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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum interferometrischen
Bestimmen einer Abweichung einer tatsächlichen Form einer effektiven
Reflexionsfläche
eines Testobjekts von einer Sollform der effektiven Reflexionsfläche.
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Bei
im Stand der Technik, wie zum Beispiel der
DE 102 23 581 B4 , bekannten
interferometrischen Anordnungen zum Vermessen einer Oberfläche eines
asphärischen
optischen Elements wird eine von einem Laser erzeugte Planwelle
in einen Referenzstrahl und einen Messstrahl aufgespalten. Der Messstrahl
wird daraufhin mittels einer Fokussierungslinse sowie einem CGH
(computer generated hologram) und ggf. einer vorgeschalteten Fokussierungslinse
in eine Welle umgewandelt, die der Sollform der zu prüfenden Oberfläche entspricht.
Die Welle wird daraufhin von der zu vermessenden Oberfläche reflektiert.
Die Wellenfront der reflektierten Welle enthält die Abweichungen der vermessenen Oberfläche von
der Sollform. Die reflektierte Welle wird im Strahlengang des eingehenden
Messstrahls durch das CGH sowie ggf. die Fokussierungslinse zurückgeführt. Die
dabei entstehende ebene Welle wird schließlich mittels eines reflektierenden
Elements aus dem Strahlengang der Eingangswelle heraus reflektiert
und mit dem Referenzstrahl überlagert. Dabei
entsteht ein Interferenzmuster, welches mittels einer Fokussierungslinse
auf eine Erfassungsebene einer Kamera fokussiert wird. Aus dem erfassten
Interferenzmuster werden Abweichungen der Form der vermessenen Oberfläche von
einer Sollform der Oberfläche
bestimmt.
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Die
vorbekannten interferometrischen Anordnungen verursachen allerdings
selbst erbliche Abweichungen bzw. Fehler in den Wellenfronten der sie
durchlaufenden Wellen. Um aus dem erfassten Interferenzmuster die
Abweichung der Form des Testobjekts von der Sollform mit hoher Genauigkeit zu
bestimmen, werden daher an den interferometrischen Anordnungen aus
dem Stand der Technik umfassende Kalibrierungsmaßnahmen durchgeführt. Dabei
werden Wellenfronten in mehreren Drehstellungen des Testobjekts
vermessen und ausgewertet. Mithilfe derartiger Kalibrierungsmaßnahmen
können Interferometerfehler
aus den Messergebnissen herausgerechnet werden. Allerdings muss
das Testobjekt dazu eine rotationssymmetrische Oberfläche aufweisen.
Das heißt,
eine hochgenaue Vermessung der Oberfläche ist mit den vorgenannten
interferometrischen Systemen nur für Testobjekte mit rotationssymmetrischen
Oberflächen
möglich.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren sowie wie eine Vorrichtung
der vorgenannten Art bereit zu stellen, mittels der die vorgenannten
Probleme überwunden
werden können
und insbesondere die Form einer beliebig geformten effektiven Reflexionsfläche, wie
einer Oberfläche,
eines Testobjekts mit hoher Genauigkeit vermessen werden kann.
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Verfahren
gemäß Anspruch
1, einem Verfahren gemäß Anspruch
3, einer Vorrichtung gemäß Anspruch 36,
einer Vorrichtung gemäß Anspruch
37, sowie einer Anordnung gemäß Anspruch
38 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem
Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem mittels einer Beleuchtungseinrichtung
elektromagnetische Beleuchtungsstrahlung erzeugt wird und als Eingangswelle
bereit gestellt wird, die Eingangswelle ein diffraktives optisches
Element durchläuft
und als eingehende Messwelle verlässt, wobei beim Durchlaufen
des optischen Elements die Wellenfront der eingehenden Messwelle
derart transformiert wird, dass die Wellenfront der eingehenden Messwelle
an die Sollform der effektiven Reflexionsfläche angepasst ist. Weiterhin
wird das Testobjekt in einer Teststellung angeordnet, in der die
eingehende Messwelle von der effektiven Reflexionsfläche des Testobjekts
als reflektierte Messwelle zum diffraktiven optischen Element zurück reflektiert
wird. Weiterhin durchläuft
die reflektierte Messwelle das diffraktive optischen Element und
verlässt
dieses als ausgehende Messwelle, wobei die Ausbreitungsrichtung der
ausgehenden Messwelle bei Austritt aus dem diffraktiven optischen
Element gegenüber
der umgekehrten Ausbreitungsrichtung der Eingangswelle bei Eintritt
in das diffraktive optische Element verschwenkt ist. Weiterhin wird
von der Beleuchtungsstrahlung eine Referenzwelle derart abgezweigt, dass
die Referenzwelle mit der ausgehenden Messwelle interferiert, sowie
eine Intensitätsverteilung
eines durch die Interferenz der Referenzwelle mit der ausgehenden
Messwelle erzeugten Interferenzmusters mittels einer Erfassungseinrichtung
erfasst. Beim Durchlaufen des diffraktiven optischen Elements kann
gemäß der Erfindung
das diffraktive optischen Element von der entsprechenden Welle in Transmission
durchlaufen werden, aber auch an dem diffraktiven optischen Element
reflektiert werden.
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Darüber hinaus
ist die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung der
eingangs genannten Art gelöst,
die insbesondere dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren
durchzuführen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
weist eine Beleuchtungseinrichtung auf, welche dazu eingerichtet
ist, elektromagnetische Beleuchtungsstrahlung zu erzeugen und diese
als Eingangswelle bereit zu stellen. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung
ein diffraktives optisches Element, welches im Strahlengang der
Eingangswelle angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Eingangswelle
durchzuleiten und als eingehende Messwelle bereitzustellen sowie
dabei die Wellenfront der Eingangswelle derart zu transformieren,
dass die Wellenfront der eingehenden Messwelle an die Sollform der
effektiven Reflexionsfläche angepasst
ist, und das diffraktive optische Element weiterhin dazu eingerichtet
ist, die eingehende Messwelle auf die effektive Reflexionsfläche des
in einer Teststellung angeordneten Testobjekts zu leiten, so dass
diese von der effektiven Reflexionsfläche als reflektierte Messwelle
zum diffraktiven optischen Element zurück reflektiert wird, sowie
das diffraktive optische Element ferner dazu eingerichtet ist, die
reflektierte Messwelle durchzuleiten und als ausgehende Messwelle
bereitzustellen. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
ein Abzweigungselement, das dazu eingerichtet ist, aus der Beleuchtungsstrahlung
eine Referenzwelle derart abzuzweigen, dass die Referenzwelle mit
der ausgehenden Messwelle interferiert, sowie eine Erfassungseinrichtung,
die dazu eingerichtet ist, eine Intensitätsverteilung eines durch die
Interferenz der Referenzwelle mit der ausgehenden Messwelle erzeugten
Interferenzmusters zu erfassen. Erfindungsgemäß ist die Ausbreitungsrichtung
der ausgehenden Messwelle bei Austritt aus dem diffraktiven optischen
Element gegenüber
der umgekehrten Ausbreitungsrichtung der Eingangswelle bei Eintritt
in das diffraktive optische Element verschwenkt.
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Mit
anderen Worten erzeugt erfindungsgemäß eine Beleuchtungseinrichtung
elektromagnetische Beleuchtungsstrahlung, die vorteilhafterweise im
sichtbaren Wellenlängenbereich
liegt. Die Beleuchtungsstrahlung sollte kohärent sein, d. h. sie sollte
hinsichtlich ihrer zeitlichen und räumlichen Ausdehnung eine derartige
feste Phasenbeziehung aufweisen, dass sie zur Erzeugung von Interferenzerscheinungen
geeignet ist. Die Beleuchtungsstrahlung wird als Eingangswelle von
der Beleuchtungseinrichtung bereitgestellt. Die Eingangswelle trifft
auf ein diffraktives optisches Element, welches dazu eingerichtet
ist, die Eingangswelle entweder vollständig oder einen Teil davon
in eine eingehende Messwelle umzuwandeln. Die Umwandlung geschieht
derart, dass die erzeugte eingehende Messwelle eine Wellenfront
aufweist, die an die Sollform der effektiven Reflexionsfläche des
Testobjekts angepasst ist.
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Dabei
kann die effektive Reflexionsfläche des
Testobjekts eine asphärische
Gestalt aufweisen und grundsätzlich
eine beliebig gestaltete Freiformfläche sein. Die Form der effektiven
Reflexionsfläche muss
damit nicht rotationssymmetrisch sein. Das diffraktive optische
Element ist also derart gestaltet, dass die Wellenfront der Eingangswelle
in eine der Sollform der effektiven Reflexionsfläche des Testobjekts entsprechende
Wellenfront umgeformt wird. Das Testobjekt wird in einer Teststellung
angeordnet, in der die eingehende Messwelle von der effektiven Reflexionsfläche des
Testobjekts zum diffraktiven optischen Element zurück reflektiert
wird. Das Testobjekt kann beispielsweise ein optisches Element,
wie etwa eine Linse, sein und die effektive Reflexionsfläche kann
eine Oberfläche
des Testobjekts sein. Die effektive Reflexionsfläche kann damit eine direkt
reflektierende Oberfläche
sein. Sie kann aber beispielsweise auch eine „optische Baugruppe im doppelten
Durchtritt" sein.
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Die
Wellenfront der zurück
reflektierten Messwelle ist gegenüber der Wellenfront der eingehenden
Messwelle um Abweichungen der tatsächlichen Form der effektiven
Reflexionsfläche
des Testobjekts von ihrer Sollform modifiziert. Damit enthält die Wellenfront
der zurückreflektierten
Messwelle Informationen über
die Abweichung der tatsächlichen Form
der effektiven Reflexionsfläche
des Testobjekts von ihrer Sollform. Die reflektierte Messwelle durchläuft wieder
das diffraktive optische Element und verlässt dieses als ausgehende Messwelle.
Dabei kann die reflektierte Messwelle in der nullten Ordnung durch
das diffraktiven optische Element treten und damit beim Durchlaufen
desselben unverändert
bleiben. In diesem Fall entspricht die ausgehende Messwelle der
reflektierten Messwelle. Inbesondere kann die reflektierte Messwelle
aber auch von dem diffraktiven optischen Element hinsichtlich ihrer
Wellenfront transformiert werden. Die Wellenfront der ausgehenden
Messwelle enthält
in jedem Fall wie auch die reflektierte Messwelle die Information über die
Abweichung der tatsächlichen
Form der effektiven Reflexionsfläche
von der Sollform. Die Form der Wellenfront der ausgehenden Messwelle
entspricht vorteilhafterweise der Wellenfront der Eingangswelle,
die um die Abweichungen der effektiven Reflexionsfläche des Testobjekts
von deren Sollform modifiziert ist.
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Die
Ausbreitungsrichtung der ausgehenden Messwelle ist erfindungsgemäß bei deren
Austritt aus dem diffraktiven optischen Element gegenüber der
umgekehrten Ausbreitungsrichtung der Eingangswelle bei deren Eintritt
in das diffraktive optische Element verschwenkt. Damit stimmen die Strahlengänge der
ausgehenden Messwelle und der Eingangswelle nicht überein.
Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Erfassungseinrichtung
vorgesehen, mit der die Intensitätsverteilung
eines von der Referenzwelle und der ausgehenden Messwelle erzeugten
Interferenzmusters erfasst werden kann. Aus der erfassten Intensitätsverteilung
lässt sich dann
die Abweichung der tatsächlichen
Form der effektiven Reflexionsfläche
des Testobjekts von der Sollform mit hoher Genauigkeit bestimmen.
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Die
Erfindung ermöglicht
es, die Anzahl optischer Elemente in den Strahlengängen der
interferometrischen Vorrichtung zu reduzieren. Vorteilhafterweise
ist die interferometrische Vorrichtung als linsenloses Interferometer
ausgebildet. D. h. die Vorrichtung weist keine refraktiven oder
reflektiven Linsenelemente auf. Das einzige optische Element der Vorrichtung
ist das diffraktive optische Element. Dadurch, dass die Ausbreitungsrichtung
der ausgehenden Messwelle bei Austritt aus dem diffraktiven optischen
Element gegenüber
der umgekehrten Ausbreitungsrichtung der Eingangswelle bei Eintritt
in das diffraktive optische Element verschwenkt ist, trifft die ausgehende
Messwelle nicht auf den Austrittpunkt der Eingangswelle aus der
Beleuchtungseinrichtung. Die ausgehende Messwelle muss daher nicht
mittels eines weiteren optischen Elements auf die Erfassungseinrichtung
umgelenkt werden. Vielmehr kann die Erfassungseinrichtung derart
angeordnet werden, dass das aus der nicht umgelenkten ausgehenden
Messwelle und der Referenzwelle gebildete Interferenzmuster ohne
Störung
der Eingangswelle von der Erfassungseinrichtung erfasst werden kann. Die
Beleuchtungseinrichtung und die Erfassungseinrichtung können aufgrund
der Verschwenkung der Ausbreitungsrichtungen der ausgehenden Welle
und der Eingangswelle derart angeordnet werden, dass weder die Beleuchtungseinrichtung
die ausgehende Messwelle stört
noch die Erfassungseinrichtung die Eingangswelle stört.
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Damit
kann mittels der Erfindung auf ein optisches Element im Strahlengang
der ausgehenden Messwelle verzichtet werden. Folglich können die Einflüsse der
interferometrischen Vorrichtung auf die Wellenfront der ausgehenden
Messwelle verringert werden. Durch die Reduzierung von optischen
Elementen im Strahlengang der interferometrischen Vorrichtung wird
die Anzahl unbekannter optischer Parameter, wie etwa Radien, Dicken,
Brechzahlen, Oberflächenabweichungen,
Inhomogenitäten,
Abstände und
Justagezustände,
etc. minimiert. Weiterhin werden hochfrequente Rauschanteile unterdrückt oder können gar
nicht erst entstehen.
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Aufgrund
der mittels der Erfindung verringerten Interferometerfehler kann
die Abweichung der tatsächlichen
Form der effektiven Reflexionsfläche des
Testobjekts von der Sollform mit einer höheren Genauigkeit bestimmt
werden. Aufgrund dieser höheren
Messgenauigkeit kann auf die Kalibrierung der interferometrischen
Vorrichtung durch Rotation des Testobjekts und mehrfache Vermessung
desselben verzichtet werden. Damit entfällt die Bedingung, das Testobjekt
mit einer rotationssymmetrischen Oberfläche zu versehen. Vielmehr können Testobjekte
mit beliebig geformten Freiformflächen vermessen werden.
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Die
vorgenannte Aufgabe ist erfindungsgemäß ferner mit einem Verfahren
zum interferometrischen Bestimmen einer Abweichung einer tatsächlichen
Form einer effektiven Reflexionsfläche eines Testobjekt von einer
Sollform der effektiven Reflexionsfläche gelöst, bei dem mittels einer Beleuchtungseinrichtung
elektromagnetische Beleuchtungsstrahlung erzeugt wird und als Eingangswelle
bereit gestellt wird, die Eingangswelle ein diffraktives optisches
Element durchläuft und
als eingehende Messwelle verlässt,
deren Wellenfront an die Sollform der effektiven Reflexionsfläche angepasst
ist. Weiterhin wird das Testobjekt in einer Teststellung angeordnet, in
der die eingehende Messwelle von der effektiven Reflexionsfläche des
Testobjekts als reflektierte Messwelle zum diffraktiven optischen
Element zurück
reflektiert wird. Weiterhin durchläuft die reflektierte Messwelle
das diffraktive optischen Element und verlässt dieses als ausgehende Messwelle
mit gegenüber
der reflektierten Messwelle transformierter Wellenfront, wobei die
Ausbreitungsrichtung der ausgehenden Messwelle bei Austritt aus
dem diffraktiven optischen Element gegenüber der umgekehrten Ausbreitungsrichtung
der Eingangswelle bei Eintritt in das diffraktive optische Element
verschwenkt ist. Weiterhin wird von der Beleuchtungsstrahlung eine Referenzwelle
derart abgezweigt, dass die Referenzwelle mit der ausgehenden Messwelle
interferiert, sowie eine Intensitätsverteilung eines durch die Interferenz
der Referenzwelle mit der ausgehenden Messwelle erzeugten Interferenzmusters
mittels einer Erfassungseinrichtung erfasst.
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Darüber hinaus
ist die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung der
eingangs genannten Art gelöst,
die insbesondere dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren
durchzuführen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
weist eine Beleuchtungseinrichtung auf, welche dazu eingerichtet
ist, elektromagnetische Beleuchtungsstrahlung zu erzeugen und diese
als Eingangswelle bereit zu stellen. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung
ein diffraktives optisches Element, welches im Strahlengang der
Eingangswelle angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Eingangswelle
durchzuleiten und als eingehende Messwelle bereitzustellen, deren
Wellenfront an die Sollform der effektiven Reflexionsfläche angepasst
ist, die eingehende Messwelle auf die effektive Reflexioinsfläche des
in einer Teststellung angeordneten Testobjekts zu leiten, so dass
diese von der effektiven Reflexionsfläche als reflektierte Messwelle
zum diffraktiven optischen Element zurück reflektiert wird, sowie
das diffraktive optische Element ferner dazu eingerichtet ist, die
reflektierte Messwelle durchzuleiten und als ausgehende Messwelle
bereitzustellen, sowie dabei die Wellenfront der Eingangswelle zu
transformieren. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
ein Abzweigungselement, das dazu eingerichtet ist, aus der Beleuchtungsstrahlung
eine Referenzwelle derart abzuzweigen, dass die Referenzwelle mit
der ausgehenden Messwelle interferiert, sowie eine Erfassungseinrichtung,
die dazu eingerichtet ist, eine Intensitätsverteilung eines durch die
Interferenz der Referenzwelle mit der ausgehenden Messwelle erzeugten
Interferenzmusters zu erfassen. Erfindungsgemäß ist die Ausbreitungsrichtung
der ausgehenden Messwelle bei Austritt aus dem diffraktiven optischen
Element gegenüber
der umgekehrten Ausbreitungsrichtung der Eingangswelle bei Eintritt
in das diffraktive optische Element verschwenkt.
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Erfindungsgemäß kann damit
die Eingangswelle das diffraktive optische Element auch hinsichtlich
ihrer Wellenfront unbeeinflusst durchlaufen, etwa bei Durchtritt
durch die nullte Ordnung des diffraktiven Elements. Dies kann sinnvoll
sein, wenn die Wellfront der Eingangswelle bereits der Sollform
der effektiven Reflexionsfläche
entspricht. In diesem Fall wird aber jedenfalls die Wellenfront
der reflektierten Messwelle beim Durchlaufen des diffraktiven optischen
Elements transformiert.
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Weiterhin
ist es zweckmäßig, wenn
die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Auswertungseinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist,
aus der erfassten Intensitätsverteilung
eine Abweichung der tatsächlichen
Form der effektiven Reflexionsfläche von
der Sollform zu bestimmen. Die Auswertungseinrichtung bestimmt dabei
Abweichungen in der Struktur des gemessenen Interferenzmusters von
einer Sollstruktur des Interferenzmusters, welche in dem Fall zu
erwarten wäre,
in dem die effektiven Reflexionsfläche des Testobjekts exakt der
Sollform entspricht. Aus den bestimmten Abweichungen wird daraufhin
die Abweichung der tatsächlichen
Form der effektiven Reflexionsfläche
des Testobjekts von seiner Sollform ortsaufgelöst über die Reflexionsfläche bestimmt.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn der Mittelpunkt der ausgehenden Messwelle
innerhalb der Blendenöffnung
liegt. In diesem Fall kann auf eine Fokussierungslinse zur Erfassung
des Interferenzmusters verzichtet werden. Allerdings kann in diesem Fall
das mittels des CCD-Detektors erfasste Bild des Interferogramms
etwas unscharf sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Auswertungseinrichtung
dazu eingerichtet, bei der Bestimmung der Abweichung der tatsächlichen
Form der effektiven Reflexionsfläche
von der Sollform zunächst
die erfasste Intensitätsverteilung
des Interferenzmusters mittels numerischer Interpolation zu verarbeiten.
Vorteilhafterweise wird dabei das Bild des Interferogramms mit Hilfe
von Propagationstechniken „scharf
gerechnet". Dazu
wird die Phasenverteilung am Ort des Detektors mit den üblichen
Streifenauswertetechniken vermessen, zusätzlich auch die Amplitudenverteilung. Mit
Hilfe von Fouriertransformation, Multiplikation mit einem geeigneten
quadratischen Phasenterm und Fourier-Rücktransformation
kann die komplexe Wellenfunktion in eine Ebene propagiert werden,
die einer mittleren Ebene durch die effektiven Reflexionsfläche des
Testobjekts entspricht. Daraus lassen sich Phasenverteilung und
Amplitudenverteilung berechnen. Markierungen zur Bestimmung der
Bildgeometrie erscheinen dann scharf – die Wellenfront, welche die
Formabweichung der Freiformfläche
enthält,
ist dann hoch aufgelöst.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn das Testobjekt eine zumindest teilweise
reflektierende Oberfläche
aufweist und die effektive Reflexionsfläche des Testobjekts die reflektierende
Oberfläche
ist. Eine derartige Oberfläche
kann beispielsweise eine Oberfläche
eines optischen Elements, wie etwa einer Linse oder eines gekrümmten Spiegels
sein. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann damit eine Abweichung der Oberfläche des Testobjekts von einer Sollform
dieser Oberfläche
bestimmt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Testobjekt
eine Transmissionsoptik, wie etwa eine Linse, und ein reflektierendes
Element. Die eingehende Messwelle durchläuft bei der Reflexion an der
effektiven Refelexionsfläche
die Transmissionsoptik und wird an dem reflektierenden Element reflektiert.
Die effektive Reflektionsfläche
ist dabei eine virtuelle Reflektionsfläche, die die Wirkung des Testobjekts
auf die eingehende Messwelle simuliert. Die effektive Reflexionsfläche ist
also die Reflexionsfläche
eines virtuellen Spiegels. Die Relexionsfläche des virtuellen Spiegels
ist so geformt, dass die Wellenfront der eingehenden Messwelle bei Reflexion
an dem virtuellen Spiegel die gleiche Veränderung erfährt wie die Wellenfront der
eingehenden Messwelle bei Durchlaufen der Transmissionsoptik und
Reflexion an dem Spiegel und ggf. abermaligem Durchlaufen der Transmissionsoptik.
Eine derartige Vermessung einer Transmissionsoptik wird auch als
Vermessen einer Linse im „Durchtritt" bezeichnet.
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Vorteilhafterweise
wird aus der bestimmten Abweichung der tatsächlichen Form der effektiven Reflexionsfläche von
der Sollform eine Abweichung einer tatsächlichen optischen Weglänge durch
die Transmissionsoptik von einem Sollwert für die optische Weglänge bestimmt.
Insbesondere wird eine Abweichung der Verteilung der optischen Weglänge in einer
Ebene quer zur optischen Achse der Transmissionsoptik von einer
Sollverteilung bestimmt.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
nach der Erfindung wird die Eingangswelle von der Beleuchtungseinrichtung
mit einer kugeloberflächenartigen
Wellenfront bereitgestellt. Die Eingangswelle ist damit im Wesentlichen
eine Kugelwelle bzw. eine sphärische
Welle, vorteilhafterweise eine ideale Kugelwelle. Weiterhin ist
es vorteilhaft, wenn die Eingangswelle von der Beleuchtungseinrichtung
als expandierende Kugelwelle bereitgestellt wird. Damit kann auf
eine dem diffraktiven optischen Element vorgeschaltete Fokussierungslinse
verzichtet werden. Die Umformung der Eingangswelle in die an die Wellenfront
der Sollform der effektiven Reflexionsfläche angepasste Messwelle kann
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vollständig
vom diffraktiven optischen Element bewerkstelligt werden. Damit
können Einflüsse der
interferometrischen Vorrichtung auf die Wellenfront der ausgehenden
Messwelle weiter verringert werden.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn sowohl die ausgehende Messwelle als auch
die Referenzwelle jeweils eine kugeloberflächenartige Wellenfront aufweisen
und der Mittelpunkt der Wellenfront der Referenzwelle im Bereich
des Mittelpunkts der Wellenfront der ausgehenden Messwelle liegt.
Die Wellenfront der ausgehenden Messwelle weist dabei die Form einer
Kugeloberfläche
mit entsprechenden die Abweichungen der effektiven Reflexionsfläche des Testobjekts
von der Sollform widerspiegelnden Wellenfrontabweichungen. Die Wellenfront
der ausgehenden Messwelle weist damit zumindest näherungsweise
einen Mittelpunkt auf. Vorteilhafterweise ist die ausgehende Messwelle
eine konvergierende kugelartige Welle, die zu diesem Mittelpunkt
hin konvergiert. Die Wellenfront der Referenzwelle ist ebenfalls
kugeloberflächenförmig und
weist damit zumindest näherungsweise
einen Mittelpunkt auf. Die Mittelpunkte der Referenzwelle und der
ausgehenden Messwelle sind dabei derart nahe aneinander angeordnet,
dass aus einem aus der Referenzwelle und der ausgehenden Messwelle
erzeugten Interferenzmuster die Abweichung der tatsächlichen
Form von der Sollform der effektiven Reflexionsfläche mit
hoher Genauigkeit bestimmbar ist. Vorteilhafterweise fallen die
Mittelpunkte der Referenzwelle und der ausgehenden Messwelle zusammen.
Damit kann auf zusätzliche
optische Elemente zum aufeinander Abstimmen der beiden Wellen verzichtet
werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
umfasst die Erfassungseinrichtung eine Blende, insbesondere eine
Lochblende, mit einer Blendenöffnung und
die Blende ist derart angeordnet, dass der Mittelpunkt der Wellenfront
der ausgehenden Messwelle innerhalb der Blendenöffnung liegt. Damit liegt der Mittelpunkt
in der Blendenebene. Die Messwelle muss damit zur Erfassung mit
der Erfassungseinrichtung nicht eigens fokussiert werden. Es kann
also auf den Einsatz eines Okulars zur Fokussierung der ausgehenden
Messwelle auf die Erfassungseinrichtung verzichtet werden. Die Blende
lässt die
ausgehende Messwelle durch, blockt jedoch höhere Beugungsordnungen und
Störlicht
ab. Vorteilhafterweise weist die Erfassungseinrichtung einen ortsauflösenden Flächendetektor,
wie etwa einen CCD-Detektor bzw. eine CCD-Kamera, auf. Dieser ist
in einem geeigneten Abstand von der Blende angeordnet ist. Weiterhin ist
es vorteilhaft, wenn auch der Mittelpunkt der Referenzwelle im Bereich
der Blendenöffnung
liegt. Das durch die Überlagerung
der Referenzwelle mit der ausgehenden Messwelle erzeugte Interferenzmuster kann
damit mit dem ortsauflösenden
Flächendetektor ohne
Zwischenschaltung eines weiteren optischen Elements erfasst werden.
Vorteilhafterweise wird vor der Vermessung eines Testobjekts die
optimale Position des ortsauflösenden
Flächendetektors
bestimmt. Dazu wird ein Kalibrierungsobjekt, auf dessen Oberfläche regelmäßige Markierungen
vorgesehen sind, an Stelle des Testobjekts platziert. Der ortsauflösende Flächendetektor
nimmt ein Bild des Kalibrierungsobjekts auf. Darin werden die Markierungen
erkannt und ihre Lage bezüglich
des Pixelrasters ermittelt. Daraus können dann Abbildungsmaßstab, Verzeichnung
und Koordinaten des Kalibrierungsobjekts auf der Sensorfläche bestimmt
werden. Aus diesen Informationen wird die optimale Position des
ortsauflösenden
Flächendetektors
abgeleitet.
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Es
ist weiterhin zweckmäßig, wenn
die Eingangswelle von der Beleuchtungseinrichtung derart bereitgestellt
wird, dass der Ursprung bzw. der Mittelpunkt ihrer kugeloberflächenartigen
Wellenfront in der Ebene der Blende angeordnet ist. In diesem Fall werden
keine weiteren optischen Elemente im Strahlengang der Eingangswelle
oder der Messwelle benötigt,
um die sich in der Vorrichtung ergebende ausgehende Messwelle in
die Blendenebene zu fokussieren, so dass der Mittelpunkt der Wellenfront
der ausgehenden Messwelle innerhalb der Blendenöffnung liegt. Die Messgenauigkeit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird somit erhöht.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung derart eingerichtet
ist, dass die Eingangswelle zwischen der Beleuchtungseinrichtung
und dem diffraktiven optischen Element und/oder die ausgehende Messwelle
zwischen dem diffraktiven optischen Element und der Erfassungseinrichtung
jeweils geradlinig verlaufen. Damit werden die Wellen auf ihrem
jeweiligen Weg nicht ablenkt. Durch eine derartige Konfigurierung
der interferometrischen Vorrichtung kann die Anzahl optischer Elemente
in der Vorrichtung verringert werden. Dies erhöht die Messgenauigkeit der
Vorrichtung bzw. des Verfahrens.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Ausbreitungsrichtung der ausgehenden
Messwelle und die umgekehrte Ausbreitungsrichtung der Eingangswelle einen
Zwischenwinkel einschließen,
der derart dimensioniert ist, dass der Mittelpunkt der Wellenfront der
ausgehenden Welle von einer Ausbreitungsachse der Eingangswelle
derart weit entfernt ist, dass das Interferenzmuster mittels der
Erfassungseinrichtung ohne Störung
der Eingangswelle erfasst werden kann. Damit kann auf ein optisches
Element im Strahlengang der ausgehenden Messwelle verzichtet werden.
Wie bereits vorstehend erläutert,
wird damit die Messgenauigkeit der interferometrischen Vorrichtung
erhöht.
Vorteilhafterweise ist der Zwischenwinkel derart dimensioniert,
dass der Mittelpunkt der Wellenfront der ausgehenden Messwelle von
der Ausbreitungsachse der Eingangswelle um mindestens 1 mm entfernt
ist. Insbesondere sollte die Entfernung des Mittelpunkts der Wellenfront
der ausgehenden Welle von der Ausbreitungsachse der Eingangswelle
mindestens so groß wie
der Durchmesser der Öffnung
einer zur Erfassung der ausgehenden Messwelle verwendeten Lochblende
sein. In einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform
liegt der Mittelpunkt der ausgehenden Welle und der Mittelpunkt der
Eingangswelle in einer sich quer zur Ausbreitungsrichtung der Eingangswelle
erstreckenden Ebene und die Mittelpunkte haben den vorstehend genannten
Abstand.
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Um
sicher zu stellen, dass weder die eingehende Welle von der Erfassungseinrichtung
noch die ausgehende Messwelle von der Beleuchtungseinrichtung und
damit das Interferenzmuster gestört wird,
ist es vorteilhaft, wenn der Zwischenwinkel mindestens 0,15° beträgt.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Ausbreitungsrichtung der das diffraktive
optische Element verlassenden eingehenden Messwelle gegenüber der
Ausbreitungsrichtung der auf dem diffraktiven optischen Element
eintreffenden reflektierten Eingangswelle verschwenkt ist. Damit
wird der die Messwelle bildende Teil der Eingangswelle beim Durchlaufen des
optischen Elements abgelenkt. Vorteilhafterweise entspricht der
Verschwenkungswinkel der Hälfte des
Zwischenwinkels zwischen der Ausbreitungsrichtung der ausgehenden
Messwelle und der umgekehrten Ausbreitungsrichtung der Eingangswelle.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Ausbreitungsrichtung der
das diffraktive optische Element verlassenden ausgehenden Messwelle
gegenüber
der Ausbreitungsrichtung der auf dem diffraktiven optischen Element
eintreffenden reflektierten Messwelle verschwenkt ist. Auch hier
ist es vorteilhaft, wenn der Verschwenkungswinkel der Hälfte des
Zwischenwinkels entspricht. Damit kann die Eingangswelle z. B. schräg gegenüber der
optischen Achse des diffraktiven optischen Elements eingestrahlt
werden, woraufhin die von der diffraktiven optischen Element erzeugte
eingehende Messwelle entlang der optischen Achse verläuft. Die
Wellenfront der eingehenden Messwelle ist damit optimal auf die
effektiven Reflexionsfläche
des Testobjekts ausgerichtet. Eine Verkippung der Wellenfront der
eingehenden Messwelle gegenüber
der effektiven Reflexionsfläche
des Testobjekts wird damit vermieden. Die vom Testobjekt reflektierte
Messwelle wird daraufhin in ihrer Ausbreitungsrichtung vom diffraktiven
optischen Element abermals abgelenkt, sodass die Eingangswelle und die
ausgehende Messwelle um den vorgenannten Zwischenwinkel gegeneinander
verschwenkt sind.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
dazu eingerichtet, dass zumindest ein Teil der Eingangswelle beim Durchlaufen
des diffraktiven optischen Elements, also in Transmission des optischen
Elements, in die Messwelle umgewandelt wird, sowie dass die reflektierte
Messwelle ebenfalls beim Durchlaufen des diffraktiven optischen
Elements in die ausgehende Messwelle transformiert wird. Weiterhin
unterscheidet sich der Strahlengang der das diffraktive optische Element
durchlaufenden Strahlung der Eingangswelle von dem Strahlengang
der das diffraktive optische Element durchlaufenden Strahlung der
reflektierten Messwelle im diffraktiven optischen Element. Damit kann
erreicht werden, dass der Strahlengang der Eingangswelle sich von
dem Strahlengang der ausgehenden Messwelle in der interferometrischen
Vorrichtung unterscheidet. Dies ermöglicht es wiederum, das Interferenzmuster
mittels der Erfassungseinrichtung ohne zusätzliches Ablenkelement im Strahlengang
der ausgehenden Messwelle zu erfassen.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn das diffraktive optische Element ein holographisches
optisches Element, insbesondere ein computergeneriertes Hologramm
(CGH), aufweist. Ein derartiges holographisches optisches Element
ermöglicht
eine besonders genaue Anpassung der Wellenfront der Messwelle an
die Sollform der effektiven Reflexionsfläche des Testobjekts. Dies gilt
insbesondere für
asphärische Oberflächen, wie
etwa die Oberfläche
asphärischer optischer
Linsen.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Referenzwelle mittels des diffraktiven
optischen Elements von der Eingangswelle abgezweigt wird. Das Abzweigungselement
zum Abzweigen der Referenzwelle aus der Beleuchtungsstrahlung ist
damit vorteilhafterweise in das diffraktive optische Element integriert. Die
Abzweigung der Referenzwelle kann auf diese Art und Weise mit besonders
geringem Aufwand bewerkstelligt werden.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn das diffraktive optische Element dazu eingerichtet
ist, die eingehende Messwelle aus einem das diffraktive optische Element
durchlaufenden Teil der Eingangswelle und die Referenzwelle aus
einem vom diffraktiven optischen Element reflektierten Teil der
Eingangswelle zu erzeugen. Vorteilhafterweise ist das diffraktive
optische Element als computergeneriertes Hologramm mit Doppelstruktur
bzw. als zweifach kodiertes computergeneriertes Hologramm ausgebildet.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Beleuchtungseinrichtung eine Strahlungsquelle
zum Erzeugen der Beleuchtungsstrahlung sowie einen daran angeschlossenen
Lichtwellenleiter umfasst und der Lichtwellenleiter eine Austrittsfläche aufweist, von
der die Beleuchtungsstrahlung als die Eingangswelle mit kugeloberflächenartiger
Wellenfront austritt. Die Strahlungsquelle kann beispielsweise als
Laser ausgeführt
sein. Mit einen daran angeschlossenen Lichtwellenleiter kann die
Beleuchtungsstrahlung an einen beliebigen Ort als Ursprungspunkt
der kugelartigen Eingangswelle geführt werden. Vorteilhafterweise
ist der Lichtwellenleiter als Monomode-Lichtleitfaser ausgeführt, deren
Austrittsfläche
als "punktförmige" Strahlungsquelle
dient. Die Verwendung des Lichtwellenleiters ermöglicht die Erzeugung einer
kugelartigen Eingangswelle ohne die Verwendung von Linsen.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn der Lichtwellenleiter einen Eingangsabschnitt
sowie zwei Ausgangsabschnitte aufweist, der Eingangsabschnitt über eine
Verzweigung mit den Ausgangsabschnitten verbunden ist, und der Lichtwellenleiter
darauf ausgelegt ist, mittels der Verzweigung die Strahlung der Referenzwelle
von der Beleuchtungsstrahlung in einen der Ausgangsabschnitte abzuzweigen,
sowie mittels dem Ausgangsabschnitt an den Ort des Mittelpunkts
der Wellenfront der ausgehenden Messwelle zu führen. In diesem Fall wird die
Strahlung der Referenzwelle aus der Beleuchtungsstrahlung vor der Erzeugung
der kugelartigen Eingangswelle mittels der Verzweigung des Lichtwellenleiters
abgezweigt und daraufhin über
eine Austrittsfläche
des entsprechenden Ausgangsabschnitts als kugelartige Referenzwelle
zur Interferenz mit der ausgehenden Messwelle bereitgestellt. Der
Ort der Austrittsfläche
definiert den Ursprung der kugelartigen Referenzwelle und damit
den Mittelpunkt von dessen Wellenfront. Dadurch, dass die Referenzwelle
im Bereich des Mittelpunkts der Wellenfron der ausgehenden Messwelle
aus dem Lichtwellenleiter austritt, wird die Erzeugung eines aussagekräftigen Interferenzmusters
zwischen der Referenzwelle und der ausgehenden Messwelle ermöglicht.
Vorteilhafterweise wird als Lichtwellenleiter eine verzweigende
Y-Monomodefaser verwendet. Die Abzweigung der Referenzwelle im Lichtwellenleiter
hat den Vorteil, dass kein weiteres optisches Element im Strahlengang
in der Eingangswelle zur Abzweigung der Referenzwelle angeordnet
werden muss. Um mögliche
Fehlereinflüsse auf
die Messung durch klimatische Veränderungen und Luftbewegungen
zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die interferometrische Vorrichtung
im Vakuum angeordnet wird.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, wenn im Strahlengang der Eingangswelle
zusätzlich
zum diffraktiven optischen Element ein reflektierendes Element,
insbesondere eine Fizeau-Linse, angeordnet ist, welches dazu eingerichtet
ist, die Referenzwelle von der Eingangswelle durch Reflektion abzuzweigen.
Damit durchläuft
die Referenzwelle den Großteil
des auch von der Eingangswelle bzw. der ausgehenden Messwelle durchlaufenden
Raumbereichs in der interferometrischen Vorrichtung. In diesem Fall
führen
klimatische Veränderungen,
Luftbewegungen, mechanische Veränderungen
oder Vibrationen nicht zu erheblichen Fehlern im Messergebnis. Vorteilhafterweise
wird das reflektierende Element mittels geeigneter Hilfsstrukturen
auf dem diffraktiven Element genau positioniert.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn das diffraktive optische Element eine erste
diffraktive Justagestruktur zum Justieren des Testobjekts relativ
zum diffraktiven optischen Element umfasst. Damit ist eine genaue
Justage des Testobjekts relativ zum diffraktiven optischen Element
möglich,
um sicherzustellen, dass die Wellenfront des Messstrahls sehr genau
auf die effektiven Reflexionsfläche
des Testobjekts ausgerichtet ist. Dies erhöht die Messgenauigkeit die
mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt
werden kann.
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Es
ist ferner vorteilhaft, wenn die erste diffraktive Justagestruktur
dazu eingerichtet ist, einen ersten Teilstrahl der Eingangswelle
auf einen von dem diffraktiven optischen Element um einen Sollabstand
entfernten Fokuspunkt zu fokussieren und den von der Oberfläche des
in einer Näherungsstellung angeordneten
Testobjekts zurück
reflektierten ersten Teilstrahl mit der Referenzwelle zur Erzeugung
eines ersten Justage-Interferenzmusters zu überlagern. Weiterhin ist vorteilhafterweise
die Erfassungseinrichtung dazu eingerichtet, die Intensitätsverteilung des
ersten Justage-Interferenzmusters zu erfassen, die Vorrichtung dazu
eingerichtet, mittels der erfassten Intensitätsverteilung eine Abweichung
der Näherungsstellung
des Testobjekts von der erwünschten Teststellung
zu ermitteln und daraufhin die Stellung des Testobjekts entsprechend
zu korrigieren. Die Korrektur der Stellung des Testobjekts kann
sowohl eine Korrektur der Lage, der Winkelstellung oder der Rotationsstellung
des Testobjekts relativ zum diffraktiven optischen Element umfassen.
Die erste diffraktive Justagestruktur ist vorzugsweise als computergeneriertes
Hologramm ausgeführt,
welches eine sphärische
Welle erzeugt, deren Fokuspunkt im Sollabstand auf der Oberfläche des
Testobjekts liegt. Durch Auswertung des mittels dem mit der ersten
diffraktiven Justagestruktur erzeugten Interferenzmusters lässt sich
sowohl der Abstand des Testobjekts vom diffraktiven optischen Element
als auch die Kippstellung des Testobjekts relativ zum diffraktiven
optischen Element um senkrecht zur optischen Achse des diffraktiven
optischen Elements angeordnete Kippachsen justiert werden.
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Vorteilhafterweise
ist die erste diffraktive Justagestruktur dazu eingerichtet, den
reflektierten ersten Teilstrahl mit der Referenzwelle zu überlagern,
indem der reflektierte erste Teilstrahl die erste Justagestruktur
durchläuft
und dabei auf die Erfassungseinrichtung fokussiert wird. Dabei ist
es vorteilhaft, wenn die erste diffraktive Justagestruktur zwei
Einzelstrukturen aufweist und der erste Teilstrahl auf dem Weg zum
Testobjekt durch eine erste Einzelstruktur läuft sowie der am Testobjekt
reflektierte Strahl durch die zweite Einzelstruktur läuft. Eine
derartige Justagestruktur wird als zweifenstrige Justagestruktur
bezeichnet. Alternativ kann auch der am Testobjekt reflektierte
Strahl wieder durch die gleiche Einzelstruktur laufen, wie bereits
der erste Teilstrahl auf dem Weg zum Testobjekt. Eine derartige
Justagestruktur wird als einfenstrige Justagestruktur bezeichnet.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn das diffraktive optische Element mehrere
an unterschiedlichen Positionen angeordnete erste diffraktive Justagestrukturen,
insbesondere drei erste diffraktive Justagestrukturen, aufweist.
Damit ist es möglich,
das Testobjekt hinsichtlich seiner Lage zum diffraktiven optischen
Element in einer Vielzahl von Freiheitsgraden zu justieren. Darüber hinaus
ist es vorteilhaft, wenn das Testobjekt mit einer reflektierenden
Ausnehmung versehen ist und der erste Teilstrahl mittels der ersten
Justagestruktur auf die Ausnehmung gerichtet wird. Damit ist die
Justage des Testobjekts relativ zum diffraktiven optischen Element
noch besser möglich.
Vorzugsweise weist das Testobjekts mindestens zwei reflektierende
Ausnehmungen auf und im diffraktiven optischen Element sind mindestens zwei
erste Justagestrukturen vorgesehen, die Kugelwellen erzeugen, deren
Fokuspunkte mit den Krümmungsmittelpunkten
der jeweiligen Ausnehmung zusammenfallen (einfenstrige Justagestrukturen)
oder in eine Solllage in relativer Nähe der Krümmungsmittelpunkte fallen (zweifenstrige
Justagestrukturen). Die von einer der reflektierenden Ausnehmungen
zurück
reflektierten Wellen liefern jeweils ein Maß für die Dezentrierung des Testobjekts
in der Ebene senkrecht zur optischen Achse des diffraktiven optischen Elements.
Mittels zweier reflektierender Ausnehmungen auf dem Testobjekt und
der dazugehörigen
ersten Justagestrukturen lässt
sich damit auch die Azimutlage des Testobjekts bezüglich der
optischen Achse des diffraktiven optischen Elements bestimmen. Damit
können
mittels dreier erster Justagestrukturen alle Freiheitsgrade des
Testobjekts in Bezug auf das diffraktive optische Element justiert
werden.
-
Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Beleuchtungseinrichtung und die Erfassungseinrichtung über ein
Ein/Austrittsmodul miteinander verbunden sind, welches einen Austrittsbereich
der Eingangswelle aus der Beleuchtungseinrichtung und einen Eintrittsbereich
für die
ausgehende Messwelle in die Erfassungseinrichtung aufweist, und
das diffraktive optische Element eine zweite diffraktive Justagestruktur
zum Justieren der Relativstellung zwischen dem diffraktiven optischen
Element und dem Ein/Austrittsmodul umfasst. Vorzugsweise ist das Justagemodul
als Platte ausgeführt
und enthält
die Blendenöffnung
der Erfassungseinrichtung sowie eine Austrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung, aus
der die Eingangswelle entspringt.
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Darüber hinaus
ist es zweckmäßig, wenn das
diffraktive optische Element zunächst
relativ zum Ein/Austrittsmodul in einer Näherungsstellung angeordnet
wird, ein zweiter Teilstrahl der Eingangswelle mittels der zweiten
diffraktiven Justagestruktur auf einen reflektierenden Bereich des
Ein/Austrittsmoduls reflektiert wird, von dem reflektierenden Bereich Ein/Austrittsmoduls
auf die zweite Justagestruktur zurück reflektiert wird, von dieser
auf den Eintrittsbereich des Ein/Austrittsmoduls reflektiert wird
und mit der Referenzwelle zur Erzeugung eines zweiten Justage-Interferenzmusters überlagert
wird. Weiterhin ist die Erfassungseinrichtung vorteilhafterweise
dazu eingerichtet, die Intensitätsverteilung
des zweiten Justage-Interferenzmusters
zu erfassen. Mittels der erfassten Intensitätsverteilung kann dann eine
Abweichung der Näherungsstellung
des diffraktiven optischen Elements von einer Messstellung ermittelt werden
und daraufhin die Stellung des diffraktiven optischen Elements relativ
zum Justagemodul entsprechend korrigiert werden. Vorzugsweise wird
der zweite Teilstrahl mit der Referenzwelle überlagert, indem der von dem
reflektierenden Bereich des Justagemoduls zurück reflektierte zweite Teilstrahl
auf den Eintrittsbereich des Justagemoduls reflektiert wird. Darüber hinaus
ist es vorteilhaft, wenn das diffraktive optische Element mehrere
an unterschiedlichen Positionen angeordnete zweite Justagestrukturen,
insbesondere zwei zweite Justagestrukturen aufweist, und für jede der
zweiten Justagestrukturen ein reflektierender Bereich auf dem Justagemodul
vorgesehen ist. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn mindestens zwei reflektierende
Bereiche des Justagemoduls als Ausnehmungen ausgebildet sind. Um
alle sechs Freiheitsgrade des Justagemoduls relativ zum diffraktiven
optischen Element zu justieren, ist es vorteilhaft auf dem Justagemodul
mindestens zwei als sphärische
Ausnehmungen ausgebildete reflektive Bereiche sowie einen reflektierenden
ebenen Bereich vorzusehen. Alternativ können auch drei reflektive sphärische Einsenkungen
vorgesehen sein. Damit kann das Justagemodul sehr genau bezüglich des
diffraktiven optischen Elements justiert werden, wodurch die Messgenauigkeit
des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter
verbessert wird.
-
Die
bezüglich
der vorstehend aufgeführten vorteilhaften
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
angegebenen Merkmale können entsprechend
auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen
werden und umgekehrt. Die sich daraus ergebenden vorteilhaften Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sollen von der Offenbarung der Erfindung ausdrücklich umfasst sein.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
anhand der beigefügten
schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt:
-
1 eine
Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
-
2 eine
Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
-
3 eine
Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
-
4 eine
Darstellung eines Details D der Vorrichtungen gemäß der 1 bis 3,
-
5 eine
Darstellung eines in den Vorrichtungen gemäß der 1 bis 3 verwendeten
diffraktiven optischen Elements mit ersten Justagestrukturen zum
Justieren eines Testobjekts,
-
6 eine
einer Veranschaulichung einer Justage eines diffraktiven optischen
Elements gegenüber
einem Ein/Austrittsmodul dienende teilweise Darstellung einer der
Vorrichtungen gemäß 1 bis 3 in
einer ersten Ausführungsform,
-
7 eine
der Veranschaulichung einer Justage eines diffraktiven optischen
Elements gegenüber
einem Ein/Austrittsmodul dienende teilweise Darstellung einer der
Vorrichtungen gemäß der 1 bis 3 in
einer zweiten Ausführungsform,
-
8 eine
der Veranschaulichung einer Justage eines diffraktiven optischen
Elements gegenüber
einem Ein/Austrittsmodul dienende teilweise Darstellung einer der
Vorrichtungen gemäß der 1 bis 3 in
einer dritten Ausführungsform,
sowie
-
9 eine
der Veranschaulichung einer Justage eines diffraktiven optischen
Elements gegenüber
einem Ein/Austrittsmodul dienende teilweise Darstellung einer der
Vorrichtungen gemäß 1 bis 3 in
einer vierten Ausführungsform.
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10 ein
mittels einer der Vorrichtungen nach den 1 bis 3 vermessbares
Testobjekt mit einer Transmissionsoptik in Katzenaugenstellung sowie
einem reflektierenden Element,
-
11 das
Testobjekt gemäß 10,
bei der die Transmissionsoptik in Autokollimationsstellung angeordnet
ist.
-
In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in
Gestalt eines linsenlosen Interferometers dargestellt. Die Vorrichtung 10 dient
zum Durchführen
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum interferometrischen Bestimmen einer Abweichung einer tatsächlichen Form
einer effektiven Reflexionsfläche
in Form einer reflektierenden Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 von
einer Sollform der Oberfläche 12.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 16,
ein diffraktives optisches Element 18 in Gestalt einer
computergenerierten Hologramm-Struktur (CGH-Struktur), eine zeichnerisch
nicht dargestellte Halteeinrichtung zum Halten des Testobjekts sowie
eine Erfassungseinrichtung 20. Das diffraktive optische
Element 18 erstreckt sich senkrecht zu seiner optischen Achse 19.
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Die
Beleuchtungseinrichtung 16 umfasst eine Strahlungsquelle 22 in
Gestalt eines Lasers. Die Strahlungsquelle 22 erzeugt elektromagnetische
Beleuchtungsstrahlung 24 in Form von sichtbarem kohärentem Licht.
Vorzugsweise ist die elektromagnetische Beleuchtungsstrahlung 24 im
Wesentlichen monochromatisch. Weiterhin umfasst die Beleuchtungseinrichtung 16 einen
Lichtwellenleiter 26 in Gestalt einer Monomode-Lichtleitfaser.
Der Lichtwellenleiter 26 ist an die Strahlungsquelle 22 angeschlossen
und führt
die elektromagnetische Beleuchtungsstrahlung 24 zu einer
Austrittsfläche 28 des
Lichtwellenleiters 26. Die Austrittsfläche 28 dient als "punktförmige" Lichtquelle. Die
elektromagnetische Beleuchtungsstrahlung 24 tritt aus der
Austrittsfläche 28 als
Eingangswelle 30 mit einer kugeloberflächenförmigen Wellenfront und damit
als expandierende Kugelwelle, deren Ursprung 29 auf der
Austrittsfläche
liegt, aus. Dabei breitet sich die Eingangswelle 30 entlang
einer Ausbreitungsachse 31 aus, die auf das diffraktive
optische Element 18 gerichtet ist. Zwischen der Austrittsfläche 28 und
dem diffraktiven optischen Element 18 befindet sich kein
optisches Element, wie etwa eine Linse. Damit verläuft die
Eingangswelle 30 zwischen der Beleuchtungseinrichtung 16 und
dem diffraktiven optischen Element 18 geradlinig.
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Das
diffraktive optische Element 18 weist eine Doppelstruktur
auf. Mittels der Doppelstruktur wird ein Teil der Eingangswelle 30 vom
diffraktiven optischen Element 18 reflektiert und ein anderer
Teil transmittiert. Der reflektierte Teil der Eingangswelle 30 dient
als Referenzwelle 32. Die Referenzwelle 32 weist
ebenfalls eine kugeloberflächenförmige Wellenfront
auf und konvergiert zur Erfassungseinrichtung 20 hin. Die
Erfassungseinrichtung 20 umfasst eine Blende 34 in
Form einer Lochblende mit einer Blendenöffnung 36. Die Blende 34 ist
Teil eines Ein/Austrittsmoduls 37 in Form einer Platte,
welche die Austrittsfläche 28 der
Beleuchtungseinrichtung 16 mit umfasst.
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Die
Erfassungseinrichtung 20 umfasst weiterhin einen ortsauflösenden flächenhaften
Detektor in Form eines CCD-Detektors 38. Die Referenzwelle 32 konvergiert
auf einen Mittelpunkt 40 der Referenzwelle 32 hin.
Dieser ist der Mittelpunkt der kugeloberflächenförmigen Wellenfront der Referenzwelle 32.
Die Referenzwelle 32 ist derart ausgerichtet, dass ihr
Mittelpunkt 40 innerhalb der Blendenöffnung 36 liegt. Der
vom diffraktiven optischen Element 18 transmittierte Teil
der Eingangswelle 30 wird vom diffraktiven optischen Element 18 in
eine eingehende Messwelle 42 umgewandelt. Dabei wird die kugeloberflächenförmige Wellenfront
der Eingangswelle 30 an die Sollform der Oberfläche 12 des
Testobjekts 14 angepasst. Die Sollform ist eine für das gegebene
Testobjekt 14 angestrebte Oberflächenform, die in der Regel
asphärisch
ist. Die Sollform muss keine Rotationseigenschaften aufweisen und kann
daher als beliebige Freiformfläche
ausgebildet sein. Die eingehende Messwelle 42 wird an der
Oberfläche 12 des
Testobjekts 14 reflektiert und nach ihrer Reflektion als
reflektierte Messwelle 44 bezeichnet. Die Wellenfront der
reflektierten Messwelle 44 unterscheidet sich von der Wellenfront
der eingehenden Messwelle 42 durch die Abweichungen der
Oberfläche 12 des
Testobjekts 14 von der Sollform. In bestimmten Fällen kann
die Oberfläche 12 bereits
eine der Form der Eingangswelle 30 entsprechende Form aufweisen.
in diesem Fall kann das optische Element 18 so konfiguriert
sein, dass die Eingangswelle 30 beim Durchtritt durch das
optische Element 18 nicht hinsichtlich ihrer Wellenfront
verändert
wird.
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Die
reflektierte Messwelle 44 durchläuft daraufhin das diffraktive
optische Element 18 und wird von diesem in eine ausgehende
Messwelle 46 mit kugeloberflächenartiger Wellenfront transformiert.
Die Wellenfront der ausgehenden Messwelle 46 weicht von
der Kugeloberflächenform
lediglich um die Abweichungen der Oberfläche 12 des Testobjekts
von der Sollform ab. Eine Ausbreitungsrichtung 48 der ausgehenden
Messwelle 46 ist gegenüber
einer Ausbreitungsrichtung 50 der Eingangswelle 30 um
einen Zwischenwinkel α verschwenkt.
Der Zwischenwinkel α ist
derart dimensioniert, dass ein Mittelpunkt 52 der ausgehenden
Messwelle 46 derart weit von der Ausbreitungsachse 31 der
Eingangswelle 30 entfernt ist, dass mittels der Erfassungseinrichtung 20 ein
durch Überlagerung
der Referenzwelle 32 mit der ausgehenden Messwelle 46 erzeugtes
Interferenzmuster ohne Störung
der Eingangswelle 30 erfasst werden kann. Der Zwischenwinkel α beträgt vorzugsweise mindestens
0,15°.
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Der
Strahlengang der ausgehenden Messwelle 46 entspricht dem
Strahlengang der Referenzwelle 32. Damit stimmt der Mittelpunkt 52 der ausgehenden
Messwelle 46 mit dem Mittelpunkt 40 der Referenzwelle 32 überein und
liegt ebenfalls innerhalb der Blendenöffnung 36. Die Intensitätsverteilung
des durch die Überlagerung
der Referenzwelle 32 mit der ausgehenden Messwelle 46 erzeugten
Interferenzmusters bzw. Interferogramms wird mittels dem CCD-Detektor 38 erfasst.
Daraufhin wird aus der erfassten Intensitätsverteilung mittels einer zeichnerisch
nicht dargestellten Auswertungseinrichtung eine Abweichung der tatsächlichen
Form der Oberfläche 12 von
der Sollform bestimmt. Dazu wird zunächst die erfasste Intensitätsverteilung
des Interferogramms mittels numerischer Interpolation verarbeitet
und damit scharf "scharf
gerechnet".
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4 zeigt
ein Detail D der Vorrichtung 10 gemäß 1 zur Veranschaulichung
des Verlaufs der das diffraktive optische Element 18 durchlaufenden
Strahlen. Zur vereinfachten Darstellung ist daher die reflektierte
Referenzwelle 32 nicht dargestellt. Aus 4 ist
ersichtlich, dass die Ausbreitungsrichtung 50 der Eingangswelle 30 gegenüber der
Ausbreitungsrichtung 54 der eingehenden Messwelle 42 um α/2 verschwenkt
ist. Darüber
hinaus ist die Ausbreitungsrichtung 48 der ausgehenden
Messwelle 46 gegenüber
der Ausbreitungsrichtung 56 der auf dem diffraktiven optischen
Element 18 eintreffenden reflektierten Messwelle 44 ebenfalls
um α/2 verschwenkt.
Das diffraktive optische Element 18 ist also gestaltet,
um die durch sie hindurch laufenden Wellen jeweils um den halben
Zwischenwinkel α/2
zu verschwenken. Dies führt
dazu, dass wie vorstehend beschrieben, die Ausbreitungsrichtung 48 der
ausgehenden Messwelle 46 gegenüber der Ausbreitungsrichtung 50 der
Eingangswelle 30 um den vollen Zwischenwinkel α verschwenkt
ist. Wie ebenfalls in 4 zu sehen ist, folgt aus der
ablenkenden Eigenschaft des diffraktiven optischen Elements 18,
dass der Strahlengang der das diffraktive optische Element 28 durchlaufenden
Strahlung der Eingangswelle 30 sich von dem Strahlengang
der das diffraktive optische Element 28 durchlaufenden
Strahlung der reflektierten Messwelle 44 im diffraktiven
optischen Element 18 unterscheidet.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.
Diese unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung 10 darin, dass das diffraktive optische
Element 18 die Eingangswelle 30 nicht reflektiert.
Vielmehr ist gemäß der Ausführungsform
nach 2 der Lichtwellenleiter 26 als verzweigende
y-Monomodefaser ausgeführt,
die einen Eingangsabschnitt 58 aufweist, der sich über eine
Verzweigung 60 in einen ersten Ausgangsabschnitt 62 und
einen zweiten Ausgangsabschnitt 64 verzweigt. Mittels der
Verzweigung 60 wird ein Teil der von der Strahlungsquelle 22 erzeugten
Beleuchtungsstrahlung 24 in den zweiten Ausgangsabschnitt 64 abzweigt
und an einer Austrittsfläche 66 des
zweiten Ausgangsabschnitts 64 als kugelförmige Referenzwelle 32 mit
ihrem Ursprung, d. h. ihrem Mittelpunkt 40 in unmittelbarer
Nähe der
Blendenöffnung 36 auf
den CCD-Detektor 38 eingestrahlt. Der Abstand zwischen
dem Mittelpunkt 40 der Referenzwelle 32 und dem
Mittelpunkt 52 der ausgehenden Messwelle 46 liegt
vorzugsweise im Bereich eines typischen Durchmessers der Blendenöffnung 36 von
z. B. 2–3
mm. Der erste Ausgangsabschnitt 62 führt die Beleuchtungsstrahlung 24 zur
Austrittsfläche 28 am Ein/Austrittsmodul 37.
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3 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.
Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der in 2 gezeigten
Ausführungsform
darin, dass die Strahlung für
die Referenzwelle 32 nicht bereits im Lichtwellenleiter 26 von
der Beleuchtungsstrahlung 24 abzweigt wird, sondern dazu
ein reflektierendes Element 68 in Gestalt einer Fizeau-Linse
vorgesehen ist. Das reflektierende Element 68 ist im Strahlengang
der Eingangswelle 30 angeordnet. Ein Teil der Strahlung
der Eingangswelle 30 wird von dem reflektierenden Element 68 als
Referenzwelle 32 zur Blende 34 reflektiert. Die
Referenzwelle 32 ist dabei wie auch in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 eine
Kugelwelle, deren Mittelpunkt 40 innerhalb der Blendenöffnung 36 liegt.
Das in 4 dargestellte und vorstehend erläuterte Detail
D ist auch in den Vorrichtungen 10 gemäß 2 und 3 enthalten.
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10 und 11 zeigen
eine alternative Ausführungsform
eines mittels der in den 1 bis 3 gezeigten
erfindungsgemäßen Vorrichtungen 10 vermessbaren
Testobjekts 12. Dieses Testobjekt 12 umfasst eine
Transmissionsoptik 94 in Gestalt einer Linse sowie ein
hinter der Transmissionsoptik angeordnetes reflektierendes Element 96 in
Gestalt eines Spiegels. In 10 ist
die Transmissionsoptik 94 in Katzenaugenstellung angeordnet,
in 11 in Autokollimationsstellung. Auch Zwischenstellungen sind
möglich.
Bei Ausführung
des erfindungsgemäßen Messverfahrens
durchläuft
die eingehende Messwelle 42 zunächst die Transmissionsoptik 94, wird
daraufhin an dem reflektierenden Element 96 reflektiert
und durchläuft
abermals die Transmissionsoptik 94, um dann als reflektierte
Messwelle 44 zum diffraktiven optischen Element 18 zu
laufen. Ziel ist es, die Transmissionsoptik 94 im Durchtritt
zu vermessen. Im Ergebnis wird die Abweichung einer tatsächlichen
Form einer effektiven Reflexionsfläche des Testobjekts 14 von
einer Sollform gemessen, wobei die effektive Reflexionsfläche eine
virtuelle Reflexionsfläche
ist, die die Wirkung des Testobjekts 14 auf die eingehende
Messwelle 42 simuliert. Die nicht in den 10 und 11 eingezeichnete
effektive Reflexionsfläche
ist die Reflexionsfläche
eines virtuellen Spiegels, die so geformt ist, dass die Wellenfront
der eingehenden Messwelle 42 bei Durchlaufen der Transmissionsoptik 94 und
Reflexion an dem reflektierenden Element 96 die gleiche
Veränderung
erfährt
wie die Wellenfront der eingehenden Messwelle 42 bei Durchlaufen
des Testobjekts 14, d. h. Durchlaufen der Transmissionsoptik 94,
Reflektion an dem reflektierenden Element 96 und abermaligem
Durchlaufen der Transmissionsoptik 94. Aus dem Verlauf der
effektiven Reflexionsfläche
lässt sich
eine Abweichung der Verteilung der optischen Weglänge 98 durch
die Transmissionsoptik 94 quer zur optischen Achse 19 von
einer Sollverteilung ermitteln.
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5 zeigt
eine Ausführungsform
eines in einer der Ausführungsbeispiele
der Vorrichtung 10 gemäß den 1 bis 3 verwendeten
diffraktiven optischen Elements 18. Das diffraktive optische
Element 18 umfasst eine diffraktive Hauptstruktur 70 zum
Umwandeln eines transmittierten Teils der Eingangswelle 30 in
die eingehende Messwelle 42 und Reflektieren eines weiteren
Teils der Eingangswelle 30 als Referenzwelle 32.
Das diffraktive optische Element 18 gemäß 5 umfasst
einen die diffraktive Hauptstruktur 70 umgebenden Randbereich 72.
Dieser enthält
drei erste diffraktive Justagestrukturen 74a, 74b sowie 74c.
Diese dienen zum Justieren der Stellung des Testobjekts 14 relativ
zum diffraktiven optischen Element 18. Beim Justieren des
Testobjekts 14 ist dieses zunächst in einer Nährungsstellung
angeordnet.
-
Zum
Einstellen eines Abstandes z des Testobjekts 14 von dem
diffraktiven optischen Element 18 gemäß dem in 5 gezeigten
Koordinatensystem wird ein erster Teilstrahl 76 der Eingangswelle 30 mittels
der ersten Justagestruktur 74a auf einen von dem diffraktiven
optischen Element 18 um einen Sollabstand entfernten Fokuspunkt 78 fokussiert.
Der erste Teilstrahl 76 wird von der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 reflektiert
sowie mit der Referenzwelle 32 zur Erzeugung eines ersten
Justageinterferenzmusters überlagert.
Die sich ergebende Intensitätsverteilung
wird mittels der Erfassungseinrichtung 20 erfasst und daraufhin
eine Abweichung der Näherungsstellung
des Testobjekts 14 von der erwünschten Teststellung hinsichtlich
der Lage des Testobjekts 14 in z-Richtung ermittelt und
daraufhin dessen z-Position entsprechend korrigiert. Die Kippung
x und y wird vorzugsweise durch die Anzahl der Streifen auf der
Oberfläche 12 des
Testobjekts 14 kontrolliert und bei Bedarf nachjustiert.
Die vorstehend beschriebene Funktion der ersten diffraktiven Justagestruktur 74a wird
auch als "Katzenaugenfunktion" bezeichnet.
-
Die
zwei weiteren ersten diffraktiven Justagestrukturen 74b und 74c dienen
der Justage des Testobjekts 14 hinsichtlich seiner Dezentrierung
in x- und y-Richtung und seiner Azimutlage hinsichtlich der diffraktiven
optischen Struktur 18. Das Testobjekt 14 ist am
Rand seiner Oberfläche 12 mit
mindestens zwei reflektierenden sphärischen Einsenkungen bzw. Ausnehmungen 80 versehen,
die als Referenzflächen
dienen. Die beiden weiteren ersten diffraktiven Justagestrukturen 74b und 74c erzeugen
jeweils Kugelwellen. Die Fokuspunkte 81 der Kugelwellen
fallen in dem Fall, in dem die ersten diffraktiven Justagestrukturen 74b und 74c als
nachstehend erläuterte einfenstrige
Strukturen ausgebildet sind, mit den Krümmungsmittelpunkten der Ausnehmungen 80 zusammen.
Bei ebenfalls nachstehend erörterten
sogenannten zweifenstrigen Strukturen fallen die Fokuspunkte der
mittels der ersten Justagestrukturen 74b und 74c erzeugten
Kugelwellen in eine Solllage in relativer Nähe der Krümmungsmittelpunkte der kugelförmigen reflektierenden
Ausnehmungen 80. Die entsprechend reflektierten Wellen
durchlaufen die korrespondieren ersten Justagestrukturen 74b bzw. 74c und
werden dabei durch die Blendenöffnung 36 auf den
CCD-Detektor 38 gelenkt, wo sie mit der Referenzwelle 32 interferieren.
Jede der mindestens zwei ersten Justagestrukturen 74b und 74c liefert
ein Maß für die Dezentrierung
der Oberfläche 12 des
Testobjekts 14 sowohl in x als auch in y-Richtung. Auch lässt sich
mittels mindestens zwei derartigen Justagestrukturen die Azimutlage
der Oberfläche 12 bestimmen.
Die Justagestrukturen 74b und 74c bieten zusätzlich die
Möglichkeit,
den Abstand und die Kippungen zu kontrollieren, falls die sphärischen
Ausnehmungen 80 mit entsprechender Präzision gefertigt sind.
-
Die
ersten Justagestrukturen 74a, 74b sowie 74c können jeweils
entweder als sogenannte einfenstrige Strukturen oder als zweifenstrige
Strukturen ausgebildet sein. Die in 5 dargestellten
ersten diffraktiven Justagestrukturen 74a, 74b sowie 74c sind
jeweils als einfenstrige Justagestrukturen ausgebildet. In diesem
Fall durchläuft
der jeweilige von der Eingangswelle 30 abzweigte erste
Teilstrahl 76 zunächst
die jeweilige erste Justagestruktur 74a, 74b bzw. 74c sowie
nach dessen Reflektion an der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 wieder
dieselbe Stelle der jeweiligen Justagestruktur. Im Fall von zweifenstrigen
Justagestrukturen weisen diese jeweils zwei voneinander getrennte
Einzelstrukturen auf, wobei der erste Teilstrahl 76 auf
dem Weg zum Testobjekt 14 durch eine erste Einzelstruktur
läuft sowie
der am Testobjekt 14 reflektierte Teilstrahl 76 dann
durch eine zweite Einzelstruktur läuft.
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Die 6 bis 9 dienen
zur Veranschaulichung der Justage des diffraktiven optischen Elements 18 gegenüber dem
Ein/Austrittsmodul 37, welches die Austrittsfläche 28 des
Lichtwellenleiters 26 sowie die Blendenöffnung 36 zum Eintritt
der ausgehenden Messwelle 46 in die Erfassungseinrichtung 20 umfasst.
Zur Justage des diffraktiven optischen Elements 18 gegenüber dem
Ein/Austrittsmodul 37 weist das diffraktive optische Element 18 mindestens eine
zweite diffraktive Justagestruktur 82 auf. Das diffraktive
optische Element 18 wird zunächst relativ zum Ein/Austrittsmodul 37 in
einer Näherungsstellung
angeordnet. Ein zweiter Teststrahl 84 der Eingangswelle 30 wird
mittels der zweiten diffraktiven Justagestruktur 82 auf
einen reflektierenden Bereich des Ein/Austrittsmoduls 37 reflektiert.
Dabei kann der reflektierende Bereich als reflektierende sphärische Ausnehmung 86,
wie in den 6 und 9 gezeigt,
oder als ebener reflektierender Bereich 88 wie in den 7 und 8 gezeigt,
ausgeführt
sein. Die Strahlung wird vom reflektierenden Bereich 86 bzw. 88 auf
die zweite diffraktive Justagestruktur 82 zurückreflektiert,
von wo sie die Blendenöffnung 36 reflektiert
wird und mit der Referenzwelle 32 zur Erzeugung eines zweiten
Justage-Interferenzmusters überlagert
wird.
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Die
Intensitätsverteilung
des zweiten Justage-Interferenzmusters wird mittels der Erfassungseinrichtung 20 erfasst
und daraus eine Abweichung der Näherungsstellung
des diffraktiven optischen Elements 18 von einer erwünschten
Messstellung ermittelt. Danach wird die Relativstellung zwischen dem
diffraktiven optischen Element 18 und dem Ein/Austrittsmodul 37 entsprechend
korrigiert. Um alle sechs Freiheitsgrade des Ein/Austrittsmoduls 37 zu
bestimmen, werden mindestens drei an unterschiedlichen Positionen
des Randbereichs 72 des diffraktiven optischen Elements 18 angeordnete zweite
diffraktive Justagestruktur 82 benötigt. Weiterhin sind entsprechend
zwei reflektierende bzw. verspiegelte sphärische Ausnehmungen 86 und
ein reflektierender ebener Bereich 88 auf dem Ein/Austrittsmodul 37 vorzusehen.
Alternativ können
auch zwei reflektierende sphärische
Ausnehmungen 86 sowie drei ebene reflektierende Bereiche 88 verwendet
werden.
-
Die 6 und 7 zeigen
jeweils eine zweite diffraktive Justagestruktur 82 in einfenstriger Ausführung. Wie
auch bei den ersten diffraktiven Justagestrukturen 74a, 74b sowie 74c,
können
die zweiten diffraktiven Justagestrukturen 82 auch als
zweifenstrige Strukturen ausgeführt
sein. Ein entsprechender Strahlverlauf des zweiten Teilstrahls 84 für eine derartige
zweifenstrige Ausführung
ist in 8 und 9 zum einen am Beispiel eines
ebenen reflektierenden Bereichs 88 am Ein/Austrittsmodul 37 und
zum anderen am Beispiel einer reflektierenden sphärischen
Ausnehmung 86 am Ein/Austrittsmodul 37 gezeigt.
In der zweifenstrigen Ausführung
weist die zweite diffraktive Justagestruktur 82 zwei Einzelstrukturen,
nämlich
eine erste Einzelstruktur 90 sowie eine zweite Einzelstruktur 92 auf.
Der zweite Teilstrahl 84 wird mittels der ersten Einzelstruktur 90 auf den
reflektierenden Bereich 86 bzw. 88 des Ein/Austrittsmoduls 37 reflektiert.
Der von dem reflektierenden Bereich 86 bzw. 88 zurückreflektierte
zweite Teilstrahl wird mittels der zweiten Einzelstruktur 92 auf die
Blendenöffnung 36 reflektiert.
-
- 10
- Vorrichtung
- 12
- Oberfläche
- 14
- Testobjekt
- 16
- Beleuchtungseinrichtung
- 18
- diffraktives
optisches Element
- 19
- optische
Achse
- 20
- Erfassungseinrichtung
- 22
- Strahlungsquelle
- 24
- elektromagnetische
Beleuchtungsstrahlung
- 26
- Lichtwellenleiter
- 28
- Austrittsfläche
- 29
- Ursprung
der Eingangswelle
- 30
- Eingangswelle
- 31
- Ausbreitungsachse
der Eingangswelle
- 32
- Referenzwelle
- 34
- Blende
- 36
- Blendenöffnung
- 37
- Ein/Austrittsmodul
- 38
- CCD-Detektor
- 40
- Mittelpunkt
der Referenzwelle
- 42
- eingehende
Messwelle
- 44
- reflektierte
Messwelle
- 46
- ausgehende
Messwelle
- 48
- Ausbreitungsrichtung
der ausgehenden Messwelle
- 50
- Ausbreitungsrichtung
der Eingangswelle
- 52
- Mittelpunkt
der ausgehenden Messwelle
- 54
- Ausbreitungsrichtung
der eingehenden Messwelle
- 56
- Ausbreitungsrichtung
der reflektierten Messwelle
- 58
- Eingangsabschnitt
- 60
- Verzweigung
- 62
- erster
Ausgangsabschnitt
- 64
- zweiter
Ausgangsabschnitt
- 66
- Austrittsfläche
- 68
- reflektierendes
Element
- 70
- diffraktive
Hauptstruktur
- 72
- Randbereich
- 74a
- erste
diffraktive Justagestruktur
- 74b
- erste
diffraktive Justagestruktur
- 74c
- erste
diffraktive Justagestruktur
- 76
- erster
Teilstrahl
- 78
- Fokuspunkt
- 80
- reflektierende
sphärische
Ausnehmung
- 82
- zweite
diffraktive Justagestruktur
- 84
- zweiter
Teilstrahl
- 86
- reflektierende
sphärische
Ausnehmung
- 88
- ebener
reflektierender Bereich
- 90
- erste
Einzelstruktur
- 92
- zweite
Einzelstruktur
- 94
- Transmissionsoptik
- 96
- reflektierendes
Element
- 98
- optische
Weglänge