DE102007021953B4

DE102007021953B4 - Interferometrische Messvorrichtung zum Vermessen einer Oberfläche eines Prüflings

Info

Publication number: DE102007021953B4
Application number: DE200710021953
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Dörband
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-05-11
Also published as: DE102007021953A1

Abstract

Optisches Bauteil (44) für eine interferometrische Messvorrichtung (10) zum Messen eines Krümmungsradiuses (R) einer sphärischen Oberfläche (12) eines Prüflings (14), mit einem Wellenformelement (46) zum Umformen zumindest eines Teils einer eingestrahlten Messwelle (20) in eine einen bekannten Radius (R_KW) aufweisende Kugelwelle (48) sowie einem ersten diffraktiven Hilfselement (50), welches dazu eingerichtet ist, eingestrahltes Licht (20) in eine auf eine erste fiktive sphärische Fläche (52) fokussierte erste Hilfswelle (58a) umzuwandeln, wobei die erste fiktive Fläche (52) in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle (48) positioniert ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches Bauteil für eine interferometrische Messvorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung eine interferometrische Messvorrichtung mit einem derartigen optischen Bauteil. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Prüfling mit einer zu vermessenden Oberfläche. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen eines Krümmungsradius einer sphärischen Oberfläche eines Prüflings.
Eine zu vermessende Oberfläche kann die Oberfläche einer in optischen Systemen verwendeten optischen Linse oder eines in derartigen Systemen verwendeten optischen Spiegels sein. Derartige optische Systeme können z. B. astronomische Teleskope oder Systeme zum Abbilden von Strukturen, wie etwa auf einer Maske bzw. einem Retikel befindlichen Strukturen, auf ein strahlungsempfindliches Substrat, wie etwa Resist, mittels eines lithographischen Verfahrens sein. Die Qualität derartiger optischer Systeme wird im wesentlichen durch die Genauigkeit bestimmt, mit der die optische Oberfläche mit einer von einem Designer des optischen Systems festgelegten Sollform hergestellt werden kann. Bei der Herstellung ist es notwendig, die tatsächliche Form der hergestellten Oberfläche mit ihrer Sollform zu vergleichen und Abweichungen zwischen der hergestellten Oberfläche und der Solloberfläche zu bestimmen. Die Oberfläche kann dann an denjenigen Bereichen, an denen die Abweichungen zwischen der hergestellten Oberfläche und der Solloberfläche z. B. vordefinierte Schwellwerte übersteigen, weiter bearbeitet werden.
Üblicherweise werden interferometrische Messvorrichtungen zur hoch präzisen Vermessung von Prüflingsoberflächen verwendet. Eine interferometrische Messvorrichtung zum Vermessen einer Oberfläche eines Prüflings, wie zum Beispiel in DE 10 2005 036 166 A1 beschrieben, umfasst typischerweise eine ausreichend kohärente Lichtquelle und ein Interferometer zum Erzeugen einer auf die zu testende Oberfläche eingestrahlten Messwelle, wobei die Messwelle derart angepasst wird, dass die Wellenfront der Messwelle an dem Ort der zu testenden Oberfläche die gleiche Form aufweist wie die Sollform der zu testenden Oberfläche. Dabei trifft die Messwelle senkrecht auf die zu testende Oberfläche auf und wird von dieser zum Interferometer zurückreflektiert. Daraufhin wird das zurückreflektierte Licht mit von einer Referenzfläche reflektiertem Licht überlagert und Abweichungen zwischen der tatsächlichen Form der zu testenden Oberfläche und ihrer Sollform werden aus einem sich daraus ergebenden Interferenzmuster ermittelt.
Krümmungsradien von sphärischen optischen Oberflächen werden in der Praxis durch axiale Verschiebung des Prüflings aus einer Autokollimationsstellung in eine sogenannte „Katzenaugenposition" bestimmt. In der Autokollimationsstellung stehen die Strahlen der Messwelle senkrecht auf dem Prüfling, während in der „Katzenaugenposition" der Prüfling genau im Fokus der Messwelle steht. In beiden Positionen läuft die Messwelle in sich zurück. Der Abstand zwischen beiden Positionen wird dann als der gesuchte Krümmungsradius der zu prüfenden Oberfläche gemessen. Nachteilig ist dabei, dass der Prüfling verschoben werden muss. Dazu ist eine entsprechend aufwendige Verschiebemimik notwendig, der Messprozess ist umständlich und zeitraubend. Darüber hinaus ist eine Verschiebung des Prüflings in den Fokuspunkt des Prüfobjektivs, insbesondere bei langen Radien, oft nicht möglich, da der Fokuspunkt nicht zugänglich ist.
Bei der Vermessung der Form von sphärischen Oberflächen können lediglich Oberflächen mit dem gleichen Verhältnis aus ihrem Krümmungsradius R und ihrem Durchmesser D mit der gleichen Prüfoptik vermessen werden. Zur Vermessung von Sphären mit unterschiedlichen R/D-Verhältnissen muss die Prüfoptik zwischen den Messungen ausgetauscht werden. Das Gleiche gilt für Asphären mit unterschiedlichen Oberflächenformen, für die jeweils ein eigenes CGH (computergeneriertes Hologramm) für die einzelne Asphäre als Prüfoptik verwendet werden muss. Der Wechsel der Prüfoptik ist zeitintensiv und aufwendig. Bei dem Wechsel ist oft eine lange Temperierung der Prüfmittel notwendig.
Vor der Prüfung der Oberfläche einer Linse erfolgt eine azimutale Ausrichtung derselben in der Prüfanordnung. Dabei wird die azimutale Lage der Linse mit Hilfe einer Strichmarkierung am Außenzylinder der Linse in der Prüfanordnung ausgerichtet. Dazu dient oft ein „Fadenkreuz", das mit der Messvorrichtung fest verbunden ist. Die Linse wird solange in der Aufnahme gedreht, bis Strichmarkierung und Fadenkreuz übereinstimmen. Dabei ist die azimutale Ausrichtung der Linse stark von der Tagesform und dem handwerklichen Geschick des Messtechnikers abhängig. Die Genauigkeit der Zuordnung der ermittelten Oberflächenabweichungen zu den Linsenkoordinaten ist daher oft ungenau bzw. fehlerhaft.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die vorgenannten Probleme zu lösen und insbesondere eine interferometrische Messvorichtung und ein Verfahren zum Messen eines Krümmungsradius einer sphärische Oberfläche eines Prüflings bereitzustellen, mit der bzw. mit dem die Messung von Prüflingsparametern, wie etwa des Krümmungsradiuses, der Form und/oder der azimutalen Ausrichtung des Prüflings erleichtert bzw. verbessert wird.
Erfindungsgemäße Lösung
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem optischen Bauteil gemäß Anspruch 1, einem optischen Bauteil gemäß Anspruch 2, einem optischen Bauteil gemäß Anspruch 10, einer interferometrischen Messvorrichtung gemäß Anspruch 15, einer interferometrischen Messvorrichtung gemäß Anspruch 16, einer interferometrischen Messvorrichtung gemäß Anspruch 18, einem optischen Bauteil gemäß Anspruch 24, einem Prüfling gemäß Anspruch 27, einem Verfahren gemäß Anspruch 28, sowie einem Verfahren gemäß Anspruch 29 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem optischen Bauteil für eine interferometrische Messvorrichtung zum Messen eines Krümmungsradiuses einer sphärischen Oberfläche eines Prüflings gelöst. Das erfindungsgemäße optische Bauteil umfasst ein Wellenformelement zum Umformen zumindest eines Teils einer eingestrahlten Messwelle in eine einen bekannten Radius aufweisende Kugelwelle sowie ein erstes diffraktives Hilfselement, welches dazu eingerichtet ist, eingestrahltes Licht in eine auf eine erste fiktive sphärische Fläche fokussierte erste Hilfswelle umzuwandeln, wobei die erste fiktive Fläche in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle positioniert ist. Weiterhin ist die Aufgabe erfindungsgemäß mit einer interferometrischen Messvorichtung zum Messen eines Krümmungsradiuses einer sphärischen Oberfläche eines Prüflings mit einem derartigen Bauteil gelöst.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß ferner mit einem optischen Bauteil für eine interferometrische Messvorrichtung zum Messen eines Krümmungsradiuses einer sphärischen Oberfläche eines Prüflings gelöst. Dieses optische Bauteil umfasst ein Wellenformelement zum Umformen zumindest eines Teils einer eingestrahlten Messwelle in eine einen bekannten Radius aufweisende Kugelwelle sowie mindestens zwei diffraktive Hilfselemente, von denen ein erstes diffraktives Hilfselement dazu eingerichtet ist, eingestrahltes Licht in eine auf eine erste fiktive sphärische Fläche fokussierte erste Hilfswelle umzuwandeln, und ein zweites diffraktives Hilfselement dazu eingerichtet ist, eingestrahltes Licht in eine auf eine zweite fiktive sphärische Fläche fokussierte zweite Hilfswelle umzuwandeln, wobei die erste fiktive Fläche einen ersten Krümmungsradius und die zweite fiktive Fläche einen zweiten Krümmungsradius aufweist, sowie die fiktiven Flächen jeweils in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle positioniert sind. Weiterhin ist die Aufgabe erfindungsgemäß mit einer interferometrischen Messvorichtung zum Messen eines Krümmungsradiuses einer sphärischen Oberfläche eines Prüflings mit einem derartigen Bauteil gelöst.
Ferner ist die Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Messen eines Krümmungsradiuses einer sphärischen Oberfläche eines Prüflings gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines optischen Bauteils mit einem Wellenformelement sowie einem ersten diffraktiven Hilfselement, Einstrahlen einer Messwelle auf das Wellenformelement und Umformen der eingestrahlten Messwelle mittels des Wellenformelements in eine einen bekannten Radius aufweisende Kugelwelle, Anordnen des Prüflings derart, dass die sphärische Oberfläche in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle positioniert ist, Einstrahlen von Licht auf das erste diffraktive Hilfselement und Umwandeln des eingestrahlten Lichts mittels des ersten diffraktiven Hilfselements in eine auf eine erste fiktive sphärische Fläche fokussierte erste Hilfswelle, wobei die erste fiktive Fläche in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle angeordnet ist, Reflektieren der ersten Hilfswelle an der Oberfläche des Prüflings, sowie Erzeugen eines Interferogramms durch Überlagern der reflektierten ersten Hilfswelle mit einer Referenzwelle.
Ferner ist die Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Messen eines Krümmungsradiuses einer sphärischen Oberfläche eines Prüflings gelöst. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines optischen Bauteils mit einem Wellenformelement sowie mindestens zwei diffraktiven Hilfselementen, Einstrahlen einer Messwelle auf das Wellenformelement und Umformen der eingestrahlten Messwelle mittels dem Wellenformelement in eine den bekannten Radius aufweisende Kugelwelle. Anordnen des Prüflings derart, dass die sphärische Oberfläche in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle positioniert ist, Einstrahlen von Licht auf die diffraktiven Hilfselemente und Umwandeln des eingestrahlten Lichts mittels eines ersten diffraktiven Hilfselements in eine auf eine erste fiktive sphärische Fläche fokussierte erste Hilfswelle und mittels eines zweiten diffraktiven Hilfselements in eine auf eine zweite fiktive sphärische Fläche fokussierte zweite Hilfswelle, wobei die erste fiktive Fläche einen ersten Krümmungsradius und die zweite fiktive Fläche einen zweiten Krümmungsradius aufweist, sowie die fiktiven Flächen jeweils in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle angeordnet sind, Reflektieren der beiden Hilfswellen an der Oberfläche des Prüflings, sowie Erzeugen von Interferogrammen durch jeweiliges Überlagern der reflektierten Hilfswellen mit einer Referenzwelle.
Das im erfindungsgemäßen optischen Bauteil enthaltene Wellenformelement, kann z. B. als Linse oder auch als diffraktives optsiches Element, wie etwa als CGH (computergeneriertes Hologramm) ausgeführt sein. Sowohl die auf das Wellenformelement eingestrahlte Messwelle als auch das auf die diffraktiven Hilfselemente eingestrahlte Licht, welches beispielsweise Teil der eingestrahlten Messwelle sein kann, sollte ausreichend kohärent sein, um entsprechende Interferogramme in Überlagerung mit der Referenzwelle zu erzeugen.
Die Wellenlänge des Lichts kann im sichtbaren oder nicht sichtbaren Bereich liegen. Als Lichtquelle kann beispielsweise ein Helium-Neon-Laser mit einer Wellenlänge von 632,8 Nanometer dienen. Wie bereits vorstehend ausgeführt, ist die von dem ersten diffraktiven Hilfselement erzeugte Hilfswelle auf eine in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle angeordnete erste fiktive sphärische Fläche fokussiert. Eine Fläche befindet sich in Autokollimationsstellung bezüglich einer Kugelwelle, wenn die einzelnen Strahlen der Kugelwelle bei Reflexion an der Fläche in sich zurücklaufen.
Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Messverfahrens wird der Prüfling derart positioniert, dass dessen sphärische Oberfläche in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle angeordnet ist. Durch das Vorsehen des ersten diffraktiven Hilfselements läßt sich ein Interferogramm durch Überlagern der durch das diffraktive Hilfselement erzeugten und an der sphärischen Oberfläche des Prüflings reflektierten Hilfswelle mit einer Referenzwelle erzeugen. Aus dem so erzeugten Interferogramm lässt sich der Abstand des Prüflings von dem optischen Bauteil bestimmen. Das bzw. die diffraktiven Hilfselemente können beispielsweise als CGH's (computergenerierte Hologramme) ausgeführt sein.
Die Bestimmung des Abstands des Prüflings von dem optischen Bauteil geschieht insbesondere durch Auswerten des Streifenabstands in dem Interferogramm bzw. den Interferogrammen. Befindet sich die Oberfläche des Prüflings am Ort einer fiktiven sphärischen Fläche, so verschwinden die Streifen in dem von der auf diese sphärische Fläche fokussierten Hilfswelle gebildeten Interferogramm vollständig. In diesem Fall stimmt die Position der Oberfläche des Prüflings mit dem bekannten Fokus der entsprechenden Hilfswelle überein.
Befindet sich die Prüflingsoberfläche nicht am Ort der ersten fiktiven sphärischen Fläche bzw. ist die Prüflingsoberfläche zwischen den Fokuspunkten der beiden Hilfswellen angeordnet, so weist das Interferogramm einen charakteristischen Streifenabstand bzw. weisen beide Interferogramme charakteristische Streifenabstände auf. Aus diesem Streifenabstand bzw. diesen Streifenabständen lässt sich die genaue Position der Prüflingsoberfläche rechnerisch bestimmen. Je größer der Streifenabstand, umso näher befindet sich die Prüflingsoberfläche an der fiktiven Fläche, auf die die zugehörige Hilfswelle fokussiert ist. Damit lässt sich mittels des erfindungsgemäßen optischen Bauteils der Abstand der Prüflingsoberfläche von dem optischen Bauteil über einen ausgedehnten Abstandsbereich bestimmen.
Der Abstand der Prüflingsoberfläche hängt von dem Krümmungsradius der Oberfläche ab. Der genaue Krümmungsradius der Prüflingsoberfläche ergibt sich aus der Differenz zwischen dem bekannten Radius der Kugelwelle und dem bestimmten Abstand zwischen der Oberfläche des Prüflings und dem optischen Bauteil. Damit kann mittels der erfindungsgemäßen Lösung der Krümmungsradius der Prüflingsoberfläche gemessen werden, ohne den Prüfling bei der Messung verschieben zu müssen. Das Vorsehen einer aufwendigen Verschiebemimik ist damit nicht mehr notwendig. Auch kann der Krümmungsradius der Prüflingsoberfläche in dem Fall gemessen werden, in dem der Fokus der Messwelle unzugänglich ist.
Die Messung des Abstands zwischen dem optischen Bauteil und der Prüflingsoberfläche kann mittels der erfindungsgemäßen diffraktiven Hilfsstruktur(en) mit hoher Genauigkeit über einen großen Abstandsbereich erfolgen. Damit können Krümmungsradien der Prüflingsoberfläche in einem großen Radienbereich mit hoher Genauigkeit vermessen werden. Durch die Anordnung des diffraktiven Hilfselements bzw. der diffraktiven Hilfselemente auf dem auch das Wellenformelement aufweisenden optischen Bauteil ist eine direkte räumliche Korrelation zwischen der Kugelwelle und der Hilfswelle bzw. den Hilfswellen hergestellt, wodurch sich eine besonders genaue Abstandsmessung erreichen lässt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung weist das optische Bauteil ein dem ersten diffraktiven Hilfselement zugeordnetes weiteres erstes diffraktives Hilfselement auf, welches derart angeordnet ist, dass die an der ersten fiktiven Fläche reflektierte erste Hilfswelle das weitere erste Hilfselement durchläuft. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung weist das optische Bauteil ein dem ersten diffraktiven Hilfselement zugeordnetes weiteres erstes diffraktives Hilfselement sowie ein dem zweiten diffraktiven Hilfselement zugeordnetes weiteres zweites diffraktives Hilfselement auf. Die an der ersten fiktiven Fläche reflektierte erste Hilfswelle durchläuft das weitere erste diffraktive Hilfselement und die an der zweiten fiktiven Fläche reflektierte zweite Hilfswelle durchläuft das zweite weitere Hilfselement. Damit laufen die jeweiligen Hilfswellen nicht durch die diffraktiven Hilfselemente, von denen sie erzeugt wurden in das Interferometer zurück. Dies ermöglicht die Fokussierung der Hilfswellen auf zentrumsnahe Bereiche der Prüflingsoberfläche. Da die Formgenauigkeit der Oberfläche oft in diesem Bereich am höchsten ist, ermöglicht die erfindungsgemäße Ausführungsform eine besonders genaue Messung des Abstands zwischen dem optischen Bauteil und der Prüflingsoberfläche. Vorteilhafterweise wird das eingestrahlte Licht von den einzelnen diffraktiven Hilfselementen auf einen jeweiligen Scheitel der entsprechenden fiktiven Flächen fokussiert. Damit werden bei der Vermessung der Prüflingsoberfläche die Hilfswellen ebenfalls am Scheitel der Prüflingsoberfläche reflektiert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das eingestrahlte Licht von dem ersten diffraktiven Hilfselement auf einen Randbereich der ersten fiktiven Fläche fokussiert. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das eingestrahlte Licht von einzelnen diffraktiven Hilfselementen auf jeweilige Randbereiche der entsprechenden fiktiven Flächen fokussiert. Damit werden die einzelnen Hilfswellen ebenfalls an Randbereichen der Prüflingsoberfläche reflektiert. Dies ermöglicht es, die Prüflingsoberfläche sehr nahe an das optische Bauteil heranzuführen, das heißt auch sehr kleine Abstände zum optischen Bauteil können realisiert werden. Damit können besonders große Linsendurchmesser vermessen werden. Vorteilhafterweise läuft die von einer jeweiligen fiktiven Fläche reflektierte Hilfswelle durch dasjenige Hilfselement, mit welchem die Hilfswelle erzeugt wurde. Damit können eine Vielzahl unterschiedlicher diffraktiver Hilfselemente auf dem optischen Bauteil angeordnet werden, das heißt eine große Bandbreite an unterschiedlichen Fokuseinstellungen der Hilfswellen können vorgesehen werden. Dies ermöglicht die Vermessung von Prüflingsoberflächen mit einer großen Zahl unterschiedlicher Krümmungsradien mit hoher Genauigkeit.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das eingestrahlte Licht von dem ersten diffraktiven Hilfselement auf eine teilkreisförmige Linie auf der ersten fiktiven Fläche fokussiert wird. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das eingestrahlte Licht von einzelnen diffraktiven Hilfselementen auf jeweilige teilkreisförmige Linien auf den entsprechenden fiktiven Flächen fokussiert wird. Damit erzeugte „schneidenförmige" Fokuslinien ermöglichen eine genaue Abstandsmessung zwischen dem optischen Bauteil und der Prüflingsoberfläche.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das auf das erste diffraktive Hilfselement bzw. die diffraktiven Hilfselemente eingestrahlte Licht Teil der Messwelle. Damit beleuchtet die Messwelle sowohl das Wellenformelement als auch die diffraktiven Hilfselemente auf dem optischen Bauteil. Damit ist eine Korrelation zwischen dem von der Kugelwelle erzeugten Interferogramm zur Einstellung der Autokollimationsstellung und den zur Abstandsmessung von den Hilfswellen erzeugten Interferogrammen in besonders hohem Maße gegeben. Damit lässt sich der Abstand zwischen dem optischen Bauteil und der Prüflingsoberfläche besonders genau bestimmen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform gehen das erste und das zweite diffraktive Hilfselement derart kontinuierlich ineinander über, dass ein auf beide diffraktive Hilfselemente eingestrahltes Licht auf ein Kontinuum an zwischen der ersten fiktiven Fläche und der zweiten fiktiven Fläche angeordneten Fokuspunkten fokussiert wird. Das erste und das zweite diffraktive Hilfselement und gegebenenfalls weitere diffraktive Hilfselemente bilden damit einen kontinuierlich segmentierten diffraktiven Bereich mittels welchem das eingestrahlte Licht auf eine Fokuslinie zwischen den beiden fiktiven Flächen, insbesondere entlang der optischen Achse des Wellenformelements, fokussiert wird. Zur Bestimmung des Abstands zwischen dem optischen Bauteil und der Prüflingsoberfläche muss dann lediglich aus der eine Vielzahl ineinander übergehende Einzelinterferogramme aufweisenden resultierenden Interferenzstruktur der Ort mit der geringsten Streifendichte bestimmt werden und dieser Ort über eine vorbekannte Abstandskorrelation in den Abstand als Messergebnis umgerechnet werden.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin mit einem optischen Bauteil für eine interferometrische Messvorrichtung zum Vermessen von Oberflächen von Prüflingen gelöst, wobei das optische Bauteil mindestens zwei diffraktive Elemente zum jeweiligen Umformen einer Wellenfront einer eingestrahlten Messwelle aufweist und ein erstes diffraktives optisches Element darauf ausgelegt ist, die Wellenfront der Messwelle an eine erste Sollform einer Prüflingsoberfläche anzupassen, und ein zweites diffraktives optisches Element darauf ausgelegt ist, die Wellenfront der Messwelle an eine von der ersten Sollform verschiedene zweite Sollform einer Prüflingsoberfläche anzupassen. Darüber hinaus ist die vorgenannte Aufgabe mit einer interferometrischen Messvorrichtung zum Vermessen einer jeweiligen Form von Oberflächen von Prüflingen gelöst, die ein derartiges optisches Bauteil aufweist. Weiterhin wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß mit einer interferometrischen Messvorrichtung zum Vermessen einer jeweiligen Form von Oberflächen von Prüflingen mit einem derartigen Bauteil gelöst.
Mit anderen Worten sind erfindungsgemäß mindestens zwei diffraktive optische Elemente vorgesehen, wobei die einzelnen diffraktiven optischen Elemente darauf ausgelegt sind, die Wellenfront einer eingestrahlten Messwelle an unterschiedliche Solloberflächen anzupassen. Die diffraktiven optische Elemente können beispielsweise jeweils als CGH (computergeneriertes Hologramm) ausgeführt sein. Vorteilhafterweise weist das optische Bauteil mehr als zwei diffraktive Elemente auf.
Das erfindungsgemäße optische Bauteil ermöglicht es, die zugehörige interferometrische Messvorrichtung mit geringem Aufwand auf unterschiedliche Prüflingsoberflächenformen umzustellen. Dazu muss lediglich das optische Bauteil relativ zum Messstrahl derart verschoben werden, dass der Messstrahl ein anderes diffraktives Element durchläuft. Durch das Vorsehen der verschiedenen diffraktiven optischen Elemente auf dem optischen Bauteil nach der Erfindung können unterschiedlich geartete Prüflinge in schneller Folge gemessen werden. Damit wird etwa eine lange Temperierung der Prüfmittel bei Wechsel des Öffnungsverhältnisses überflüssig.
In dem Fall, in dem asphärische Oberflächen aufweisende Prüflinge zu vermessen sind, können die diffraktiven optischen Elemente auf dem optischen Bauteil zum Umformen der Wellenfront der eingestrahlten Messwelle an die jeweiligen asphärischen Formen der einzelnen Prüflingsoberflächen angepasst sein. Im Fall von sphärischen Oberflächen können die einzelnen diffraktiven optischen Elemente etwa unterschiedliche Öffnungsverhältnisse aufweisen. Damit können etwa Linsen mit unterschiedlichen R/D-Verhältnissen geprüft werden, wobei R der Krümmungsradius und D der Durchmesser der Linsenoberfläche ist. Bei asphärischen Linsen können auch unterschiedliche R/D-Verhältnisse der bestpassendsten Sphären der asphärischen Linsen mit dem erfindungsgemäßen optischen Bauteil geprüft werden. Das Öffnungsverhältnis eines optischen Elements ist als das Verhältnis des Durchmessers des Elements zu seiner Brennweite definiert.
Vorteilhafterweise befinden sich die verschiedenen optischen diffraktiven Elemente auf einem einzigen Substrat. Vorteilhafterweise ist das optische Bauteil „mit nur einem CGH" realisiert und damit die diffraktiven optischen Elemente in ein einziges Substrat geschrieben. Dies stellt eine erhebliche Kostenersparnis gegenüber einer Verwendung einer Vielzahl von verschiedenen Prüfoptiken dar.
In einer vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung weisen die einzelnen diffraktiven optischen Elemente unterschiedliche Brennweiten auf. Die Brennweiten der diffraktiven optischen Elemente definieren den maximalen Krümmungsradius der mittels der optischen Elemente vermessbaren Prüflingsoberfläche. Durch das Vorsehen von diffraktiven optischen Elementen mit unterschiedlichen Brennweiten können damit auf einfache Weise Prüflingsoberflächen unterschiedlicher Krümmungsradien vermessen werden.
Wie bereits vorstehend angesprochen, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die einzelnen diffraktiven optischen Elemente darauf ausgelegt sind, die Wellenfront der eingestrahlten Messwelle an Solloberflächen mit unterschiedlichen Aspherizitäten anzupassen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die diffraktiven optischen Elemente in einer Ebene angeordnet sind, die im Betrieb des optischen Bauteils in der Messvorrichtung quer, insbesondere senkrecht, zur Ausbreitungsrichtung der eingestrahlten Messwelle ausgerichtet ist. Die Umstellung der Messvorrichtung auf ein anderes diffraktives optisches Element kann durch einfaches Verschieben des optischen Bauteils entlang der genannten Ebene erfolgen. Vorteilhafterweise weist die interferometrische Messvorrichtung eine Verschiebeeinrichtung zum Verschieben des optischen Bauteils in einer quer zur Ausbreitungsrichtung der eingestrahlten Messwelle angeordneten Ebene auf.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin mit einer interferometrischen Messvorrichtung zum Messen einer Abweichung einer tatsächlichen Form einer Oberfläche eines Prüflings von einer Sollform der Oberfläche gelöst. Die erfindungsgemäße interferometrische Messvorrichtung umfasst Mittel zum Bereitstellen einer Messwelle, deren Wellenfront an die Sollform der Oberfläche angepasst ist und die sich entlang einer optischen Achse ausbreitet, sowie eine Interferometerkamera zum Erfassen eines Interferogramms, welches durch Überlagerung der an der Oberfläche des Prüflings reflektierten Messwelle mit einer Referenzwelle erzeugt ist, wobei die Messvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Azimutmarkierung auf dem Prüfling auf eine Erfassungsfläche der Interferometerkamera abzubilden.
Mit anderen Worten wird bei der erfindungsgemäßen interferometrischen Messvorrichtung die Azimutmarkierung mit der gleichen Interferometerkamera erfasst, mit der auch das Interferogramm erfasst wird, aus dem die Abweichung der tatsächlichen Form der Oberfläche des Prüflings von ihrer Sollform ermittelt wird. Damit kann die Rotationsstellung bzw. eine azimutale Ausrichtung des Prüflings in Bezug auf die optische Achse der Messvorrichtung mittels der Interferometerkamera erfasst werden. Die Azimutmarkierung kann etwa als Strichmarkierung oder Gravur auf dem Prüfling ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht damit eine direkte Zuordnung des interferometrischen Messergebnisses zur azimutalen Lage des Prüflings. Erfolgte die azimutale Ausrichtung ungenau, so ist eine rechnerische Korrektur der interferometrischen Messdaten aufgrund der gemessenden azimutalen Ausrichtung möglich. Außerdem kann mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung die azimutale Ausrichtung des Prüflings auch von der Messvorrichtung automatisch justiert werden. Fehlerbeiträge aufgrund einer ungenauen Ausrichtung durch den Messtechniker können vermieden werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Azimutmarkierung an einem sich quer zur vermessenden Oberfläche erstreckenden Seitenbereich des Prüflings angeordnet und die Messvorrichtung umfasst einen Umlenkspiegel zum Abbilden der Azimutmarkierung auf die Erfassungsfläche der Interferometerkamera. Für den Fall, dass der Prüfling eine optische Linse ist, kann die Azimutmarkierung beispielsweise am Außenzylinder der Linse angebracht sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Messvorrichtung darauf ausgelegt, eine Azimutmarkierung, die an einer die zu vermessende Oberfläche kontinuierlich fortführenden Randfläche des Prüflings angeordnet ist, auf die Erfassungsfläche der Interferometerkamera abzubilden. In dem Fall, in dem der Prüfling eine optische Linse ist, kann die Azimutmarkierung in einem den Testbereich der Linsenoberfläche umgebenden Randbereich der Linsenoberfläche angeordnet sein. In diesem Fall kann die Abbildung der Azimutmarkierung auf die Interferometerkamera ohne größeren Umbauaufwand der Messvorrichtung erfolgen. Beispielsweise kann die Abbildung durch ein optisches Bauteil der Messvorrichtung, mittels welchem die Wellenfront der Messwelle an die Sollform der Oberfläche angepasst wird, erfolgen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Messvorrichtung darauf ausgelegt ist, eine ebenfalls an der Randfläche des Prüflings angeordnete weitere Markierung auf die Erfassungsfläche der Interferometerkamera abzubilden. Damit ist es möglich, sowohl die azimutale als auch die laterale Lage der Oberfläche relativ zur optischen Achse der Messvorrichtung zu bestimmen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die interferometrische Messvorrichtung eine von den Mitteln zum Bereitstellen der Messwelle unabhängige Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten der Azimutmarkierung.
Die Beleuchtungseinrichtung kann kohärentes oder inkohärentes Licht bereitstellen. Damit wird die Messwelle nicht zur Beleuchtung der Azimutmarkierung benötigt. Der gesamte Strahlquerschnitt der Messwelle kann zum Messen der Oberflächenform des Prüflings verwendet werden.
Die vorgenannte Aufgabe ist erfindungsgemäß weiterhin mit einem optischen Bauteil für eine interferometrische Messvorrichtung zum Messen einer Abweichung einer tatsächlichen Form einer Oberfläche eines Prüflings von einer Sollform der Oberfläche gelöst. Das optische Bauteil umfasst ein Wellenformelement zum Anpassen einer eingestrahlten Messwelle an die Sollform der Oberfläche, so dass aus einem Interferogramm, welches auf einer Interferometerkamera der Messvorrichtung durch Überlagerung der an der Oberfläche des Prüflings reflektierten Messwelle mit einer Referenzwelle erzeugt ist, die Oberflächenabweichung bestimmbar ist. Weiterhin umfasst das optische Bauteil eine Hilfsstruktur, mittels welcher eine Azimutmarkierung auf dem Prüfling auf eine Erfassungsfläche der Interferometerkamera abbildbar ist. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Lösung mit einer, ein derartiges optisches Bauteil aufweisenden interferometrischen Messvorrichtung gelöst.
Eine derartige interferometrische Messvorrichtung ist eine vorteilhafte Ausführungsform der bereits vorstehend erläuterten interferometrischen Messvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Azimutmarkierung auf die Erfassungsfläche der Interferometerkamera abzubilden. Bezüglich der sich erfindungsgemäß ergebenden Vorteile des optischen Bauteils wird auf die vorhergehenden Ausführungen verwiesen. Mit anderen Worten ist die Hilfsstruktur des optischen Bauteils darauf ausgelegt, die Interferometerkamera auf die Azimutmarkierung zu fokussieren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des optischen Bauteils ist die Hilfsstruktur dazu eingerichtet, einen Teil der Messwelle auf die Azimutmarkierung zu lenken. Damit kann auf eine zusätzliche Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der Azimutmarkierung verzichtet werden. Die Hilfsstruktur des optischen Bauteils ist vorteilhafterweise darauf ausgelegt, eine Azimutmarkierung, welche an einer die zu vermessende Oberfläche kontinuierlich fortführenden Randfläche des Prüflings angeordnet ist auf die Erfassungsfläche der Interferometerkamera abzubilden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Hilfsstruktur darauf ausgelegt, eine ebenfalls an der Randfläche des Prüflings angeordnete weitere Markierung auf die Erfassungsfläche der Interferometerkamera abzubilden.
Die vorgenannte Aufgabe ist erfindungsgemäß weiterhin mit einem Prüfling gelöst, der eine zu vermessende Oberfläche und eine die zu vermessende Oberfläche kontinuierlich fortführende Randfläche aufweist, wobei die Randfläche mindestens eine Azimutmarkierung aufweist, mittels der eine Rotationsstellung des Prüflings mit der vorgenannten interferometrischen Messvorrichtung bestimmbar ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend sind beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer interferometrischen Messvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen optischen Bauteil in einer ersten Ausführungsform;
2 eine Veranschaulichung des optischen Bauteils aus 1 in Seitenansicht;
3 das in 2 dargestellte optische Bauteil in Draufsicht;
4 ein mittels des optischen Bauteils gemäß der 2 und 3 erzeugtes Interferenzbild;
5 ein mittels eines optischen Bauteils in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform erzeugtes Interferenzbild;
6 ein mittels eines optischen Bauteils in einer darüber hinaus weiteren Ausführungsform nach der Erfindung erzeugtes Interferenzbild;
7 ein optisches Bauteil in einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung in Draufsicht;
8 das optische Bauteil gemäß 7 in Seitenansicht;
9 ein optisches Bauteil in einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung in Draufsicht;
10 das optische Bauteil gemäß 9 in Seitenansicht;
11 ein optisches Bauteil in einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung in Draufsicht;
12 das optische Bauteil gemäß 11 in Seitenansicht;
13 einen Prüfling in Form einer optischen Linse in Seitenansicht;
14 eine interferometrische Messvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung;
15 ein optisches Bauteil in einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung in Draufsicht;
16 eine Veranschaulichung eines Abschnitts einer interferometrischen Messvorrichtung mit dem optischen Bauteil gemäß 15; sowie
17 eine Draufsicht auf einen Prüfling in Form einer optischen Linse in einer Ausführungsform nach der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung vorteilhafter Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder mit ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
1 veranschaulicht eine interferometrische Messvorrichtung 10 in einer Ausführungsform nach der Erfindung. Die Messvorrichtung 10 ist in der vorliegenden Ausführungsform geeignet zum Messen eines Krümmungsradiuses einer sphärischen Oberfläche 12 eines Prüflings, beispielsweise in Gestalt einer optischen Linse oder eines Spiegels. Die interferometrische Messvorrichtung 10 ist grundsätzlich auch zum Messen einer Abweichung einer tatsächlichen Form der Oberfläche 12 von einer Sollform der Oberfläche geeignet. Der Prüfling 14 ist mittels einer nicht zeichnerisch dargestellten Halterung montiert.
Die interferometrische Messvorrichtung 10 umfasst ein Interferometer 16, welches wiederum eine Lichtquelle 18, einen Strahlteiler 34 sowie eine Interferometerkamera 68 umfasst. Die Lichtquelle 18 erzeugt eine Beleuchtungsstrahlung 19 und umfasst dazu einen Laser 21, wie etwa einen Helium-Neon-Laser zum Erzeugen eines Laserstrahls 22. Der Laserstrahl 22 wird von einer Fokussierlinse 24 auf eine Blende 26 derart fokussiert, dass ein divergenter Strahl 28 kohärenten Lichts von der Blendenöffnung ausgeht. Die Wellenfront des divergenten Strahls 28 ist im wesentlichen sphärisch. Der divergente Strahl 28 wird von einer Linsengruppe 30 kollimiert, wodurch die Beleuchtungstrahlung 19 mit einer im wesentlichen ebenen Wellenfront erzeugt wird. Die Beleuchtungsstrahlung 19 breitet sich entlang einer optischen Achse 32 der Messvorrichtung 10 aus und durchläuft den Strahlteiler 34.
Daraufhin trifft die Beleuchtungsstrahlung 19 auf ein Fizeauelement 36 mit einer Fizeaufläche 38. Ein Teil des Lichts der Beleuchtungsstrahlung 19 wird als Referenzwelle 40 an der Fizeaufläche 38 reflektiert. Das das Fizeauelement 36 durchlaufende Licht der Beleuchtungsstrahlung 19 breitet sich als einlaufende Messwelle 20 weiter entlang der optischen Achse 32 aus. Die einlaufende Messwelle 20 weist eine ebene Wellenfront 42 auf und trifft auf ein optisches Bauteil 44.
Der mit II gekennzeichnete Abschnitt der 1 ist mit Ausnahme des Prüflings 14 vergrößert in 2 dargestellt. 3 zeigt das optische Bauteil 44 gemäß der 1 und 2 in Draufsicht. Wie aus 3 ersichtlich, umfasst das optische Bauteil 44 ein zentral angeordnetes kreisförmiges Wellenformelement 46. Das Wellenformelement 46 ist umgeben von einem Abstandsmessring 49 mit einzelnen segmentartigen diffraktiven Hilfselementen 50. Die einzelnen diffraktiven Hilfselemente 50 sind in 3 mit a₁–a₁₂ gekennzeichnet. Das Wellenformelement 46 kann als diffraktives optisches Element, wie etwa als CGH (computergeneriertes Hologramm) oder als klassische Linse ausgeführt sein.
Das Wellenformelement 46 wandelt den auf das Wellenformelement 46 eingestrahlten Teil der einlaufenden Messwelle 20 in eine Kugelwelle 48 um. Die Wellenfront der Kugelwelle 48 ist an eine Sollform der Oberfläche 12 angepasst. Der Prüfling 14 wird in seiner Autokollimationsstellung bzgl. der Kugelwelle 48 angeordnet. In der Autokollimationsstellung stehen die Strahlen der Kugelwelle 48 senkrecht auf der Oberfläche 12, so dass die Kugelwelle 48 in Reflexion in sich zurückläuft. Die an der Oberfläche 12 reflektierte Messwelle 20 im Nachfolgenden als rücklaufende Messwelle 60 bezeichnet. Wie aus 1 ersichtlich, durchläuft die rücklaufende Messwelle 60 wieder das optische Bauteil 44 sowie das Fizeauelement 36 und wird daraufhin über den Strahlteiler 34 zusammen mit der Referenzwelle 40 in die Interferometerkamera 68 eingestrahlt. Die rücklaufende Messwelle 60 und die Referenzwelle 40 werden in der Interferometerkamera 68 mittels eines Objektivsystems 66 auf eine Erfassungsfläche 62 eines Kamerachips 64 der Interferometerkamera 68 abgebildet. Damit wird ein Interferogramm 74 gebildet, das beispielhaft in den 4 bis 6 dargestellt ist.
Mittels dem damit auf der Erfassungsfläche 62 gebildeten Interferogramm 74 kann die Oberfläche 12 des Prüflings 14 in die Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle 48 gebracht werden. Weiterhin enthält die Wellenfront der rücklaufenden Messwelle 60 Informationen über eine Abweichung der tatsächlichen Form der Oberfläche 12 von einer Sollform derselben. Aus dem auf der Erfassungsfläche 62 gebildeten Interferogramm 74 lassen sich damit durch entsprechende Auswertung mittels einer Auswerteinrichtung 70 die tatsächliche Form der Oberfläche 12 bestimmen.
Das auf die einzelnen diffraktiven Hilfselementen 50 des optischen Bauteils 44 eingestrahlte Licht der einlaufenden Messwelle 20 wird von den jeweiligen diffraktiven Hilfselementen 50 in einzelne Hilfswellen 58 umgewandelt. 2 zeigt exemplarisch drei mit den Bezugszeichen 58a, 58b und 58c bezeichnete Hilfswellen 58. Eine erste Hilfswelle 58a wird von dem mit a₁ bezeichneten diffraktiven Hilfselement 50 gemäß 3 erzeugt. Die erste Hilfswelle 58a ist auf einen Scheitelpunkt einer ersten fiktiven sphärischen Fläche 52 fokussiert. Die erste fiktive sphärische Fläche 52 weist einen ersten Krümmungsradius r₁ auf und ist in Autokollimationsstellung bzgl. der Kugelwelle 48 angeordnet. Die erste Hilfswelle 58a wird am Scheitelpunkt der Oberfläche 12 des Prüflings 14 reflektiert und durchläuft das dem mit a₁ bezeichneten diffraktiven Hilfselement 50 gegenüberliegende und mit a₇ bezeichnete diffraktive Hilfselement 50. Von dort läuft die erste Hilfswelle 58a im Strahlengang der rücklaufenden Messwelle 60 in die Interferometerkamera 68 ein und wird mit der Referenzwelle 40 überlagert.
Damit entsteht eines der in 4 gezeigten Interferogramme 72 eines gesamten auf der Erfassungsfläche 62 erzeugten Interferenzbildes 71. Analog geht auch von dem mit a₇ bezeichneten Hilfselement 50 eine Hilfswelle 58 aus und nimmt den genau entgegengesetzten Weg im Vergleich zur ersten Hilfswelle 58a, d. h. die Hilfswelle 58 wird ebenfalls am Scheitel der Oberfläche 12 reflektiert wird und läuft daraufhin durch das mit a₁ bezeichnete diffraktive Hilfselement 50 in das Interferometer 16 zurück. Die weiteren diffraktiven Hilfselemente 50 bilden ebenfalls entsprechende Hilfswellen 58, wobei die mit a₂ bis a₆ bezeichneten diffraktiven Hilfselemente 50 auf jeweilige diffraktive sphärische Flächen mit unterschiedlichen Krümmungsradien fokussiert werden. Exemplarisch sind in 2 noch eine zweite Hilfswelle 58b sowie eine dritte Hilfswelle 58c dargestellt, die von den mit a₂ bzw. a₃ bezeichneten diffraktiven Hilfselementen 50 gebildet werden. Die zweite Hilfswelle 58b ist auf einen Scheitel einer zweiten fiktiven sphärischen Fläche 54 mit einem zweiten Krümmungsradius r₂ fokussiert. Die dritte Hilfswelle 58c ist wiederum auf einen Scheitel einer dritten fiktiven sphärischen Fläche 56 mit einem Krümmungsradius r₃ fokussiert.
4 zeigt ein mittels dem optischen Bauteil 44 gemäß 3 auf der Erfassungsfläche 62 der Interferometerkamera 68 erzeugtes Interferenzbild 71. Im Zentrum des Interferenzbildes 71 ist das bereits zuvor erwähnte, von der zurücklaufenden Kugelwelle 48 erzeugte Interferogramm 74 zur Passeprüfung bzw. Formermittlung der Oberfläche 12 des Prüflings 14 angeordnet. Kreisringförmig um das Interferogramm 74 erstrecken sich die einzelnen mittels der verschiedenen Hilfswellen 58 erzeugten Interferogramme 72.
Die Auswerteeinrichtung 70 ist darauf ausgelegt, die Streifenabstände in den einzelnen Interferogrammen 72 auszuwerten. Je kleiner der Streifenabstand, umso näher befindet sich die Oberfläche 12 an der zugehörigen fiktiven sphärischen Fläche 52, 54 bzw. 56 des dem jeweiligen Interferogramm 72 zugeordneten diffraktiven Hilfselements 50. Unter Zugrundelegung der bekannten Positionen der einzelnen fiktiven sphärischen Flächen wird durch Auswertung der Interferogramme 72 der Abstand der Oberfläche 12 des Prüflings 14 von dem optischen Bauteil 44 bestimmt. Daraufhin wird der genaue Krümmungsradius R der Oberfläche 12 wie folgt ermittelt: R = RKW – d, (1) wobei R_KW der bekannte Radius der Kugelwelle 48 und d der wie vorstehend ermittelte Abstand zwischen dem optischen Bauteil 44 und der Oberfläche 12 des Prüflings 14 ist.
5 zeigt ein Interferenzbild 71, welches mit einem optischen Bauteil 44 erzeugt wurde, das sich von dem optischen Bauteil 44 aus 3 darin unterscheidet, dass der Abstandsmessring 49 die doppelte Anzahl an diffraktiven Hilfselementen 50, nämlich vierundzwanzig statt zwölf Hilfselemente 50 enthält.
6 zeigt ein Interferenzbild 71 einer weiteren Ausführungsform eines optischen Bauteils 44. In dieser Ausführungsform gehen die einzelnen diffraktiven Hilfselemente 50 derart kontinuierlich ineinander über, dass das auf die diffraktiven Hilfselemente 50 eingestrahlte Licht auf ein Kontium an entlang der optischen Achse 32 zueinander versetzten fiktiven sphärischen Flächen fokussiert wird. Der Abstandsmessring 49 ist in diesem Fall kontinuierlich segmentiert. Damit entsteht im Randbereich des Interferenzbildes 71 eine Interferenzstruktur 76, die aus unendlich vielen infinitesimal kleinen einzelnen Interferogrammen 72 besteht. Die Auswertung der Interferenzstruktur 76 geschieht analog zur Auswertung der Interferogramme 72 aus den 4 und 5.
Die 7 und 8 zeigen Draufsicht und Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des optischen Bauteils 44 zur Verwendung anstelle des optischen Bauteils 44 gemäß 3 in der interferometrischen Messvorrichtung 10 gemäß 1. Das optische Bauteil 44 gemäß 7 enthält wie das optische Bauteil 44 gemäß 3 nebeneinander in einem Abstandsmessring angeordnete und mit a₁ bis a₁₂ bezeichnete diffraktive Hilfselemente 50.
Die diffraktiven Hilfselemente 50 gemäß 7 erzeugen jeweilige Hilfswellen 78, die in Zuordnung zu den einzelnen, mit a₁ bis a₁₂ bezeichneten, diffraktiven Hilfselementen 50 als Hilfswellen 78₁ bis 78₁₂ bezeichnet sind. Die Hilfswellen 78₁ bis 78₁₂ sind im Gegensatz zu den mittels dem optischen Bauteil 44 gemäß 3 erzeugten Hilfswellen 52, 54 und 56 nicht auf den Scheitel, sondern auf Randbereiche jeweiliger fiktiver sphärischer Flächen fokussiert. 8 zeigt beispielhaft drei fiktive sphärische Flächen 52, 54 und 56 mit jeweiligen Krümmungsradien r₁, r₂ bzw. r₃.
Die von den mit a₁ und a₇ bezeichneten diffraktiven Hilfselementen 50 erzeugten Hilfswellen 78₁ und 78₇ sind auf unterschiedliche Punkte im Randbereich der ersten fiktiven sphärischen Fläche 52 fokussiert. Die von den mit a₂ und a₈ bezeichneten diffraktiven Hilfselementen 50 erzeugten Hilfswellen 78₂ und 78₈ sind auf Randbereiche der zweiten fiktiven sphärischen Fläche 54 fokussiert und die von den mit a₃ und a₉ bezeichneten diffraktiven Hilfselementen 50 ausgehenden Hilfswellen 78₃ und 78₉ sind auf die dritte fiktive sphärische Fläche 56 fokussiert. Die Fokuspunkte der einzelnen Hilfswellen 78 sind dabei so gewählt, dass die an der Oberfläche 12 des Prüflings 14 reflektierten Hilfswellen 78 im wesentlichen in sich selbst zurücklaufen und jeweils durch dasjenige Hilfselement 50 in das Interferometer 16 zurückläuft, mittels welchem die entsprechende Hilfswelle erzeugt wurde.
9 und 10 zeigen ein optisches Bauteil 44 in einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung in Draufsicht bzw. Seitenansicht. Dieses optische Bauteil 44 unterscheidet sich vom optischen Bauteil 44 gemäß der 7 und 8 lediglich darin, dass die einzelnen, von den diffraktiven Hilfselementen 50 erzeugten Hilfswellen 78₁ bis 78₁₂ auf jeweilige schneidenförmige bzw. teilkreisförmige Fokuslinien 79 auf dem Randbereich der Oberfläche 12 des Prüflings 14 fokussiert werden.
Die 11 und 12 zeigen eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines optischen Bauteils 144 zur Verwendung statt dem optischen Bauteil 44 in der interferometrischen Messvorrichtung 10 gemäß 1. Wie aus der Draufsicht auf das optische Bauteil 144 von 11 ersichtlich, weist das optische Bauteil 144 eine Vielzahl, in vorliegendem Fall neun verschiedene diffraktive optische Elemente 146 in Gestalt von CGH's (computergenerierte Hologramme) auf. Die diffraktiven optischen Elemente 146 sind in ein einziges CHG-Substrat 147 geschrieben und liegen damit in der gleichen Ebene.
Die einzelnen diffraktiven optischen Elemente 146 sind jeweils darauf ausgelegt, die Wellenfront der einlaufenden Messwelle 20 an eine jeweilige Sollform einer Prüflingsoberfläche 12 anzupassen. Die diffraktiven optischen Elemente 146 weisen unterschiedliche Öffnungsverhältnisse sowie unterschiedliche Brennweiten auf. Beispiele einzelner Öffnungsverhältnisse und Brennweiten der diffraktiven optischen Elemente 146 sind aus der 11 ersichtlich. So weist beispielsweise das am linken oberen Rand angeordnete diffraktive optische Element 146 ein Öffnungsverhältnis von 0,60 und eine Brennweite von 24 mm auf.
Das Öffnungsverhältnis eines diffraktiven optischen Elements 146 ist als das Verhältnis des Durchmessers des Elements 146 zu seiner Brennweite definiert. Das Öffnungsverhältnis des diffraktiven optischen Elements 146 definiert das Verhältnis R/D des Krümmungsradiuses R und des Durchmesser D einer gerade noch mit dem optischen Element 146 prüfbaren Oberfläche 12 eines Prüflings 14 in Gestalt einer optischen Linse, wie in 13 veranschaulicht. Das optische Bauteil 144 wird derart im Strahl der einlaufenden Messwelle 20 angeordnet, dass lediglich ein diffraktives optisches Element 146 von der einlaufenden Messwelle 20 durchlaufen wird. Das entsprechende diffraktive optische Element 146 erzeugt dabei eine umgeformte Messwelle 148 in Gestalt einer Kugelwelle. Radius und Fokus der umgeformten Messwelle 148 ist für jedes diffraktive optische Element 146 unterschiedlich ist, wie in 12 veranschaulicht.
14 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer interferometrischen Messvorrichtung 110, welche zur erfindungsgemäßen Verwendung des optischen Bauteils 144 gemäß 11 angepasst ist. Die interferometrische Messvorrichtung 10 gemäß 14 umfasst einen Granittisch mit Dämpfern 88, auf dem das in 1 dargestellte Interferometer 16 angeordnet ist. Die vom Interferometer 16 erzeugte Messwelle 20 wird mittels einem Umlenkspiegel 80 in die vertikale bzw. in z-Richtung gemäß dem in 14 dargestellten Koordinatensystem umgelenkt und trifft daraufhin auf das Fizeauelement 36.
Unterhalb des Fizeauelements 36 ist eine Verschiebeeinrichtung 82 in Gestalt einer x-y-Stage zum Verschieben des optischen Bauteils 144 in der x-y-Ebene angeordnet. Unterhalb der Verschiebeeinrichtung 82 befindet sich eine mit einem Drehlager 84 gelagerte Linsenauflage 86 zum Halten des Prüflings 14 in Gestalt einer Linse. Abhängig von dem Krümmungsradius R und dem Durchmesser D der zu vermessenden Linse wird das optische Bauteil 144 mit der Verschiebeeinrichtung 82 derart positioniert, dass ein passendes diffraktives optisches Element 146 im Strahlengang der Messwelle 20 angeordnet ist.
16 zeigt einen Teil einer weiteren Ausführungsform 210 einer interferometrischen Messvorrichtung. Die interferometrische Messvorrichtung 210 kann beispielsweise durch Ersetzen des in 1 mit II gekennzeichneten Abschnitts der interferometrischen Messvorrichtung 10 durch die in 16 gezeigte und um 90° gedrehte Anordnung gebildet werden. Die interferometrische Messvorrichtung 210 umfasst ein optisches Bauteil 234, welches in 15 in Draufsicht dargestellt ist. Das optische Bauteil 234 enthält in seinem Zentrum ein bereits anhand der vorstehend erläuterten Ausführungsformen der Erfindung beschriebenes Wellenformelement 46 zum Anpassen der Wellenfront des auf das Wellenformelement 46 einstrahlenden Teils der Messwelle 20 an die zu prüfende Oberfläche 12 eines Prüflings 14, der im dargestellten Fall als Linse ausgebildet ist.
Das Wellenformelement 46 ist von einem Abstandsmessring 49 umgeben, der in einer der in den 3, 7 und 9 veranschaulichten Ausführungen ausgebildet sein kann. Darüber hinaus umfasst das optische Bauteil 234 eine Hilfsstruktur 90 zur Fokussierung der Interferometerkamera 68 auf eine Azimutmarkierung 98, die an einem Außenzylinder 96 des als Linse ausgeführten Prüflings 14 angeordnet ist. Mit anderen Worten wird mittels der Hilfsstruktur 90 die Azimutmarkierung 98 auf die Erfassungsfläche 62 der Interferometerkamera 68 abgebildet.
Dazu wird ein Teilstrahl 91 aus dem Randbereich der einlaufenden Messwelle 20 mittels eines Umlenkspiegels 92 auf die Azimutmarkierung 98 gelenkt und das von der Azimutmarkierung 98 reflektierte Licht auf dem gleichen Strahlweg zurück zur Erfassungsfläche 62 der Interferometerkamera 68 geführt. Optional kann die interferometrische Messvorrichtung 210 eine zusätzliche Beleuchtungseinrichtung 94 aufweisen, die in 16 zu Veranschaulichungszwecken mittels einer Glühlampe symbolisch dargestellt ist. Die Beleuchtungseinrichtung 94 kann kohärentes oder inkohärents Licht zur Beleuchtung der Azimutmarkierung 98 bereitstellen. Durch die Abbildung der Azimutmarkierung 98, die als Strichmarkierung oder Gravur ausgeführt sein kann, auf die Erfassungsfläche 62 der Interferometerkamera 68 kann die Azimutstellung des Prüflings 14 in Bezug zur interferometrischen Messvorrichtung 210 bestimmt werden. Mit anderen Worten kann die Rotationsstellung des Prüflings 14 hinsichtlich einer Rotation desselben um die optische Achse 32 der interferometrischen Messvorrichtung 210, entlang der sich die einlaufende Messwelle 20 ausbreitet, bestimmt werden.
17 zeigt eine Ausführungsform 114 eines Prüflings nach der Erfindung. Der Prüfling 114 ist in Gestalt einer optischen Linse ausgeführt. Die optische Oberfläche des Prüflings 114 umfasst eine zentral angeordnete, scheibenförmige zu vermessende Oberfläche 12, die von einer Randfläche 99 der optischen Oberfläche 12 des Prüflings 114 umgeben ist. Die Randfläche 99 führt damit die zu vermessende Oberfläche 12 kontinuierlich fort.
In der Randfläche 99 sind zwei Azimutmarkierungen 98 vorgesehen, eine in Zwölfuhrstellung und die andere in Neunuhrstellung. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der interferometrischen Messvorrichtung 210 ist diese darauf ausgelegt, die beiden Azimutmarkierungen 98 des Prüflings 114 auf die Erfassungsfläche 62 der Interferometerkamera 68 abzubilden. Mittels der beiden Azimutmarkierungen 98 kann die azimutale und die laterale Lage der zu vermessenden Oberfläche 12 relativ zur optischen Achse 32 eindeutig bestimmt werden.

10: interferometrische Messvorrichtung
12: Oberfläche
14: Prüfling
16: Interferometer
18: Lichtquelle
19: Beleuchtungsstrahlung
20: einlaufende Messwelle
21: Laser
22: Laserstrahl
24: Fokussierlinse
26: Blende
28: divergierender Strahl
30: Linsengruppe
32: optische Achse
34: Strahlteiler
36: Fizeauelement
38: Fizeaufläche
40: Referenzwelle
42: ebene Wellenfront
44: optisches Bauteil
46: Wellenformelement
48: Kugelwelle
49: Abstandsmessring
50: diffraktives Hilfselement
52: erste fiktive sphärische Fläche
54: zweite fiktive sphärische Fläche
56: dritte fiktive sphärische Fläche
58: Hilfswelle
58a: erste Hilfswelle
58b: zweite Hilfswelle
58c: dritte Hilfswelle
60: rücklaufende Messwelle
62: Erfassungsfläche
64: Kamerachip
66: Objektivsystem
68: Interferometerkamera
70: Auswerteinrichtung
71: Interferenzbild
72: Interferogramm einer Hilfswelle
74: Interferogramm der Kugelwelle
76: Interferenzstruktur
78: Hilfswelle
79: teilkreisförmige Fokuslinie
80: Umlenkspiegel
82: Verschiebeeinrichtung
84: Drehlager
86: Linsenauflage
88: Granittisch
90: Hilfsstruktur
91: Teilstrahl
92: Umlenkspiegel
94: Beleuchtungseinrichtung
96: Außenzylinder
98: Azimutmarkierung
99: Randfläche
110: interferometrische Vorrichtung
114: Prüfling
144: optisches Bauteil
146: diffraktives optisches Element
147: CHG-Substrat
148: umgeformte Messwelle
210: interferometrische Messvorrichtung
234: optisches Bauteil

Claims

Optisches Bauteil (44) für eine interferometrische Messvorrichtung (10) zum Messen eines Krümmungsradiuses (R) einer sphärischen Oberfläche (12) eines Prüflings (14), mit einem Wellenformelement (46) zum Umformen zumindest eines Teils einer eingestrahlten Messwelle (20) in eine einen bekannten Radius (R_KW) aufweisende Kugelwelle (48) sowie einem ersten diffraktiven Hilfselement (50), welches dazu eingerichtet ist, eingestrahltes Licht (20) in eine auf eine erste fiktive sphärische Fläche (52) fokussierte erste Hilfswelle (58a) umzuwandeln, wobei die erste fiktive Fläche (52) in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle (48) positioniert ist.
Optisches Bauteil (44) für eine interferometrische Messvorrichtung (10) zum Messen eines Krümmungsradiuses (R) einer sphärischen Oberfläche (12) eines Prüflings (14), mit einem Wellenformelement (46) zum Umformen zumindest eines Teils einer eingestrahlten Messwelle (20) in eine einen bekannten Radius (R_KW) aufweisende Kugelwelle (48) sowie mindestens zwei diffraktiven Hilfselementen (50), von denen ein erstes diffraktives Hilfselement (50) dazu eingerichtet sind, eingestrahltes Licht (20) in eine auf eine erste fiktive sphärische Fläche (52) fokussierte erste Hilfswelle (58a) umzuwandeln, und ein zweites diffraktives Hilfselement (50) dazu eingerichtet ist, eingestrahltes Licht (20) in eine auf eine zweite fiktive sphärische Fläche (54) fokussierte zweite Hilfswelle (58b) umzuwandeln, wobei die erste fiktive Fläche (52) einen ersten Krümmungsradius (r₁) und die zweite fiktive Fläche (54) einen zweiten Krümmungsradius (r₂) aufweist, sowie die fiktiven Flächen (52, 54) jeweils in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle (48) positioniert sind.
Optisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein dem ersten diffraktiven Hilfselement (50) zugeordnetes weiteres erstes diffraktives Hilfselement (50), welches derart angeordnet ist, dass die an der ersten fiktiven Fläche (52) reflektierte erste Hilfswelle (58a) das weitere erste Hilfselement (50) durchläuft.
Optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste diffraktive Hilfselement (50) in einem das Wellenformelement (46) umgebenden Randbereich (49) des optischen Bauteils (44) angeordnet ist.
Optisches Bauteil nach einem der Ansprüche, 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite diffraktive Hilfselement (50) derart kontinuierlich ineinander übergehen, dass ein auf beide diffraktive Hilfselemente (50) eingestrahltes Licht auf ein Kontinuum an zwischen der ersten fiktiven Fläche (52) und der zweiten fiktiven Fläche (54) angeordneten Fokuspunkten fokussiert wird.
Optisches Bauteil nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste diffraktive Hilfselement (50) darauf ausgelegt ist, das eingestrahlte Licht (20) auf einen Scheitel der ersten fiktiven Fläche (52) zu fokussieren.
Optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste diffraktive Hilfselement (50) darauf ausgelegt ist, das eingestrahlte Licht (20) auf einen Randbereich der ersten fiktiven Fläche (52) zu fokussieren.
Optisches Bauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste diffraktive Hilfselement (50) darauf ausgelegt ist, eine derartige Hilfswelle (78) zu erzeugen, die im reflektierten Zustand durch erste Hilfselement (50) läuft.
Optisches Bauteil nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste diffraktive Hilfselement (50) darauf ausgelegt ist, das eingestrahlte Licht (20) auf eine teilkreisförmige Linie (79) auf der ersten fiktiven Fläche (52) zu fokussieren.
Optisches Bauteil (144) für eine interferometrische Messvorrichtung (110) zum Vermessen von Oberflächen (12) von Prüflingen (14), insbesondere nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das optische Bauteil (144) mindestens zwei diffraktive optische Elemente (146) zum jeweiligen Umformen einer Wellenfront einer eingestrahlten Messwelle (20) aufweist und ein erstes diffraktives optisches Element (146) darauf ausgelegt ist, die Wellenfront der Messwelle (20) an eine erste Sollform einer Prüflingsoberfläche anzupassen, und ein zweites diffraktives optisches Element (146) darauf ausgelegt ist, die Wellenfront der Messwelle (20) an eine von der ersten Sollform verschiedene zweite Sollform einer Prüflingsoberfläche anzupassen.
Optisches Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen diffraktiven optischen Elemente (146) unterschiedliche Öffnungsverhältnisse aufweisen.
Optisches Bauteil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen diffraktiven optischen Elemente (146) unterschiedliche Brennweiten aufweisen.
Optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen diffraktiven optischen Elemente (146) darauf ausgelegt sind, die Wellenfront der eingestrahlten Messwelle (20) an Solloberflächen mit unterschiedlichen Asphärizitäten anzupassen.
Optisches Bauteil nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktiven optischen Elemente (146) in einer Ebene angeordnet sind, die im Betrieb des optischen Bauteils (144) in der Messvorrichtung (110) quer zur Ausbreitungsrichtung der eingestrahlten Messwelle (20) ausgerichtet ist.
Interferometrische Messvorrichtung (10) zum Messen eines Krümmungsradiuses einer sphärischen Oberfläche (12) eines Prüflings (14) mit einem optischen Bauteil (44) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Interferometrische Messvorrichtung (110) zum Vermessen einer jeweiligen Form von Oberflächen (12) von Prüflingen (14) mit einem optischen Bauteil (144) nach einem der Ansprüche 10 bis 14.
Interferometrische Messvorrichtung (10) nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Verschiebeeinrichtung (82) zum Verschieben des optischen Bauteils (144) in einer quer zur Ausbreitungsrichtung der eingestrahlten Messwelle (20) angeordneten Ebene.
Interferometrische Messvorrichtung (210) zum Messen einer Abweichung einer tatsächlichen Form einer Oberfläche (12) eines Prüflings (14; 144) von einer Sollform der Oberfläche (12), mit Mitteln (18, 46) zum Bereitstellen einer Messwelle (20), deren Wellenfront an die Sollform der Oberfläche (12) angepasst ist und die sich entlang einer optischen Achse (32) ausbreitet, sowie einer Interferometerkamera (68) zum Erfassen eines Interferogramms (74), welches durch Überlagerung der an der Oberfläche (12) des Prüflings (14; 114) reflektierten Messwelle (20) mit einer Referenzwelle (40) erzeugt ist, wobei die Messvorrichtung (210) dazu eingerichtet ist, eine Azimutmarkierung (98) auf dem Prüfling (14; 114) auf eine Erfassungsfläche (62) der Interferometerkamera (68) abzubilden.
Interferometrische Messvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Azimutmarkierung (98) eine Rotationsstellung des Prüflings (14; 114) hinsichtlich einer Rotation desselben um die optische Achse (32) bestimmbar ist.
Interferometrische Messvorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Azimutmarkierung (98) an einem sich quer zur zu vermessenden Oberfläche (12) erstreckenden Seitenbereich (96) des Prüflings (14) angeordnet ist und die Messvorrichtung (210) einen Umlenkspiegel (92) zum Abbilden der Azimutmarkierung (98) auf die Erfassungsfläche (62) der Interferometerkamera (68) aufweist.
Interferometrische Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (210) darauf ausgelegt ist, eine an einer die zu vermessende Oberfläche (12) kontinuierlich fortführenden Randfläche (99) des Prüflings (114) angeordnete Azimutmarkierung (98) auf die Erfassungsfläche (62) der Interferometerkamera (68) abzubilden.
Interferometrische Messvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (210) darauf ausgelegt ist, eine ebenfalls an der Randfläche (99) des Prüflings (114) angeordnete weitere Markierung auf die Erfassungsfläche (62) der Interferometerkamera (68) abzubilden.
Interferometrische Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, gekennzeichnet durch eine von den Mitteln (18, 46) zum Bereitstellen der Messwelle (20) unabhängige Beleuchtungseinrichtung (94) zum Beleuchten der Azimutmarkierung (98).
Optisches Bauteil (234) für eine interferometrische Messvorrichtung (210) zum Messen einer Abweichung einer tatsächlichen Form einer Oberfläche (12) eines Prüflings (14; 114) von einer Sollform der Oberfläche (12), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einem Wellenformelement (46) zum Anpassen einer eingestrahlten Messwelle (20) an die Sollform der Oberfläche (12), so dass aus einem in einer Interferometerkamera (68) der Messvorrichtung (210) durch Überlagerung der an der Oberfläche (12) des Prüflings (14; 114) reflektierten Messwelle (60) mit einer Referenzwelle (40) erzeugten Interferogramm (74) die Oberflächenabweichung bestimmbar ist, sowie einer Hilfsstruktur (90), mittels welcher eine Azimutmarkierung (98) auf dem Prüfling (14; 114) auf eine Erfassungsfläche (62) der Interferometerkamera (68) abbildbar ist.
Optisches Bauteil (44) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsstruktur (90) darauf ausgelegt ist, einen Teil der Messwelle (20) auf die Azimutmarkierung (98) zu lenken.
Interferometrische Messvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 18 bis 23, mit einem optischen Bauteil (44) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 sowie 24 und 25.
Prüfling (114) mit einer zu vermessenden Oberfläche (12) und einer die zu vermessende Oberfläche (12) kontinuierlich fortführenden Randfläche (99), wobei die Randfläche (99) mindestens eine Azimutmarkierung (98) aufweist, mittels der eine Rotationsstellung des Prüflings (14) mit einer interferometrischen Messvorrichtung (210) nach einem der Ansprüche 18 bis 23 und 26 bestimmbar ist, und wobei der Prüfling (114) als optisches Element für eine Mikrolithographie-Belichtungsanlage oder ein astronomisches Teleskop gestaltet ist.
Verfahren zum Messen eines Krümmungsradiuses (R) einer sphärischen Oberfläche (12) eines Prüflings (14) mit den Schritten: – Bereitstellen eines optischen Bauteils (44) mit einem Wellenformelement (46) sowie einem ersten diffraktiven Hilfselement (50), – Einstrahlen einer Messwelle (20) auf das Wellenformelement (46) und Umformen der eingestrahlten Messwelle (20) mittels des Wellenformelements (46) in eine einen bekannten Radius (R_KW) aufweisende Kugelwelle (48), – Anordnen des Prüflings (14) derart, dass die sphärische Oberfläche (12) in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle (48) positioniert ist, – Einstrahlen von Licht (20) auf das erste diffraktive Hilfselement (50) und Umwandeln des eingestrahlten Lichts (20) mittels des ersten diffraktiven Hilfselements (50) in eine auf eine erste fiktive sphärische Fläche (52) fokussierte erste Hilfswelle (58a), wobei die erste fiktive Fläche (52) in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle (48) angeordnet ist, – Reflektieren der ersten Hilfswelle (58a) an der Oberfläche (12) des Prüflings (14), sowie – Erzeugen eines Interferogramms (72) durch Überlagern der reflektierten ersten Hilfswelle (58a, 58b) mit einer Referenzwelle (40).
Verfahren zum Messen eines Krümmungsradiuses (R) einer sphärischen Oberfläche (12) eines Prüflings (14) mit den Schritten: – Bereitstellen eines optischen Bauteils (44) mit einem Wellenformelement (46) sowie mindestens zwei diffraktiven Hilfselementen (50), – Einstrahlen einer Messwelle (20) auf das Wellenformelement (46) und Umformen der eingestrahlten Messwelle (20) mittels des Wellenformelements (46) in eine einen bekannten Radius (R_KW) aufweisende Kugelwelle (48), – Anordnen des Prüflings (14) derart, dass die sphärische Oberfläche (12) in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle (48) positioniert ist, – Einstrahlen von Licht (20) auf die diffraktiven Hilfselemente (50) und Umwandeln des eingestrahlten Lichts (20) mittels eines ersten diffraktiven Hilfselements (50) in eine auf eine erste fiktive sphärische Fläche (52) fokussierte erste Hilfswelle (58a) und mittels eines zweiten diffraktiven Hilfselements (50) in eine auf eine zweite fiktive sphärischen Fläche (54) fokussierte zweite Hilfswelle (58b), wobei die erste fiktive Fläche (52) einen ersten Krümmungsradius (r₁) und die zweite fiktive Fläche (54) einen zweiten Krümmungsradius (r₂) aufweist, sowie die fiktiven Flächen (52, 54) jeweils in Autokollimationsstellung bezüglich der Kugelwelle (48) angeordnet sind, – Reflektieren der beiden Hilfswellen (58a; 58b) an der Oberfläche (12) des Prüflings (14), sowie – Erzeugen von Interferogrammen (72) durch jeweiliges Überlagern der reflektierten Hilfswellen (58a, 58b) mit einer Referenzwelle (40).
Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Bestimmens eines Abstands (d) der Oberfläche (12) des Prüflings (14) von dem optischen Bauteil (44) aus dem Interferogramm (72) bzw. den Interferogrammen (72)
Verfahren nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Ermittelns des Krümmungsradiuses (R) der Oberfläche (12) des Prüflings (14) aus dem bekannten Radius (R_KW) der Kugelwelle (48) und dem bestimmten Abstand (d).
Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) der Oberfläche (12) des Prüflings (14) von dem optischen Bauteil (44) aus dem Streifenabstand in dem Interferogramm (72) bzw. den Streifenabständen in den Interferogrammen (72).
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet dass das optische Bauteil (44) ein dem ersten diffraktiven Hilfselement (50) zugeordnetes weiteres erstes diffraktives Hilfselement (50) aufweist und die an der Oberfläche (12) des Prüflings (14) reflektierte erste Hilfswelle (58a) das weitere erste diffraktive Hilfselement (50) durchläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das eingestrahlte Licht (20) von dem ersten diffraktiven Hilfselement (50) auf den Scheitel der ersten fiktiven Fläche (52) fokussiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das eingestrahlte Licht (20) von dem ersten diffraktiven Hilfselement (50) auf einen Randbereich der ersten fiktiven Fläche (52) fokussiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die von der ersten fiktiven Fläche (52) reflektierte Hilfswelle (58a) durch das erste Hilfselement (50) läuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das eingestrahlte Licht (20) von dem ersten diffraktiven Hilfselement (50) auf eine teilkreisförmige Linie (79) auf der ersten fiktiven Fläche (52) fokussiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das auf das erste diffraktive Hilfselement (50) eingestrahlte Licht (20) Teil der Messwelle (20) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil (44) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.