DE102006057606A1

DE102006057606A1 - Verfahren und Messvorrichtung zur Vermessung einer optisch glatten Oberfläche

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Publication number: DE102006057606A1
Application number: DE200610057606
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof. Dr. Osten; Eugenio Dipl.-Phys. Garbusi; Christof Dipl.-Phys. Pruß; Jan Dipl.-Phys. Middletown Liesener
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Carl Mahr Holding GmbH
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2026-11-25
Also published as: DE102006057606B4

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur flächigen Vermessung einer optisch glatten Oberfläche (33), wobei die Oberfläche (33) mit mehreren diskreten Objektwellen (32) aus verschiedenen Richtungen beleuchtet wird, und wobei die an der Oberfläche (33) reflektierten Objektwellen (32) mit einer zu einer oder mehreren Objektwellen (32) kohärenten Referenzwelle (42) auf einem Detektor (38) zu einem Interferogramm überlagert wird, in dem sich Abmessungen der Oberfläche (33) abbilden. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Oberfläche (33) gleichzeitig mit mehreren schaltbaren Objektwellen (32) beleuchtet wird und die von der Oberfläche (33) reflektierten Objektwellen (32) durch eine im Strahlengang vor dem Detektor (38) angeordnete Aperturblende (40), die sich vorzugsweise in der Fourierebene einer Abbildungsoptik (36) befindet, gefiltert werden. Ferner wird eine Messvorrichtung (10) vorgestellt, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Messvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 21. Dabei wird unter einer optisch glatten Oberfläche eine spiegelnd reflektierende Oberfläche verstanden.
Ein solches interferometrisches Verfahren und eine solche Messvorrichtung ist bereits am Institut für Technische Optik der Universität Stuttgart entwickelt und in der DE 103 25 601 B3 offenbart worden.
Zur Vermessung optischer Oberflächen bietet sich die Interferometrie als genaues und schnelles Verfahren an. Die Interferometrie nutzt die Welleneigenschaft des Lichtes. Bei der Überlagerung einer bekannten Referenzwelle und einer von der Oberfläche des Prüflings üblicherweise deformierten Objektwelle entstehen Bereiche mit Auslöschung und Bereiche mit Lichtverstärkung. Das entstehende Intensitätsbild, das Interferogramm, enthält die Information über die Abweichung des Prüflings von der Sollform und kann ausgewertet werden.
Weichen jedoch Objektwelle und Referenzwelle stark voneinander ab, so sind die Interferenzstreifen so dicht, dass sie von dem Detektor nicht mehr aufgelöst werden können. Bei dem Detektor handelt es sich in der Regel um einen bildgebenden Sensor, z.B. eine Kamera.
Die Interferometrie dient zum Beispiel zur Vermessung von optischen Bauteilen wie Linsen. Der Großteil heutiger Optiken enthält ausschließlich Sphären, also Linsen, deren Oberflächen eine Kugelgestalt besitzen. Die interferometrische Prüfung sphärischer Linsen ist unproblematisch und standardisiert. Bei ihrer Vermessung vermeidet man zu starke Abweichungen zwischen Objektwelle und Referenzwelle durch die Verwendung einer sog. Nulllinse, die eine zunächst ebene Messwelle zu einer Kugelwelle formt, die dann idealerweise senkrecht auf die zu vermessende Sphäre fällt und von ihr als Objektwelle reflektiert wird, so dass bei dem Rücklauf durch die Nulllinse wieder eine ebene Welle entsteht, die als Objektwelle mit der ebenfalls ebenen Referenzwelle überlagert wird.
Durch die Verwendung von Asphären, also Linsen, deren Oberflächen von der reinen Kugelform abweichen, werden Optiken leistungsfähiger und können kompakter gebaut werden. Solche Optiken durchdringen den Markt in Bereichen wie Hochleistungsobjektive für die Waferbelichtung, aber auch Brillengläser und Fotooptiken mehr und mehr.
Als Voraussetzung für eine genaue Fertigung von Asphären gilt die genaue Vermessung ihrer Oberfläche. Prinzipiell können Asphären ähnlich wie Sphären mit Hilfe einer Nulllinse, oder allgemeiner, einer Nulloptik, vermessen werden.
Im Gegensatz zur Vermessung sphärischer Oberflächen stellt die interferometrische Vermessung asphärischer Oberflächen jedoch eine in vielen Bereichen noch nicht befriedigend gelöste Aufgabe der optischen Messtechnik dar. Der Ursprung der auftretenden Probleme liegt darin, dass Nulltests an Asphären immer die Fertigung spezieller, an die Asphäre angepasster refraktiver oder diffraktiver Optiken als Nulllinsen erfordern.
Es werden bereits Nulloptiken für Asphären standardmäßig diffraktiv und refraktiv gefertigt, wobei eine diffraktive Struktur dazu verwendet wird, die sphärische Objektwelle eines Interferometerobjektivs so umzuformen, dass eine an den Prüfling angepasste Welle entsteht. Vergleiche H.J. Tiziani, S. Reichelt, C. Pruß, M. Rocktäschel, U. Hofbauer, „Testing of aspheric surfaces", Proc. SPIE, 4440, 109–119, 2001.
Da Asphären in einer enormen Formenvielfalt gefertigt werden, ist die Erzeugung angepasster Nulllinsen jedoch mit einem großen Zeit- und Kostenaufwand verbunden.
Es ist ferner bekannt, eine für die Prüfung sphärischer Linsen verwendete Linse durch ein sog. computergeneriertes Hologramm (CGH) zu ergänzen. Ein CGH ist ein diffraktives optisches Element, das die Anpassung der Messwelle an einen asphärischen Prüfling ermöglicht, so dass auch hier die Messwelle senkrecht auf den Prüfling trifft. Auch hier gilt, dass die Herstellung solcher CGHs zeitaufwändig und teuer ist, so dass dieser Weg nur bei hohen Stückzahlen effizient ist.
Versuche, Asphären ohne Nulloptiken im Nicht-Nulltest interferometrisch zu vermessen, scheitern oft an dem Auftreten von Interferogrammen mit zu hohen Streifendichten, die nicht mehr von der verwendeten Kamera aufgelöst werden. Ferner reichen Standard-Kalibrierverfahren nicht aus. Oft verlassen die an der Oberfläche des Prüflings reflektierten Strahlen gar das optische System.
In den Veröffentlichungen Y.M. Liu, G.N. Lawrence, C.L. Koliopoulos, „Subaperture Testing of aspheres with anular zone", Applied Optics, 27, 4504–4513, 1988 und M. Melozzi, L. Pezzati, A. Mazzoni, "Testing aspheric surfaces using multiple annular interferogram", Optical Engineering, 32, 1073–1079, 1993, werden Messvorrichtungen vorgeschlagen, in denen rotationssymmetrische Asphären schrittweise vermessen werden. Dabei wird entweder die Asphäre oder das Interferometerobjektiv entlang der optischen Achse bewegt. Es wird in jeder Messung jeweils der Ring auf der Asphäre auswertbar, auf den die Strahlen ungefähr senkrecht auftreffen. Schließlich müssen die Einzelbereiche unter Berücksichtigung von Propagationseffekten zu einer Gesamtmessung zusammengefügt werden.
Bei der Vermessung einzelner Ringzonen durch Bewegungen der Asphäre oder der Interferometeroptik ist man jedoch auf rotationssymmetrische Asphären beschränkt. Außerdem erweisen sich hier mechanische Stellungenauigkeiten als problematisch.
Für zuverlässige Messungen im Nicht-Nulltest müssen Wege gefunden werden, das Interferometer samt seiner Abweichungen von der Sollkonfiguration zu charakterisieren. In diesem Zusammenhang beschreiben J.E. Greivenkamp und R.O. Gappinger in der Veröffentlichung „Design of a nonnull interferometer for aspheric wavefronts", Applied Optics, 43, 5143–5151, 2004, eine Methode zur Charakterisierung eines Mach-Zehnder Interferometers mit Hilfe des "reverse engineering". Dabei werden Messungen mit einem bekannten Kalibrierobjekt durchgeführt und es wird mit Hilfe von Simulationen versucht, genau die Fehljustagen zu identifizieren, die die Messergebnisse reproduzieren. Dabei werden Suchalgorithmen angewandt, die in dem Parameterraum (Lage und Orientierung der im Aufbau enthaltenen Linsen) die Abweichungen von den realen Messungen minimieren. Zusätzlich werden Fertigungsfehler der Einzelflächen separat gemessen und gehen mit in die Simulation ein.
Bei der von Greivenkamp et al. vorgeschlagenen Methode des „reverse engineering" wird empfohlen, das optische System aus möglichst wenigen Komponenten zusammenzustellen, um den Parameterraum einzuschränken. Dies schränkt jedoch die Leistungsfähigkeit des Interferometers z.B. in Bezug auf die Auflösung ein.
Eine weitere Methode, die bei der Messung von sphärischen Optiken mit großen Aperturen bereits erfolgreich angewandt wird und inzwischen auf die Vermessung von Asphären übertragen wurde, ergibt sich durch das "Subaperture Stitching Interferometer" der Firma QED, mit dem einzelne Bereiche der Asphäre durch Drehung des Prüflings und Schwenken des Interferometers vermessen werden. Vergleiche J. Fleig, P. Dumas, P.E. Murphy, G.W. Forbes, "An automated subaperture stitching interferometer workstation for spherical and aspherical surfaces", Proc. SPIE, 5188, 296–307, 2003
Das subaperture stitching Interferometer ist jedoch gerätetechnisch relativ aufwändig und noch auf schwache Asphären beschränkt.
Ein Stitching-Verfahren der Firma QED, bei dem auch der Interferometerfehler, der für alle Messungen gleich ist, ermittelt wird, führt zu einer Gesamtmessung, deren Messunsicherheit bei der Messung von Sphären sogar niedriger ist als bei Messungen ohne Stitching. Vergleiche www.qedmrf.com Inzwischen soll auch die Vermessung schwacher Asphären mit diesem Verfahren funktionieren.
Das aus der eingangs genannten DE 103 25 601 B3 bekannte Verfahren nutzt eine verkippbare Referenzwelle, mit der es möglich ist, die Streifendichte in einzelnen Bereichen des Interferogramms so weit herabzusetzen, dass eine Auswertung leichter möglich ist. Dabei kommt ein phasenschiebendes Punktlichtquellenarray zum Einsatz, mit dem die verkippten Referenzwellen erzeugt werden und mit dem gleichzeitig die Phasenschiebung realisiert wird.
Durch die Verkippung wird der auswertbare Bereich des Interferogramms verschoben, so dass die Asphäre segmentweise vermessen werden kann. Unter einer Verschiebung eines Bereiches des Interferogramms wird dabei eine Änderung des zweidimensionalen Streifenbildes verstanden. Diese Änderung ergibt sich beim Gegenstand der DE 103 25 601 als Folge einer Änderung des Einfallswinkels der Referenzwelle auf die Kamera. Dazu wird ein phasenschiebendes Punktlichtquellen-Array verwendet, das eine einzelne Aktivierung individueller, dezentral angeordneter Punktlichtquellen erlaubt. Unter einer dezentralen Anordnung wird dabei eine Anordnung abseits einer optischen Achse des Systems verstanden. Die darauf folgende Kollimationslinse wandelt die von der Punktlichtquelle ausgehende Kugelwelle in eine quasi ebene verkippte Welle um. Die Überlagerung mit der Objektwelle ergibt dann ein asymmetrisches Interferogramm, in dem sich die Bereiche auswertbarer Streifen verschoben haben. Ohne Verkippung ergeben sich bekanntlich symmetrische Interferogramme, z.B. in Form konzentrischer Streifen. Im Betrieb werden einige Interferogramme mit verschiedenen Referenzwellenverkippungen aufgenommen, um jeden Punkt des Messfeldes mit mindestens einer Messung zu erfassen. Im Anschluss werden die auswertbaren Bereiche der Einzelmessungen zu einer Gesamtmessung zusammengefügt.
Für das richtige Zusammenfügen der Bereiche ist es notwendig, den genauen Einfluss der Verkippung auf die Messung zu ermitteln. Dazu werden im Vorfeld Kalibrationsmessungen mit zwei gleichzeitig aktivierten verkippten Referenzwellen und ausgeblendeter Objektwelle durchgeführt, um deren Differenz direkt interferometrisch zu messen.
Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch der Zeitaufwand. Der Zeitaufwand ergibt sich dadurch, dass viele Interferogramme mit verschiedenen Referenzwellenverkippungen sequenziell aufgenommen werden müssen, um jeden Punkt des Messfeldes mit mindestens einer Messung zu erfassen. Außerdem treten bei stärkeren Asphären wieder hohe Streifendichten auf, die eine Vermessung dieser stärkeren Asphären erschweren.
Bekannt sind ferner nicht-interferometrische Verfahren wie die deflektometrischen Verfahren, bei denen die Oberflächenform aus der Strahlablenkung bei Reflexion an der Oberfläche rekonstruiert wird, und rein mechanische Tastschnittverfahren, bei denen ein mechanischer Taster über die Oberfläche geführt und dessen Auslenkung gemessen wird. Deflektometrische Verfahren messen entweder punktweise oder flächig. Tastschnittverfahren messen grundsätzlich punktweise. Punktweise messende Verfahren (Tastschnittverfahren oder punktweise messende Deflektometrie) benötigen relativ viel Zeit für die Messungen. Mit der flächig messenden Deflektometrie lassen sich zwar lokale Steigungen und Krümmungen des Prüflings gut messen, allerdings ist der auftretende Absolutfehler der Messungen nicht zufriedenstellend.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Verfahrens und einer Messvorrichtung der jeweils eingangs genannten Art, mit der sich auch stärkere Asphären und/oder Freiformflächen mit verringertem Zeitaufwand ohne Nulloptiken genau vermessen lassen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren und einer Messvorrichtung jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Dadurch, dass die Oberfläche gleichzeitig mit mehreren Objektwellen verschiedener Punktlichtquellen beleuchtet wird und die von der Oberfläche reflektierten Objektwellen durch eine im Strahlengang vor dem Detektor in einer Fourierebene (Fokalebenene) der Abbildungsoptik angeordnete Aperturblende gefiltert werden, ergibt sich der Vorteil, dass der asphärische Prüfling gleichzeitig unter vielen verschiedenen Winkeln beleuchtet wird, wobei jeder Beleuchtungswinkel in einer oder mehreren Zonen zu auswertbaren Interferenzen führt.
Im Vergleich mit dem bekannten Interferometer mit verkippter Referenz ergibt sich daraus als wesentlicher Vorteil die Möglichkeit, mehrere Zonen zeitlich parallel zu vermessen, was den Zeitaufwand für eine komplette Vermessung des Prüflings drastisch verringert. Es hat sich außerdem gezeigt, dass die Erfindung auch eine Vermessung stärkerer Asphären erlaubt als dies mit dem Interferometer mit verkippter Referenz möglich ist.
Im Gegensatz zu Asphären-Vermessungen mit diffraktiven oder refraktiven Nulloptiken ergibt sich eine Zeit- und Kostenersparnis, weil keine speziellen Nulloptiken gefertigt werden müssen. Gegenüber Interferometern, bei denen der Prüfling oder die Interferometeroptik entlang der optischen Achse bewegt wird, ergibt sich der Vorteil, dass die Ergebnisse nicht durch mechanische Stellungenauigkeiten beeinflusst werden. Außerdem ist eine Vermessung nicht-rotationssymmetrischer Prüflinge möglich.
Das im Folgenden vorgestellte Interferometer mit variabler Objektwelle ermöglicht nicht nur die Reduktion von Streifendichten bei der interferometrischen Vermessung asphärischer Oberflächen, sondern bietet durch eine speziell entwickelte Kalibrierstrategie ferner die Möglichkeit einer umfassenden Charakterisierung des Interferometers. Dabei umfasst die Kalibrierstrategie eine Definition und simulationsunterstützte Bestimmung der Wellen im Prüfraum, die zu den verschiedenen Quellen gehören und der Wellen, die aus dem Prüfraum auf die verschiedenen Kamerapixel zulaufen. Die Kenntnis dieser Wellen führt zur Vermeidung von sogenannten „retrace errors".
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
2 ein auf herkömmliche Weise und ein erfindungsgemäß aufgenommenes Interferogramm;
3 eine Ausgestaltung eines Punktlichtquellen-Arrays aus der 1;
4 eine Ausgestaltung einer alternativen Ausführungsform zur Erzeugung von Objektwellen mit unterschiedlicher Propagationsrichtung; und
5 eine Ausgestaltung zur Prüfung von konkaven Prüflingen.
Im Einzelnen zeigt die 1 eine Messvorrichtung 10 mit einer Lichtquelle 12, die kohärentes Licht in einen Objektlichtwellenleiter 14 und einen Referenzlichtwellenleiter 16 einspeist. Die Messvorrichtung 10 wird im Folgenden auch als Interferometer 10 bezeichnet. Aus dem Objektlichtwellenleiter 14 austretendes Licht 18 wird von einer ersten Kollimationsoptik 20 kollimiert und dient zur Beleuchtung eines Punktlichtquellen-Arrays 22, das weiter unten unter Bezug auf die 3 noch näher erläutert wird.
Wesentlich ist zunächst, dass das Punktlichtquellen-Array 22 eine Matrix von Elementen steuerbarer Transmission aufweist, von denen jedes Element im Zustand aufgesteuerter Transmission und eingeschalteter Lichtquelle 12 eine Punktlichtquelle 23 darstellt, von der jeweils eine Kugelwelle 24 ausgeht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der 1 nur ein Strahlkegel einer einzigen Kugelwelle 24 dargestellt. Ein Teil der Kugelwellen 24 passiert einen Strahlteiler 26 und wird durch eine zweite Kollimationsoptik 28 und ein Interferometerobjektiv 30 als Objektwelle 32 auf eine optisch glatte Oberfläche 33 eines Prüflings 34 abgebildet. Bei der Oberfläche 33 kann es sich um eine sphärische oder asphärische, konkave oder konvexe Fläche oder allgemein um eine Freiformfläche handeln. Durch Aufsteuern und Absteuern der Transmission wird die Punktlichtquelle 23 und damit auch die resultierende Objektwelle eingeschaltet und ausgeschaltet.
Bei dieser Ausgestaltung werden diskrete Objektwellen 32 durch eine starre Anordnung von schaltbaren Punktlichtquellen 23 erzeugt, die sich etwa im Abstand f vor der Kollimationsoptik 28 befinden, wobei f die Brennweite der Kollimationsoptik 28 bezeichnet. Im Idealfall ist der Abstand genau gleich der Brennweite.
Das 2-dimensionale Punktlichtquellen-Array dient zur Erzeugung von Objektwellen 32 verschiedener Verkippung relativ zur optischen Achse der zweiten Kollimationsoptik 28 und des Interferometerobjektivs 30. Wird die zentrale Punktlichtquelle des Punktlichtquellen-Arrays 22 benutzt, breitet sich von ihr eine zentrale Kugelwelle aus, die durch das optische System, bestehend aus zweiter Kollimationsoptik 28 und Interferometerobjektiv 30, im Prüfraum hinter dem Interferometerobjektiv 30 eine konvergierende, zentrale Kugelwelle erzeugt. Dies entspricht der Konfiguration herkömmlicher Interferometer. Dabei wird unter der zentralen Punktlichtquelle die Punktlichtquelle des Arrays 22 verstanden, die der optischen Achse des optischen Systems aus der zweiten Kollimationsoptik 28 und dem Interferometerobjektiv 30 am nächsten liegt.
Wird, wie in der 1 angedeutet, eine andere, dezentrale Punktlichtquelle 23 benutzt, so entsteht im Prüfraum die gegenüber der zentralen Welle verkippte Objektwelle 32, die auf den Prüfling 34 fällt und an seiner Oberfläche 33 reflektiert wird. Die Oberfläche 33 kann eine beliebige Freiformfläche mit oder ohne Symmetrie sein. Abhängig von der Form des Prüflings 34 wird die Objektwelle 32 bei der Reflexion am Prüfling 34 deformiert. Durch Interferometerobjektiv 30, zweite Kollimationsoptik 28 und Abbildungsoptik 36 wird der Prüfling 34 auf eine Kamera als Detektor 38 abgebildet. Eine Aperturblende 40 ist im Strahlengang vor der Abbildungsoptik 36 in der Fokalebene (Fourierebene) der Abbildungsoptik 36 angeordnet und so dimensioniert, dass sie nur die Anteile der reflektierten. Objektwelle 32 durchlässt, die wenig von einer Referenzwelle 42 abweichen und somit zu auswertbaren Interferenzen fuhren.
Dies wird deutlich, wenn man den Strahlengang in der 1 betrachtet. Von der Kugelwelle 24 ist dort nur ein Strahlkegel dargestellt, der von einem oberen Randstrahl und einem unteren Randstrahl begrenzt wird und einen weiteren, zentralen Strahl aufweist. Beide Randstrahlen werden nach der Reflexion an der Oberfläche 33 von der Aperturblende 40 ausgeblendet und fallen daher nicht auf die Kamera 38. Dagegen passiert der zentrale Strahl nach seiner Reflexion an der Oberfläche 33 die Aperturblende 40 und fällt auf die Kamera 38. Das Flächenelement der Oberfläche 33, an dem der zentrale Strahl reflektiert wird, gehört damit zu einem Beleuchtungswinkel, der zu einer auswertbaren Interferenz mit einer ebenfalls auf die Kamera 38 fallenden Referenzwelle führt. Die übrigen Strahlen werden ausgeblendet und tragen daher nicht zu einem störenden Streifenmuster mit einer nicht auflösbaren Streifendichte bei. Es versteht, sich dass die Apertur auch etwas außerhalb der Fokalebene angeordnet sein kann. Wesentlich ist die Ausblendung von Strahlen, die zu einer störenden, nicht auflösbaren Streifendichte beitragen. Bevorzugt ist jedoch die Anordnung in der Fokalebene.
Das in den Referenzlichtwellenleiter 16 eingespeiste Licht wird als Referenzwelle 42 separat über den Strahlteiler 26 geführt und durch eine Referenzwellenlinse 44 auf die Mitte der Aperturblende 40 fokussiert. In der Ausgestaltung der 1 lässt sich bei der Referenzwelle 42 eine für einen Phaseschiebealgorithmus nötige Phasenschiebung durch einen Phasenschieber 17 in dem Referenzlichtwellenleiter 16 steuern.
In der Ausgestaltung der 1 lassen sich verschieden orientierte Objektwellen 32 mit dem 2-dimensionalen Punktlichtquellen-Array 22 schaltbarer Lichtquellen 23 des Punktlichtquellen-Arrays 22 erreichen. Für jedes Flächenelement auf der Oberfläche 33 des Prüflings 34 steht durch die Vielzahl von Objektwellen 32 mindestens ein Beleuchtungswinkel zur Verfügung, bei dem die am Flächenelement reflektierte Welle in einem ähnlichen Winkel auf die Kamera 38 trifft, wie die zeitlich konstante Referenzwelle 42.
Weil die Aperturblende 40 nur die Objektwellen durchlässt, die mit einem ähnlichen Winkel wie die Referenzwelle 42 in die Kamera 38 einfallen, blendet sie gleichzeitig die reflektierten Objektwellen aus, die nicht zu auswertbaren Streifen führen würden. Für jede von einer Punktlichtquelle 23 ausgehende Objektwelle 32 ergibt sich so auf der Kamera 38 wenigstens ein abgegrenzter Bereich, der auswertbar ist. Dabei wird unter einem auswertbaren Bereich ein Streifenmuster mit auflösbaren Streifen verstanden. Der oder die Bereiche anderer Objektwellen liegen woanders. Jeder dieser Bereiche enthält im Ergebnis Information über einen anderen Teil der Oberfläche 33 des Prüflings 34. Aufgrund der klaren Abgrenzung der Bereiche werden bevorzugt viele Objektwellen 32 gleichzeitig eingeschaltet.
Um sicher zu gehen, dass jeder Punkt der Oberfläche 33 des Prüflings 34 mit mindestens einer Objektwelle 32 ausgewertet wird, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung eine Auslegung des Interferometers, beziehungsweise der Messvorrichtung 10 vor, bei der sich die auswertbaren Bereiche verschiedener Objektwellen 32 von verschiedenen Punktlichtquellen 23 überlappen.
Um zu vermeiden, dass sich die Interferenzen in den überlappenden Bereichen stören, wird nur eine Auswahl an Objektwellen 32 gleichzeitig eingeschaltet, zum Beispiel jede vierte. Das heißt, in dem Punktlichtquellen-Array 22 wird nur ein Viertel der vorhandenen Punktlichtquellen 23 gleichzeitig aktiviert. In der nächsten Messung wird wieder jede vierte Objektwelle, aber andere Objektwellen benutzt, etc. Nach vier Messungen wurden also alle Objektwellen einmal benutzt und jeder Punkt der Oberfläche 33 des Prüflings 34 wurde mit mindestens einer Objektwelle 32 auswertbar abgetastet.
Ein Rechner 48 steuert die Aktivität der einzelnen Punktlichtquellen 23 des Punktlichtquellen-Arrays 22, speichert die für jeden Beleuchtungszustand des Prüflings 34 und damit für jeden der geschalteten Zustände (transparent/intransparent) von Punktlichtquellen 23 des Punktlichtquellen-Arrays 22 von der Kamera 38 aufgenommenen Interferogramme, und bestimmt die Abmessungen der Oberfläche 33 des Prüflings 34 durch eine Auswertung der Intensitätsverteilungen der gespeicherten Interferogramme. Der Rechner 48 ist insofern dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer seiner Ausgestaltungen zu steuern. Zusammen mit dem Rechner 48 ergibt sich dadurch insgesamt eine Messvorrichtung 10, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder seiner hier vorgestellten Ausgestaltungen eingerichtet ist.
Als Lichtquelle 12 wird in einer Ausgestaltung ein He-Ne-Laser der Wellenlänge λ = 633 nm mit 10 mW Leistung verwendet. Diese Ausgestaltung ist zur Vermessung von Optiken für sichtbares Licht sinnvoll. Je nach Anwendung können auch andere Lichtquellen mit anderen Leistungen und/oder anderen Wellenlängen sinnvoll sein.
2a zeigt qualitativ einen Ausschnitt aus einem herkömmlichen Interferogramm, das mit einer einzelnen, zentralen Punktlichtquelle aufgenommen worden ist. Ein zentraler Bereich mit einem Streifenmuster mit kleinen Radien ist dabei von einem peripheren Streifenmuster mit größeren Radien getrennt. Dazwischen befindet sich ein Bereich, in dem die Streifendichte so hoch ist, dass sie von der Kamera nicht aufgelöst werden kann. Als Folge kann aus diesem Zwischenbereich keine verwertbare Information über die Struktur des Prüflings 34 gewonnen werden.
2b zeigt dagegen, ebenfalls rein qualitativ, ein unter Benutzung der Erfindung aufgenommenes Interferogramm. Durch die gleichzeitige Verwendung mehrerer verkippter Objektwellen ergeben sich mehrere aus einer zentralen Position verschobene Teilinterferogramme, von denen jedes einem bestimmten Flächenelement der Oberfläche 33, einer zugehörigen Objektwellenrichtung und damit einer bestimmten Punktlichtquelle des Punktlichtquellen-Arrays 22 zugeordnet ist.
Im Folgenden wird unter Bezug auf die 3 die Funktionsweise des phasenschiebenden Punktlichtquellen-Arrays 22 erläutert. Der primäre Zweck des Arrays 22 besteht in der Erzeugung einzeln schaltbarer, in einem vorgegebenen Raster angeordneter Punktlichtquellen 23. Die Lage der Punktlichtquellen 23 ist dabei durch die Lage von Lochblenden 50.1, 50.2, 50.3, 50.4, .... eines Lochblendenarrays 50 definiert. Im Strahlengang vor den Lochblenden 50.1, 50.2, 50.3, 50.4, befinden sich Mikrolinsen 52.1, 52.2, 52.3, 52.4, ... eines Mikrolinsenarrays 52 zur Fokussierung des von rechts auf die Lochblenden 50.1, 50.2, 50.3, 50.4, .... einfallenden Lichtes. Als dritten Bestandteil enthält das Array 22 ein Flüssigkristalldisplay 54 (LCD), das, in Propagationsrichtung des Lichtes 18, noch vor dem Mikrolinsenarray 52 platziert ist.
Das Flüssigkristalldisplay 54 besteht aus einem Raster kleiner Flüssigkristallzellen (Pixel), deren Transmission vom Rechner 48 gesteuert einstellbar ist. Im Grundzustand des Punktlichtquellen-Arrays 22 (alle Punktquellen 23 inaktiv) werden alle Pixel des Flüssigkristalldisplay 54 intransparent geschaltet. Die Beleuchtung des gesamten Punktlichtquellen-Arrays 22 erfolgt unter einem leichten Winkel α, so dass die Punktlichtquellen 23 selbst dann inaktiv bleiben, wenn ein geringer Teil des Lichtes durch die auf „intransparent" geschalteten Pixel des Flüssigkristalldisplays 54 dringt. Dies ergibt sich daraus, dass das Licht in einem solchen Fall knapp neben die Lochblenden 50.1, 50.2, 50.3, 50.4, .... fokussiert wird.
Zur Aktivierung einer Punktquelle 23 wird mit dem Flüssigkristalldisplay 54 vor einer Mikrolinse 52.2 ein lokales Beugungsgitter 56 erzeugt. Beugungsgitter bewirken eine Aufspaltung des Lichtes in verschiedene Beugungsordnungen, die sich in leicht unterschiedliche Richtungen ausbreiten. Das System ist so justiert, dass die erste Beugungsordnung von der Mikrolinse 52.2 genau auf die Lochblende 50.2 fokussiert wird (gestrichelte Linien). Alle Punktquellen lassen sich so unabhängig voneinander aktivieren und deaktivieren. Darüber hinaus kann die Phase jeder aktiven Punktlichtquelle 23 durch die laterale Verschiebung des Beugungsgitters 56 verschoben werden. Solche definierte Phasenverschiebungen werden in den Standard- Auswertealgorithmen der phasenschiebenden Interferometrie benötigt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das phasenschiebende Punktlichtquellen-Array 22 ein Flüssigkristalldisplay 54 mit einem Pixelabstand von 36 μm und einer Pixelanzahl von 1024×768 auf. Es versteht sich aber, dass die Abmessungen und Pixelzahlen nicht auf diese Werte beschränkt sind.
Das Quarzsubstrat, das auf der einen Seite die Mikrolinsen 52.1, 52.2, 52.3, 52.4, ... des Mikrolinsenarrays 52 und auf der anderen Seite die Lochblenden 50.1, 50.2, 50.3, 50.4, .... enthält, hat in einer Ausgestaltung eine Dicke von 9 mm. Die diffraktiven Mikrolinsen 52.1, 52.2, 52.3, 52.4, ... sind jeweils 2,52 mm × 2,52 mm groß und in Grautonlithographie gefertigt. Der Abstand der Lochblenden 50.1, 50.2, 50.3, 50.4, zueinander entspricht der Mikrolinsengröße, ihr Durchmesser beträgt 25 μm. Mit dem realisierten Punktlichtquellen-Array 22 sind in einer Ausgestaltung 11 × 13 Punktlichtquellen 23 schaltbar. Mit einer zweiten Kollimationsoptik mit einer Brennweite f = 160 mm ergibt sich ein maximaler Verkippungswinkel von 7°, mit dem die dargestellte Messvorrichtung 10 arbeitet. Die Messvorrichtung 10 wird im Folgenden auch als Interferometer 10 bezeichnet.
4 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Punktlichtquellen-Arrays. Das Licht des Objektwellen-Lichtleiters 14 wird am 1:N (N vorzugsweise = 4) Umschalter 60 auf einen der N Lichtleiter 61 geschaltet. Die Enden der N Lichtleiter 61 werden in einer Halterung (62) fixiert. Bei N = 4 erfolgt die Fixierung bevorzugt so, dass die Enden auf den Ecken eines Quadrats liegen. Die N Enden der N Lichtleiter 61 bilden N Punktlichtquellen 23. Nach einer gewissen Propagationsstrecke fällt das von einer solchen Punktlichtquelle 23 ausgehende Licht 24 auf ein diffraktives Element 66, vorzugsweise ein Kreuzgitter, das so ausgelegt ist, dass das Eingangslicht 24 in M Beugungsordnungen gebeugt wird. Damit werden aus der zunächst einen Objektwelle M zueinander verkippte Objektwellen generiert, die zur Beleuchtung des Prüflings 34 genutzt werden.
5 zeigt eine Ausgestaltung zur Prüfung von konkaven Prüflingen 34b. Hierbei kann auf die Kollimationsoptik 28 sowie das Interferometerobjektiv 30 aus 1 verzichtet werden.
Die Ausgestaltung nach der 5 weist im Gegensatz zur 1 kein Phasenstellglied 17 im Referenzwellen-Lichtleiter 16 auf, vielmehr wird die Phasenschiebung direkt mit dem phasenschiebenden Punktlichtquellenarray 22 bewerkstelligt.
Zu der Messvorrichtung 10 mit variabler Objektwelle wurde eine spezielle Kalibrierstrategie entwickelt. Sie erfordert zunächst die Parametrisierung aller möglichen Objektwellen, die in den Prüfraum (Raum, in dem der Prüfling 34 positioniert wird) gelangen. Diese Parametrisierung muss sowohl in der Lage sein, die Objektwellen 32 im Raum zu beschreiben, als auch die Abhängigkeit von der Wahl der Objektwelle (im Beispiel: Abhängigkeit von der Koordinate der Punktlichtquelle). Die Objektwellen 32 lassen sich beispielsweise durch optische Weglängen-Funktionen beschreiben, die sich in einer Bezugsebene im Prüfraum ergeben. Die Weglänge ist dann abhängig von Raumkoordinaten X, Y (in der Bezugsebene der Strahlausbreitung) und den Quellenkoordinaten M, N. Die Abhängigkeit der Weglänge WQ von den Koordinaten kann in Form von Polynomen ausgedrückt werden:
Hier bezeichnet der Term
die Summe mit den Indexvariablen i, j, k, l. Diese gehen von Null bis zu einem von der gewünschten Genauigkeit abhängigen Wert. Q ist ein 4-dimensionaler Tensor der Quellenwellen mit den Koeffizienten Q_ijkl beschreibt, die zu den Potenzenprodukten MⁱN^jX^kY^k gehören. Andere Polynomdarstellungen, z.B. Zernike-Polynome, sind denkbar.
Äquivalent zur Definition der Quellenwellen Q können Pixelwellen P als die Wellen definiert werden, die aus dem Prüfraum durch das gesamte Abbildungssystem genau auf einen Kamerapixel zulaufen. Diese Pixelwellen werden ebenfalls als Weglängenfunktionen beschrieben, die von Ortskoordinaten x, y in einer Bezugsebene im Prüfraum und von den Kamerapixelkoordinaten m, n abhängen. Wieder dienen Polynome zur Beschreibung der Weglängen WP der Pixelwellen P
Die Charakterisierung des Interferometers 10 durch P und Q ist eine „black-box" Beschreibung, die die Wirkung, aber nicht die innere Struktur des Interferometers 10 beschreibt. Sind P und Q bekannt, so lässt sich für ein bekanntes Objekt im Prüfraum zu jeder Objektwelle die zu erwartende optische Weglänge WP von der Quelle bis zu jedem Punkt in der Kameraebene berechnen (Weglänge einer Pixel-Quellen-Kombination). Für ein ideales Interferometer lassen sich P und Q unter Verwendung von Optiksimulationssoftware und Polynomfits berechnen.
Offen ist nun noch, wie unvermeidbare Abweichungen eines realen Interferometers 10 vom idealen Interferometer, die sich auch durch abweichende Koeffizienten in P und Q zeigen, erkennen und quantifizieren lassen. Hierzu werden zunächst für eine oder mehrere bekannte Kalibrierobjekte eine Auswahl von Pixel-Quellen-Kombinationen gewählt, deren optische Weglängen im Folgenden betrachtet werden. Für jeden Koeffizienten aus P und Q wird dann simuliert, wie sich die infinitesimale Änderung des Koeffizienten auf die optischen Weglängen der gewählten Pixel-Quellen-Kombinationen auswirken.
Diese werden als charakteristische Weglängenänderungen des Koeffizienten gespeichert. Anschließend werden mit dem realen Interferometer 10 die Abweichungen der optischen Weglängen gegenüber dem idealen Interferometer für die gewählten Pixel-Quellen-Kombinationen gemessen. Schließlich wird versucht, diese Abweichungen als Linearkombination der charakteristischen Weglängenänderungen der Koeffizienten darzustellen. Dies erfolgt in Form eines linearen Gleichungssystems, welches nach den Koeffizientenabweichungen aufgelöst wird.
Diese Koeffizientenabweichungen werden zu den Koeffizienten des idealen Interferometers addiert, um P und Q des realen Interferometers 10 zu erhalten. Werden zur Kalibrierung verschiedene Kalibrier-Objekte oder dasselbe Kalibrier-Objekt in verschiedenen Positionen benutzt, so muss damit gerechnet werden, dass es zu Ungenauigkeiten bei der relativen Positionierung kommt. Der Einfluss der Positionierfehler auf die Pixel-Quellen-Kombinationen kann ebenfalls simuliert und mit in das lineare Gleichungssystem aufgenommen werden, so dass die Lösung des linearen Gleichungssystems auch die Positionierfehler offenbart.
Ist das Interferometer 10 wie beschrieben kalibriert, so kann aus einer Messung mit dem Interferometer 10 mit variabler Objektwelle die Form des Prüflings unter Verwendung der realen P und Q eindeutig bestimmt werden. Der Ablauf kann, ähnlich wie bei der Kalibrierung, über die Lösung eines linearen Gleichungssystems erfolgen. Diesmal wird auch die Prüflingsform mit Hilfe von Polynomen und deren zugehörigen Koeffizienten beschrieben. Es wird wieder simulativ bestimmt, welche Messergebnisse von einem idealen Prüfling zu erwarten sind und welchen Einfluss die Abweichung einzelner Koeffizienten (des Prüflings) auf das Messergebnis hat.
Die Abweichung des realen Messergebnisses von dem simulierten Messergebnis eines idealen Prüflings wird wieder als Linearkombination der Abweichungen einzelner Koeffizienten dargestellt. Das entstehende lineare Gleichungssystem wird nach den Koeffizientenabweichungen aufgelöst, welche auf die Koeffizienten der idealen Prüflingsform addiert werden. Hochfrequente Restabweichungen, die durch die Beschreibung durch Polynome nicht erfasst werden, werden unter Berücksichtigung des Auftreffwinkels der Strahlen auf die Prüflingsoberflache abgebildet.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Rechner das beschriebene Kalibrationsverfahren durchführt und daher zu dessen Durchführung eingerichtet, insbesondere programmiert ist. Alternativ oder ergänzend werden die Ergebnisse des Kalibrationsverfahrens in dem Rechner gespeichert und bei der Vermessung von Prüflingen verwendet.

Claims

Verfahren zur flächigen Vermessung einer optisch glatten Oberfläche (33), wobei die Oberfläche (33) mit mehreren diskreten Objektwellen (32) aus verschiedenen Richtungen beleuchtet wird, und wobei die an der Oberfläche (33) reflektierten Objektwellen (32) mit einer zu einer oder mehreren Objektwellen (32) kohärenten Referenzwelle (42) auf einem Detektor (38) zu einem Interferogramm überlagert werden, in dem sich Abmessungen der Oberfläche (33) abbilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (33) gleichzeitig mit mehreren schaltbaren Objektwellen (32) beleuchtet wird und die von der Oberfläche (33) reflektierten Objektwellen (32) durch eine im Strahlengang vor dem Detektor (38) angeordnete Aperturblende (40), die sich vorzugsweise in der Fourierebene einer Abbildungsoptik (36) befindet, gefiltert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwelle (42) separat geführt und in etwa auf die Mitte der Aperturblende (40) fokussiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Objektwellen (32) erzeugt werden durch eine starre Anordnung von schaltbaren Punktlichtquellen, die sich etwa im Abstand f vor einer Kollimationsoptik (28) befindet, wobei f die Brennweite der Kollimationsoptik (28) bezeichnet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Phasenverschiebungen zwischen einer Objektwelle (32) und der Referenzwelle (42) durch Verschieben der Phase der Referenzwelle (42) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Kalibrierung zunächst alle möglichen Objektwellen, die in einen Prüfraum gelangen, parametrisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Parametrisierung durch Beschreibung der Objektwellen als Funktionen der optischen Weglängen erfolgt, die sich in einer Bezugsebene im Prüfraum ergeben.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschreibung durch Polynom-Funktionen WQ der Form
mit Raumkoordinaten X, Y in der Bezugsebene und Quellenkoordinaten M, N oder durch Zernike-Polynome erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass, äquivalent zur Definition der Quellenwellen, Pixelwellen als die Wellen definiert werden, die aus dem Prüfraum durch das gesamte Abbildungssystem genau auf einen Kamerapixel zulaufen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixelwellen ebenfalls als Weglängenfunktionen beschrieben werden, die von Ortskoordinaten x, y in einer Bezugsebene im Prüfraum und von den Kamerapixelkoordinaten m, n abhängen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Polynome
zur Beschreibung der Weglängen WP der Pixelwellen verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei bekanntem P und Q für ein bekanntes Objekt im Prüfraum zu jeder Objektwelle die zu erwartende optische Weglänge von der Quelle bis zu jedem Punkt in einer Kameraebene berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass P und Q für ein ideales Interferometer unter Verwendung von Optiksimulationssoftware und Polynomfits berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass unvermeidbare Abweichungen eines realen Interferometers vom idealen Interferometer, die sich auch durch abweichende Koeffizienten in P und Q zeigen, dadurch erkannt und quantifiziert werden, dass zunächst für eine oder mehrere bekannte Kalibrierobjekte eine Auswahl von Pixel-Quellen-Kombinationen gewählt werden, für jeden Koeffizienten aus P und Q der zugehörigen optischen Weglänge WP simuliert wird, wie sich die infinitesimale Änderung des Koeffizienten auf die optischen Weglängen der gewählten Pixel-Quellen-Kombinationen auswirken und diese dann als charakteristische Weglängenänderungen des Koeffizienten gespeichert werden, anschließend mit dem realen Interferometer die Abweichungen der optischen Weglängen gegenüber dem idealen Interferometer für die gewählten Pixel-Quellen-Kombinationen gemessen werden, und diese Abweichungen als Linearkombination der charakteristischen Weglängenänderungen der Koeffizienten in Form eines linearen Gleichungssystems dargestellt werden, das nach den Koeffizientenabweichungen aufgelöst wird, und die Koeffizientenabweichungen zu den Koeffizienten des idealen Interferometers addiert werden, um P und Q des realen Interferometers zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet dass dann, wenn zur Kalibrierung verschiedene Kalibrier-Objekte oder dasselbe Kalibrier-Objekt in verschiedenen Positionen benutzt wird, ein Einfluss von Positionierfehlern auf die Pixel-Quellen-Kombinationen ebenfalls simuliert und mit in das lineare Gleichungssystem aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Objektwelle, mit der die Oberfläche beleuchtet wird, variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass verschieden orientierte Objektwellen mit einem 2-dimensionalen Raster von schaltbaren Lichtquellen erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturblende (40) so dimensioniert wird, dass sie nur Winkel zulässt, die zu auswertbaren Streifen in dem Interferogramm führen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Interferometer so ausgelegt wird, dass sich aus verschiedenen Objektwellen resultierende Teilbereiche des Interferogramms mit auswertbaren Streifen überlappen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Aufnahme eines ersten Interferogramms nur eine erste Auswahl an Objektwellen gleichzeitig eingeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Aufnahme eines zweiten Interferogramms nur eine zweite, von der ersten Auswahl verschiedene Auswahl an Objektwellen (36) gleichzeitig eingeschaltet wird.
verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass für Aufnahmen von Interferogrammen jeweils paarweise verschiedene Auswahlen von Objektwellen (36) benutzt werden, wobei die Objektwellen (36) einer Auswahl jeweils gleichzeitig eingeschaltet werden, und dass das Verfahren mit verschiedenen Auswahlen wiederholt wird, bis alle Objektwellen (36) einmal benutzt und/oder jeder Punkt der Oberfläche mit mindestens einer Objektwelle (36) ausgewertet wurde.
Messvorrichtung (10) zur Vermessung einer optisch glatten Oberfläche (33), mit mindestens drei schaltbaren Punktlichtquellen (23), einer Abbildungsoptik (36) und einem Detektor (38), wobei die Messvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, die Oberfläche (33) mit Objektwellen (32) zu beleuchten, die von den Punktlichtquellen (23) ausgehen, die an der Oberfläche (33) reflektierten Objektwellen (32) mit einer zu den Objektwellen (32) kohärenten Referenzwelle (42) durch die Abbildungsoptik (36) zu bündeln und auf einem Detektor (38) zu einem Interferogramm zu überlagern, in dem sich Abmessungen der Oberfläche (33) abbilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) eine im Strahlengang vor dem Detektor (38) bevorzugt in einer Fourierebene der Abbildungsoptik (36) angeordnete Aperturblende (40) aufweist, und dazu eingerichtet ist, die Oberfläche (33) gleichzeitig mit mehreren Objektwellen (32) verschiedener Punktlichtquellen (23) zu beleuchten, und die von der Oberfläche (33) reflektierten Objektwellen (32) durch die Aperturblende (40) zu filtern.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktlichtquelle (23) Teil eines Arrays (22) von einzeln schaltbaren Punktlichtquellen (23) ist, wobei das Array (22) so viele Punktlichtquellen (23) enthält und diese so angeordnet sind, dass sich für verschiedene Flächenelemente der Oberfläche (33) mindestens jeweils ein Beleuchtungswinkel ergibt, bei dem die am Flächenelement reflektierte Objektwelle (32) in einem ähnlichen Einfallswinkel auf den Detektor (38) trifft wie die zeitlich konstante Referenzwelle (42).
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung 10 eine Objektwellen-Lichtleiter (14) und einen 1:N Umschalter 60 aufweist, der die Objektwellen aus dem Lichtleiter (14) auf einen von N Lichtleitern 61 schaltet, deren Enden in einer Halterung (62) fixiert sind und Punktlichtquellen (23) bilden, deren Licht durch ein diffraktives Element, 66, vorzugsweise ein Kreuzgitter, in M Beugungsordnungen gebeugt wird, so dass aus der zunächst einen Objektwelle M zueinander verkippte Objektwellen generiert werden, die zur Beleuchtung des Prüflings 34 genutzt werden.
Messvorrichtung 10 nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass N = 4 ist und die 4 Enden auf den Ecken eines Quadrats fixiert sind.
Messvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturblende (40) nur Objektwellen (36) mit einem Einfallswinkel auf dem Detektor (38) passieren lässt, die zu auswertbaren Streifen führen.
Messvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung eines der Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 20 eingerichtet ist.