DE102005042733B3

DE102005042733B3 - Verfahren und Anordnung zur Spektral-Interferometrie mit chromatischer Tiefenaufspaltung, insbesondere auch Mirau-Interferometer

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Publication number: DE102005042733B3
Application number: DE200510042733
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Körner; Evangelos Dr. Papastathopoulos; Reinhard Dipl.-Ing. Berger; Wolfgang Prof. Dr. Osten
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2025-09-06

Abstract

Verfahren und Anordnung zur spektralen Zweistrahl-Interferometrie, insbesondere auch für Mirau-Interferometer, mit chromatischer Tiefenaufspaltung durch chromatische Brechkraft eines Elements oder Systems im Objektstrahlengang zur Prüfung von einem Objekt oder zur Auslesung eines optischen Datenträgers, welches dann das Objekt darstellt, mit Abbildung des Objekts durch ein Abbildungssystem, welches auch von Referenzstrahlung durchsetzt wird. Dabei wird DOLLAR A entweder eine zumindest näherungsweise achromatische Nebenbrechkraft in den Referenzstrahlengang durch ein strahlenfokusierendes oder strahlendivergierendes Referenzelement oder Referenzsystem eingeführt, wobei die achromatische Nebenbrechkraft das gleiche Vorzeichen wie die chromatische Brechkraft im Objektstrahlengang aufweist, DOLLAR A oder eine zumindest näherungsweise achromatische Nebenbrechkraft in den Objektstrahlengang durch ein strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes Element oder System eingeführt, wobei die achromatische Nebenbrechkraft das umgekehrte Vorzeichen wie die achromatische Brechkraft im Objektstrahlengang aufweist, DOLLAR A oder aber, es wird sowohl eine zumindest näherungsweise achromatische Nebenbrechkraft in den Referenzstrahlengang als auch eine zumindest näherungsweise achromatische Nebenbrechkraft in den Objektstrahlengang eingeführt. Dadurch kann die chromatische Brechkraft zumindest teilweise kompensiert werden und für scharf abgebildete Objektpunkte P¶i¶ der optische Gangunterschied im ...

Description

Es wird hier auszugsweise der Stand zur Spektral-Interferometrie mittels Zweistrahl-Interferometrie angeführt, wobei hierbei die chromatische Tiefenaufspaltung insbesondere bei Anwendung eines Mirau-Interferometers von Relevanz ist.

Ein Ansatz zur Spektral-Interferometrie findet sich bei Hege, G: Speckleverfahren zur Abstandsmessung, Dissertation, in Berichte aus dem Institut für Technische Optik. Vol. 4. 1984, S. 20–25 [1]. Jedoch kann es bei Objekten mit einer größeren Tiefenausdehnung Probleme mit der Schärfetiefe bei Beobachtung oder Detektion mit hochaperturiger Optik geben.

In der Veröffentlichung „Dispersive interferometric profilometer" von J. Schwider und L. Zhou in Opt. Lett., Vol. 19. No 13, 1994 [2] wird ein interferometrisches System beschrieben, das ein Fizeau-Interferometer und ein Spektrometer verknüpft. Das Interferenz-Signal wird dabei mit Hilfe eines Gitters spektral aufgespalten, so dass Müllersche Streifen, auch als Tolansky-Streifen bekannt, in der Empfängerebene beobachtet werden können. Jedoch ist hierbei der Tiefenmessbereich durch die numerische Apertur der Objektabbildung begrenzt. Die Objektbeleuchtung mit einer planen Wellenfront führt zu einer nichtoptimalen Ausleuchtung des Objekts und zu einer geringeren lateralen Auflösung.

Eine andere Möglichkeit, bei der mikroskopischen Spektral-Interferometrie ohne das Bewegen von mechanischen Teilen zu fokussieren und den Tiefenmessbereich zu erweitern, wurde mit der Wavelength-to-depth-encoding-Technik von G. Li, P.-Ch. Sun, P. C. Lin und Y. Feinman in Optics Letters, 15. Okt. 2000, Vol. 25, No. 20, S. 1505 bis 1507 [3] mit einer diffraktiven Linse im Objektstrahlengang zur chromatischen Tiefenaufspaltung des Objektbündels in Verbindung mit einem durchstimmbaren Laser vorgeschlagen. Hierbei erfordert der verwendete Messaufbau sehr viele Komponenten und ist schwer zu justieren.

In der Veröffentlichung von Peter Hlubina: „Measuring distances and displacements using dispersive white-light spectral interferometry" in SPIE 5144, S. 628–636 [4] wird eine Anordnung zur Messung von Abständen dargestellt. Dabei wird durch Dispersion in einem Arm eines Weißlicht-Interferometers, wobei der optische Gangunterschied ungleich null ist, ein spektral auswertbares Signal erzeugt. Jedoch ist mit einem derartigen Ansatz eher nur ein kleiner Tiefenmessbereich erreichbar.

In der Veröffentlichung "Accurate fiber-optic sensor for measurement of the distance based on white-light interferometry with dispersion" von Pavel Pavlicek und Gerd Häusler in ICO Tokyo, Paper-Nr. 15B3-1 vom 15.7.2004 [5] wird eine Anordnung beschrieben, bei der in einer Faser im Referenzarm eines Interferometers mittels Dispersion ein über der Wellenzahl intensitätsmoduliertes Signal erzeugt wird. Der Objektabstand kann jedoch auch hier nur innerhalb der wellenoptischen Schärfentiefe des Sensorkopfes, die durch die numerische Apertur des Objektivs desselben limitiert ist, ermittelt werden und ist somit insbesondere für eine hohe numerische Apertur sehr begrenzt.

Im Fachaufsatz „Spectral interference Mirau microscope" von Mehta, D., S.; Saito, S.; Hinosugi, H.; Takeda, M. und Kurokawa, T. in Applied Optics, Vol. 42, No. 7, 1. März 2003, Seiten 1296 bis 1305 (6) wird ein Verfahren beschrieben, bei dem zu Lasten der lateralen Auflösung die Messfeldgröße erhöht wird. Es wird ein relativ großer Tiefenmessbereich mit Submikrometer-Tiefenauflösung erreicht. In der beschriebenen Anordnung müssen zur Realisierung der Messfunktion akusto-optische, durchstimmbare Filter eingesetzt werden, die jedoch recht kostenaufwendig sind. Dies stellt somit keine technische Lösung für einen kostengünstigen Sensor dar.

Im Fachaufsatz "Spatio-spectral digital holography for full-field tomografic imaging with adaptive focusing" von M. Pawlowski, Y. Sakano, Y. Miyamoto, M. Takeda und K. Obayashi in Proc. Of SPIE Vol. 5531 (7), Seiten 121 bis 126 wird ein holografisches Verfahren beschrieben, bei dem Objektinformationen außerhalb der Fokustiefe bei der mikroskopischen Abbildung adaptiv numerisch rekonstruiert werden, indem monochromatische Wellen propagiert werden. Es ist für die 3D-Erfassung eines Objekts kein mechanisches Scannen erforderlich. Auch in dieser Anordnung müssen zur Realisierung der Messfunktion ebenfalls akusto-optische, durchstimmbare Filter eingesetzt werden.

In der Offenlegungsschrift DE 10321895 A1 (8) „Interferometrischer Sensor zur chromatischen Objekt-Tiefenabtastung" von K. Körner und W. Osten ist bei einem Spektral-Interferometer in der Fourier-Ebene des zugehörigen Abbildungssystems ein spektral brechkraftvariables Element eingeführt, welches die gewünschte chromatische Längsaufspaltung oder Tiefenaufspaltung des Objektbündels im Objektraum erzeugt. Es wird dort auch die Anwendung eines Mirau-Interferometers mit Kompensation der chromatischen Tiefenaufspaltung mittels chromatischer Brechkraft im Referenzstrahlengang beschrieben.

Die mechanische Zugänglichkeit der Fourier-Ebene ist insbesondere bei hochaperturigen Mikroskopobjektiven, die für Mirau-Interferometer eingesetzt werden, jedoch nicht immer gegeben. Wesentlich ist jedoch, dass beim Stand der Technik bei einem Mirau-Interferometer mit einer numerischen Apertur von beispielsweise 0,55 nur schwer eine beugungsbegrenzte Abbildung sowohl für Referenz- als auch für Objektbündel erreicht werden kann, wenn sowohl eine chromatische Tiefenaufspaltung im Objektraum von beispielsweise 20 μm, als auch ein optischer Gangunterschied im Interferometer von beispielsweise nur 5 μm bis 50 μm, erreicht werden soll, um eine, für die problemlose Auswertung hinreichend kleine Ortsfrequenz der Müllerschen Streifen zu erzielen.

In der Veröffentlichung von E. Papastathopoulos, K. Körner und W. Osten „Chromatic Confocal Spectral Interferometry", Proceedings of Fringe 2005, Editor W. Osten, Stuttgart, Springerverlag 2005 (9), wobei dieser Fachaufsatz am 11. 9. 2005 veröffentlicht werden wird, ist das Verfahren der Spektral-Interferometrie mit chromatischer Tiefenaufspaltung des Objektbündels im Objektraum am Beispiel eines Linnik-Interferometers dargestellt. Das Linnik-Interferometer ermöglicht durch die Anwendung eines zweiten Abbildungssystems für den Referenzstrahlengang die Einstellung eines hinreichend kleinen optischen Gangunterschiedes, einschließlich des Gangunterschiedes null, indem das zweite Abbildungssystem gemeinsam mit dem Referenzspiegel zur Justierung verschoben wird. Dabei kann die im Ergebnis dieser Verschiebung im Feld dann auftretende optische Gangunterschiedsvariation durch Haidinger-Ringe bei Bedarf numerisch korrigiert werden. Das Linnik-Interferometer ist jedoch prinzipbedingt recht komplex, großvolumig und schwer zu justieren und somit eher für Applikationen im Messlabor geeignet.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung zur spektralen Zweistrahl-Interferometrie mit chromatischer Tiefenaufspaltung kann für vielfältige Aufgaben in der interferometrischen Technik insbesondere für Prüfungs- und Detektionsaufgaben eingesetzt werden. Insbesondere werden folgende Applikationen für die Erfindung vorgeschlagen: Optische Coherence Tomography (OCT), Optische Coherence Microscopy (OCM) für biologische und technischen Anwendungen, Erfassung des Tiefenprofils, des Brechzahlprofils, der optischen Dicke, der Schichtdicke sowie auch der Reflektivität eines Objekts. Weiterhin kann die erfinderische Lösung auch zur optischen Datenauslesung genutzt werden, indem die Größe der Intensität der von den Pits und Lands einer datentragenden Schicht eines optischen Datenträgers zurückkommenden Strahlung detektiert wird.

Weiterhin kann durch Anwendung der Erfindung der Abstand von lateral bewegten Objekten detektiert werden sowie auch Defekte auf technischen Oberflächen, wie Risse, Einschnürungen und Mikrolöcher in Schweißnähten, aufgrund der Änderung der Objekttiefe im Bereich eines Defektes schnell erkannt werden.

Die Erfindung kann auch für die Erfassung des Abstandes, des Profils, der Mikroform oder des Brechungsindexes von biologischen Proben, beispielsweise in biologischen Kavitäten eingesetzt werden. Dabei kann auch mit Immersionstechniken gearbeitet werden.

Ziele der Erfindung

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.

Das technische Ziel der Erfindung besteht in der Erhöhung der Flexibilität hinsichtlich der Positionierung der Tiefe des nutzbaren Tiefenmessbereiches im Objektraum als auch der Vergrößerung der Tiefe des nutzbaren Tiefenmessbereiches, insbesondere bei Verwendung von einem Abbildungssystem mit einer vergleichsweisen hohen numerischen Apertur, beispielsweise im Bereich von 0,4 bis 0,8.

Insbesondere soll auch ein einfacher, vergleichsweise robuster und kostengünstiger Ein-Punkt-Sensor aufgebaut werden können, ohne dass im Objektraum ein mechanisches Scannen erfolgen muss. Dabei sollen insbesondere auch sehr kostengünstige, fasergekoppelte Spektrometer und fasergekoppelte Superluminineszenz-Dioden zum Einsatz kommen können.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, durch die Anwendung der erfinderischen Lehre eine wesentliche Miniaturisierung des Sensorkopfes im Vergleich zum Linnik-Interferometer zu ermöglichen, auch um beispielsweise den Sensor für den Einsatz in der minimal-invasiven Medizin oder in der Bohrlochinspektion anwendbar zu machen.

Die mit dem erfinderischen Sensor beim Messen gewonnenen optischen Signale sollen mittels Strahlungsdetektor oder gerastertem Strahlungsdetektor wie eine Zeilen- oder eine Flächenkamera erfasst werden. Anstelle eines Spektrometers soll auch eine durchstimmbare Lichtquelle verwendet werden können.

Aufgabe der Erfindung

Es sollen beim optischen Antasten der Objektoberfläche in verschiedenen Tiefen des Objektraumes optische Signale aus diesen Tiefen ohne das mechanische Bewegen von Komponenten – insbesondere im Objektraum – gewonnen werden. Dabei soll eine zumindest näherungsweise beugungsbegrenzte laterale Abbildung des Objekts durch ein Abbildungssystem mit vergleichsweise hoher numerischer Apertur erfolgen, welches auch von Referenzstrahlung durchsetzt wird. Es soll also eine erfinderische Anordnung ohne Anwendung eines zweiten Abbildungssystems für Referenzstrahlung aufgebaut werden.

Damit soll die erfinderische Aufgabe gelöst werden, für spektrale Zweistrahl-Interferometer mit chromatischer Tiefenaufspaltung zur Vergrößerung des Tiefenmessbereiches mit einem Abbildungssystem für das Objekt, wobei das Abbildungssystem für spektral breitbandige Strahlung ausgelegt ist und welches gleichzeitig auch von Referenzstrahlung durchsetzt wird, die Einstellung eines hinreichend kleinen optischen Gangunterschiedes zu ermöglichen. Hierbei ist auch der optische Gangunterschiedes null eingeschlossen. Dies soll auch bei vergleichsweise großer chromatischer Tiefenaufspaltung erreicht werden können. Insbesondere soll diese Aufgabe auch für ein Mirau-Interferometer gelöst werden, aber auch beispielsweise für ein Michelson-, Twyman-Green- oder ein Mach-Zehnder-Interferometer angewendet werden können.

Das bedeutet für die erfinderische Aufgabe im Detail, dass der Abstand z_i eines scharf abgebildeten Objektpunktes P_i im Tiefenmessbereich Δz_c, der durch chromatische Tiefenaufspaltung im Abbildungsstrahlengang für Objektbündel gegeben ist, von der Fläche (G) gleichen optischen Gangunterschieds im Objektraum so einzustellen ist, dass ein hinreichend kleiner optischer Gangunterschied im Zweistrahl-Interferometer besteht, der zu Müllerschen Streifen in einem Spektrometer führt, die hinsichtlich ihrer Frequenz über der Wellenlänge technisch gut auswertbar sind.

Andererseits soll beim Wellenlängen-Scan mittels einer zeitlich durchstimmbaren, monochromatischen Strahlungsquelle die erfinderische Aufgabe gelöst werden, dass elektromagnetische Interferenzmodulationen über der Zeit erzeugt werden, die eine hinreichend kleine und damit technisch gut auswertbare Frequenz aufweisen. Diese erfinderische Aufgabe soll insbesondere für ein Mirau-Interferometer gelöst werden, welches sich durch seine Einfachheit, sein vergleichsweise geringes Volumen und auch seine hohe Stabilität und Robustheit bei vielen Applikationen bereits einen festen Platz erobert hat. Dabei wird sich der Trend zur Anwendung des Mirau-Interferometers als optischer, kompakter Sensor in der Zukunft wohl noch verstärken.

Beschreibung der Erfindung anhand der Merkmale

Das Ziel der Erfindung wird mit den nachstehenden erfinderischen Merkmalen erreicht:
Es wird ein Verfahren zur spektralen Zweistrahl-Interferometrie mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft
zur Prüfung von einem Objekt oder zur Auslesung eines optischen Datenträgers vorgeschlagen. Der optische Datenträger stellt dann das Objekt dar. Dabei ist das spektrale Zweistrahl-Interferometer wie folgt aufgebaut: Mit einem Referenzstrahlengang und einem Referenzreflektor sowie mit dem Objektstrahlengang, der von mindestens einem Objektteilstrahlenbündel durchlaufen wird, mit zumindest teilweiser Abbildung des Objekts oder von mindestens einem Objektpunkt mittels Objektteilstrahlenbündel durch zumindest ein Abbildungssystem, welches in der Regel zumindest näherungsweise beugungsbegrenzt ist und in der Regel eine vergleichsweise große Brechkraft aufweist, welches die Hauptbrechkraft in der Anordnung darstellt. Dabei wird das Abbildungssystem stets auch von Referenzstrahlung durchsetzt. Das Verfahren wird mit Anwendung mindestens einer Quelle elektromagnetischer Strahlung und mindestens eines Detektors, oder eines gerasterten Detektors für elektromagnetische Strahlung sowie mindestens eines Spektrometers oder einer wellenlängendurchstimmbaren Quelle elektromagnetischer Strahlung durchgeführt. Dabei stellt der Objektstrahlengang den Bereich von der Strahlteilung bis zum Objekt und zurück bis zur Strahlteilung dar und der Referenzstrahlengang den Bereich von der Strahlteilung bis zum Referenzreflektor und zurück bis zur Strahlteilung.

Verfahrenshauptmerkmal (1): Erfindungsgemäß wird

a) entweder eine zumindest näherungsweise achromatische Nebenbrechkraft in den Referenzstrahlengang durch ein strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes Referenzelement oder Referenzsystem eingeführt, wobei die Nebenbrechkraft hier als Referenz-Nebenbrechkraft bezeichnet wird, wobei die achromatische Referenz-Nebenbrechkraft das gleiche Vorzeichen wie die chromatische Brechkraft im Objektstrahlengang aufweist.

Oder, es wird erfindungsgemäß

b) eine zumindest näherungsweise achromatische Nebenbrechkraft in den Objektstrahlengang durch ein strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes Element oder System eingeführt, wobei die Nebenbrechkraft hier als Objekt-Nebenbrechkraft bezeichnet wird, wobei die achromatische Objekt-Nebenbrechkraft das umgekehrte Vorzeichen wie die chromatische Brechkraft im Objektstrahlengang aufweist.

Oder aber, es wird erfindungsgemäß

c) sowohl eine zumindest näherungsweise achromatische Nebenbrechkraft in den Referenzstrahlengang durch ein strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes Referenzelement oder Referenzsystem als auch eine zumindest näherungsweise achromatische Nebenbrechkraft im Objektstrahlengang durch ein strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes Element oder System eingeführt, wobei die Wirkung der eingesetzten Elemente oder Systeme eine resultierende achromatische Nebenbrechkraft ergibt, mittels welcher der Betrag des Abstandes z von einem Objektpunkt P im Tiefenmessbereich zur Fläche G gleichen optischen Gangunterschiedes verkleinert wird.

So kann der Abstand z_i eines scharf abgebildeten Objektpunktes P_i im Tiefenmessbereich Δz_c von der Fläche (G) gleichen optischen Gangunterschieds im Objektraum so eingestellt werden, dass ein hinreichend kleiner optischer Gangunterschied z_i im Zweistrahl-Interferometer besteht, der zu Müllerschen Streifen in einem Spektrometer führt, die hinsichtlich ihrer Frequenz über der Wellenlänge technisch gut auswertbar sind. Der Tiefenmessbereich Δz_c ist durch die chromatische Tiefenaufspaltung im Abbildungsstrahlengang für Objektbündel gegeben. Dabei ist die achromatische Nebenbrechkraft im Vergleich zur Hauptbrechkraft eher gering und beträgt vorzugsweise nur wenige Prozent derselben. Dabei kann zur Erzeugung der Nebenbrechkraft ein Teil der Hauptbrechkraft des Abbildungssystems mitgenutzt werden, indem Linsen vorzugsweise mehrfach durchstrahlt werden.

Auf dem Detektor entsteht bei dem Verfahren eine Intensitätsvariation, ein Spektrum der Intensität über der Wellenzahl, welches die bekannten Müllerschen Streifen, auch als Tolansky-Streifen bezeichnet, darstellt. Die Gewinnung der Messgröße, beispielsweise der Objektabstand erfolgt mittels der Auswertung der Müllerschen Streifen, da deren Frequenz, oder deren Phasenanstieg über der Wellenzahl oder auch deren Maximum der Einhüllenden auch vom optischen Gangunterschied im Zweistrahl-Interferometer abhängig ist. Die Frequenz, der Phasenanstieg über der Wellenzahl und die Lage des Maximums der Einhüllenden sind mit der Messgröße korreliert. Die Art und Weise der Auswertung der Müllerschen Streifen, um die Messgröße oder die Messinformation zu erhalten, ist in dieser Schrift kein erfinderischer Gegenstand. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass die Einführung der chromatischen Tiefeaufspaltung eine wesentliche Unregelmäßigkeit der Modulationsfrequenz, einen Chirp im Interferenzwavelet, verursachen. Die Sichtbarkeit des Effekts hängt dabei sowohl von der Stärke der chromatischen Aufspaltung ab als auch von dem Durchmesser der konfokalen Blende, beziehungsweise auch im Fall der Faserkopplung auch vom Faserdurchmesser). Trotz dieser Abweichung kann die Auswertung der Objektposition durch die Berechnung der Trägerfrequenz des Interferenzmusters mit der Gleichung dϕ/dω = 2z/c erfolgen. Zur numerischen Beschreibung der Müllerschen Streifen siehe auch [3] – [5] und [9].

Andererseits können bei einem Wellenlängen-Scan mittels einer monochromatischen Strahlungsquelle elektromagnetische Interferenzmodulationen über der Zeit erzeugt werden, die eine technisch gut auswertbare Frequenz aufweisen. Dies kann insbesondere für ein Mirau-Interferometer durchgeführt werden.

Merkmal 2: Weiterhin wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren zur spektralen Zweistrahl-Interferometrie mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise die chromatische Brechkraft im Objektstrahlengang durch die Referenz-Nebenbrechkraft zumindest teilkompensiert oder aber gegebenenfalls überkompensiert.

Mit diesen Merkmalen ist es möglich, den Abstand z_i zu einem scharf abgebildeten Objektpunkt P_i so in Bezug auf die Lage des Punktes OPD_0 gleichen optischen Gangunterschiedes im Objektraum einzustellen, dass ein optischer Gangunterschied z_i im Zweistrahl-Interferometer besteht, der zu Müllerschen Streifen führt, die hinsichtlich ihrer Frequenz über der Wellenlänge mittels Spektrometer gut auswertbar sind. Dies ist der Fall, wenn die Ortsfrequenz der Müllerschen Streifen an die laterale Auflösung des gerasterten Detektors gut angepasst werden kann. So kann durch die Wahl der Referenz-Nebenbrechkraft der Punkt OPD_0 zwischen Strahlteilung und Tiefenmessbereich, außerhalb des Tiefenmessbereiches oder auch mittig in den Tiefenmessbereich gelegt werden.

Merkmal 3: Weiterhin wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren zur spektralen Zweistrahl-Interferometrie mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise durch die zumindest näherungsweise achromatische Objekt-Nebenbrechkraft die chromatische Längsaberration im Objektstrahlengang durch mindestens ein strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes und zumindest näherungsweise achromatisches Element oder System zumindest teilkompensiert oder aber überkompensiert. So kann die Ortsfrequenz an die laterale Auflösung des gerasterten Detektors gut angepasst werden.

Merkmal 4: Weiterhin wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren zur spektralen Zweistrahl-Interferometrie mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise durch eine chromatische Ausbildung des gemeinsamen Abbildungssystems mit angepasster chromatischer Queraberration die chromatische Queraberration für das Objektteilstrahlenbündel, die im Objektstrahlengang unerwünschterweise vorhanden sein kann, zumindest näherungsweise zu null gemacht. Somit kann ein Objektfeld ohne chromatische Queraberration abgebildet werden und der Abbildungsmaßstab ist für die Wellenlängen der verwendeten Strahlung zumindest näherungsweise konstant.

Weiterhin kann bei dem Verfahren zur spektralen Zweistrahl-Interferometrie mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise die im Abbildungsstrahlengang vorhandene chromatische Längsaufspaltung mittels mindestens eines chromatischen Elements im Referenzarm kompensiert werden. So ist ein achromatischer Referenzstrahlengang erreichbar.

Dabei ist es notwendig, sowohl bei der Abbildung über den Referenzstrahlengang als auch über den Objektstrahlengang die sphärische Aberration, also den Öffnungsfehler, hinreichend gut zu korrigieren, so dass eine zumindest näherungsweise beugungsbegrenzte Abbildung mittels Strahlenbündel aus beiden Strahlengängen erfolgen kann.

Zur Anordnung: Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft mittels mindestens eines strahlenfokussierenden oder strahlendivergierenden chromatischen Elements oder Systems mit chromatischem Element
zur Prüfung von einem Objekt oder zur Auslesung eines optischen Datenträgers, der dann das Objekt darstellt, mit mindestens einer Lichtquelle und mit mindestens einem gerastertem Detektor elektromagnetischer Strahlung, einer Strahlteilerfläche und mindestens einem Spektrometer und mit Objekt- und Referenzstrahlengang und einem Referenzreflektor in demselben sowie einem Abbildungssystem für das Objekt, welches die Hauptbrechkraft der optischen Anordnung darstellt.

Anordnungshauptmerkmal (5): Erfindungsgemäß wird

a) im Referenzstrahlengang eine zumindest näherungsweise achromatische, strahlenfokussierende oder strahlendivergierende Linsenfläche, oder Linse, oder Linsengruppe, oder ein Spiegel, oder eine Spiegelgruppe, oder eine Spiegellinse, oder eine Komponente also jeweils mit positiver oder mit negativer Brechkraft, der Referenz-Nebenbrechkraft, angeordnet, wobei die achromatische Referenz-Nebenbrechkraft das gleiche Vorzeichen wie die chromatische Brechkraft des strahlenfokussierenden oder strahlendivergierenden chromatischen Elements oder Systems im Objektstrahlengang aufweist.
b) Oder es ist im Objektstrahlengang eine zumindest näherungsweise achromatische, strahlenfokussierende oder strahlendivergierende Linsenfläche, oder Linse, oder Linsengruppe, oder ein Spiegel, oder eine Spiegelgruppe, oder eine Spiegellinse oder eine Komponente also jeweils mit positiver oder negativer Brechkraft, der Objekt-Nebenbrechkraft, angeordnet, wobei die achromatische Objekt-Nebenbrechkraft das umgekehrte Vorzeichen wie die chromatische Brechkraft des strahlenfokussierenden oder strahlendivergierenden chromatischen Elements oder Systems im Objektstrahlengang aufweist.
c) Oder es ist sowohl im Referenzstrahlengang als auch im Objektstrahlengang eine zumindest näherungsweise achromatische, strahlenfokussierende oder strahlendivergierende Linsenfläche, oder Linse, oder Linsengruppe, oder Spiegel, oder Spiegellinse, oder Komponente also jeweils mit positiver und/oder negativer Brechkraft angeordnet, wobei die Wirkung der eingesetzten Komponenten eine resultierende achromatische Nebenbrechkraft ergibt, mittels welcher der Betrag des Abstandes z_i von einem scharf abgebildeten Objektpunkt P_i im Tiefenmessbereich zur Fläche G gleichen optischen Gangunterschiedes verkleinert wird. Dabei ist auch die Wirkung einer dispersiven Platte oder eines Umlenkprismas jeweils im Objektstrahlengang in den Abgleich des optischen Gangunterschiedes und der Auslegung der chromatisch und weitgehend achromatischen Brechkräfte einzubeziehen. Im Fall eines optimalen Abgleichs mit dem Ergebnis eines hinreichend kleinen optischen Gangunterschiedes können Müllersche Streifen auf dem Detektor optimal ausgewertet werden, da so die Ortsfrequenz an die laterale Auflösung des gerasterten Detektors gut angepasst werden kann. Die achromatische, strahlenfokussierende oder strahlendivergierende Komponente, beispielsweise auch eine Spiegellinse, weist dabei im Vergleich zum Abbildungssystem für das Objekt, welches ja die Hauptbrechkraft der optischen Anordnung darstellt, eine eher deutlich geringere Brechkraft auf.

Die achromatische, strahlenfokussierende oder strahlendivergierende Komponente kann vorzugsweise auch als achromatisierte diffraktive Zonenlinse oder Zonenlinsengruppe, auch vorzugsweise als hybrides refraktiv-diffraktives Doublet oder als diffraktive Multi-order Zonenlinse, ausgebildet sein, die dann im Referenzstrahlengang die Nebenbrechkraft einbringt.

Dabei kann die Quelle elektromagnetischer Strahlung breitbandig, beispielsweise im UV-, im VIS- oder auch im IR-Bereich, ausgebildet sein und auch kurzgepulst werden, beispielsweise ein Kurzpulslaser, und dessen Pulse mit einer Kamera, die als Detektor dient, beispielsweise im 100 Hz-Bereich, synchronisiert werden. Dies ist für bewegte Szenen von Vorteil.

Andererseits kann auch ein durchstimmbarer Laser oder auch ein breitbandiger Weißlichtlaser eingesetzt werden. Weiterhin kann auch eine spektral breitbandige Quelle elektromagnetischer Strahlung eingesetzt werden, der ein steuerbarer Monochromator nachgeordnet ist, um die Wellenlänge durchzustimmen.

Weiterhin können hierbei zur Vergrößerung des Tiefenmessbereiches auch mindestens zwei monochromatische Quellen elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge mit Frequenzmodulation eingesetzt werden, so dass das bekannte Heterodyn-Verfahren angewendet werden kann. Mit der Strahlung einer jeden Wellenlänge wird das Objekt in einer anderen Tiefe abgetastet.

Merkmal 6: Weiterhin beträgt erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise die Referenz-Nebenbrechkraft mindestens 30% der chromatischen Brechkraft im Objektstrahlengang für die mittlere Wellenlänge des zur zumindest teilweisen Abbildung des Objekts genutzten Spektralbereiches. So kann die Ortsfrequenz an die laterale Auflösung des gerasterten Detektors in weiten Grenzen optimal angepasst werden kann.

Merkmal 7: Weiterhin sind erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise im Objektstrahlengang mindestens ein diffraktiv-optisches, strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes Zonenelement und im Referenzstrahlengang mindestens eine refraktive, strahlenfokussierende oder strahlendivergierende Linsenfläche, Linse oder Spiegellinse oder auch eine Spiegelfläche angeordnet. Weiterhin kann der chromatische Restfehler der strahlendivergierenden Linsenfläche oder Linse durch das chromatische Design des Abbildungssystems behoben sein, so das alle Foki von Strahlenbündeln aller verwendeten Wellenlängen des verwendeten Spektrums scharf auf dem Referenzreflektor abgebildet werden können. So kann auch ein Punkt A auf dem Referenzreflektor zumindest näherungsweise frei von chromatischen Fehlern auf den Detektor abgebildet werden. Dies stellt eine der Voraussetzungen dar, dass der Kontrast der Müllerschen Streifen auf dem Detektor für die im gesamten Spektrum genutzte Strahlung hoch ist.

Merkmal 8: Weiterhin sind erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise im Objektstrahlengang mindestens ein diffraktiv-optisches, strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes Zonenelement und im Referenzstrahlengang mindestens ein strahlenfokussierender oder strahlendivergierender Achromat angeordnet.

Merkmal 9: Weiterhin werden erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise vom diffraktiv-optischen, strahlenfokussierenden oder strahlendivergierenden Zonenelement im Objektstrahlengang die Strahlformungseigenschaften in der positiven oder der negativen ersten Beugungsordnung oder in einer höheren positiven oder negativen Beugungsordnung jeweils zur Abbildung des Objekts mitgenutzt.

Dabei ist es notwendig, in der Anordnung bei der Abbildung über den Referenzstrahlengang als auch über den Objektstrahlengang die sphärische Aberration, also den Öffnungsfehler, hinreichend gut zu korrigieren, so dass eine zumindest näherungsweise beugungsbegrenzte Abbildung mittels Strahlenbündel vom Referenzspiegel als auch von mindestens einem Objektpunkt mittels beider Strahlengänge erfolgen kann. Dies kann vorzugsweise auch durch die Anordnung von Planparallelplatten oder auch asphärischer Abbildungselemente wie Linsen, Spiegel oder auch Spiegellinsen in einem der beiden oder auch in beiden Strahlengängen geschehen.

Merkmal 10: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise die Zweistrahl-Interferometer-Anordnung als Mirau-Interferometer mit mindestens einem diffraktiv-optischen, strahlenfokussierenden oder strahlendivergierenden Zonenelement im Objektstrahlengang ausgebildet. Dies führt zu einem besonders kompakten und robusten Sensor.

Merkmal 11: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise das Zonenelement als Phasen-Zonen-Linse für die positive und/oder die negative erste Beugungsordnung ausgebildet. In der ersten Beugungsordung ist eine hohe Beugungseffizienz zu erreichen.

Merkmal 12: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise die Phasen-Zonen-Linse strahlenfokussierend ausgebildet ist und dieser mindestens eine refraktive Linsenfläche oder Linse mit strahlendivergierender Wirkung, also eine Zerstreuungskomponente, zugeordnet.

Dies führt zur gewünschten Kompensation der chromatischen Brechkraft, so dass die Verschiebung des Fokuspunktes durch die Phasen-Zonen-Linse zumindest teilweise durch Refraktion kompensiert wird und somit am Fokuspunkt der optische Gangunterschied im Interferometer hinreichend klein gemacht ist. Andererseits soll aber auch für den optischen Gangunterschied ein Wert in weiten Grenzen eingestellt werden können. Dies ist sehr vorteilhaft, wenn für die Anwendung des Heterodyn-Verfahrens mit einer frequenzmodulierten Lichtquelle in der erfinderischen Anordnung ein bestimmter optischer Gangunterschied benötigt wird.

Merkmal 13: Weiterhin entspricht erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise der Betrag der Brechkraft der refraktiven Linsenfläche oder der Linse dem Betrag der mittleren Brechkraft der Phasen-Zonen-Linse zumindest näherungsweise. Dies führt zu einer nahezu vollständigen Kompensation, so dass für fokussierte Objektpunkte der optische Gangunterschied im Interferometer besonders klein, einschließlich auch zu null, gemacht werden kann.

Merkmal 14: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise die Strahlteilerfläche mit einer Krümmung ausgebildet. Dies führt zu einer besonders einfachen optischen Anordnung. Im Grenzfall sind nur zwei optische Funktionsflächen in der gesamten Strahlteilerbaugruppe angeordnet, die dem Abbildungssystem vorgeordnet sind.

Merkmal 15: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise mindestens eine refraktive Planparallelplatte im Referenz- und/oder im Objektstrahlengang zur Anpassung der Dispersion in der optischen Anordnung angeordnet.

Merkmal 16: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise mindestens eine Phasen-Zonenplatte im Referenz- und/oder Objektstrahlengang zur Anpassung der Dispersion in der optischen Anordnung angeordnet. Dies ermöglich es, bei Bedarf an einem großen Tiefenemessbereich eine nur geringe Variation der Ortsfrequenz der Müllerschen Streifen einzustellen, so dass insbesondere mit einer Kurzpulslichtquelle auch bewegte Szenen größerer Tiefe erfasst werden können. Dabei wird vorzugsweise nur das Maximum der Einhüllenden der Müllerschen Streifen ausgewertet. Vorteilhaft kann dies auch in Verbindung mit einem Michelson- oder Twyman-Green-Interferometer erfolgen. Dadurch kann auch ein vergleichsweise großes Objekt oder eine vergleichsweise große Szene erfasst werden. Dabei ist es möglich, durch die Wahl einer kleinen Beleuchtungsapertur Speckle mit hohem Kontrast auf dem Objekt auszubilden, die dann mittels Kamera ausgewertet werden.

Merkmal 17: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise das Abbildungssystem für das Objekt mit mindestens einer Grinlinse ausgebildet. Dies führt auch im Beleuchtungsstrahlengang zu einer sehr kompakten Anordnung – vor allem, wenn diese auch zur Abbildung genutzt wird.

Merkmal 18: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise im Abbildungssystem mindestens ein refraktives Element mit chromatischer Queraberration angeordnet, durch das die chromatische Queraberration für das Objektteilstrahlenbündel, die im Objektstrahlengang unerwünschterweise vorhanden ist, zumindest näherungsweise zu null gemacht ist. Somit kann ein Objektfeld ohne chromatische Queraberration abgebildet werden und der Abbildungsmaßstab ist für die Wellenlängen der verwendeten Strahlung zumindest näherungsweise konstant.

Merkmal 19: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise im Abbildungssystem mindestens ein diffraktives Zonenelement mit chromatischer Queraberration angeordnet, durch das die chromatische Queraberration für das Objektteilstrahlenbündel, die im Objektstrahlengang unerwünschterweise vorhanden ist, zumindest näherungsweise zu null gemacht ist. Auch dies ermöglicht einen Abbildungsmaßstab, der für die Wellenlängen der verwendeten Strahlung zumindest näherungsweise konstant ist.

Dabei ist außerdem durch das Optikdesign des optischen Systems die chromatische Längsaberration durch das Zusammenwirken der optischen Komponenten beim Auftreffen des Referenzbündels auf den Referenzreflektor zumindest näherungsweise zu null gemacht. Somit kann ein Profilschnitt mit gutem Kontrast der Streifen auf dem Spektrometer abgebildet werden. Die flächige Erfassung kann auch mit einer durchstimmbaren Quelle elektromagnetischer Strahlung erfolgen.

Merkmal 20: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise in einem Mirau-Interferometer ein Hybridelement mittels zweiseitigen Substrat angeordnet, bei dem auf der dem Abbildungssystem zugeordneten Substratseite eine teildurchlässige Spiegelschicht angeordnet ist, die als Strahlteilerfläche ausgebildet ist und diese Substratseite konkav ausgebildet ist, und auf der anderen Substratseite eine Phasen-Zonen-Struktur mit strahlfokussierender Wirkung in der ersten Beugungsordnung aufgebracht ist. Dies führt zu einer sehr kompakten Anordnung. Es kann aber hierbei auch die dem Abbildungssystem zugeordneten Substratseite konvex ausgebildet sein und auf der anderen Substratseite eine Phasen-Zonen-Struktur mit strahldivergierender Wirkung in der ersten Beugungsordnung aufgebracht sein. Dies führt zu einer sehr kompakten Anordnung und stellt eine optimale Anordnung beispielsweise für die Tiefenerfassung oder die optische Datenauslesung in einem Punkt dar.

Merkmal 21: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise die Zweistrahl-Interferometer-Anordnung als Twyman-Green-, Michelson- oder Mach-Zehnder-Anordnung ausgebildet. Die Mach-Zehnder-Anordnung kann dabei in Durchlicht benutzt werden, wobei transparente Objekte untersucht werden können. Dazu ist vorteilhafterweise eine zweite chromatische Komponente zur Kompensation der chromatischen Längsaberration anzuordnen. Der Vorteil beim Einsatz eines Twyman-Green- oder des Michelson-Interferometers besteht darin, dass besonders große Arbeitsabstände als auch Objektfelder vermessen werden können, wenn die Anordnung für ein Feld korrigiert ist. In diesem Fall ist die numerische Apertur deutlich geringer als beim Mirau-Interferometer, so dass eher spiegelnde Oberflächen oder Oberflächen mit einer eher geringen Rauheit vermessen werden können.

Merkmal 22: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise mindestens ein konfokaler Diskriminator angeordnet, der so ausgelegt ist, dass die Breite der Einhüllenden der Müllerschen Streifen hinsichtlich der Auswertung des Phasengradienten optimiert ist. So kann unerwünschte Strahlung eliminiert werden und für das Spektrum eine Einhüllende erzeugt werden, deren Schwerpunktlage die Grobinformation über das Messobjekt, beispielsweise dessen Abstand, enthält.

Merkmal 23: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise ein Mikrolinsen-Array, insbesondere zur Messung entlang einer Linie oder in einer Fläche angeordnet. Dieses kann auch rotierend genutzt werden.

Merkmal 24: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise die Dispersion im Gesamtsystem mittels Beugung an mindestens einem Gitter so eingestellt, dass sich bei einer Tiefenvariation nur eine vergleichsweise geringe Änderung der Ortsfrequenz der Müllerschen Streifen ergibt. Damit kann insbesondere mit einem Twyman-Green-Interferometer bei kleiner numerischer Apertur mit Frequenzauswertung der Müllerschen Streifen ein Messbereich von Millimetern erreicht werden, beispielsweise um Zähne in ihrer Form zu vermessen, wobei eine konfokale Diskriminierung für den Kontrast hier sehr vorteilhaft sein kann.

Merkmal 25: Weiterhin ist erfindungsgemäß bei der spektralen Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise eine Kamera mit logarithmischer Kennlinie eingesetzt. Damit ist ein größerer Helligkeitsbereich auf dem Objekt erfassbar.

Merkmal 26: Weiterhin kann im Objektstrahlengang vorzugsweise ein System aus elektrisch steuerbarem, diffraktiv-optischen Element und einer elektrisch steuerbaren Elektrowetting-Linse angeordnet sein, welche die mittlere Brechkraft des diffraktiv-optischen Elements zumindest teilweise kompensiert. Dabei kann der Grad der chromatischen Tiefenaufspaltung mittles diffraktiv-optischem Element verändert werden, wobei die Nachregelung der Brechkraft der Elektrowetting-Linse die Schärfeebenen und damit die Lage des Tiefenmessbereiches im Objektraum in der gleichen Tiefe hält. So kann auch die Breite der Einhüllenden der Müllerschen Streifen verändert werden, um eine optimale Anpassung des Systems an die Messaufgabe zu erreichen. Dies ist kann bei einer Anordnung mit Immersionsflüssigkeit im Objektraum vorteilhaft sein.

Merkmal 27: Weiterhin kann dem Detektor vorzugsweise ein weiteres Zweistrahl-Interferometer vorgeordnet sein, mit welchem durch einen Scan des optischen Gangunterschieds eine Analyse der interferierenden Strahlung des Zweistrahl-Interferometers erfolgen kann.

Weitere Merkmale der Erfindung: Es kann gleichzeitig sowohl die erste positive als auch die erste negative Beugungsordnung eines diffraktiv-optischen Zonenelements genutzt werden. Dies dient vorzugsweise zur Messbereichserweiterung mit einer Erkennung der jeweiligen Beugungsordnung durch die jeweilige mittlere Frequenz der Müllerschen Streifen und die Lage deren Intensitätsmaximums auf der Wellenzahlachse. Es können damit aber auch Objektbündel mit zwei unterschiedlichen Intensitäten oder numerischen Aperturen zur optimalen Adaption an das Objekt erreicht werden. Es können aber auch zwei Tiefenmessbereiche für die Messung des Abstands eines Objekts gleichzeitig erzeugt werden.

Weiterhin kann der Referenzspiegel auch tiefer im Abbildungssystem positioniert sein, beispielsweise an einer vom Strahlteiler abgewandten Fläche einer Linse, die sich auch zumindest näherungsweise in der Mitte des Abbildungssystems befinden kann.

Weiterhin kann das Referenzbündel durch Reflexion in der nullten Beugungsordnung von einem diffraktiv-optischen Zonenelement, welches als Strahlteiler wirkt, gewonnen werden und dabei das diffraktiv-optische Zonenelement auch auf einer gekrümmten Substratfläche aufgebracht sein, wodurch bei Reflexion in nullter Beugungsordnung auch eine achromatische Brechkraft gegeben ist und sich die Anzahl der benötigten optischen Wirkflächen verringern kann.

Weiterhin kann im Objektstrahlengang des Mirau-Interferometers vorzugsweise eine Strahlumlenkung, beispielsweise durch ein 90°-Prisma erfolgen. Dadurch ist es möglich, Innenwände von Bohrungen mit kleinen Durchmessern anzumessen.

Weiterhin ist bei der Punktmessung vorzugsweise ein Monitoring der Reflektivität des Objekts möglich, indem die zurück kommende Intensität über dem genutzten Spektralbereich ermittelt wird, beispielsweise durch eine Auskopplung von zurück kommender Strahlung aus der Faser vor dem Spektrometer, so dass die Lichtquelle in Abhängigkeit vom Monitorsignal hochdynamisch nachgeregelt werden kann.

Die erfinderischen Punkt- und Liniensensoren können vorzugsweise mit hochdynamischen Lateral-Scannern und gegebenenfalls auch mit Bildleitern gekoppelt werden, um auch dreidimensionale Daten von distalen Objekten gewinnen zu können.

Beschreibung der Figuren
Die 1 stellt eine Anwendung für einen hochgenauen, mobilen Punktsensor dar. Dieser kann zur optischen Abtastung der Pits und Lands in verschieden tiefen Datenschichten eines mehrschichtigen Datenträgers, aber auch für die hochgenaue Abstandsmessung und Profilmessung auf einer Messmaschine oder auch für die Prüfung eines Objekts in verschiedenen Tiefen, insbesondere in einer Reinraumumgebung, verwendet werden.
Die Lichtquelle ist als fasergekoppelte Superlumineszenz-Diode 1 ausgebildet. Das Licht derselben wird in eine Faser 2 eingekoppelt, passiert die Y-Weiche 3 und gelangt über das Faserstück 4 als divergierendes Strahlenbündel auf ein Kollimatorobjektiv 5a mit dem Brennpunkt F_5a, das zur Bündel-Kollimierung dient. Es entstehen mittels diesem zumindest näherungsweise plane Wellen, die auf ein Mikroskopobjektiv 6a, das hier das Abbildungssystem eines Mirau-Interferometers darstellt, gelangen, und somit in den Objektraum fokussiert werden. Die numerische Apertur (NA) des Mikroskopobjektivs 6a beträgt hierbei NA = 0,55. Zwischen dem Mikroskopobjektiv 6a und dem Objektraum befindet sich die Strahlteilerplatte 7a mit einer konvexen Frontfläche 8a auf der äußeren Plattenseite und der Strahlteilerschicht 9, die auf der inneren Plattenseite aufgebracht ist. Auf der dem Objekt zugewandten Seite der Strahlteilerplatte 7a befindet sich eine diffraktive, sammelnde Zonenlinse 11a. Die Profiltiefe auf der diffraktiven, sammelnden Zonenlinse 11a liegt dabei im Sublambda-Bereich. Es entsteht durch Reflexion an der Strahlteilerschicht 9 ein konvergierendes Referenzbündel R, das am planen Referenzspiegel 10 reflektiert wird. Das an Strahlteilerplatte 7a mit Strahlteilerschicht 9 hindurchtretende Bündel passiert nun in der ersten Ordnung die diffraktive, sammelnde Zonenlinse 11a, wobei eine sammelnde Wirkung auftritt. Die Wirkung der Zonenlinse 11a im Objektstrahlengang wird durch die Spiegellinse, die durch die konvexe Frontfläche 8a und die Strahlteilerschicht 9 gebildet ist, teilweise kompensiert. Die Punkte A und OPD_0 stellen Orte gleichen optischen Gangunterschiedes im Interferometer dar. Durch die wellenlängenabhängige Brechkraft der Zonenlinse 11a kommt es im Objektraum für das Objektbündel O_1 zu einer chromatischen Längsaufspaltung im Bereich Δz_c, wobei die Foki der kurzwelligen Strahlung am Weitesten von der Strahlteilerplatte 7a entfernt sind (P_λmin). So erfolgt eine Tiefenabtastung des Objektraumes. Die an einem Punkt P eines mehrschichtigen Objekts 12a an einer Schicht oder bei einer anderen Applikation an einem Objekt 12b an einem Oberflächenpunkt P_i reflektierte Strahlung gelangt über die diffraktive, sammelnde Zonenlinse 11a durch die Strahlteilerplatte 7a mit Strahlteilerschicht 9 und konvexer Fläche 8a gemeinsam mit dem Referenzbündel R in das Mikroskopobjektiv 6a. Dabei erfolgt hier die Transmission der Strahlung an der Zonenlinse 11a wieder in der ersten Beugungsordnung. Die Brechkraft der Spiegellinse mit der konvexen Frontfläche 8a und der Strahlteilerschicht 9 führt dazu, dass der Fokus auf dem planen Referenzspiegel 10 im Punkt A liegt und der optische Gangunterschied zwischen dem Referenz- und dem Objektstrahlenbündel im Punkt P_i beispielsweise nur 35 μm beträgt. Nach dem Passieren des Mikroskopobjektivs 6a und des Kollimatorobjektivs 5a entstehen – je nach Wellenlänge – Objektbündel unterschiedlicher Wellenfrontkrümmung. Die zumindest näherungsweise im Punkt P_i fokussierten Objektstrahlenlbündel und das Referenzstrahlenbündel, welches im Punkt A fokussiert wird, treten in das Endstück der Faser 4 wieder ein, wobei P_i' und A' optisch konjugierte Punkte darstellen. Die in das Endstück der Faser 4 eingekoppelten Bündel passieren die Weiche 3 in Richtung der Auskoppelfaser 13, gelangen auf ein fasergekoppeltes Spektrometer 14 und auf eine Zeilenkamera 15 und werden dort detektiert. Auf der Zeilenkamera 15 entsteht das Spektrum der Intensität über der Wellenzahl, die Müllerschen Streifen. Die Auswertung kann mittels der Auswertung der Phasenvariation über der Wellenzahl erfolgen, da die Intensität über der Wellenzahl vom optischen Gangunterschied im Interferometer und damit auch vom optischen Abstand von der Strahlteilerschicht 9 abhängig ist. Die Auswertung der Müllerschen Streifen wird in dieser Schrift nicht dargestellt.
Die 2 stellt eine Anordnung mit einer Strahlteilerplatte 7a mit einer konkaven Fläche 8b und einer strahlendivergierenden Zonenlinse 11b dar. Dadurch kann ein größerer Arbeitsabstand zu einem Messobjekt 12a oder 12b erreicht werden.
Die 3 stellt eine Anordnung für einen hochgenauen, mobilen Punktsensor mit einem Minimum an Komponenten dar. Dieser Punktsensor kann zur optischen Abtastung der Pits und Lands in verschieden tiefen Datenschichten eines mehrschichtigen Datenträgers 12a, aber auch für die Abstandsmessung und Profilmessung eines Objekts 12b auf einer Messmaschine oder auch für die Prüfung eines Objekts 12a in verschiedenen Tiefen, insbesondere in einer Reinraumumgebung, verwendet werden.
Die Lichtquelle ist als fasergekoppelte Superlumineszenz-Diode 1 ausgebildet. Das Licht derselben 1 wird in eine Faser 2 eingekoppelt, passiert die Y-Weiche 3 und gelangt über das Faserstück 4 als divergierendes Strahlenbündel auf eine Grinlinse 5b mit dem Fokuspunkt F_5b, die zur Kollimierung dient. Es entstehen zumindest näherungsweise plane Wellen, die auf eine Grinlinse 6b, die hier das Abbildungssystem eines Mirau-Interferometers darstellt, gelangen und somit in den Objektraum fokussiert werden. Zwischen der Grinlinse 6b und dem Objektraum befindet sich die Strahlteilerplatte 7a mit einer konkaven Frontfläche 8b und der Strahlteilerschicht 9, die auf die konkave Frontfläche 8b aufgebracht ist. Auf der dem Objekt zugewandten Seite der Strahlteilerplatte 7a befindet sich eine diffraktive, strahlungssammelnde Zonenlinse 11a. Es entsteht durch Reflexion an der Strahlteilerschicht 9 ein konvergierendes Referenzbündel R, das am planen Referenzspiegel 10 reflektiert wird. Das an Strahlteilerplatte 7a mit der Strahlteilerschicht 9 hindurchtretende Strahlenbündel passiert nun in der ersten Beugungsordnung die diffraktive, strahlungssammelnde Zonenlinse 11a. Die strahlungssammelnde Wirkung der Zonenlinse 11a wird durch den Spiegel, der durch die konkave Frontfläche 8b und die Strahlteilerschicht 9 gebildet ist, teilweise kompensiert. Die Punkte A und OPD_0 stellen Orte gleichen optischen Gangunterschiedes dar. Durch die wellenlängenabhängige Brechkraft der Zonenlinse 11a kommt es im Objektraum für das Objektbündel O_1 zu einer chromatischen Längsaufspaltung im Bereich Δz_c, wobei die Foki der kurzwelligen Strahlung am Weitesten von der Strahlteilerplatte 7a entfernt sind. So erfolgt eine Tiefenabtastung des Objektraumes. Das von einem Punkt P_i des mehrschichtigen Objekts 12a reflektierte Licht gelangt über die diffraktive, lichtsammelnde Zonenlinse 11a, wobei hier die Transmission des Lichtes wieder in der ersten Beugungsordnung erfolgt, durch die Strahlteilerplatte 7a mit Strahlteilerschicht 9 gemeinsam mit dem Referenzbündel R in die Grinlinse 6b. Nach dem Passieren der Grinlinsen 6b und 5b entstehen – je nach Wellenlänge – Objektbündel unterschiedlicher Wellenfrontkrümmung. Die zumindest näherungsweise im Punkt P_i fokussierten Teilbündel treten in das Endstück der Faser 4 wieder ein, passieren die Weiche 3 in Richtung der Auskoppelfaser 13, gelangen auf ein fasergekoppeltes Spektrometer 14 und auf eine Zeilenkamera 15. Dort werden die Müllerschen Streifen ausgebildet und detektiert.
Alle 4a bis 4g sind insbesondere als Punktsensoren ausgelegt, wobei jeweils auch eine konfokale Dikriminierung erfolgt. So kann Strahlung von unerwünschten Beugungsordnungen am diffraktiv-optischen Zonenelement 11a eliminiert werden, besonders wenn das diffraktiv-optische Zonenelement 11a sowohl in nullter als auch in erster Ordnung benutzt wird. Die Beleuchtung kann, wie in den 1 bis 3 dargestellt, mit den Komponenten 1 bis 5a oder 5b erreicht werden. Mit den Komponenten 4, 13 bis 15 kann die Detektion der Müllerschen Streifen ermöglicht werden.
Die 4a zeigt eine Anordnung, bei der mittels Strahlteilerschicht 9 das Referenzbündel R entsteht. Die Linse 16a fokussiert das Referenzbündel R nur sehr schwach. Weiterhin ist die in der Regel geringe chromatische Längsaberration der Linse 16a im Abbildungssystem 6a bereits einkorrigiert. Der Referenzspiegel 10 ist auf der Linse 16a aufgebracht. Für das Referenzbündel wird somit ein Teil der Brechkraft des Abbildungssystems genutzt, welche die Hauptbrechkraft in der Anordnung aufbringt. Damit stellt die Brechkraft der Linse 16a die Nebenbrechkraft der Anordnung dar. Die Chromasie der Linse 16a, speziell die chromatische Längsaberration, ist dabei also durch die entgegengesetzte Chromasie des übrigen Abbildungssystems 6a kompensiert, so dass der Referenzstrahlengang hinsichtlich der Tiefenaufspaltung achromatisch ist, wodurch der Punkt A achromatisch abgebildet wird und Strahlung aller Wellenlängen der Referenzstrahlung den konfokalen Diskriminator, beispielsweise die Faser 4, passieren und zur Ausbildung der Müllerschen Streifen beitragen kann.
Die 4b stellt eine Anordnung dar, bei der das Referenzbündel R_0 durch Beugung in der nullten Ordnung in Reflexion am diffraktiv-optischen Zonenelement 11a erzeugt wird. Die Chromasie der Linse 16a, speziell deren chromatische Längsaberration ist dabei, wie in
4a beschrieben, durch die entgegen gesetzte Chromasie des übrigen Abbildungssystems 6a kompensiert.
Die 4c stellt eine Anordnung dar, bei der das Referenzbündel R_0 ebenfalls durch Beugung in der nullten Ordnung in Reflexion am diffraktiv-optischen Zonenelement 11a erzeugt wird. Der Referenzspiegel 10 ist dabei noch tiefer im Abbildungssystem, also noch weiter von der Strahlteilung entfernt, angeordnet. Hierbei kann auch ein 90°-Prisma in den Strahlengang integriert werden, um die Innenwand einer Bohrung anzumessen.
Die 4d stellt eine Anordnung dar, bei welcher der Referenzspiegel 10 auf der Frontfläche der Linse 16a angeordnet ist. Das Referenzbündel R_0 wird ebenfalls durch Beugung in der nullten Ordnung in Reflexion am diffraktiv-optischen Zonenelement 11a erzeugt. Die teilweise Kompensation der Brechkraft des diffraktiv-optischen Zonenelements 11a erfolgt mittels der konkav gekrümmten Fläche 8b der Strahlteilerplatte 7a, wobei die Fläche 8b also refraktiv genutzt wird.
In der 4e ist eine Anordnung dargestellt, bei der die Fläche der Strahlteilerplatte 7a, die zum Abbildungssystem weist, schwach konkav gekrümmt ist. Auf dieser befindet sich das diffraktiv-optische Zonenelement 11a, welches in der ersten Beugungsordnung das Objektstrahlenbündel fokussierend beeinflusst. Das Referenzbündel R_0 wird in der nullten Ordnung in Reflexion am diffraktiv-optischen Zonenelement 11c erzeugt und erfährt durch die konkav gekrümmte Fläche 8b der Strahlteilerplatte 7a ebenfalls eine Fokussierung, so dass eine teilweise Kompensation der chromatischen Brechkraft des diffraktiv-optischen Zonenelements 11c gegeben ist und sich somit der Abstand z_i verkleinert. Dadurch verkleinert sich im Messbereich der Anordnung die Ortsfrequenz der detektierten Müllerschen Streifen.
In der 4f ist eine Anordnung für die Vermessung der Oberflächen 12d von Innenräumen dargestellt, bei der die Frontfläche 19 eines 90°-Umlenkprismas 20, die zum Abbildungssystem weist, schwach konvex gekrümmt ausgebildet ist. Auf dieser gekrümmten Frontfläche 19 befindet sich das diffraktiv-optische Zonenelement 11d, welches in der ersten Beugungsordnung das Objektstrahlenbündel in Transmission fokussierend beeinflusst. Das Referenzbündel R_0 wird dagegen in der nullten Ordnung und in Reflexion am diffraktivoptischen Zonenelement 11a erzeugt und erfährt durch die konvex gekrümmte Frontfläche 19 des Umlenkprismas 20 eine Verringerung der Fokussierung, so dass der Weg zum Fokuspunkt A geometrisch verlängert wird. So ist eine zumindest teilweise Kompensation der Vergrößerung des optischen Gangunterschieds durch die optische Dicke des Umlenkprismas 20 im Objektstrahlengang gegeben und der Referenzstrahlengang ist achromatisch. Dadurch ergibt sich bei entsprechendem Design der beteiligten Komponenten 19, 20 11d im Messbereich der Anordnung eine hinreichend kleine Ortsfrequenz der detektierten Müllerschen Streifen, welche optimal auswertbar ist. Das 90°-Umlenkprisma 20 wird mittels außen verrundetem Glasmontageprisma 21 in einer Zylinderfassung 22 mit Durchbruch 23 gehalten. Die Grinlinsen 5b und 6b sind mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Die Grinlinsen 5b ist fasergekoppelt.
Ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Anordnung für die Vermessung der Oberflächen 12d von Innenräumen basiert auf der Anordnung nach 4f. Jedoch ist das Prisma 20 mit Planflächen ausgeführt. Diesem Prisma 20 sind dabei die Komponenten 7a, 7b, 8b und 11a aus 2 vorgeordnet sowie eine nicht dargestellte planparallele Kompensationsplatte mit der gleichen Glasweglänge wie das Prisma zum Ausgleich des Öffnungsfehlers.
In der 4g ist eine Anordnung dargestellt, bei der die Fläche 8a der Strahlteilerplatte 7a schwach konvex gekrümmt ist. Auf dieser befindet sich das diffraktiv-optische Zonenelement 11d, welches in der ersten Beugungsordnung das Objektstrahlenbündel fokussierend beeinflusst. Das Referenzbündel R_0 wird in der nullten Ordnung in Reflexion am diffraktivoptischen Zonenelement 11d erzeugt und erfährt durch die konvex gekrümmte Frontfläche 19 des Umlenkprismas 20 eine Verringerung der Fokussierung des Referenzbündels R_0, so dass der Weg zum Fokuspunkt A geometrisch verlängert wird und der Referenzstrahlengang achromatisch ist. So ist eine zumindest teilweise Kompensation der Vergrößerung des optischen Gangunterschieds durch die optische Dicke eines Wasserfilms im Objektstrahlengang vor dem Objekt 12d bei entsprechendem Design der beteiligten Komponenten 8a, 7a und 11d möglich. So kann eine hinreichend kleine Ortsfrequenz der detektierten Müllerschen Streifen erreicht werden, welche optimal auswertbar ist.
Die 5 stellt eine Anwendung für einen hochgenauen Liniensensor dar. Die Quelle elektromagnetischer Strahlung 1b ist als Weißlichtlaser, also spektral breitbandig ausgebildet. Die Strahlung derselben passiert einen Strahlteiler 17 und ein Kollimatorobjektiv 5a. Es entstehen zumindest näherungsweise plane Wellen, die auf ein Objektiv 6a eines Mirau-Interferometers gelangen und mittels diesem Objektiv 6a in den Objektraum fokussiert werden. Zwischen dem Objektiv 6a und dem Objektraum befindet sich die Strahlteilerplatte 7a mit einer konvexen Frontfläche 8a. Auf der Platte 7b sind die Strahlteilerschicht 9 und die diffraktive, strahlungssammelnde Zonenlinse 11a aufgebracht. Es entsteht durch Reflexion an der Strahlteilerschicht 9 ein konvergierendes Referenzbündel R, das am Referenzspiegel 10 reflektiert wird. Das an Strahlteilerschicht 9 hindurchtretende Strahlenbündel passiert nun in der ersten Ordnung die diffraktive lichtzerstreuende Zonenlinse 11a, wobei das Strahlenbündel O_1 entsteht und an der Zonenlinse 11a eine strahlungssammelnde Wirkung auftritt. Durch die wellenlängenabhängige Brechkraft der diffraktiven lichtzerstreuenden Zonenlinse 11a führt dies im Objektraum für das Objektbündel O_1 zu einer chromatischen Längsaufspaltung, wobei die Foki der kurzwelligen Strahlung am Weitesten von der Strahlteilerbaugruppe entfernt sind. So erfolgt eine Tiefenabtastung des Objektraumes. Das von einem Punkt P_i des Objekts 12c reflektierte Licht gelangt über die Zonenlinse 11a, wobei hier die Transmission des Lichtes wieder in der ersten Beugungsordnung erfolgt, durch die Strahlteilerschicht 9 gemeinsam mit dem Referenzbündel R in das Objektiv 6a des Mirau-Interferometers. Die Brechkraft der konkaven Frontfläche 9 führt zu einer Anpassung des optischen Gangunterschiedes zwischen dem Referenz- und dem Objektstrahlenbündel. Das Referenzstrahlenbündel R und das Objektstrahlenbündel O_1 passieren den Strahlteiler in Transmission und bilden über ein Tubusobjektiv 18 das Objekt 12c auf eine Flächenkamera 15a ab, welche Bestandteil eines Linienspektrometers 14b mit einem Eingangsspalt 14a ist. Mit dieser Anordnung ist eine Korrektur des Feldes möglich. Dabei stellt die Variation der Phase oder Frequenz im Feld kein Problem dar, da eine numerische Korrektur derselben problemlos ist.
6 zeigt eine Anordnung für einen Profilschnitt oder für flächige Objektfelder, die in den wesentlichen Komponenten 5 entspricht, jedoch kein Spektrometer aufweist. Mit dieser Anordnung wird eine flächenhafte Messung des Objekts 12c ermöglicht. Diese Anordnung kann auch sehr gut mit einem Immersions-Abbildungssystem für Wasser genutzt werden. Dabei wird eine spektral feinsteinstellbare, durchstimmbare, schmalbandige Laser-Quelle 1c eingesetzt, so dass mittels Wellenlängen-Durchstimmung der Laser-Quelle 1c die Profiltiefe oder auch hochaufgelöst die 3D-Mikroform des Objekts 12c mittels Flächenkamera 15a erfasst werden kann.

Claims

Verfahren zur spektralen Zweistrahl-Interferometrie mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft zur Prüfung von einem Objekt (12b, 12c) oder zur Auslesung eines optischen Datenträgers, der dann das Objekt (12a) darstellt, mit einem Zweistrahl-Interferometer mit einem Referenzstrahlengang und einem Referenzreflektor sowie mit einem Objektstrahlengang, der von mindestens einem Objektteilstrahlenbündel durchlaufen wird, mit zumindest teilweiser Abbildung des Objekts (12a, 12b, 12c) durch ein Abbildungssystem (6a, 6b) mit einer vergleichsweise großen Brechkraft, welches die Hauptbrechkraft in der Anordnung darstellt, wobei auch Referenzstrahlung das Abbildungssystem durchsetzt, und mit Anwendung einer Lichtquelle (1a, 1b, 1c) und eines gerasterten Detektors (15, 15a) für elektromagnetische Strahlung sowie eines Spektrometers (14, 14a) oder einer wellenlängendurchstimmbaren Quelle elektromagnetischer Strahlung (1c), gekennzeichnet dadurch, a) dass entweder eine zumindest näherungsweise achromatische Nebenbrechkraft in den Referenzstrahlengang durch ein strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes Referenzelement oder Referenzsystem eingeführt wird, wobei die Nebenbrechkraft hier als Referenz-Nebenbrechkraft bezeichnet wird und wobei die achromatische Referenz-Nebenbrechkraft das gleiche Vorzeichen wie die chromatische Brechkraft aufweist. b) oder dass eine zumindest näherungsweise achromatische Nebenbrechkraft in den Objektstrahlengang durch ein strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes Element oder System eingeführt wird, wobei die Nebenbrechkraft hier als Objekt-Nebenbrechkraft bezeichnet wird und wobei die achromatische Objekt-Nebenbrechkraft das umgekehrte Vorzeichen wie die chromatische Brechkraft aufweist. c) oder dass sowohl eine zumindest näherungsweise achromatische Nebenbrechkraft in den Referenzstrahlengang durch ein strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes Referenzelement oder Referenzsystem als auch eine zumindest näherungsweise achromatische Nebenbrechkraft im Objektstrahlengang durch ein strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes Element oder System eingeführt wird.
Verfahren zur spektralen Zweistrahl-Interferometrie mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die chromatische Brechkraft im Objektstrahlengang durch die Referenz-Nebenbrechkraft zumindest teilkompensiert oder aber überkompensiert wird.
Verfahren zur spektralen Zweistrahl-Interferometrie mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass durch die Objekt-Nebenbrechkraft die chromatische Längsaberration im Objektstrahlengang durch mindestens ein strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes und zumindest näherungsweise achromatisches Element oder System zumindest teilkompensiert oder aber überkompensiert wird.
Verfahren zur spektralen Zweistrahl-Interferometrie mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass durch eine chromatische Ausbildung des gemeinsamen Abbildungssystems mit angepasster chromatischer Queraberration die chromatische Queraberration für das Objektteilstrahlenbündel, die im Objektstrahlengang unerwünschterweise vorhanden ist, zumindest näherungsweise zu null gemacht wird.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft mittels mindestens eines strahlenfokussierenden oder strahlendivergierenden chromatischen Elements oder Systems mit chromatischem Element zur Prüfung von einem Objekt oder zur Auslesung eines optischen Datenträgers, der dann das Objekt darstellt, mit einer Lichtquelle (1, 1a) und mit einem gerastertem Detektor (15, 15a) elektromagnetischer Strahlung, einer Strahlteilerfläche (9) und einem Spektrometer (14, 14a) und mit Objekt- und Referenzstrahlengang und einem Referenzreflektor (10) in demselben sowie einem Abbildungssystem für das Objekt, welches die Hauptbrechkraft des optischen Systems darstellt, gekennzeichnet dadurch, a) dass entweder im Referenzstrahlengang eine zumindest näherungsweise achromatische, strahlenfokussierende oder strahlendivergierende Linse, oder Linsengruppe oder Spiegel, oder Spiegellinse, oder Komponente also jeweils mit positiver oder negativer Brechkraft, der Referenz-Nebenbrechkraft, angeordnet ist, wobei die achromatische Referenz-Nebenbrechkraft das gleiche Vorzeichen wie die chromatische Brechkraft des strahlenfokussierenden oder strahlendivergierenden chromatischen Elements oder Systems aufweist. b) oder dass im Objektstrahlengang eine zumindest näherungsweise achromatische, strahlenfokussierende oder strahlendivergierende Linse, oder Linsengruppe, oder Spiegel, oder Spiegellinse, oder Komponente also jeweils mit positiver oder negativer Brechkraft, der Objekt-Nebenbrechkraft, angeordnet ist, wobei die achromatische Referenz-Nebenbrechkraft das umgekehrte Vorzeichen wie die chromatische Brechkraft des strahlenfokussierenden oder strahlendivergierenden chromatischen Elements oder Systems aufweist. c) oder dass sowohl im Referenzstrahlengang als auch im Objektstrahlengang eine zumindest näherungsweise achromatische, strahlenfokussierende oder strahlendivergierende Linsenfläche, oder Linse, oder Linsengruppe, oder Spiegel, oder Spiegellinse, oder Komponente also jeweils mit positiver und/oder negativer Brechkraft angeordnet ist.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Referenz-Nebenbrechkraft mindestens 30% der chromatischen Brechkraft im Objektstrahlengang für die mittlere Wellenlänge des zur zumindest teilweisen Abbildung des Objekts genutzten Spektralbereiches beträgt.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach mindestens einem der Ansprüche 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, dass im Objektstrahlengang das chromatische Element als mindestens ein diffraktiv-optisches, strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes Zonenelement (11a, 11b, 11c, 11d) ausgebildet ist und im Referenzstrahlengang mindestens eine refraktive, strahlenfokussierende oder strahlendivergierende Linsenfläche (8a, 8b) oder Linse oder auch eine Spiegelfläche angeordnet sind.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach mindestens einem der Ansprüche 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, dass im Objektstrahlengang das chromatische Element mindestens ein diffraktiv-optisches, strahlenfokussierendes oder strahlendivergierendes Zonenelement (11a, 11b, 11c, 11d) und im Referenzstrahlengang mindestens ein strahlenfokussierender oder strahlendivergierender Achromat angeordnet sind.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet dadurch, dass vom diffraktiv-optischen, strahlenfokussierenden oder strahlendivergierenden Zonenelement (11a, 11b, 11c, 11d) im Objektstrahlengang die Strahlformungseigenschaften in der positiven oder der negativen ersten Beugungsordnung oder in einer höheren positiven oder negativen Beugungsordnung jeweils zur Abbildung des Objekts mitgenutzt werden und durch die chromatische Brechkraft die numerische Apertur der Anordnung noch etwas erhöht wird.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet dadurch, dass die Zweistrahlinterferometer-Anordnung als Mirau-Interferometer mit mindestens einem diffraktiv-optischen, strahlenfokussierenden oder strahlendivergierenden Zonenelement (11a, 11b, 11c, 11d) im Objektstrahlengang ausgebildet ist.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach Anspruche 10, gekennzeichnet dadurch, dass das Zonenelement als Phasen-Zonen-Linse (11a, 11b, 11c, 11d) für die positive und/oder die negative erste Beugungsordnung ausgebildet ist.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass die Phasen-Zonen-Linse (11a) strahlenfokussierend ausgebildet ist und dieser mindestens eine refraktive Linsenfläche (8b) oder Linse mit strahlendivergierender Wirkung, also eine Zerstreuungskomponente, zugeordnet ist.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass der Betrag der Brechkraft der refraktiven Linsenfläche (8b) oder der Linse dem Betrag der mittleren Brechkraft der Phasen-Zonen-Linse (11b) zumindest näherungsweise entspricht.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 13, gekennzeichnet dadurch, dass die Strahlteilerfläche (9) mit einer Krümmung ausgebildet ist.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 14, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens eine refraktive Planparallelplatte im Referenz- und/oder im Objektstrahlengang zur Anpassung der Dispersion in der optischen Anordnung angeordnet ist.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 15, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens eine Phasen-Zonenplatte im Referenz- und/oder Objektstrahlengang zur Anpassung der Dispersion in der optischen Anordnung angeordnet ist.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 16, gekennzeichnet dadurch, dass das Abbildungssystem für das Objekt mit mindestens einer Grinlinse (6b) ausgebildet ist.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 17, gekennzeichnet dadurch, dass im Abbildungssystem mindestens ein refraktives Element mit chromatischer Queraberration angeordnet ist, durch das die chromatische Queraberration für das Objektteilstrahlenbündel, die im Objektstrahlengang unerwünschterweise vorhanden ist, zumindest näherungsweise zu null gemacht ist.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 17, gekennzeichnet dadurch, dass im Abbildungssystem mindestens ein diffraktives Zonenelement mit chromatischer Queraberration angeordnet ist, durch das die chromatische Queraberration für das Objektteilstrahlenbündel, die im Objektstrahlengang unerwünschterweise vorhanden ist, zumindest näherungsweise zu null gemacht ist.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 19, gekennzeichnet dadurch, dass in einem Mirau-Interferometer ein Hybridelement mittels zweiseitigem Substrat angeordnet ist, bei dem auf der dem Abbildungssystem zugeordneten Substratseite eine teildurchlässige Spiegelschicht angeordnet ist, die als Strahlteilerfläche (9) ausgebildet ist, wobei diese Substratseite konkav (8b) ausgebildet ist, und auf der anderen Substratseite eine Phasen-Zonen-Struktur (11a) mit strahlfokussierender Wirkung in der ersten Beugungsordnung aufgebracht ist oder dass die dem Abbildungssystem zugeordnete Substratseite konvex (8a) ausgebildet ist, und auf der anderen Substratseite eine Phasen-Zonen-Struktur mit strahldivergierender Wirkung in der ersten Beugungsordnung aufgebracht ist.
Spektrale Zweistrahl-Interferometer-Anordnung mit chromatischer Tiefenaufspaltung im Objektstrahlengang durch eine chromatische Brechkraft nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 19, gekennzeichnet dadurch, dass die Zweistrahl-Interferometer-Anordnung als Twyman-Green-, Michelson- oder Mach-Zehnder-Anordnung ausgebildet ist.