll-Pose der ersten optischen Fläche erfolgt dann durch Anpassen der Lage der Oberflächenmesspunkte an die Lage der Soll-Oberflächenpunkte. Beim Anpassen der Lage der Oberflächenmesspunkt an die Lage der Soll-Oberflächenpunkte wird die relative Lage der Oberflächenmesspunkte zueinander nicht verändert. Das messtechnische Erfassen der Lage der wenigstens drei Oberflächenmesspunkte in dem vorgegebenen Koordinatensystem kann durch punktweises Messen, durch linienweises Messen oder durch flächiges Messen erfolgen. Zum flächigen Messen können beispielsweise Wellenfrontsensoren, Fotogrammmetrie oder Reflektometrie Verwendung finden. Die beschriebene Ausgestaltung des Verfahrens ermöglicht das Ermitteln der Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Fassung mit gängigen Algorithmen zum Anpassen der Ist-Pose an die Soll-Pose der optischen Fläche, wobei der nötige Rechenaufwand - aber in der Regel auch die Präzision der Anpassung - mit der Anzahl der Messpunkte zunimmt. Je nach zu Verfügung stehender Rechenleistung und benötigter Präzision kann eine geeignete Anzahl an Oberflächenmesspunkten und Soll- Oberflächenpunkten gewählt werden. Zum Anpassen der Lage der Oberflächenmesspunkte an die Lage der Soll- Oberflächenpunkte können insbesondere die folgenden Schritte ausgeführt werden:

- Vorgeben einer Zielfunktion, die ein Maß für die globale Abweichung der Lage der Oberflächenmesspunkte von der Lage der Soll- Oberflächenpunkte darstellt; und

- Verändern der Lage der Oberflächenmesspunkte unter Beibehaltung ihrer Lage relativ zueinander mit Hilfe von rigiden Transformationen solange, bis die Zielfunktion ein Abbruchkriterium erfüllt.

Als Abbruchkriterium kann beispielsweise das Erreichen eines Minimums der Zielfunktion, das Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Zielfunktion oder das Erreichen einer bestimmten Anzahl von Iterationen dienen.

In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für jeden Oberflächenmesspunkt überprüft, ob er ein vorgegebenes Gütekriterium erfüllt. Ein mögliches Gütekriterium wäre der Maximalabstand eines Oberflächenmesspunktes zur Soll-Oberfläche. Messtechnische Ausreiser können dadurch eliminiert werden. Zum Anpassen der Lage der Oberflächenmesspunkte an die Lage der Soll-Oberflächenpunkte werden dann ausschließlich diejenigen Oberflächenmesspunkte berücksichtigt, die das Gütekriterium erfüllen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass hinreichend gute Messdaten für das Durchführen der Optimierung vorhanden sind. Im Falle einer optischen Erfassung der Oberflächenmesspunkte durch Abtastung der ersten optischen Fläche mittels eines Lichtstrahls kann als zusätzliches oder alternatives Gütekriterium eine Überprüfung der Signalintensität des von der ersten optischen Fläche reflektierten Lichtes herangezogen werden. Für die Signalintensität kann dafür ein unterer Schwellenwert festgelegt werden, welcher erreicht oder überschritten werden muss, um das reflektierte Licht als gültiges Signal zu qualifizieren. Der Schwellenwert kann unter Berücksichtigung der maximal erwarteten Neigung von Flächenbereichen der ersten optischen Fläche und des maximal erwarteten Abstandes von Flächenbereichen der ersten optischen Fläche vom verwendeten Sensor bestimmt werden.

Darüber hinaus kann die Menge der die Oberflächenmesspunkte maskiert werden, so dass für die Anpassung der Ist-Pose an die Soll-Pose nur noch diejenigen Oberflächenmesspunkte berücksichtigt werden, die in einem für die angestrebte optische Wirkung der Oberfläche relevanten Bereich der Oberfläche liegen. Dadurch können Formfehler der Oberfläche außerhalb des relevanten optischen Bereichs (z.B. Polierüberlauf) nicht die Ist-Pose verfälschen und/ oder der Rechenaufwand verringert sich.

Das Ermitteln der Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Fassung kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere iterativ erfolgen. Dies bietet die Möglichkeit, das Verfahren solange zu wiederholen, bis ein hinreichend guter Ausgleich der Abweichung der Ist-Pose von der Soll- Pose der ersten optischen Fläche bzw. eine hinreichend genaue Anpassung der Ist-Pose an die Soll-Pose der ersten optischen Fläche erzielt ist. Im Rahmen dieses iterativen Ermittelns der Änderungen der Lage und/oder Orientierung der Fassung bzw. des Anpassens der Ist-Pose an die Soll-Pose kann ggf. das Erfüllen des Gütekriteriums für die berücksichtigten Oberflächenmesspunkte wenigstens einmal erneut überprüft werden. Ab dem darauffolgenden Iterationsschritt werden dann nur noch diejenigen Oberflächenmesspunkte berücksichtigt, die das Gütekriterium erneut erfüllen. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass zu ungenaue Messpunkte das Erreichen eines besseren Ausgleiches der Abweichung der Ist-Lage von der Soll-Lage der ersten optischen Fläche bzw. das Erreichen einer besseren Anpassung der Ist-Pose an die Soll-Pose verhindern.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren kann das Ausbilden des wenigstens einen Referenzelementes an der Fassung durch abtragendes Bearbeiten und/oder auftragendes Bearbeiten der Fassung erfolgen. Das abtragende Bearbeiten kann dabei insbesondere ein spanendes oder strahlbasiertes Bearbeiten sein. Zum auftragenden Bearbeiten können insbesondere Beschichtungsverfahren oder additive Fertigung, d.h. ein Verfahren, in dem ein Werkstück schichtweise aus formlosem oder formneutralem Material unter Nutzung physikalischer und/oder chemischer Effekte aufgebaut wird, zur Anwendung kommen. Das abtragende und/oder auftragende Bearbeiten der Fassung kann CNC-gesteuert mittels einer wenigstens drei Positionierachsen aufweisenden Bearbeitungsvorrichtung erfolgen. Die drei Positionierachsen können dabei insbesondere wenigstens eine rotatorische Positionierachse und zwei translatorische Positionierachsen umfassen. Dadurch lässt sich beispielsweise ein abtragendes und/oder auftragendes Bearbeiten derart, dass eine definierte Lage in zwei translatorischen Freiheitsgraden zusätzlich zur definierten azimutalen Lage erreicht werden kann, realisieren. Dadurch, dass nicht nur abtragendes Bearbeiten, sondern auch auftragendes Bearbeiten zur Anwendung kommt, ist die Freiheit in der Schaffung der Referenzelemente erheblich größer als beim eingangs beschriebenen Zentrierdrehen.

Wenn das optische Element wenigstens eine zweite optische Fläche, die rotationssymmetrisch oder nicht rotationssymmetrisch sein kann, mit einer Soll-Pose in dem vorgegebenen Koordinatensystem aufweist, kann eine Anpassung der Fassung sowohl an die Abweichung der Ist-Pose der ersten optischen Fläche von der Soll-Pose der ersten optischen Fläche in der Fassung als auch an eine Abweichung der Ist-Pose der zweiten optischen Fläche von der Soll-Pose der zweiten optischen Fläche in der Fassung erfolgen. Da die Abweichung der Ist-Pose der ersten optischen Fläche von der Soll-Pose der ersten optischen Fläche in der Regel nicht der Abweichung der Ist-Pose der zweiten optischen Fläche von der Soll-Pose der zweiten optischen Fläche entspricht, ist die Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Fassung in dem vorgegebene Koordinatensystem zum Ausgleich der Abweichungen zumeist überbestimmt. Im Falle einer überbestimmten Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Fassung in dem vorgegebenen Koordinatensystem kann eine eindeutig bestimmte Änderung der Lage und/oder der Orientierung durch eine Ausgleichsrechnung ermittelt werden. Auf diese Weise kann ein optimaler Kompromiss zum gleichzeitigen Ausgleich einer Abweichung der Ist-Pose von der Soll-Pose der ersten optischen Fläche und einer Abweichung der Ist-Pose von der Soll-Pose der zweiten optischen Fläche erzielt werden. Falls die zweite optische Fläche rotationssymmetrisch um ihre Abbildungsachse ist, besteht keine Überbestimmung in der azimutalen Ausrichtung, so dass dann bezüglich der azimutalen Ausrichtung keine Ausgleichsrechnung erforderlich ist.

Ein erfindungsgemäßes optisches Bauteil umfasst eine Fassung und ein in der Fassung gefasstes optisches Element mit wenigstens einer ersten optischen Fläche, die eine refraktive optische Fläche, eine reflektive optische Fläche, eine diffraktive optische Fläche oder eine Kombination davon sein kann. Die erste optische Fläche weist in Bezug auf eine Abbildungsachse des optischen Elementes keine Rotationssymmetrie auf, wobei sie insbesondere als Freiformfläche, aber auch als Fläche mit Form-Rotationssymmetrie ausgebildet sein kann. Die Fassung weist wenigstens ein Referenzelement auf, das eine Lage und/oder Orientierung der Fassung in einem vorgegebenen Koordinatensystem definiert, die eine Abweichung einer Ist-Pose der ersten optischen Fläche von einer Soll-Pose der ersten optischen Fläche in der Fassung in zumindest einem Freiheitsgrad ausgleicht. Dabei definiert das wenigstens eine Referenzelement zumindest eine bestimmte azimutale Lage der Fassung. Das wenigstens eine Referenzelement der Fassung ermöglicht es dadurch, das erfindungsgemäße optische Bauteil in ein Halteelement einer optischen Baugruppe derart einzusetzen, dass zumindest die Abweichung der azimutalen Ist-Orientierung der optischen Fläche von ihrer azimutalen Soll- Orientierung durch die Einbaulage der Fassung in Haltelement ausgeglichen wird, so dass das gefasste optische Element nach dem Einbau in die optische Baugruppe wenigstens eine definierte azimutale Ausrichtung in der optischen Baugruppe aufweist.

Wenn das wenigstens eine Referenzelement eine bestimmte Ausrichtung der Fassung in allen drei rotatorischen Freiheitsgraden definiert, kann eine derartige Orientierung der Fassung im Halteelement erreicht werden, dass eine Abweichung der Ist-Orientierung von der Soll-Orientierung der optischen Fläche in allen drei rotatorischen Freiheitsgraden ausgeglichen wird.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass das wenigstens eine Referenzelement zusätzlich zu der wenigstens azimutalen Lage oder zusätzlich der bestimmten Ausrichtung der Fassung in allen drei rotatorischen Freiheitsgraden eine bestimmte Lage der Fassung in wenigstens zwei translatorischen

Freiheitsgraden definiert. Zwei der wenigstens zwei translatorischen

Freiheitsgrade liegen vorzugsweise in einer Ebene senkrecht zur

Abbildungsachse des optischen Elements. Insbesondere bei Freiformflächen können dadurch translatorische Abweichungen der Ist-Lage von der Soll-Lage innerhalb einer zur Abbildungsachse senkrechten Ebene durch eine entsprechende Positionierung der Fassung im Halteelement ausgeglichen werden. Da Freiformflächen häufig sehr sensitiv gegen eine

Fehlpositionierung innerhalb einer Ebene senkrecht zur optischen Achse reagieren, kann dadurch eine hohe optische Qualität des gefassten optischen Elementes mit einer Freiformfläche beim Einbau in eine optische Baugruppe realisiert werden.

Das wenigstens ein Referenzelement kann zudem derart ausgebildet sein, dass es eine Verschiebung der Fassung entlang einer definierten Richtung gestattet. Dadurch besteht die Möglichkeit, gefasst Referenzelemente zur Verfügung zu stellen, bei denen die optische Wirkung durch Verschieben von Freiformflächen relativ zueinander gezielt beeinflusst werden kann. Die definierte Richtung liegt dabei vorzugsweise innerhalb einer zur Abbildungsachse des optischen Elements senkrechten Ebene. Derartige als Alvarez-Elemente bekannte optische Elemente sind beispielsweise in WO 2007/037691 A2, in US 2017/0227747 A1 und in US 2013/027891 1 A1 beschrieben. Mit Hilfe von Alvarez-Elementen können beispielsweise Abbildungsfehler für verschiedene Fokusebenen gezielt korrigiert werden, wie dies in DE 10 2013 101 71 1 A1 beschrieben ist. Daneben bieten senkrecht zur optischen Achse verschiebbare optische Elemente mit Freiformflächen auch die Möglichkeit, gezielt Abbildungsfehler in ein optisches System einzubringen, beispielsweise um in einem Fotoobjektiv einen Weichzeichnereffekt herbeizuführen, wie dies zum Beispiel in DE 10 2014 1 18 383 A1 beschrieben ist. Eine ähnliche Verwendung von senkrecht zur optischen Achse verschiebbaren optischen Elementen mit Freiformflächen beschreibt auch die DE 10 2015 1 16 895 B3. Alternativ zu den Alvarez-Elementen kann die definierte Richtung auch in Richtung der Abbildungsachse liegen. Damit sind insbesondere Zoom-Funktionalitäten möglich.

Eine erfindungsgemäße optische Baugruppe umfasst wenigstens ein erfindungsgemäßes optisches Bauteil und ein das wenigstens eine optische Bauteil haltendes und justierendes Flalteelement, wobei das wenigstens eine Referenzelement der Fassung des optischen Bauteils mit dem Flalteelement derart zur Justierung zusammenwirkt, dass eine definierte Lage und/oder Orientierung der ersten optischen Fläche relativ zum Halteelement geschaffen wird. Dadurch wird es möglich, das vom Halteelement gehaltene optische Element gezielt derart auszurichten, dass seine optische Fläche innerhalb der optischen Baugruppe eine definierte Pose einnimmt, die nicht von der Soll- Pose abweicht.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme der beiliegenden Figuren.

Figur 1 veranschaulicht in Form eines Ablaufdiagramms ein exemplarisches Ausführungsbeispiel für das Anpassen der Fassung eines in einer Fassung gefassten optischen Elementes an einer Abweichung einer Ist-Pose seiner optischen Fläche von einer Soll-Pose.

Figur 2 zeigt in Form eines Ablaufdiagramms ein Detail aus Figur 1 .

Figur 3 zeigt ein erstes exemplarisches Ausführungsbeispiel für ein

Bauteil mit einem gefassten optischen Element.

Figur 4 zeigt ein zweites exemplarisches Ausführungsbeispiel für ein optisches Bauteil mit einem gefassten optischen Element.

Figur 5 zeigt ein drittes exemplarisches Ausführungsbeispiel für ein optisches Bauteil mit einem gefassten optischen Element. Figur 6 zeigt ein exemplarisches Ausführungsbeispiel für eine optische Baugruppe mit einem optischen Bauteil, welches ein gefasstes optisches Element umfasst.

Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zum Anpassen der Fassung eines gefassten optischen Elementes an einer Abweichung einer Ist-Pose einer optischen Fläche des optischen Elementes von einer Soll-Pose der optischen Fläche wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschrieben, wobei Figur 2 die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Anwendung kommende Methode zum Ermitteln einer Lageänderung und/oder der Orientierungsänderung der Fassung zur Kompensation der Abweichung der Ist-Pose von der Soll-Pose beschreibt.

Die optische Fläche ist eine optische Fläche, die keine Rotationssymmetrie um die Abbildungsachse aufweist. Die Abbildungsachse der optischen Fläche ist die durch die mit der optischen Fläche angestrebte Abbildungsfunktion gegebene Hauptstrahlrichtung eines durch die optische Fläche hindurchtretenden Strahlenbündels gegeben. Die optische Fläche kann insbesondere eine Fläche mit Form-Rotationssymmetrie sein, deren Symmetrieachse einen Winkel zur Abbildungsachse, typischerweise einen rechten Winkel zur Abbildungsachse, aufweist. Beispiele für derartige Flächen sind torische Flächen oder Zylinderflächen. Alternativ hierzu kann die optische Fläche als Freiformfläche ausgebildet sein, die typischerweise weder Punkt, noch Achsensymmetrien aufweist.

Teile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vorzugsweise auf einem Computer oder einer speziell zur Ausführung des Verfahrens ausgelegten Brechungseinheit durchgeführt. Der Computer bzw. die Berechnungseinheit können insbesondere teil eine CNC-gesteuerten Bearbeitungsmaschine sein, mit der die Fassung bearbeitet wird, um die Fassung an die Abweichung der Ist-Pose von der Soll-Pose vorzunehmen.

In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird die Soll-Pose einer optischen Fläche des gefassten optischen Elementes in einem vorgegebenen Koordinatensystem angegeben, in dem auch die Lage und die Orientierung der Fassung angegebenen sind. Das Angeben der Soll-Pose kann dabei durch Angeben der räumlichen Lagen einer Anzahl von die optische Fläche repräsentierenden Soll-Oberflächenpunkten in dem vorgegebenen Koordinatensystem erfolgen. Dabei sind die Lagen mindestens dreier Soll- Oberflächenpunkte nötig, um sowohl die translatorische Lage als auch die Orientierung der optischen Fläche im vorgegebenen Koordinatensystem eindeutig angeben zu können. Aus den Lagen der Soll-Oberflächenpunkte in Bezug auf den Ursprung des vorgegebenen Koordinatensystems lässt sich ohne weiteres die Soll-Pose, also die Soll-Lage und die Soll-Orientierung, der optischen Fläche ermitteln, wenn die Lagen der Soll-Oberflächenpunkte auch in Bezug auf die optische Fläche bekannt sind. Dabei ist es nicht notwendig, dass die Soll-Oberflächenpunkte wirklich Punkte auf der der optischen Fläche selbst sind, sondern lediglich, dass bei Kenntnis der Lage der Soll- Oberflächenpunkte die Lagen tatsächlicher auf der optischen Fläche liegender Punkte ermittelt werden können. Beispielsweise kann die optische Fläche in einem an das optische Element gekoppelten Koordinatensystem beschrieben sein. Die Soll-Oberflächenpunkte könnten in diesem Fall beliebige Punkte in dem an das an das optische Element gekoppelten Koordinatensystem sein, deren Lage und Orientierung in Bezug auf das vorgegebene Koordinatensystem bekannt sind. Die Koordinaten von Punkten der optischen Fläche, die in dem an das optische Element gekoppelten Koordinatensystem gegeben sind, können dann mittels einer Koordinatentransformation in Koordinaten des vorgegebenen Koordinatensystems transformiert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedoch ein anderer Weg gewählt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird für eine hohe Zahl von auf der optischen Fläche liegenden Soll-Oberflächenpunkten die jeweilige räumliche Lage angegeben, so dass die Soll-Oberflächenpunkte ein Punktwolkenmodell der optischen Fläche in der Soll-Pose darstellen.

Um die Ist-Pose der optischen Fläche zu ermitteln, werden in Schritt S2 die räumlichen Lagen einer Anzahl von Oberflächenmesspunkten im vorgegebenen Koordinatensystem ermittelt. Bereits aus den erfassten Lagen von drei Oberflächenmesspunkten im vorgegebenen Koordinatensystem lassen sich die tatsächliche Lage und die tatsächliche Orientierung der optischen Fläche im vorgegebenen Koordinatensystem ermitteln, sofern die Lage der Oberflächenmesspunkte auf der optischen Fläche bekannt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedoch ein anderer Weg gewählt. Zum Ermitteln der Ist-Pose der optischen Fläche werden die räumlichen Lagen einer großen Anzahl an Oberflächenmesspunkten messtechnisch erfasst, so dass die Lagen der Oberflächenmesspunkte ein Punktwolkenmodell der optischen Fläche im vorgegebenen Koordinatensystem bilden, sofern sie dicht genug erfasst werden.

Das Erfassen der Oberflächenmesspunkte kann durch punktweises Erfassen von Oberflächenmesspunkten, durch linienweises Erfassen von Oberflächenmesspunkten oder durch flächiges Erfassen von Oberflächenmesspunkten erfolgen. Das punktweise Erfassen von Oberflächenmesspunkten kann beispielsweise mittels Mehrwellenlängen Interferometer, mittels chromatischer Sensoren, mittels Triangulationssensoren, mittels taktiler Taster, mittels konfokaler Sensoren, etc. erfolgen, das linienweise Erfassen von Oberflächenpunkten beispielsweise mittels eines Linearscanners oder dergleichen. Zum flächigen Erfassen von Oberflächenmesspunkten können interferometrische Verfahren oder Wellenfrontsensoren Verwendung finden. Alternativ besteht die Möglichkeit, ein flächiges Erfassen von Oberflächenmesspunkten mittels eines Streifenprojektionsverfahrens vorzunehmen. Dabei werden zeitlich sequenziell Muster von parallelen Hellen und Dunklen Streifen unterschiedlicher Breite auf die optische Fläche projiziert und von mindestens zwei Beobachtungskameras aufgenommen. Aus den von den projizierten Mustern aufgenommenen Bildern können dann die Lagen der Oberflächenmesspunkte berechnet werden. Ein weiteres Beispiel für das flächige Erfassen von Oberflächenmesspunkten ist das Projizieren eines Streifenmusters mit sinusförmigen Intensitätsverteilungen auf eine Mattscheibe und das Spiegeln des Musters durch die optische Fläche. Das von der optischen Fläche gespiegelte Muster wird von wenigstens einer Kamera aufgenommen, wobei aus der Verzerrung des Musters im aufgenommenen Bild die Lagen von Oberflächenmesspunkten berechnet werden können. Zum Erfassen der Lagen von Oberflächenmesspunkten können insbesondere auch zwei oder mehr der beschriebenen Erfassungsmethoden zur Anwendung kommen. Beispielsweise können unterschiedliche Verfahren von entgegengesetzten Seiten des gefassten optischen Elements aus durchgeführt werden.

Das gewählte Verfahren zum Erfassen der Lagen der Oberflächenmesspunkte kann insbesondere von einer Bearbeitungsmaschine ausgeführt werden, mit deren Hilfe später das wenigstens eine Referenzelement an der Fassung ausgebildet wird. In diesem Fall kann das vorgegebene Koordinatensystem das Koordinatensystem der Maschine sein, so dass das Erfassen der Oberflächenmesspunkte und das spätere Bearbeiten der Fassung im selben Koordinatensystem erfolgen. Wenn dagegen das Erfassen der Oberflächenmesspunkte mit eine von der Bearbeitungsmaschine getrennter Vorrichtung erfolgt, ist vor der Bearbeitung der Fassung noch Koordinatentransformation notwendig. Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung von einem vorgegebenen Koordinatensystem die Rede ist, muss dies daher nicht zwingend bedeuten, dass alle Schritte des Verfahrens im selben Koordinatensystem ausgeführt werden. Es ist jedoch zwingend notwendig, dass die Koordinaten der verwendeten Koordinatensysteme durch eine bekannte Koordinatentransformation ineinander überführbar sind. In diesem Sinne ist unter einem vorgegebenen Koordinatensystem auch eine Gruppe von Koordinatensystemen zu verstehen, die durch Koordinatentransformationen eindeutig ineinander überführt werden können.

Im Rahmen des Erfassens der Oberflächenmesspunkte ist es grundsätzlich ausreichend, die Lage von Oberflächenmesspunkten lediglich für einen Teilbereich der optischen Fläche zu erfassen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Lage von Oberflächenmesspunkten für die gesamte optische Fläche oder für mehrere Teilbereiche der optischen Fläche zu ermitteln.

Nachdem in Schritt S1 die Soll-Pose der optischen Fläche dadurch angegeben worden ist, dass durch die Angabe der räumlichen Lagen einer Anzahl von Soll-Oberflächenpunkten ein Punktwolkenmodell vorliegt, das die optische Fläche in ihrer Soll-Pose repräsentiert, und in Schritt S2 die Lagen von Oberflächenmesspunkten dicht genug erfasst worden sind, so dass ein die Ist- Pose der optischen Fläche im vorgegebenen Koordinatensystem repräsentierendes Punktwolkenmodell der optische Fläche vorliegt, wird in Schritt S3 eine Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Fassung derart ermittelt, dass eine Abweichung der Ist-Pose der optischen Fläche von der Soll-Pose der optischen Fläche durch die Änderung der Lage und/oder Orientierung der Fassung in dem vorgegebenen Koordinatensystem zumindest in einem Freiheitsgrad ausgeglichen wird. Vorzugsweise wird eine derartige Änderung der Lage und/oder Orientierung der Fassung in dem vorgegebenen Koordinatensystem ermittelt, dass durch die Änderung der Lage und/oder Orientierung der Fassung die komplette Ist-Orientierung der optischen Fläche an die Soll-Orientierung angepasst wird. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Änderung der Lage und/oder Orientierung der Fassung auch derart erfolgt, dass außerdem die translatorische Ist-Lage der optischen Fläche in wenigstens zwei translatorischen Freiheitsgraden an die translatorische Soll-Lage der optischen Fläche angepasst wird. Insbesondere ist auch eine Anpassung in allen drei translatorischen Freiheitsgraden möglich. Im Falle optischer Elemente mit Freiformflächen kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn die Anpassung lediglich in zwei translatorischen Freiheitsgraden erfolgt, wobei beispielsweise die translatorische Lage in einer zur Abbildungsachse senkrechten Richtung nicht festgelegt ist. Dies ermöglicht es, gefasste optische Elemente mit Freiformflächen senkrecht zur Abbildungsachse gegeneinander zu verschieben, um damit unterschiedliche optische Wirkungen der optischen Elemente zu realisieren.

Das Ermitteln der zum Ausgleichen einer Abweichung der Ist-Pose der optischen Fläche von der Soll-Pose der optischen Fläche notwendigen Änderung der Lage und Orientierung der Fassung wird nachfolgend mit Bezug auf Figur 2 beschrieben.

In einem ersten Schritt des Ermittelns der Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Fassung wird geprüft, welche der erfassten Oberflächenmesspunkte des die optische Fläche in Ist-Pose repräsentierenden Punktwolkenmodells ein vorgegebenes Gütekriterium erfüllen (Schritt S31 ). Nur solche Oberflächenmessunkte, die das vorgegebene Gütekriterium erfüllen, finden im weiteren Lauf des Verfahrens Verwendung. Das von den verwendeten Oberflächenmesspunkten gebildete, die optischen Fläche in Ist-Pose repräsentierende Punktwolkenmodell wird im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel mittels rigider Transformationen iterativ solange an das von den Soll-Oberflächenpunkten gebildete, die optische Fläche in Soll-Pose repräsentierende Punktwolkenmodell angenähert, bis eine optimierte rigide Transformation gefunden ist, nach deren Ausführung der Wert einer Zielfunktion ein vorgegebenes Abbruchkriterium erfüllt (Schritt S32). Eine rigide Transformation ist dabei eine Transformation, die lediglich die Pose des Punktwolkenmodells, d.h. lediglich die translatorische Lage und die Orientierung des Punktwolkenmodells, ändert, ohne die Abstände zwischen den Punkten des Punktwolkenmodells zu verändern. Ein derartiges Vorgehen ist als Point Set Registration oder auch als Point Mapping bekannt. Die Zielfunktion stellt ein Maß für die globale Abweichung der Lagen der das Punktwolkenmodell der optischen Fläche in Ist-Pose bildenden Oberflächenmesspunkte von den Lagen der das Punktwolkenmodell der optischen Fläche in Soll-Pose bildenden Soll-Oberflächenpunkten dar. Das Abbruchkriterium der Zielfunktion kann beispielsweise das Erreichen eines Minimums der Zielfunktion sein. Alternativ besteht die Möglichkeit, einen maximal zulässigen Wert für die Zielfunktion vorzugeben und die Optimierung beim Erreichen oder Unterschreiten dieses maximal zulässigen Wertes abzubrechen oder eine maximale Anzahl an Iterationen vorzugeben und die Optimierung abzubrechen, wenn die maximale Anzahl an Iterationen stattgefunden hat.

Nach jeder in Schritt S32 durchgeführten rigiden Transformation wird in Schritt S33 geprüft, ob der Wert der Zielfunktion das Abbruchkriterium erfüllt. Erfüllt der Wert der Zielfunktion das Abbruchkriterium nicht, kehrt das Verfahren zu Schritt S32 zurück und führt eine erneute Transformation aus. Statt zu Schritt S32 kann das Verfahren auch zu Schritt S31 zurückkehren, wie in Figur 2 durch den gestrichelten Pfeil angedeutet ist. In diesem Fall erfolgt ein erneutes Prüfen der verwendeten Oberflächenmesspunkte dahingehend, ob sie das Gütekriterium erfüllen. Nur solche Oberflächenmesspunkte, die das Gütekriterium auch weiterhin erfüllen, werden kann bei der erneuten Transformation und beim erneuten Berechnen des Wertes der Zielfunktion berücksichtigt. Das Verfahren kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass das Gütekriterium erst nach einer bestimmten Anzahl von Iterationsschritten erneut überprüft wird. Sollte sich heraussteilen, dass das Abbruchkriterium der Zielfunktion auch nach einer bestimmten Anzahl an Iterationen noch nicht erreicht ist, besteht die Möglichkeit, eine strengere Version des Gütekriteriums zu verwenden, um die Anforderungen an die während der Iteration verwendeten Oberflächenmesspunkte zu erhöhen.

Wenn in Schritt S33 festgestellt wird, dass der Wert der Zielfunktion das Abbruchkriterium erfüllt, schreitet das Verfahren zu Schritt S34 fort, in dem wenigstens ein numerisches Modell für wenigstens ein an der Fassung auszubildendes Referenzelement konstruiert wird, welches die im iterativen Verfahren gewonnene optimierten rigiden Transformation definiert, d.h. welches in Verbindung mit einer Referenzfläche in einem Haltelement einer optischen Baugruppe dazu führt, dass die Fassung der optimierten rigiden Transformation entsprechend in der optischen Baugruppe positioniert und/oder orientiert wird. Als das wenigstens eine Referenzelement wird ein Referenzelement konstruiert, das keine Rotationssymmetrie in Bezug auf die Abbildungsachse aufweist. Insbesondere wird das Referenzelement so ausgebildet, dass durch es eine definierte azimutale Orientierung der Fassung in dem vorgegebenen Koordinatensystem festgelegt wird, so dass mit Hilfe des Referenzelementes eine vorgegebenen azimutale Orientierung der Fassung und damit der optischen Fläche des gefassten optischen Elementes bei Einbau in die optische Baugruppe realisiert werden kann.

Im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel kann von Beginn an oder nach einer bestimmten Anzahl von Iterationen eine Maskierung der Oberfläche auf den für die angestrebte optische Wirkung der Oberfläche relevanten Oberflächenbereich erfolgen. Praktisch erfolgt dies, indem die Menge an Oberflächenmesspunkten auf diejenige Untermenge an Oberflächenmesspunkten beschränkt wird, die nur noch Oberflächenmesspunkte enthält, die in dem für die angestrebte optische Wirkung der Oberfläche relevanten Oberflächenbereich liegen. Für die Anpassung der Ist-Pose an die Soll-Pose werden dann in den nachfolgenden Iterationen nur noch die Oberflächenmesspunkte aus der Untermenge an Oberflächenmesspunkten berücksichtigt. Dadurch können Formfehler der Oberfläche außerhalb des relevanten optischen Bereichs (z.B. Polierüberlauf) nicht die Ist-Pose verfälschen und/ oder der Rechenaufwand verringert sich.

Mit Schritt S34 ist Schritt S3 aus Figur 1 beendet. Das in Figur 1 gezeigte Verfahren schreitet sodann zu Schritt S4 fort, in dem das wenigstens eine in Schritt S34 konstruierte Referenzelement an der Fassung des optischen Elements mittels abtragender und/oder auftragender Bearbeitung der Fassung ausgebildet wird.

Das Ausbilden des wenigstens einen Referenzelementes erfolgt im exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch spanendes Bearbeiten, d.h. ausschließlich durch abtragendes Bearbeiten der Fassung. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Fassung vor der Bearbeitung ein Übermaß aufweist, so dass ein Abtrag auf einer Seite durch einen unterlassenen Abtrag auf der anderen Seite ausgeglichen werden kann. Als spanendes Bearbeiten kommt im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel Fräsen zur Anwendung. Das Fräsen erfolgt CNC- gesteuert, wobei eine Bearbeitungsmaschine Verwendung findet, die wenigstens zwei translatorische und eine rotatorische Positionierachse aufweist, mit denen ein gefasstes optisches Element in der Maschine nummerisch gesteuert positioniert werden kann.

Obwohl im beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens lediglich eine einzige optische Fläche vorhanden ist, für die eine Abweichung der Ist-Pose von der Soll-Pose durch eine Änderung der Lage und/oder Orientierung der Fassung ausgeglichen werden soll, kann das Verfahren auch zum Ausgleichen der Ist-Posen von den Soll-Posen mehrerer optischer Flächen, insbesondere auch einer Vorderfläche und einer Rückfläche des optischen Elementes, herangezogen werden. Da die Abweichungen der Ist-Posen von den Soll-Posen für die verschiedenen optischen Flächen unterschiedlich sein können, kann es Vorkommen, dass das die optimierte rigide Transformation überbestimmt ist, d.h. dass für die optischen Flächen unterschiedliche optimierte rigide Transformationen vorhanden sind. Um dennoch zu einem eindeutigen Ergebnis zu gelangen, kann eine Ausgleichsrechnung Verwendung finden. Diese kann beispielsweise so ausgestaltet werden, dass aus den optimierten rigiden Transformationen eine gemittelte optimierte rigide Transformation gewonnen wird, wobei auch eine gewichtete Mittelung erfolgen kann. Die Gewichte können dabei beispielsweise an die jeweilige Bedeutung der Beiträge der einzelnen optischen Flächen für die Abbildungsqualität gekoppelt sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Ausgleich in die Zielfunktion zu integrieren, bspw. indem für wenigstens eine der optischen Flächen die Abweichungen der Lagen der Oberflächenmesspunkte von den Lagen der Soll-Oberflächenpunkte mit einem Multiplikationsfaktor in die Zielfunktion eingehen. Dadurch kann bspw. erreicht werden, dass in der mit Bezug auf Figur 2 beschriebenen Iteration zum Finden der optimierten rigiden Transformation bei einer optischen Fläche größere Abweichungen der Lagen der Oberflächenmesspunkte von den Lagen der Soll-Oberflächenpunkte erlaubt sind als bei einer anderen optischen Fläche.

Eine nicht abschließende Darstellung von exemplarischen Ausführungsbeispielen für gefasste optische Elemente, bei denen die Fassung wenigstens ein Referenzelement aufweist, mit dem die Fassung derart in einem Halteelement einer optischen Baugruppe orientiert werden kann, dass zumindest eine azimutale Abweichung der Ist-Pose der optischen Fläche des gefassten optischen Elementes von seiner Soll-Pose ausgeglichen wird, wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 3 bis 5 beschrieben.

Figur 3 zeigt ein erstes exemplarisches Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optisches Bauteil 1 mit einer im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel rechteckigen Fassung 3 und einem in der Fassung 3 gefassten, im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel ebenfalls rechteckigen optischen Elementes 5. Das optische Element 5 weist als optische Fläche 7 eine Freiformfläche auf, die weder Punkt- noch Achssymmetrie besitzt. Das in Figur 3 dargestellte optische Bauteil weist eine Anzahl Referenzelemente 9a bis 9C, 13, 17A und 17B auf, die im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel als Anlagenflächen 1 1 A bis 1 1 C, 15, 19A und 19B ausgebildete Stirnflächen aufweisen. Mit den Anlageflächenl 1A bis 1 1 C, 15, 19A und 19B kommen die Referenzelemente 9a bis 9C, 13, 17A und 17B beim Einbau in ein Haltelement 21 einer optischen Baugruppe 20 an Referenzflächen 23, 25 des Halteelementes zur Anlage (vgl. Figur 6) wodurch sie die Lage und Orientierung der Fassung 3 in dem Haltelement 21 und damit in der optischen Baugruppe 20 festlegen.

Der Abstand der Referenzelemente 9A bis 9C von der Oberfläche 4 der Fassung 3 legt im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel die Lage der Fassung 3 entlang der Abbildungsachse A fest, die Neigung der Anlagenflächen 1 1A bis 1 1 C relativ zur Oberfläche 4 die Orientierung der Fassung 3 in zwei rotatorischen Freiheitsgraden. Dabei sind die Neigungen der der Anlagenflächen 1 1A bis 1 1 C im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel identisch, damit sie mit derselben ebenen Referenzfläche Zusammenwirken können. Bei nicht ebenen Referenzflächen oder, wenn die Anlagenflächen 1 1A bis 1 1 C mit unterschiedlichen Referenzflächen Zusammenwirken sollen, können die Anlagenflächen 1 1A bis 1 1 C je nach Orientierung der Referenzfläche, mit der eine Anlagefläche zusammenwirkt, auch voneinander verschiedene Neigungen relativ zur Oberfläche 4 aufweisen. Im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel wird lediglich die azimutale Orientierung der Fassung 3 in Bezug auf die Abbildungsachse A wird durch die Anlagenflächen 1 1 A bis 1 1 C festgelegt.

Ein weiteres Referenzelement 13 befindet sich an einer der kurzen Umfangsflächen 8 der Fassung 3. Wie bei den übrigen Referenzelementen kommt seine Anlagefläche 15A an einer Referenzfläche 23, 25 des Haltelements 21 der optischen Baugruppe 20 zur Anlage. Der Abstand der Anlagefläche 15A von der kurzen Umfangsfläche 8 definiert dabei die Position der Fassung 3 in dem Halteelement in einer ersten zur Abbildungsachse A senkrechte Richtung. Zwei weitere Referenzelemente 17A, 17B mit Anlageflächen 19A, 19B befinden sich an einer der langen Umfangsflächen 10 der Fassung 3. Diese definieren mit Hilfe des Abstandes ihrer Anlageflächen 19A, 19B von der langen Umfangsfläche 10 die Position der Fassung 3 in dem Halteelement in einer zweiten zur Abbildungsachse A senkrechte Richtung. Zudem wird durch eine Neigung der Anlagenflächen 15, 19A, 19B des Referenzelementes 13 und der Referenzelemente 17A und 17B die azimutale Orientierung der Fassung 3 um die Abbildungsachse A festgelegt. Dabei hängen die zum Festlegen der azimutalen Orientierung nötigen Neigungen der Flächen 15, 17A und 17B jeweils von den Orientierungen der Referenzflächen, an denen sie zur Anlage kommen, ab.

Zur Fierstellung eines optischen Bauteils 1 , wie es in Figur 3 gezeigt ist, erfolgt, indem bei einer Rohversion der Fassung 3 des gefassten optischen Elementes 7 mit größeren Abmessungen, als sie für den Einbau in das Flaltelement 21 der optischen Baugruppe 20 nötig sind, numerisch gesteuert Material derart abgetragen wird, dass die Fassung 3 mit den Referenzelementen 9a bis 9C, 13, 17A und 17B übrig bleibt. Die Form der Referenzelemente ergibt sich dabei aus der optimierten rigiden Transformation in Verbindung mit der Lage und Orientierung der Referenzflächen 23, 25 in dem Halteelement 21 .

Ein zweites exemplarisches Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optisches Bauteil 101 ist in Figur 4 dargestellt.

Das optische Bauteil aus Figur 4 weist wie das optische Bauteil aus Figur 3 eine rechteckige Fassung 103 und ein in der Fassung gefasstes rechteckiges optisches Element 105 mit einer Freiformfläche 107 auf. Zudem weist es auf der Oberseite 104 der Fassung 103 drei Referenzelemente 109A, 109B und 109C mit Anlageflächen 1 1 1 A, 1 1 1 B und 1 1 1 C auf, die in ihrer Funktion und Ausgestaltung den Referenzelementen 9A, 9B und 9C aus Figur 3 entsprechend. Auch das optische Element 105 entspricht dem optischen Element 5 aus Figur 3.

Das in Figur 4 dargestellt optische Bauteil 101 unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten optischen Bauteil 1 durch das Fehlen der zylinderförmigen Referenzelemente an der langen Umfangsfläche. Stattdessen ist im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel in wenigstens einer der langen Umfangsflächen ein Referenzelement in Form einer Nut 1 13 mit einem V-förmigen Querschnitt ausgebildet. Die Wandflächen 1 15A, 1 15B der Nut 1 13 definieren dabei Anlageflächen, die mit den Flächen eines im Haltelement einer optischen Baugruppe ausgebildeten Vorsprungs mit dachförmigem Querschnitt Zusammenwirken. Die Flächen mit dem dachförmigen Querschnitt stellen in diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel Referenzflächen des Haltelementes dar. Durch das Zusammenwirken der Wandflächen 1 15A, 1 15B der Nut 1 13 mit diesen Referenzflächen wird die Lage der Fassung 103 entlang der Abbildungsachse A und entlang einer zur Abbildungsachse A und zur Längsausdehnungsrichtung der Nut senkrechten Richtung festgelegt, Außerdem legt die Ausgestaltung der Nut auch die Orientierung der Fassung 103 fest. Zum Festlegen der azimutalen Orientierung kann die Nut an ihrem einen Ende tiefer in das Material der Fassung 103 hineinreichen als an ihrem anderen Ende. Zwischen den beiden Enden erstreckt sich die Nut linear, so dass die Längsrichtung der Nut einen Azimutwinkel der Fassung festlegt.

Die Wandflächen 1 15A, 1 15B der Nut 1 13 dienen im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel als Gleitflächen, die relativ zu dem eingreifenden dachförmigen Vorsprung des Halteelements gleiten können. Dadurch wird es möglich, die Fassung 103 mittels eines geeigneten Antriebs entlang der Ausdehnungsrichtung der Nut gezielt zu verschieben und zu positionieren, wie dies in Figur 4 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist.

Das Herstellen des optischen Bauteils 101 kann wie beim Herstellen des in Figur 3 gezeigten optischen Bauteils 1 durch abtragendes Bearbeiten der Fassung 103 erfolgen

Ein drittes exemplarisches Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optisches Bauteil ist in Figur 5 dargestellt. Das optische Bauteil 201 des dritten exemplarischen Ausführungsbeispiels umfasst wie die vorherigen exemplarischen Ausführungsbeispiele eine rechteckige Fassung 203 mit einem darin gefassten rechteckigen optischen Element 205, das eine Freiformfläche 207 als optische Fläche aufweist. In der Fassung sind fünf Anlageflächen 21 1A bis 21 1 E vorhanden, die in Ausnehmungen 209A, 209B der Fassung 203 ausgebildet sind. In die Ausnehmungen 209A, 209B greifen Justierflächen breitstellende Justiervorsprünge eines Halteelementes einer optischen Baugruppe derart ein, dass die Anlageflächen 21 1A bis 21 1 E an den Justierflächen anliegen. Die Lage der Fassung 203 entlang einer zur Abbildungsachse A senkrechten ersten Richtung wird dabei durch die Entfernung der Anlagefläche 21 1 D von der kurzen Umfangsfläche 106B festgelegt. Die Lage der Fassung 203 entlang einer zur ersten Richtung sowie zur Abbildungsachse A senkrechten zweiten Richtung wird durch die Position der Ausnehmungen 209A, 209B zwischen den beiden langen Umfangsflächen 210A, 21 OB der Fassung 203 festgelegt. Im vorliegendem exemplarischen Ausführungsbeispiel befinden sich die Ausnehmungen 209A, 209B weitgehend mittig zwischen den beiden langen Umfangsflächen 21 OA, 21 OB, sie könnte jedoch auch näher an einer der langen Umfangsflächen als an der anderen langen Umfangsfläche liegen, was eine anderen Position der Fassung entlang einer zur Längsausdehnung der kurzen Umfangsflächen parallelen Richtung definieren würde. Zudem legen die Positionen der Ausnehmungen 209A 209B zwischen den beiden langen Umfangsflächen 210A, 21 OB im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel auch die azimutale Orientierung der Fassung 203 um die Abbildungsachse A fest. Beispielsweise könnte die Ausnehmung 209A zu einer der beiden langen Umfangsflächen hin verschoben werden, wohingegen die Ausnehmung 209B zur anderen der beiden langen Umfangsflächen hin verschoben wird, wobei die Neigung der Anlageflächen 21 1 A bis 21 1 E derart verändert wird, dass die Justiervorsprünge weiterhin in die Ausnehmungen 209A, 209B eingreifen können. Dadurch würden die Anlageflächen 21 1 A bis 21 1 E in Verbindung mit den Justierflächen der Justiervorsprünge des Haltelementes eine andere azimutale Orientierung der Fassung 203 ergeben.

Wenn die Justiervorsprünge des Haltelementes der optischen Baugruppe entlang der Ausdehnungsrichtung der Abbildungsachse eine größere Ausdehnung als die Fassung aufweisen, ermöglichen die Ausnehmungen 209A, 209B ein Verschieben des optischen Bauteils entlang der in den Ausnehmungen geführten Justiervorsprünge. Die Fassung 203, und damit das optische Element 205, kann dann mittels eines geeigneten Antriebs entlang der Abbildungsachse A gezielt verschoben und positioniert werden, wie dies in Figur 5 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist..

Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße optische Baugruppe wird nachfolgend mit Bezug auf Figur 6 beschrieben. Die Figur zeigt eine optische Baugruppe 20 mit einem Halteelement 21 und einem von dem Halteelement 21 gehaltenen optischen Bauteil 1 . Das optische Bauteil 1 beinhaltet ein in der Fassung 3 gefasstes optisches Element 5 mit einer Freiformfläche 7 als optische Fläche. Die Rückfläche 8 des optischen Elements 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Planfläche ausgebildet. Aufgrund von Toleranzen ist das optische Element 5 leicht gegenüber seiner Fassung 3 verkippt, so dass die Ist-Pose der Freiformfläche 7 sowie die Ist-Pose der Planfläche 8 in der Fassung 3 von ihren Soll-Posen in der Fassung 3 abweichen. Die Fassung 3 ist daher mit Referenzelementen versehen, die eine bestimmte Lage und Orientierung der Fassung 3 im Halteelement 21 definieren. Hierzu weist das Halteelement 21 Justierflächen 23, 25 auf, mit denen die Anlageflächen 1 1 der Referenzelemente 9 zum Festlegen der Lage und der Orientierung der Fassung 3 im Halteelement 21 Zusammenwirken. Darüber hinaus umfasst das Halteelement 21 ein Fixierteil 27, mit dem die Fassung 3 im Halteelement fixiert wird, und das ebenfalls eine Justierfläche 29 aufweist, die mit Anlageflächen 1 1 der Referenzelemente 9 zusammenwirkt. Mit Hilfe der Zusammenwirkung der Referenzelemente 9 mit den Justierflächen 23, 25, 29 des Halteelements 21 und des Fixierteils 27 kann die Abweichung der Ist-Posen der Freiformfläche 7 und der Planfläche 8 von ihren jeweiligen Soll-Posen ausgeglichen werden. Falls die Abweichungen der Ist-Posen von den Soll-Posen bei der Freiformfläche 7 und der Planfläche 8 aufgrund von Fertigungstoleranzen nicht identisch sind, erfolgt ein Ausgleich derart, dass das beste optische Ergebnis erzielt werden kann. Ein derartiger Ausgleich kann durch die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebene Ausgleichsrechnung erfolgen.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von exemplarischen Ausführungsbeispielen zur Erläuterungszwecken im Detail beschrieben. Ein Fachmann erkennt jedoch, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung von den exemplarischen Ausführungsbeispielen abgewichen werden kann. So braucht die nicht rotationssymmetrische optische Fläche keine Freiformfläche zu sein, sondern sie kann eine andere Fläche sein, die keine Rotationssymmetrie um die Abbildungsachse A besitzt. Zudem brauchen die Referenzelemente nicht die in den exemplarischen Ausführungsbeispielen gezeigte Form zu besitzen. Wichtig ist lediglich, dass sie geeignet sind, zumindest die azimutale Orientierung der optischen Fläche in Bezug auf die Abbildungsachse eindeutig festzulegen. Weiterhin kann die Fassung abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen eine andere als eine rechteckige Form aufweisen. Insbesondere könnte die Fassung auch eine runde Form aufweisen, wobei die Referenzelemente dann beispielsweise in Form von Ausnehmungen in Art der in Figur 5 dargestellten Ausnehmungen realisiert sein könnten. Auch andere geometrischen Formen der Fassungen und der optischen Elemente kommen grundsätzlich in Betracht, wobei es keinerlei Einschränkungen hinsichtlich der Form gibt. Ebenso kann das Profil der in Figur 4 gezeigten Nut von dem gezeigten Profil abweichen, oder es können mehrere Nuten in derselben Fläche oder in einander abgewandten Flächen vorhanden sein. Ein Fachmann erkennt, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung zahlreiche weitere Abwandlungen der dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispiele möglich. Die Erfindung soll daher lediglich durch die beigefügten Ansprüche beschränkt sein.