DE10005172A1 - Interferometric measurement system for aspheric lens, preselects non-isoplanatic property of beam path in optical device such that non-adjustment of tested aspheric lens can be compensated - Google Patents
Interferometric measurement system for aspheric lens, preselects non-isoplanatic property of beam path in optical device such that non-adjustment of tested aspheric lens can be compensatedInfo
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Abstract
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.The invention relates to a system for interferometric measurement solution of aspheres in reflection and of lenses in the passage with an optical device according to that in the preamble of An Proposition 1 defined 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.In US-PS 5,039,223 is a system for interferometric Measurement of the type mentioned above. It is ever disadvantageous that in the event of a misalignment of the test specimen with egg A severe coma must be expected.
Zum weiteren Stand der Technik wird noch auf die DD 299 246 und die EP 370 229 B1 verwiesen.For further state of the art is still on the DD 299 246 and refer to EP 370 229 B1.
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.For interferometric measurement, the measuring beams must be lowered right on the examinee. There is a compensation for this optics provided between the interferometer and the DUT is located. A main problem with the known measuring arrangement is that due to the aspherical surface Decentrations of the test object lead to a clear coma. There are two types of coma, namely one through the asphere itself and on the other hand through the compensation optics. Compensation optics with several lenses are known and with a diffractive optical element, e.g. B. a holo program.
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). Decentration errors caused by the test object occur due to a radial one Offset or a corresponding inaccurate positioning of the Test object and also by tilting the test object. Around Decentration or misalignment errors as low as possible hold, the test specimen must therefore be adjusted very precisely. Nevertheless, the measuring accuracy in the known measuring systems Set limits (see U.S. Patent 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.The present invention is therefore based on the object a system for the interferometric measurement of aspheres in Re to create flexion and of lenses in the passage with which one very accurate measurement can be achieved.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention, this task is characterized by Part of claim 1 mentioned features solved.
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.The idea of the invention is that the Kompensa design optics in such a way that a deliberate non- Isoplanasia of the beam path is selected that that of a misalignment of a test specimen produced coma in the reflec oriented wave front is at least largely compensated. It it was found that in small areas to which is a linearity between tilt and Coma exists. For this reason, the compensation optics designed that - based on this linearity - from the Tilting errors in the returning beam just makes so much coma, that the coma produced by a decentred asphere compensates is settled. Errors caused by decentering the device under test occur, lead to a wavefront error with tilt and coma. According to the invention, the compensation optics is now used for the Wavefront tilting creates a coma that just causes the coma picks up. This means through the consciously introduced non- Isoplanasia is caused by misalignment of the test object compulsory errors compensated for what the optical system deliberately is interpreted as coma.
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.If the test object is "accidentally" centered exactly, then the returning wave no tilting, so that the optical System does not produce a coma and therefore the measurement is not negative or wrongly influenced.
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.In an advantageous further development, the Invention provided that the compensation optics non-stig is matically so that the light source on the surface to be measured surface of the test object is always vertical. When using egg auxiliary mirror, e.g. B. when a lens is measured in the passage in this case, the light rays are then raised the auxiliary mirror vertically.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbei spielen.Advantageous further developments and refinements of the invention result from the subclaims and from the following execution example described in principle with reference to the drawing play.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Kompen sationsoptik mit einem diffraktiven optischen Element und mit einer Vorsatzlinse als Korrekturlinse; Fig. 1 is a schematic diagram of the compensating circuit according to the invention sationsoptik with a diffractive optical element and having a front lens as a correction lens;
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Kompen sationsoptik mit einer einem diffraktiven optischen Element nachgeordneter Korrekturlinse; Fig. 2 shows a schematic diagram of the compensation optics according to the invention with a correction lens arranged after a diffractive optical element;
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer Kompensationsoptik mit Messung einer Linse im Durchtritt; Fig. 3 is a schematic diagram of a compensation optical system with measurement of a lens in the hole;
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung einer Kompensationsoptik mit einem diffraktiven optischen Element, das eine sphä rische Fläche aufweist; und Figure 4 is a schematic diagram of a compensation optics with a diffractive optical element having a spherical surface. and
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer Kompensationsoptik zur Messung einer hohlen Asphäre als Prüfling. Fig. 5 is a schematic diagram of a compensation optical system for measuring a hollow asphere as a specimen.
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.According to Fig. 1, from a interferometer as a light source 1 produced measuring beams 2 through a collimator aperture stop 3, are converted by the diverging measuring beams into parallel beams 2 ', directed to a front lens 4 as a correction lens. In the beam direction behind the correction lens 4 , a computer-written hologram (CGH) is arranged as a diffractive optical element (DOE) 5 , to which the asphere 6 to be measured is connected. An aspherical surface to be tested 7 of the asphere 6 , on which the measuring beams strike in the right angle, is located on the side facing the DOE 5 . The reference surface (not shown) necessary for evaluating the interferogram can be arranged anywhere in the interferometer. You can e.g. B. in the beam path in front of the test lens or in a separate reference arm.
Die aus dem DOE 5 und der Korrekturlinse 4 bestehende optische Einrichtung ist nicht-stigmatisch. Sie wirken zusammen als Null-Linse bzw. als Kompensationssystem.The optical device consisting of the DOE 5 and the correction lens 4 is non-stigmatic. Together they act as a zero lens or as a compensation system.
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.The system for interferometric measurement shown in FIG. 2 is basically of the same structure. In this case, only the correction lens 4 is arranged in the beam path behind the DOE 5 and the asphere 6 to be tested is directly adjacent to it. In this case too, the aspherical surface is on the side facing the DOE 5 . In these two measuring systems, the asphere 6 is measured in reflection.
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.In general, decentering errors due to an inaccurate adjustment of the test object, namely the asphere 6 , are in a range from 1 to 100 μ. A decentrally arranged test object now produces coma and tilting in the returning measuring beam. Tilt and coma are linear to each other in these decentering areas.
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.The correction lens 4 and the DOE 5 are now designed so that just as much coma is made from the tilt in the returning measuring beam that the coma generated by the decentered asphere 6 is compensated. For this purpose, an optical calculation program can be provided, whereby a lens, namely the correction lens 4 , is specified, the asphere 6 to be tested and, if appropriate, an auxiliary mirror 8 if the test object is measured in the passage who is to. In the optical computing program, decentered test objects are then accepted with a resulting coma output. The correction lens 4 and also the DOE 5 are then released for optimization, the line structure being optimized in the DOE 5 . Based on the calculated result, the correction lens 4 and the DOE 5 are then optimized so that the coma generated by a misaligned test object is at least largely compensated for.
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. Fig. 3 shows a measuring system for measuring lenses in the occurs, the measuring system is suitable for both spherical and aspherical surfaces. In this measuring system too, in the same way as in FIG. 2, the correction lens 4 is arranged in the beam path behind the DOE 5 . The lens 6 to be tested, which in this case is provided with an aspherical surface 7 on the side facing the correction lens 4 , lies at a distance from the correction lens 4 . Also at a distance from the lens 6, there is an auxiliary mirror 8 in the beam path behind it, on which the measuring beams 2 'strike perpendicularly and run back accordingly from there. Here, too, the test optics with the correction lens 4 and the DOE 5 are selected in such a non-isoplanatic manner that the coma generated by a misalignment of the test object 6 in the reflected wavefront is at least largely compensated for.
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.In FIG. 4, a measuring system is shown, where the DOE is provided with a spherical surface 9 5 facing the specimen 6 that the DOE 5 facing side has in this case again on his test aspherical surface 7 of. By imaging the DOE 5 on a spherical surface, a correction lens 4 may be omitted. In this case, the non-isoplanasia is generated by the DOE 5 alone.
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. FIG. 5 shows a measuring system which basically corresponds to the measuring system shown in FIG. 1. In this case, however, instead of a raised aspherical surface of the test specimen 6, a hollow aspherical surface 7 is to be measured, the hollow aspherical surface 7 being located on the side of the test specimen 6 facing the DOE 5 .
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.In this case, a lens is provided as the correction lens 4 , which generates a converging measuring beam 2 '. An inline hologram or an offaxis hologram can be used as the DOE 5 in the form of a computer-controlled hologram.
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