DE10005172A1 - System zur interferometrischen Messung von Aspären in Reflexion oder von Linsen im Durchtritt - Google Patents

Abstract

Ein System zur interferometrischen Messung von Asphären in Reflexion und von Linsen im Durchtritt ist mit einer optischen Einrichtung versehen, die wenigstens ein diffraktives optisches Element (DOE) (5) aufweist. In der optischen Einrichtung (4, 5) wird eine gezielte Nicht-Isoplanasie des Strahlengangs derart vorgewählt, daß das eine von einer Dejustage eines Prüflings (Asphäre, Linse) (6) erzeugte Koma in der reflektierten Wellenfront wenigstens weitgehend kompensiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur interferometrischen Mes­ sung von Asphären in Reflexion und von Linsen im Durchtritt mit einer optischen Einrichtung nach der im Oberbegriff von An­ spruch 1 näher definierten Art.

In der US-PS 5,039,223 ist ein System zur interferometrischen Messung der eingangs erwähnten Art beschrieben. Dabei ist je­ doch nachteilig, daß bei einer Dejustage des Prüflings mit ei­ ner starken Koma gerechnet werden muß.

Zum weiteren Stand der Technik wird noch auf die DD 299 246 und die EP 370 229 B1 verwiesen.

Zur interferometrischen Messung müssen die Meßstrahlen senk­ recht auf den Prüfling treffen. Hierzu ist eine Kompensations­ optik vorgesehen, die sich zwischen dem Interferometer und dem Prüfling befindet. Ein Hauptproblem bei den bekannten Meßanord­ nungen besteht darin, daß aufgrund der asphärischen Oberfläche Dezentrierungen des Prüflings zu einer deutlichen Koma führen. Dabei unterscheidet man zwei Arten von Koma, nämlich einerseits durch die Asphäre selbst und andererseits durch die Kompensati­ onsoptik. Bekannt sind Kompensationsoptiken mit mehreren Linsen und mit einem diffraktiven optischen Element, z. B. einem Holo­ gramm.

Dezentrierfehler durch den Prüfling treten durch einen radialen Versatz bzw. eine entsprechende ungenaue Positionierung des Prüflings und auch durch Kippung des Prüflings auf. Um diese Dezentrierungs- bzw. Dejustagefehler so gering wie möglich zu halten, muß deshalb der Prüfling sehr genau justiert werden. Trotzdem sind der Meßgenauigkeit bei den bekannten Meßsystemen Grenzen gesetzt (siehe US-PS 5,039,223).

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System zur interferometrischen Messung von Asphären in Re­ flexion und von Linsen im Durchtritt zu schaffen, mit dem eine sehr genaue Messung erzielt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Idee besteht darin, daß man die Kompensa­ tionsoptik derart auslegt, daß bewußt eine gezielte Nicht- Isoplanasie des Strahlenganges vorgewählt wird, daß die von einer Dejustage eines Prüflings erzeugte Koma in der reflek­ tierten Wellenfront wenigstens weitgehend kompensiert wird. Es wurde nämlich festgestellt, daß sich in kleinen Bereichen, um die es sich hier handelt, eine Linearität zwischen Kippung und Koma besteht. Aus diesem Grunde wird die Kompensationsoptik so ausgelegt, daß sie - basierend auf dieser Linearität - aus den Kippfehlern im rücklaufenden Strahl gerade soviel Koma macht, daß die von einer dezentrierten Asphäre erzeugte Koma kompen­ siert wird. Fehler, die durch eine Dezentrierung des Prüflings auftreten, führen zu einem Wellenfrontfehler mit Kipp und Koma. Erfindungsgemäß wird nun mit der Kompensationsoptik aus der Wellenfrontkippung eine Koma erzeugt, die gerade die Störkoma aufhebt. Dies bedeutet, durch die bewußt eingeführte Nicht- Isoplanasie wird der durch eine Dejustage des Prüflings auftre­ tende Zwangsfehler kompensiert, wozu das optische System bewußt komabehaftet ausgelegt wird.

Wenn der Prüfling "zufällig" genau zentriert ist, tritt in der rücklaufenden Welle keine Kippung auf, so daß auch das optische System keine Koma erzeugt und damit die Messung nicht negativ bzw. falsch beeinflußt.

Darüber hinaus ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Kompensationsoptik nicht-stig­ matisch ist, damit die Lichtquelle auf der zu messenden Ober­ fläche des Prüflings stets senkrecht steht. Bei Verwendung ei­ nes Hilfsspiegels, z. B. wenn eine Linse im Durchtritt gemessen werden soll, stehen in diesem Falle dann die Lichtstrahlen auf dem Hilfsspiegel senkrecht.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbei­ spielen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Kompen­ sationsoptik mit einem diffraktiven optischen Element und mit einer Vorsatzlinse als Korrekturlinse;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Kompen­ sationsoptik mit einer einem diffraktiven optischen Element nachgeordneter Korrekturlinse;

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer Kompensationsoptik mit Messung einer Linse im Durchtritt;

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung einer Kompensationsoptik mit einem diffraktiven optischen Element, das eine sphä­ rische Fläche aufweist; und

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer Kompensationsoptik zur Messung einer hohlen Asphäre als Prüfling.

Gemäß Fig. 1 werden von einem Interferometer als Lichtquelle 1 erzeugte Meßstrahlen 2 über einen Kollimator mit Aperturblende 3, durch den die divergierenden Meßstrahlen in Parallelstrahlen 2' umgewandelt werden, zu einer Vorsatzlinse 4 als Korrektur­ linse geleitet. In Strahlrichtung hinter der Korrekturlinse 4 ist ein computergeschriebenes Hologramm (CGH) als diffraktives optisches Element (DOE) 5 angeordnet, an das sich die zu mes­ sende Asphäre 6 anschließt. Eine zu prüfende asphärische Ober­ fläche 7 der Asphäre 6, auf der die Meßstrahlen in rechtem Win­ kel auftreffen, befindet sich auf der dem DOE 5 zugewandten Seite. Die zur Auswertung des Interferogramms notwendige Referenzfläche (nicht dargestellt) kann an beliebiger Stelle im Interferometer angeordnet sein. Sie kann z. B. im Strahlengang vor dem Prüfobjektiv angeordnet sein oder in einem separaten Referenzarm.

Die aus dem DOE 5 und der Korrekturlinse 4 bestehende optische Einrichtung ist nicht-stigmatisch. Sie wirken zusammen als Null-Linse bzw. als Kompensationssystem.

Das in der Fig. 2 dargestellte System zur interferometrischen Messung ist grundsätzlich von gleichem Aufbau. Lediglich die Korrekturlinse 4 ist in diesem Falle im Strahlengang hinter dem DOE 5 angeordnet und an ihr liegt die zu prüfende Asphäre 6 direkt an. Die asphärische Oberfläche befindet sich auch in diesem Fall auf der dem DOE 5 zugewandten Seite. Bei diesen beiden Meßsystemen wird die Asphäre 6 in Reflexion gemessen.

Im allgemeinen liegen Dezentrierfehler aufgrund einer ungenauen Justage des Prüflings, nämlich der Asphäre 6, in einem Bereich von 1 bis 100 µ. Ein dezentriert angeordneter Prüfling erzeugt nun in dem rücklaufenden Meßstrahl Koma und Kippung. Dabei sind in diesen Dezentrierbereichen Kippung und Koma linear zueinan­ der.

Die Korrekturlinse 4 und das DOE 5 sind nun so ausgelegt, daß aus dem Kipp im rücklaufenden Meßstrahl gerade soviel Koma ge­ macht wird, daß die von der dezentrierten Asphäre 6 erzeugte Koma kompensiert wird. Hierzu kann man ein Optikrechenprogramm vorsehen, wobei man eine Linse, nämlich die Korrekturlinse 4, vorgibt, die zu prüfende Asphäre 6 und gegebenenfalls einen Hilfsspiegel 8, falls der Prüfling im Durchtritt gemessen wer­ den soll. In dem Optikrechenprogramm werden dann dezentrierte Prüflinge angenommen mit einem daraus resultierenden Koma-Aus­ gang. Anschließend werden die Korrekturlinse 4 und auch das DOE 5 zur Optimierung freigegeben, wobei beim DOE 5 die Linien­ struktur optimiert wird. Aufgrund des errechneten Ergebnisses wird dann die Korrekturlinse 4 und das DOE 5 so optimiert, daß das von einem dejustierten Prüfling erzeugte Koma wenigstens weitgehend kompensiert wird.

Die Fig. 3 zeigt ein Meßsystem zum Messen von Linsen im Durch­ tritt, wobei das Meßsystem sowohl für sphärische als auch für asphärische Oberflächen geeignet ist. Auch bei diesem Meßsystem ist, in gleicher Weise wie in der Fig. 2, die Korrekturlinse 4 im Strahlengang hinter dem DOE 5 angeordnet. Die zu prüfende Linse 6, welche in diesem Falle auf der der Korrekturlinse 4 zugewandten Seite mit einer asphärischen Oberfläche 7 versehen ist, liegt auf Abstand zu der Korrekturlinse 4. Ebenfalls auf Abstand zu der Linse 6 liegt im Strahlengang dahinter ein Hilfsspiegel 8, auf den die Meßstrahlen 2' senkrecht auftreffen und von dort entsprechend zurücklaufen. Auch hier wird die Prüfoptik mit der Korrekturlinse 4 und dem DOE 5 derart nicht- isoplanatisch gewählt, so daß die von einer Dejustage des Prüf­ linges 6 erzeugte Koma in der reflektierten Wellenfront wenig­ stens weitgehend kompensiert wird.

In der Fig. 4 ist ein Meßsystem dargestellt, wobei das DOE 5 mit einer sphärischen Fläche 9 versehen ist, die dem Prüfling 6 zugewandt ist, welche in diesem Falle wieder auf der dem DOE 5 zugewandten Seite seine zu prüfende asphärische Oberfläche 7 besitzt. Durch die Abbildung des DOE 5 auf einer sphärischen Fläche kann gegebenenfalls eine Korrekturlinse 4 entfallen. In diesem Falle wird die Nicht-Isoplanasie allein von dem DOE 5 erzeugt.

Die Fig. 5 zeigt ein Meßsystem, das grundsätzlich dem in der Fig. 1 dargestellten Meßsystem entspricht. In diesem Fall soll jedoch statt einer erhabenen asphärischen Oberfläche des Prüf­ lings 6 eine hohle asphärische Oberfläche 7 gemessen werden, wobei sich die hohle asphärische Fläche 7 auf der dem DOE 5 zugewandten Seite des Prüflings 6 befindet.

In diesem Falle ist als Korrekturlinse 4 eine Linse vorgesehen, die einen konvergierenden Meßstrahl 2' erzeugt. Als DOE 5 in Form eines computergesteuerten Hologrammes kann ein Inline- Hologramm oder auch ein Offaxis-Hologramm verwendet werden.

Claims (11)

1. System zur interferometrischen Messung von Asphären in Re­ flexion und von Linsen im Durchtritt mit einer optischen Einrichtung, die wenigstens ein diffraktives optisches Ele­ ment aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in der optischen Einrichtung (4, 5) eine gezielte Nicht-Isoplanasie des Strahlenganges derart vorgewählt wird, daß eine von einer Dejustage eines Prüflings (Asphäre, Linse(6)) erzeugte Koma in der reflektierten Wellenfront wenigstens weitgehend kom­ pensiert wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (4, 5) nicht-stigmatisch ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nicht-Isoplanasie durch eine Korrekturlinse (4) in Ver­ bindung mit dem diffraktiven optischen Element (5) erzeugt wird.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturlinse (4) im Strahlengang vor dem diffraktiven op­ tischen Element (5) angeordnet ist.

5. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturlinse (4) im Strahlengang hinter dem diffraktiven optischen Element (5) angeordnet ist.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Prüfling (6) im Durchtritt gemessen wird, wobei zur Erzeugung der rücklaufenden Wellenfront ein re­ flektierender Hilfsspiegel (8) vorgesehen ist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das diffraktive optische Element (5) auf ei­ nem ebenen oder einem gekrümmten Träger aufgebracht ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das diffraktive optische Element (5) als com­ putergeschriebenes Hologramm (CGH) ausgebildet ist.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm ein Inline-Hologramm ist.

10. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm ein Offaxis-Hologramm ist.

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optische Einrichtung (4, 5) mit einem Op­ tikrechenprogramm verbunden ist, in welchem die Linien­ struktur des diffraktiven optischen Elementes (5) und/oder der Radius der wenigstens einen Korrekturlinse (4) opti­ miert werden.