DE102004008318A1

DE102004008318A1 - Massanordnung zur Prüfung von Zylinderlinsen

Info

Publication number: DE102004008318A1
Application number: DE200410008318
Authority: DE
Inventors: Roland Dr. Schreiner
Original assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-09-08

Abstract

Bei einer Messanordnung zur Prüfung von Zylinderlinsen besteht die Aufgabe, die Störung der Messwelle infolge von Reflexionen am Trägersubstrat durch Maßnahmen zu verhindern, die einfache Hologrammstrukturen zur Erzeugung einer zylindrischen Messwelle zulassen und somit den für die Abformung notwendigen Herstellungsaufwand bei gleichzeitiger Erhöhung der Abformgenauigkeit verringern. DOLLAR A Eine zur Wellenfrontanpassung an die zu prüfende Fläche vorgesehene Hologrammstruktur besteht aus gleichgerichteten Stegen und Gräben und legt eine Arbeitslage für das Hologramm im interferometrischen Messstrahlengang fest, bei der das Hologramm durch eine Verkippung um eine parallel zur Steg- und Grabenrichtung gerichtete Kippachse gegen die Achse des Messstrahlenganges geneigt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Messanordnung zur Prüfung von Zylinderlinsen mit einem, im Messstrahlengang eines Interferometers angeordneten Hologramms, das zur Wellenfrontanpassung an die zu prüfende Fläche eine Hologrammstruktur in Form von abwechselnd angeordneten Stegen und Gräben aufweist.
Für interferometrische Messungen ist es zur adäquaten Ausleuchtung eines Prüflings notwendig, eine zur Oberflächenform des Prüflings äquivalente Messwelle zur Verfügung zu stellen, so dass auf der gesamten Prüflingsoberfläche ein senkrechter Lichteinfall gewährleistet ist.
Bekannt ist es, zu diesem Zweck ein computergeneriertes Hologramm (CGH) zu verwenden und dieses vor dem Prüfling im Messstrahlengang eines Interferometers anzuordnen. Sollen z. B. zylindrische Flächen geprüft werden, wird das CGH zur Erzeugung einer zylindrischen Messwelle mit einer, von dem Interferometer zur Verfügung gestellten ebenen Welle beleuchtet. Nach Rückreflexion der Messwelle von dem Prüfling wird diese wieder in eine ebene Welle umgewandelt und der interferometrischen Auswertung zur Verfügung gestellt, indem durch Überlagerung mit einer Referenzwelle ein Interferogramm erstellt wird.
Bei der Herstellung der CGHs werden lithographische Verfahren angewendet, mit denen computergenerierte Muster auf ein Trägersubstrat entweder direkt aufgebracht, oder von Masterelementen abgeformt werden. Die mathematisch durch Polynome zu beschreibenden Muster ergeben in ihrer technischen Realisierung auf dem Substrat binäre Phasenhologramme. Dies sind Strukturen in Form von Stegen und Gräben.
Bisher benutzte Maßnahmen, die verhindern sollen, dass Reflexe vom Trägersubstrat eine Störung der Messwelle im Interferometer hervorrufen können, benötigen in nachteiliger Weise immer Hologrammstrukturen, die in zwei Dimensionen verschieden ausgebildet sind. Die Aufbringung solch komplizierter zweidimensionaler Strukturen ist meist nicht an die bevorzugten Schreibrichtungen der lithographischen Herstellungsmaschine angepasst. Dadurch kann die Aufbringung der Struktur langwierig und ungenau werden.
Es besteht deshalb die Aufgabe, die Störung der Messwelle infolge von Reflexionen am Trägersubstrat durch Maßnahmen zu verhindern, die einfache Hologrammstrukturen zur Erzeugung einer zylindrischen Messwelle zulassen und somit den für die Aufbringung notwendigen Herstellungsaufwand bei gleichzeitiger Erhöhung der Abformgenauigkeit verringern.
Diese Aufgabe wird bei einer Messanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Hologrammstruktur aus gleichgerichteten Stegen und Gräben besteht und eine Arbeitslage für das Hologramm im Messstrahlengang festlegt, bei der das Hologramm durch eine Verkippung um eine parallel zur Steg- und Grabenrichtung gerichtete Kippachse gegen die Achse des Messstrahlenganges geneigt ist.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen haben den Vorteil, dass sich die zur Wellenlängentransformation erforderlichen Hologrammstrukturen durch ein relativ einfaches mathematisches Modell generieren und auch einfach als parallele Strukturen auf ein Trägersubstrat aufbringen lassen, da die Symmetrie in der Steg- und Grabenrichtung bzw. in der Richtung der Zylinderachse gewahrt bleibt. Die bevorzugte Schreibrichtung in der Belichtungsmaschine kann entlang den parallelen Strukturen verlaufen, was Schreibzeit und Kosten verringert und gleichzeitig die Genauigkeit erhöht.
Vorteilhaft sind für das auf einem Trägersubstrat abgeformte Hologramm Ausricht- und Halteelemente vorgesehen, die zum vorausgerichteten Anbringen des Trägersubstrats an einer mehrachsig justierbaren Verstelleinrichtung dienen.
Die Ausricht- und Halteelemente umfassen gemäß der Erfindung ein stirnseitig an dem Trägersubstrat angebrachtes Halbkugelpaar, welches in Ausnehmungen einer Halteschiene eingreifen, die als Verbindungsglied zu der mehrachsig justierbaren Verstelleinrichtung dient. Außerdem ist an der zur Verstelleinrichtung zugewandten Seite des Trägersubstrats ein Magnethalter befestigt, der das Trägersubstrat in der Eingriffslage spannungsarm an der Verstelleinrichtung fixiert.
In vorteilhafter Weise lassen sich die Ausricht- und Halteelemente durch Klebeverbindungen an dem Trägersubstrat befestigen.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante ist das Hologramm für einen Einsatz in einem horizontal gerichteten interferometrischen Messstrahlengang vorgesehen, bei dem die zur Positionierung des Trägersubstrats dienende Herstellung der Eingriffslage der Ausricht- und Halteelemente durch das Eigengewicht des Trägersubstrats erfolgt.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung der Anordnung eines computergenerierten Hologramms in einem Messstrahlengang eines Interferometers zur Prüfung von Zylinderlinsen
2 eine ausschnittsweise Darstellung der Oberflächenstrukturierung des computergenerierten Hologramms zur Prüfung von Zylinderlinsen
3 die zur optischen Achse des Messstrahlenganges geneigte Anordnung des computergenerierten Hologramms
4 eine Explosionsdarstellung von Ausricht- und Halteelementen zum schnellen Einsetzen des computergenerierten Hologramms in einen interferometrischen Messstrahlengang
5 mit einer Verstelleinrichtung verbundene Ausricht- und Halteelemente gemäß 4 Bei der erfindungsgemäßen Messanordnung zur Prüfung von Zylinderlinsen gemäß 1 ist ein als computergeneriertes Hologramm (CGH) 1 ausgebildetes diffraktives optisches Element vor einem Prüfling 2 im Messstrahlengang eines Interferometers angeordnet. Das Interferometer soll in 1 durch einen Teil eines Objektives 3 symbolisiert sein. Das auf einem Trägersubstrat 4 aufgebrachte CGH 1 weist eine binäre Hologrammstruktur in Form von abwechselnd angeordneten und zueinander parallelen Stegen 5 und Gräben 6 mit variierender Steg- und Grabenbreite auf, wie sie vereinfacht der 2 zu entnehmen ist.
Eine von dem Interferometer bereitgestellte Planwelle wird durch das CGH 1 in eine zylindrische Messwelle transformiert, die über gleich lange optische Lichtwege an jeden Ort auf den Prüfling gelangt. Die von dem Prüfling reflektierte Messwelle wird durch das CGH 1 wieder in eine Planwelle zurücktransformiert und der interferometrischen Auswertung zur Verfügung gestellt.
Gemäß der Erfindung ist die Hologrammstruktur derart ausgeführt, dass für das CGH 1 eine in 3 dargestellte Arbeitslage im Messstrahlengang festgelegt ist, bei der dessen Trägersubstrat 4 durch eine Verkippung um eine parallel zur Steg- und Grabenrichtung (Pfeilrichtung) bzw. parallel zur Zylinderachse Z-Z gerichtete Kippachse X-X gegen die Achse O-O des Messstrahlenganges geneigt ist.
Da die Strukturen in Richtung der Kipp- und der Zylinderachse X-X bzw. Z-Z ein konstantes Verhalten aufweisen (2), ist es ausreichend, mathematisch einen Schnitt dieser Strukturen zu beschreiben und die Form in der dazu senkrechten Dimension entsprechend der Zylinderlänge fortzusetzen. Daraus resultiert als Datenformat eine reine Abstandstabelle, welche die Sprungstellen von Steg nach Graben und umgekehrt beschreibt.
Durch die Verkippung um die Kippachse X-X parallel zur Zylinderachse Z-Z verändern sich nur die Abstände zwischen den Stegen 5 und Gräben 6, nicht dagegen die mathematische Beschreibung, welche gleich ist zum unverkippten Fall.
Auch für den Herstellungsprozess des CGH 1 ergeben sich Vorteile. Das einfache Datenformat führt zu einfach schreibbaren Strukturen, die einen bevorzugt lithographischen Abformprozess gewährleisten, der schneller und kostengünstiger als bei komplexen zweidimensionalen Strukturen ausgeführt werden kann.
Die Erfindung umfasst weiterhin Ausricht- und Halteelemente zum Anbringen des Trägersubstrats 4 an einer mehrachsig justierbaren Verstelleinrichtung 7.
Die Ausricht- und Halteelemente umfassen ein Paar halbkugelförmige Auflageelemente 8, 9, die stirnseitig im unteren Bereich des Trägersubstrats 4, z. B. durch Kleben, angebracht sind und in Ausnehmungen 10, 11 einer Halteschiene 12 eingreifen. Die Halteschiene 12 dient als Verbindungsglied zu der mehrachsig justierbaren Verstelleinrichtung 7 und kann z. B. durch Schraubverbindungen 13 mit der Verstelleinrichtung 7 verbunden werden. An der zur Verstelleinrichtung 7 zugewandten Seite 14 des Trägersubstrats 5 ist in dessen oberen Bereich ein Magnethalter 15 befestigt, der das Trägersubstrat in der Eingriffslage spannungsarm an der Verstelleinrichtung 7 fixiert.
Bestimmend für die schnelle Repositionierbarkeit bei der Herausnahme und beim neuerlichen Einsetzen des Trägersubstrats ist lediglich die Genauigkeit, mit der die durch das Eigengewicht des Trägersubstrats ausrichtend wirkenden Elemente im unteren Bereich gearbeitet sind. Vorteilhaft reduzieren die bei der Erfindung vorhandenen Ausricht- und Halteelemente den Justageaufwand beim Auswechseln des Trägersubstrats wesentlich, da dieses mit voreingestellter Ausrichtung in einen horizontal gerichteten interferometrischen Messstrahlengang eingesetzt werden kann. Aufgrund der erzielbaren Ausrichtung kann auf eine zeitraubende Vorjustage bei der Interferenzsuche weitgehend verzichtet werden.

Claims

Messanordnung zur Prüfung von Zylinderlinsen mit einem, im Messstrahlengang eines Interferometers angeordneten Hologramms (1), das zur Wellenfrontanpassung an die zu prüfende Fläche eine Hologrammstruktur in Form von abwechselnd angeordneten Stegen (5) und Gräben (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hologrammstruktur aus gleichgerichteten Stegen (5) und Gräben (6) besteht und eine Arbeitslage für das Hologramm (1) im Messstrahlengang festlegt, bei der das Hologramm (1) durch eine Verkippung um eine parallel zur Steg- und Grabenrichtung gerichtete Kippachse (X-X) gegen die Achse (O-O) des Messstrahlenganges geneigt ist.
Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologramm (1) auf einem Trägersubstrat (4) abgeformt ist, für das Ausricht- und Halteelemente vorgesehen sind, die zum vorausgerichteten Anbringen des Trägersubstrats (4) an einer mehrachsig justierbaren Verstelleinrichtung (7) dienen.
Messanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausricht- und Halteelemente ein stirnseitig an dem Trägersubstrat (4) angebrachtes Halbkugelpaar (8, 9) umfassen, welches in Ausnehmungen (10, 11) einer Halteschiene (12) eingreift, die als Verbindungsglied zu der mehrachsig justierbaren Verstelleinrichtung (7) dient, und dass an der zur Verstelleinrichtung (7) zugewandten Seite des Trägersubstrats (4) ein Magnethalter (15) befestigt ist, der das Trägersubstrat (4) in der Eingriffslage spannungsarm an der Verstelleinrichtung (7) fixiert.
Messanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologramm (1) für einen Einsatz in einem horizontal gerichteten interferometrischen Messstrahlengang vorgesehen ist, bei dem die zur Positionierung des Trägersubstrats (4) dienende Herstellung der Eingriffslage der Ausricht- und Halteelemente durch das Eigengewicht des Trägersubstrats (4) erfolgt.
Messanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausricht- und Halteelemente durch Klebeverbindungen an dem Trägersubstrat (4) befestigt sind.