DE102006057606A1 - Test sample's e.g. concave test sample, optically smooth surface e.g. free form surface, laminar measurement method, involves filtering object waves, which are reflected from surface, by aperture stop in Fourier plane of imaging lens - Google Patents

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Abstract

The method involves illuminating an optically smooth surface (33) with discrete object waves (32). The object waves, which are reflected by the optically smooth surface, are super imposed with a reference wave (42) on a detector (38) for an interferogram. The surface is illuminated synchronously with multiple switchable object waves. The object waves, which are reflected from the surface, are filtered by an aperture stop (40) that is arranged in an optical path before the detector, where the aperture stop is provided in a Fourier plane of an imaging lens (36). An independent claim is also included for a measuring device for measuring an optically smooth surface.

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.The The present invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a measuring device according to the preamble of claim 21. It is under a visually smooth surface a mirroring reflective surface understood.

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.Such an interferometric method and such a measuring device has already been developed at the Institute for Technical Optics of the University of Stuttgart and in the DE 103 25 601 B3 been revealed.

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.to Measurement of optical surfaces Interferometry is an accurate and fast method at. Interferometry uses the wave property of light. In the overlay a known reference wave and one of the surface of the Test specimens usually deformed object wave arise areas with extinction and Areas with light amplification. The resulting intensity image, the interferogram, contains the information about the deviation of the test object from the nominal shape and can be evaluated.

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.give way however, object wave and reference wave are strongly different from each other, so are the interference fringes are so dense that they no longer reach the detector disbanded can be. The detector is usually an imaging sensor, e.g. a camera.

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.The Interferometry is used, for example, for the measurement of optical Components such as lenses. The majority Contains today's optics exclusively spheres, so Lenses whose surfaces have a spherical shape. The interferometric test spherical Lenses is unproblematic and standardized. In her survey avoids excessive deviations between the object wave and the reference wave by the use of a so-called null lens, which is an initially flat Measuring wave forms into a spherical wave, which then ideally perpendicular on the sphere to be measured falls and is reflected by it as an object wave, so that in the return through the Null lens again, a plane wave is created, which as an object wave is superimposed with the also flat reference wave.

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.By the use of aspheres, So lenses whose surfaces deviate from the pure spherical shape, optics are more powerful and can be more compact be built. Such optics penetrate the market in areas like high performance lenses for the wafer exposure, but also lenses and photo optics more and more.

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.When requirement for an exact production of aspheres applies the exact measurement of their surface. In principle, aspheres can be similar to spheres with Help a zero lens, or more generally, a zero optics, measured become.

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.in the Contrary to the measurement of spherical surfaces However, the interferometric measurement of aspheric surfaces a task that has not been satisfactorily solved in many areas the optical metrology. The origin of the problems occurring lies in the fact that zero tests on aspheres always the production of special, to the asphere adapted refractive or diffractive optics as zero lenses require.

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 .Nucleaves for aspheres are already manufactured by default diffractive and refractive, whereby a diffractive structure is used to reshape the spherical object wave of an interferometer objective so that a wave adapted to the specimen is formed. comparisons HJ 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.There aspheres are produced in an enormous variety of forms, is the production adapted zero lenses but with a great deal of time and expense connected.

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.It is also known, a for the test more spherical Lens used lens by a so-called. Computer generated hologram (CGH). A CGH is a diffractive optical element that matches the adaptation the measuring shaft to an aspherical examinee allows so that here too, the measuring shaft is perpendicular to the test object. Again, the preparation of such CGHs is time consuming and is expensive, so this way is efficient only at high volumes.

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.Tries, aspheres without interferometry measurement without zero optics in the non-zero test, often fail due to the occurrence of interferograms with too high Streak densities that are no longer resolved by the camera used. Furthermore, standard calibration methods are not sufficient. Often they leave on the surface of the test piece reflected rays even the optical 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.In the publications YM Liu, GN Lawrence, CL Koliopoulos, "Subaperture Testing of Aspheric with Anular Zone", Applied Optics, 27, 4504-4513, 1988 and M. Melozzi, L. Pezzati, A. Mazzoni, "Testing aspheric surfaces using multiple annular interferograms", Optical Engineering, 32, 1073-1079, 1993 , Measuring devices are proposed in which rotationally symmetric aspheres are measured stepwise. Either the asphere or the interferometer lens is moved along the optical axis. It will be in everyone Measurement of each ring evaluable on the asphere, on which the rays impinge approximately vertically. Finally, the individual areas must be combined to form an overall measurement taking into account propagation effects.

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.at the measurement of individual ring zones by movements of the asphere or However, the interferometer optics is limited to rotationally symmetric aspheres. In addition, prove here mechanical inaccuracies as problematic.

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.For reliable measurements in the non-zero test, ways must be found to characterize the interferometer and its deviations from the desired configuration. In this context describe JE Greivenkamp and RO Gappinger in the paper "Design of a nonnull interferometer for aspheric wavefronts", Applied Optics, 43, 5143-5151, 2004 , a method for characterizing a Mach-Zehnder interferometer using reverse engineering. Measurements are performed with a known calibration object and simulations are used to identify precisely the misalignments that reproduce the measurement results. Search algorithms are used which minimize the deviations from the real measurements in the parameter space (position and orientation of the lenses included in the structure). In addition, manufacturing errors of the individual surfaces are measured separately and are included in the simulation.

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.at that of Greivenkamp et al. proposed method of "reverse engineering " recommended the optical system from as few components as possible to collapse the parameter space. This restricts however the efficiency of the interferometer e.g. in terms of resolution.

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 Another method, which has already been used successfully in the measurement of spherical optics with large apertures and has now been transferred to the measurement of aspheres, results from the "Subaperture Stitching Interferometer" from the company QED, with the individual areas of the asphere by rotation of the Test specimens and pivoting of the interferometer are measured. comparisons J. Fleig, P. Dumas, PE Murphy, GW 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.The subaperture stitching interferometer, however, is device technology relatively expensive and still on weak aspheres limited.

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.A stitching method of the company QED, in which also the interferometer error, which is the same for all measurements, is determined, leads to an overall measurement, the measurement uncertainty in the measurement of spheres is even lower than in measurements without stitching. comparisons www.qedmrf.com Meanwhile, the measurement of weak aspheres should work with this method.

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.That from the aforementioned DE 103 25 601 B3 known method uses a tiltable reference wave, with which it is possible to reduce the stripe density in individual areas of the interferogram so far that an evaluation is easier. In this case, a phase-shifting point light source array is used, with which the tilted reference waves are generated and at the same time the phase shift is realized.

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.By tilting the evaluable range of the interferogram is shifted, so that the asphere can be measured in segments. In this case, a shift of a region of the interferogram is understood to mean a change of the two-dimensional fringe pattern. This change is the subject of the DE 103 25 601 as a result of a change in the angle of incidence of the reference wave on the camera. For this purpose, a phase shifting point light source array is used, which allows a single activation of individual, decentralized point light sources. A decentralized arrangement is understood to be an arrangement away from an optical axis of the system. The following collimating lens converts the spherical wave emanating from the point light source into a quasi-level tilted wave. The superposition with the object wave then yields an asymmetric interferogram, in which the areas of evaluable stripes have shifted. Without tilting arise symmetric interferograms, for example in the form of concentric strips known. In operation, some interferograms are recorded with different reference wave tilts to capture each point of the measurement field with at least one measurement. Subsequently, the evaluable ranges of the individual measurements are combined to form an overall measurement.

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.For the right one Put together of the areas it is necessary to know the exact influence of the tilting to determine the measurement. For this purpose, calibration measurements are made in advance with two simultaneously activated tilted reference waves and hidden object wave performed to their difference directly to measure interferometrically.

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.However, a disadvantage of this method is the time required. The time required results from the fact that many interferograms with different reference wave tilts must be recorded sequentially around each point of the measurement field of the at least one measurement to capture. In addition, higher aspheres again show high stripe densities, which make it difficult to measure these stronger aspheres.

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.Known are also non-interferometric methods such as the deflectometric Procedures in which the surface shape reconstructed from the beam deflection at reflection on the surface is, and purely mechanical Tastschnittverfahren, in which a mechanical Push button over the surface guided and whose deflection is measured. Deflectometric method measure either pointwise or areally. Profile method measure basically point by point. Point-by-point measuring methods (stylus method or point-wise deflectometry) take a relatively long time for the measurements. With the area Although measuring deflectometry can be local slopes and bends of the test piece measure well, but the absolute error of the measurements is not satisfactory.

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.In front In this background, the object of the invention in the specification a method and a measuring device of the beginning mentioned type, with which also stronger aspheres and / or freeform surfaces with Reduced time required without Nulloptiken accurately measured.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren und einer Messvorrichtung jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.These Task is in a method and a measuring device respectively by the characteristics of the independent claims solved.

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.Thereby, that the surface simultaneously with several object waves of different point light sources is illuminated and reflected from the surface object waves in the beam path in front of the detector in a Fourier plane (Focal plane) of the imaging optics filtered aperture diaphragm filtered be the advantage that the aspherical DUT at the same time among many illuminated at different angles, each lighting angle leads to evaluable interference in one or more zones.

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.in the Comparison with the known interferometer with tilted reference the main advantage of this is the possibility of measuring several zones in parallel, which reduces the time required for a complete Measurement of the test object drastically reduced. It has also been shown that the invention also a measurement stronger aspheres allowed as with the interferometer with tilted reference possible is.

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.in the Contrary to aspheric measurements with Diffractive or refractive Nulloptiken results in a time and cost savings, because no special Nulloptiken made Need to become. Across from Interferometers, in which the specimen or the interferometer optics moved along the optical axis, there is the advantage that the results are not affected by mechanical inaccuracies become. Furthermore is a measurement non-rotationally symmetric specimens possible.

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".The in the following introduced interferometer with variable object wave allows not just the reduction of stripe densities in the interferometric Surveying aspherical Surfaces, but offers through a specially developed calibration strategy also the possibility a comprehensive characterization of the interferometer. Includes the calibration strategy is a definition and simulation-aided determination the waves in the test room, that belong to the different sources and the waves that come from the test room on the different camera pixels. The knowledge of this Waves leads to avoid so-called "retrace errors".

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.Further Advantages will be apparent from the description and the attached figures.

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.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in the specified combination, but also in other combinations or alone, without to leave the scope of the present invention.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description explained. In each case, in schematic form:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung; 1 an embodiment of a measuring device according to the invention;

2 ein auf herkömmliche Weise und ein erfindungsgemäß aufgenommenes Interferogramm; 2 a conventionally and an interferogram taken in accordance with the invention;

3 eine Ausgestaltung eines Punktlichtquellen-Arrays aus der 1; 3 an embodiment of a point light source array of the 1 ;

4 eine Ausgestaltung einer alternativen Ausführungsform zur Erzeugung von Objektwellen mit unterschiedlicher Propagationsrichtung; und 4 an embodiment of an alternative embodiment for generating object waves with different propagation direction; and

5 eine Ausgestaltung zur Prüfung von konkaven Prüflingen. 5 an embodiment for testing concave DUTs.

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.In detail, the shows 1 a measuring device 10 with a light source 12 , the coherent light in a Objektlichtwellenleiter 14 and a reference optical fiber 16 feeds. The measuring device 10 is also referred to below as interferons ter 10 designated. From the object fiber optic cable 14 leaking light 18 is from a first collimation optics 20 collimates and serves to illuminate a point light source array 22 , which below with reference to the 3 will be explained in more detail.

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.It is essential first that the point light source array 22 a matrix of elements of controllable transmission, each element in the state of controlled transmission and light source switched on 12 a point light source 23 represents, in each case a spherical wave 24 emanates. For the sake of clarity is in the 1 just a beam cone of a single spherical wave 24 shown. Part of the spherical waves 24 happens a beam splitter 26 and is through a second collimation optics 28 and an interferometer lens 30 as an object wave 32 on a visually smooth surface 33 of a test object 34 displayed. At the surface 33 it can be a spherical or aspherical, concave or convex surface or generally a free-form surface. By controlling and absteuern the transmission becomes the point light source 23 and thus also the resulting object wave switched on and off.

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.In this embodiment, discrete object waves 32 by a rigid arrangement of switchable point light sources 23 generated, which is approximately at a distance f in front of the collimating optics 28 where f is the focal length of the collimating optics 28 designated. Ideally, the distance is exactly equal to the focal length.

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.The 2-dimensional point light source array is used to generate object waves 32 different tilt relative to the optical axis of the second collimating optics 28 and the interferometer lens 30 , Becomes the central point light source of the point light source array 22 It uses a central spherical wave propagating from it through the optical system consisting of second collimation optics 28 and interferometer lens 30 , in the test room behind the interferometer lens 30 generates a converging, central spherical wave. This corresponds to the configuration of conventional interferometers. In this case, the point light source of the array is under the central point light source 22 understood, the optical axis of the optical system from the second Kollimationsoptik 28 and the interferometer lens 30 is closest.

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.Will, as in the 1 indicated, another, decentralized point light source 23 used, in the test room, the object wave tilted with respect to the central shaft is created 32 pointing to the examinee 34 falls and on its surface 33 is reflected. The surface 33 can be any free-form surface with or without symmetry. Depending on the shape of the test object 34 becomes the object wave 32 during reflection on the test object 34 deformed. By interferometer lens 30 , second collimation optics 28 and imaging optics 36 becomes the examinee 34 on a camera as a detector 38 displayed. An aperture stop 40 is in the beam path in front of the imaging optics 36 in the focal plane (Fourier plane) of the imaging optics 36 arranged and dimensioned so that they reflect only the proportions of the. object wave 32 lets through that little of a reference wave 42 deviate and thus lead to evaluable interference.

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.This becomes clear when looking at the beam path in the 1 considered. From the spherical wave 24 there is shown only one beam cone, which is bounded by an upper edge beam and a lower edge beam and has a further, central beam. Both marginal rays become after reflection on the surface 33 from the aperture stop 40 hidden and therefore do not fall on the camera 38 , By contrast, the central beam passes after its reflection on the surface 33 the aperture stop 40 and falls to the camera 38 , The surface element of the surface 33 , where the central beam is reflected, thus belongs to an illumination angle, which leads to an evaluable interference with a likewise on the camera 38 falling reference wave. The remaining rays are hidden and therefore do not contribute to a disturbing fringe pattern with an unresolvable stripe density. It is understood that the aperture can also be arranged slightly outside the focal plane. Essential is the suppression of rays, which contribute to a disturbing, non-resolvable stripe density. However, the arrangement in the focal plane is preferred.

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.The in the reference fiber optic cable 16 fed light is used as a reference wave 42 separately over the beam splitter 26 guided and by a reference wave lens 44 on the center of the aperture stop 40 focused. In the embodiment of 1 settles at the reference wave 42 a phase shift required by a phase shifter for a phase shift algorithm 17 in the reference optical fiber 16 Taxes.

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.In the embodiment of 1 can be differently oriented object waves 32 with the 2-dimensional point light source array 22 switchable light sources 23 of the point light source array 22 to reach. For every surface element on the surface 33 of the test piece 34 stands by the multitude of object waves 32 at least one illumination angle available, wherein the reflected wave on the surface element at a similar angle to the camera 38 like the time constant reference wave 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.Because the aperture stop 40 only lets through the object waves that are at a similar angle to the reference wave 42 into the camera 38 come to mind, At the same time, it fades out the reflected object waves, which would not lead to any evaluable stripes. For each of a point light source 23 outgoing object wave 32 arises on the camera 38 at least one demarcated area that can be evaluated. Here, an evaluable range is understood to mean a stripe pattern with resolvable strips. The area or areas of other object waves lie elsewhere. As a result, each of these areas contains information about another part of the surface 33 of the test piece 34 , Due to the clear delimitation of the areas are preferred many object waves 32 switched on simultaneously.

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.To be sure that every point of the surface 33 of the test piece 34 with at least one object wave 32 is evaluated, a preferred embodiment provides a design of the interferometer, or the measuring device 10 before, in which the evaluable areas of different object waves 32 from different point light sources 23 overlap.

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.To avoid interfering with the overlapping areas, only a selection of object waves will be used 32 switched on at the same time, for example every fourth. That is, in the point light source array 22 becomes only a quarter of the available point light sources 23 activated simultaneously. In the next measurement, every fourth object wave, but other object waves are used again, etc. After four measurements, all object waves were used once and every point of the surface 33 of the test piece 34 was with at least one object wave 32 evaluated sampled.

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.A calculator 48 controls the activity of each point light source 23 of the point light source array 22 , stores the for each lighting condition of the DUT 34 and thus for each of the switched states (transparent / non-transparent) of point light sources 23 of the point light source array 22 from the camera 38 recorded interferograms, and determines the dimensions of the surface 33 of the test piece 34 by an evaluation of the intensity distributions of the stored interferograms. The computer 48 In this respect, it is set up, in particular programmed, to control the course of the method according to the invention and / or one of its embodiments. Together with the calculator 48 This results in a total of a measuring device 10 , which is set up for carrying out the method according to the invention and / or its embodiments presented here.

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.As a light source 12 In one embodiment, a He-Ne laser of wavelength λ = 633 nm with 10 mW power is used. This embodiment is useful for measuring optics for visible light. Depending on the application, other light sources with different powers and / or other wavelengths may be useful.

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. 2a shows qualitatively a section of a conventional interferogram, which has been taken with a single, central point light source. A central area with a stripe pattern with small radii is separated from a peripheral stripe pattern with larger radii. In between is an area where the stripe density is so high that it can not be resolved by the camera. As a consequence, no usable information about the structure of the test object can be obtained from this intermediate area 34 be won.

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. 2 B shows, however, also purely qualitatively, a recorded using the invention interferogram. The simultaneous use of multiple tilted object waves results in multiple sub-interferograms shifted from a central position, each of which is a particular surface element of the surface 33 , an associated object wave direction and thus a specific point light source of the point light source array 22 assigned.

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.The following is with reference to the 3 the operation of the phase shifting point light source array 22 explained. The primary purpose of the array 22 consists in the production of individually switchable, arranged in a predetermined grid point light sources 23 , The location of the point light sources 23 is due to the location of pinhole 50.1 . 50.2 . 50.3 . 50.4 , .... a pinhole array 50 Are defined. In the beam path in front of the pinhole 50.1 . 50.2 . 50.3 . 50.4 , there are microlenses 52.1 . 52.2 . 52.3 . 52.4 , ... a microlens array 52 to focus from the right to the pinhole 50.1 . 50.2 . 50.3 . 50.4 , .... incoming light. The third component is the array 22 a liquid crystal display 54 (LCD), that, in the propagation direction of the light 18 , even before the microlens array 52 is placed.

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.The liquid crystal display 54 consists of a grid of small liquid crystal cells (pixels), their transmission from the computer 48 controlled is adjustable. In the ground state of the point light source array 22 (all point sources 23 inactive) all pixels of the liquid crystal display 54 switched non-transparent. The illumination of the entire point light source array 22 occurs at a slight angle α, so that the point light sources 23 remain inactive even when a small portion of the light passes through the "intransparent" pixels of the liquid crystal display 54 penetrates. This results from the fact that the light in such a case just next to the pinhole 50.1 . 50.2 . 50.3 . 50.4 , .... is focused.

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.To activate a point source 23 will with the liquid crystal display 54 in front of a microlens 52.2 a local diffraction grating 56 generated. Diffraction gratings cause the light to split into different orders of diffraction, which propagate in slightly different directions. The system is adjusted so that the first diffraction order of the microlens 52.2 exactly on the pinhole 50.2 is focused (dashed lines). All point sources can be activated and deactivated independently of each other. In addition, the phase of each active point light source 23 by the lateral displacement of the diffraction grating 56 be moved. Such defined phase shifts are required in the standard evaluation algorithms of phase-shifting interferometry.

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.In a preferred embodiment, the phase shifting point light source array 22 a liquid crystal display 54 with a pixel pitch of 36 μm and a pixel count of 1024 × 768. It is understood, however, that the dimensions and pixel numbers are not limited to these values.

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.The quartz substrate, the microlenses on one side 52.1 . 52.2 . 52.3 . 52.4 , ... of the microlens array 52 and on the other side the pinholes 50.1 . 50.2 . 50.3 . 50.4 , ...., in one embodiment has a thickness of 9 mm. The diffractive microlenses 52.1 . 52.2 . 52.3 . 52.4 , ... are each 2.52 mm × 2.52 mm in size and made in gray tone lithography. The distance between the pinholes 50.1 . 50.2 . 50.3 . 50.4 , to each other corresponds to the microlens size, its diameter is 25 microns. With the realized point light source array 22 In one embodiment, 11 × 13 point light sources 23 switchable. With a second collimation optics with a focal length f = 160 mm results in a maximum tilt angle of 7 °, with which the measuring device shown 10 is working. The measuring device 10 is hereafter also called interferometer 10 designated.

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. 4 shows an alternative embodiment of a point light source array. The light of the object wave light guide 14 becomes 1: N (N preferably = 4) switch 60 on one of the N light guides 61 connected. The ends of the N light guides 61 be in a holder ( 62 ) fixed. At N = 4, the fixation is preferably such that the ends lie on the corners of a square. The N ends of the N light guides 61 Make N point light sources 23 , After a certain propagation distance that falls from such a point light source 23 outgoing light 24 on a diffractive element 66 , preferably a cross grid, which is designed so that the input light 24 diffracted in M orders of diffraction. In this way, object waves that are initially tilted relative to one another by an object wave M are generated, which illuminate the test object 34 be used.

5 zeigt eine Ausgestaltung zur Prüfung von konkaven Prüflingen 34b. Hierbei kann auf die Kollimationsoptik 28 sowie das Interferometerobjektiv 30 aus 1 verzichtet werden. 5 shows an embodiment for testing concave DUTs 34b , Here can on the collimation optics 28 as well as the interferometer lens 30 out 1 be waived.

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.The embodiment of the 5 contrary to 1 no phase actuator 17 in the reference waveguide 16 rather, the phase shift becomes direct with the phase shifting point light source array 22 accomplished.

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:

Figure 00230001
To the measuring device 10 With variable object wave, a special calibration strategy has been developed. It first requires the parameterization of all possible object waves that are in the test room (space in which the DUT 34 is positioned) arrive. This parameterization must be able to both the object waves 32 in space, as well as the dependence on the choice of the object wave (in the example: dependence on the coordinate of the point light source). The object waves 32 can be described, for example, by optical path length functions which result in a reference plane in the test room. The path length is then dependent on spatial coordinates X, Y (in the plane of reference of the beam propagation) and the source coordinates M, N. The dependence of the path length WQ on the coordinates can be expressed in the form of polynomials:
Figure 00230001

Hier bezeichnet der Term

Figure 00230002
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 Qijkl beschreibt, die zu den Potenzenprodukten MiNjXkYk gehören. Andere Polynomdarstellungen, z.B. Zernike-Polynome, sind denkbar.Here is the term
Figure 00230002
the sum with the index variables i, j, k, l. These range from zero to a value dependent on the desired accuracy. Q is a 4-dimensional tensor describing source waves with the coefficients Q ijkl belonging to the power products M i N j X k Y k . Other polynomial representations, eg Zernike polynomials, are conceivable.

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

Figure 00240001
Equivalent to the definition of the source waves Q, pixel waves P may be defined as the waves that exactly pass from the inspection room through the entire imaging system to a camera pixel. These pixel waves are also described as path length functions that depend on location coordinates x, y in a reference plane in the test space and on the camera pixel coordinates m, n. Again, polynomials are used to describe the path lengths WP of the pixel waves P
Figure 00240001

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.The characterization of the interferometer 10 P and Q is a "black-box" description that describes the effect, but not the internal structure of the interferometer 10 describes. If P and Q are known, the expected optical path for each object wave can be found for a known object in the test room Calculate length WP from the source to each point in the camera plane (path length of a pixel-source combination). For an ideal interferometer, P and Q can be calculated using optical simulation software and polynomial fits.

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.It is still unclear how unavoidable deviations of a real interferometer 10 of the ideal interferometer, which can also be identified and quantified by different coefficients in P and Q. For this purpose, a selection of pixel-source combinations are first selected for one or more known calibration objects whose optical path lengths are considered below. For each coefficient of P and Q it is then simulated how the infinitesimal change of the coefficient affects the optical path lengths of the selected pixel-source combinations.

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.These are stored as characteristic path length changes of the coefficient. Then be with the real interferometer 10 measured the deviations of the optical path lengths compared to the ideal interferometer for the selected pixel-source combinations. Finally, an attempt is made to represent these deviations as a linear combination of the characteristic path length changes of the coefficients. This takes place in the form of a linear system of equations, which is resolved after the coefficient deviations.

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.These coefficient deviations are added to the coefficients of the ideal interferometer to obtain P and Q of the real interferometer 10 to obtain. If different calibration objects or the same calibration object are used in different positions for calibration, it must be expected that inaccuracies in the relative positioning will occur. The influence of the positioning errors on the pixel-source combinations can also be simulated and included in the linear system of equations, so that the solution of the linear system of equations also reveals the positioning errors.

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.Is this interferometer 10 calibrated as described, so may from a measurement with the interferometer 10 With variable object wave, the shape of the specimen can be uniquely determined using the real P and Q. Similar to the calibration, the process can be carried out by solving a linear system of equations. This time, the UUT shape will also be described using polynomials and their associated coefficients. It is determined again simulatively which measurement results are to be expected from an ideal test specimen and which influence the deviation of individual coefficients (of the specimen) has on the measurement result.

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.The Deviation of the real measurement result from the simulated measurement result an ideal examinee becomes again as linear combination of the deviations of individual coefficients shown. The resulting linear system of equations is calculated according to Coefficient deviations resolved, which are added to the coefficients of the ideal candidate form. High-frequency residual deviations, which are described by the description by Polynomials are not recorded, taking into account the impact angle the rays on the specimen surface displayed.

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.A preferred embodiment is characterized in that the computer performs the described calibration procedure and therefore set up to carry it out, is programmed in particular. Alternatively or in addition the results of the calibration process stored in the computer and in the measurement of test pieces used.

Claims (27)

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.Method for the surface measurement of an optically smooth surface ( 33 ), the surface ( 33 ) with a plurality of discrete object waves ( 32 ) is illuminated from different directions, and those at the surface ( 33 ) reflected object waves ( 32 ) with one to one or more object waves ( 32 ) coherent reference wave ( 42 ) on a detector ( 38 ) are superimposed to an interferogram in which dimensions of the surface ( 33 ), characterized in that the surface ( 33 ) simultaneously with a plurality of switchable object waves ( 32 ) and that of the surface ( 33 ) reflected object waves ( 32 ) in the beam path in front of the detector ( 38 ) arranged aperture diaphragm ( 40 ), which are preferably in the Fourier plane of an imaging optics ( 36 ) are filtered. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwelle (42) separat geführt und in etwa auf die Mitte der Aperturblende (40) fokussiert wird.Method according to claim 1, characterized in that the reference wave ( 42 ) separately and approximately to the center of the aperture ( 40 ) is focused. 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.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the discrete object waves ( 32 ) are generated by a rigid arrangement of switchable point light sources, which are located at a distance f in front of a collimating optics ( 28 ), where f is the focal length of the collimating optics ( 28 ) designated. 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.Method according to one of the preceding claims, characterized in that phase shifts between an object wave ( 32 ) and the reference wave ( 42 ) by shifting the phase of the reference wave ( 42 ) be generated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Kalibrierung zunächst alle möglichen Objektwellen, die in einen Prüfraum gelangen, parametrisiert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized marked that for a calibration first all possible Object waves in a test room arrive, be parameterized. 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.Method according to claim 5, characterized in that that the parameterization by describing the object waves as Functions of the optical path lengths carried out in a reference plane in the test room. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschreibung durch Polynom-Funktionen WQ der Form
Figure 00280001
mit Raumkoordinaten X, Y in der Bezugsebene und Quellenkoordinaten M, N oder durch Zernike-Polynome erfolgt.
A method according to claim 6, characterized in that the description by polynomial functions WQ of the form
Figure 00280001
with spatial coordinates X, Y in the reference plane and source coordinates M, N or by Zernike polynomials.
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.Method according to claim 7, characterized in that that, equivalent to define the source waves, pixel waves are defined as the waves be passing out of the test room run the entire imaging system exactly to a camera pixel. 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.Method according to claim 8, characterized in that the pixel waves are also described as path length functions are derived from location coordinates x, y in a reference plane in the test room and depend on the camera pixel coordinates m, n. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Polynome
Figure 00290001
zur Beschreibung der Weglängen WP der Pixelwellen verwendet werden.
Method according to claim 9, characterized in that polynomials
Figure 00290001
to describe the path lengths WP of the pixel waves.
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.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that with known P and Q for a known object in the test room to each object wave the expected optical path length of the source is calculated to every point in a camera plane. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass P und Q für ein ideales Interferometer unter Verwendung von Optiksimulationssoftware und Polynomfits berechnet werden.Method according to claim 11, characterized in that that P and Q for an ideal interferometer using optical simulation software and polynomial fits are calculated. 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.Method according to claim 12, characterized in that that unavoidable deviations of a real interferometer from ideal interferometer, which is also characterized by divergent coefficients in P and Q show, thereby be recognized and quantified that first for one or a plurality of known calibration objects, a selection of pixel-source combinations chosen be, for simulates each coefficient of P and Q of the associated optical path length WP becomes how the infinitesimal change of the coefficient arises the optical path lengths the chosen one Affect pixel-source combinations and then this as a characteristic path length of the coefficient, then with the real interferometer the deviations of the optical path lengths compared to the ideal interferometer for the selected pixel source combinations be measured, and these deviations as a linear combination of characteristic path length changes of Coefficients in the form of a linear equation system shown which is resolved after the coefficient deviations, and the coefficient deviations to the coefficients of the ideal interferometer are added to obtain P and Q of the real interferometer. 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.A method according to claim 13, characterized that if different calibration objects or the same for calibration Calibration object used in various positions, an influence of positioning errors on the pixel-source combinations as well is simulated and included in the linear system of equations. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Objektwelle, mit der die Oberfläche beleuchtet wird, variiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the angle of the object wave, with which the surface is illuminated, is varied. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass verschieden orientierte Objektwellen mit einem 2-dimensionalen Raster von schaltbaren Lichtquellen erzeugt werden.Method according to claim 15, characterized in that that differently oriented object waves with a 2-dimensional grid be generated by switchable light sources. 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.Method according to claim 16, characterized in that the aperture diaphragm ( 40 ) is dimensioned so that it only allows angles leading to evaluable stripes in the interferogram. 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.Method according to one of claims 15 to 17, characterized that the interferometer is designed so that from different object waves resulting subregions of the interferogram with evaluable Overlap strips. 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.Method according to one of claims 15 to 18, characterized that when recording a first interferogram only a first Selection of object waves is switched on at the same time. 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.A method according to claim 19, characterized in that for recording a second interferogram only a second, from the first out Choice of different selection of object waves ( 36 ) is turned on at the same time. 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.Method according to Claim 20, characterized in that for pairings of interferograms pairs of different selections of object waves ( 36 ), the object waves ( 36 ) of a selection are turned on simultaneously, and that the process is repeated with different selections until all object waves ( 36 ) and / or each point of the surface with at least one object wave ( 36 ) was evaluated. 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.Measuring device ( 10 ) for measuring an optically smooth surface ( 33 ), with at least three switchable point light sources ( 23 ), an imaging optics ( 36 ) and a detector ( 38 ), wherein the measuring device ( 10 ) is adapted to the surface ( 33 ) with object waves ( 32 ) to be illuminated by the point sources ( 23 ) on the surface ( 33 ) reflected object waves ( 32 ) with one to the object waves ( 32 ) coherent reference wave ( 42 ) through the imaging optics ( 36 ) and on a detector ( 38 ) to superimpose an interferogram in which dimensions of the surface ( 33 ), characterized in that the measuring device ( 10 ) one in the beam path in front of the detector ( 38 ) preferably in a Fourier plane of the imaging optics ( 36 ) arranged aperture diaphragm ( 40 ), and is adapted to the surface ( 33 ) simultaneously with several object waves ( 32 ) of different point light sources ( 23 ) and the surface ( 33 ) reflected object waves ( 32 ) through the aperture diaphragm ( 40 ). 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).Measuring device ( 10 ) according to claim 22, characterized in that the point light source ( 23 ) Part of an array ( 22 ) of individually switchable point light sources ( 23 ), where the array ( 22 ) so many point light sources ( 23 ) and these are arranged so that for different surface elements of the surface ( 33 ) yields at least one respective illumination angle at which the object wave reflected on the surface element ( 32 ) at a similar angle of incidence on the detector ( 38 ) hits like the time-constant reference wave ( 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.Measuring device ( 10 ) according to claim 22, characterized in that the measuring device 10 an object wave light guide ( 14 ) and a 1: N switch 60 having the object waves from the optical fiber ( 14 ) on one of N optical fibers 61 switches, their ends in a holder ( 62 ) and point light sources ( 23 ) whose light is transmitted through a diffractive element, 66 , Preferably, a cross grating is diffracted in M diffraction orders, so that from the object wave initially tilted object wave M to each other generated object waves are generated to illuminate the specimen 34 be used. Messvorrichtung 10 nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass N = 4 ist und die 4 Enden auf den Ecken eines Quadrats fixiert sind.measuring device 10 according to claim 24, characterized in that N = 4 and the 4 ends are fixed on the corners of a square. 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.Measuring device ( 10 ) according to one of claims 22 to 25, characterized in that the aperture diaphragm ( 40 ) only object waves ( 36 ) with an angle of incidence on the detector ( 38 ), which lead to evaluable strips. 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.Measuring device ( 10 ) according to one of claims 22 to 26, characterized in that it is adapted to carry out one of the methods according to claims 2 to 20.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014001323A1 (en) 2014-02-04 2015-08-06 Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, dieses vertreten durch den Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Method for optimizing a simulated optical system
WO2015173346A3 (en) * 2014-05-13 2016-03-03 Carl Mahr Holding Gmbh Method for calibrating a measuring device
DE102015222366A1 (en) 2015-11-12 2017-05-18 Universität Stuttgart Tilted object waves using and a Fizeau interferometer lens having interferometer
DE102017205474A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 Robert Bosch Gmbh Device, for example for a LIDAR sensor, for generating variable interference patterns and method for operating such a device

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9435640B2 (en) 2013-12-04 2016-09-06 Zygo Corporation Interferometer and method for measuring non-rotationally symmetric surface topography having unequal curvatures in two perpendicular principal meridians
DE102015110973A1 (en) * 2015-07-07 2017-01-12 Wimmel Joseph Illuminating device with wavefront adjusters and measuring device for measuring holograms
DE102015119274B4 (en) * 2015-11-09 2018-07-12 Björn Habrich Method and device for determining the spatial position of an object by means of interferometric length measurement

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030103215A1 (en) * 2001-11-16 2003-06-05 Michael Kuchel Scanning interferometer for aspheric surfaces and wavefronts
DE10325601B3 (en) * 2003-06-05 2005-01-13 Universität Stuttgart Switchable point light source array and its use in interferometry

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030103215A1 (en) * 2001-11-16 2003-06-05 Michael Kuchel Scanning interferometer for aspheric surfaces and wavefronts
DE10325601B3 (en) * 2003-06-05 2005-01-13 Universität Stuttgart Switchable point light source array and its use in interferometry

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014001323A1 (en) 2014-02-04 2015-08-06 Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, dieses vertreten durch den Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Method for optimizing a simulated optical system
DE102014001323B4 (en) * 2014-02-04 2016-02-18 Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, dieses vertreten durch den Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Method for optimizing a simulated optical system
WO2015173346A3 (en) * 2014-05-13 2016-03-03 Carl Mahr Holding Gmbh Method for calibrating a measuring device
DE102014209040B4 (en) * 2014-05-13 2019-02-14 Carl Mahr Holding Gmbh Method for calibrating a measuring device
US10323938B2 (en) 2014-05-13 2019-06-18 Carl Mahr Holding Gmbh Method for calibrating a measuring device
DE102015222366A1 (en) 2015-11-12 2017-05-18 Universität Stuttgart Tilted object waves using and a Fizeau interferometer lens having interferometer
WO2017081328A1 (en) 2015-11-12 2017-05-18 Universität Stuttgart Interferometer using tilted object waves and comprising a fizeau interferometer objective
JP2018537670A (en) * 2015-11-12 2018-12-20 ウニベルジテート シュトゥットガルト Interferometer with Fizeau interferometer objective lens using tilted object wave
US10612905B2 (en) 2015-11-12 2020-04-07 Universitaet Stuttgart Interferometer using tilted object waves and comprising a Fizeau interferometer objective
DE102017205474A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 Robert Bosch Gmbh Device, for example for a LIDAR sensor, for generating variable interference patterns and method for operating such a device
DE102017205474B4 (en) 2017-03-31 2019-06-27 Robert Bosch Gmbh Device, for example for a LIDAR sensor, for generating variable interference patterns and method for operating such a device

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