DE102022214271B4

DE102022214271B4 - Device for the interferometric determination of a fit error of an optical surface

Info

Publication number: DE102022214271B4
Application number: DE102022214271.3A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Zeller; Martin Schroeter
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-12-22
Filing date: 2022-12-22
Publication date: 2024-02-29
Anticipated expiration: 2042-12-23
Also published as: DE102022214271A1

Abstract

Vorrichtung zur interferometrischen Ermittlung des Passformfehlers einer ersten optischen Oberfläche (20, 36), mit einem Detektor (23) zum Aufzeichnen eines Interferogramms aus einem an der ersten optischen Oberfläche (20, 36) reflektierten Prüfstrahlengang und einem Referenzstrahlengang, wobei im Prüfstrahlengang ein diffraktives Optikelement in Form eines CGH (19) angeordnet ist, wobei das CGH (19) eine durch Superposition einer ersten Phasenfunktion und einer zweiten Phasenfunktion erzeugte komplexe Codierung aufweist, wobei die erste Phasenfunktion innerhalb eines ersten Sollgebiets (25) definiert ist, das durch die Umrissform der ersten optischen Oberfläche (20, 36) vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phasenfunktion innerhalb eines Gebiets sprungfrei und knickfrei definiert ist, das über das erste Sollgebiet (25) hinausreicht, wobei die zweite Phasenfunktion innerhalb eines zweiten Sollgebiets (27) definiert ist, das durch die Umrissform einer zweiten optischen Oberfläche (24) vorgegeben ist, wobei die zweite Phasenfunktion innerhalb eines Gebiets sprungfrei und knickfrei definiert ist, das über das zweite Sollgebiet (27) hinausreicht, und wobei die erste Phasenfunktion und die zweite Phasenfunktion jeweils über das mit dem ersten Sollgebiet (25) und dem zweiten Sollgebiet (27) gemeinsam aufgespannte Gebiet (25, 27) sprungfrei und knickfrei definiert sind.Device for the interferometric determination of the fit error of a first optical surface (20, 36), with a detector (23) for recording an interferogram from a test beam path reflected on the first optical surface (20, 36) and a reference beam path, a diffractive optical element in the test beam path is arranged in the form of a CGH (19), the CGH (19) having a complex coding generated by superposition of a first phase function and a second phase function, the first phase function being defined within a first target area (25) which is defined by the outline shape of the first optical surface (20, 36), characterized in that the first phase function is defined without jumps and kinks within a region that extends beyond the first target region (25), the second phase function being defined within a second target region (27). , which is predetermined by the outline shape of a second optical surface (24), wherein the second phase function is defined without jumps and kinks within a region that extends beyond the second target region (27), and wherein the first phase function and the second phase function each extend beyond that Areas (25, 27) spanned together with the first target area (25) and the second target area (27) are defined without jumps and without kinks.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur interferometrischen Ermittlung des Passformfehlers einer optischen Oberfläche, insbesondere einer optischen Oberfläche eines Spiegels einer mikrolithografischen Projektionsbelichtungsanlage. Die Vorrichtung umfasst einen Detektor zum Aufzeichnen eines Interferogramms aus einem an der optischen Oberfläche reflektierten Prüfstrahlengang und einem Referenzstrahlengang. Im Prüfstrahlengang ist ein diffraktives Optikelement in Form eines CGH angeordnet. Das CGH weist ein diffraktives Strukturmuster auf, das sich aus einer zwei Phasenfunktionen umfassenden komplexen Codierung ergibt. Die erste Phasenfunktion ist innerhalb eines ersten Sollgebiets definiert, das durch die Umrissform der optischen Oberfläche vorgegeben ist.The invention relates to a device for the interferometric determination of the fit error of an optical surface, in particular an optical surface of a mirror of a microlithographic projection exposure system. The device comprises a detector for recording an interferogram from a test beam path reflected on the optical surface and a reference beam path. A diffractive optical element in the form of a CGH is arranged in the test beam path. The CGH has a diffractive structural pattern that results from a complex coding comprising two phase functions. The first phase function is defined within a first target area, which is predetermined by the outline shape of the optical surface.

Interferometrische Messungen, bei denen die auf eine optische Oberfläche gerichtete Wellenfront durch ein diffraktives Optikelement in Form eines CGH geformt wird, sind aus dem Stand der Technik bekannt, DE 10 2015 202 695 A1 , DE 10 2012 217 800 A1 , DE 10 2019 204 096 A1 , DE 10 2006 035 022 A1 , US 7 061 626 B1 , DE 10 2020 213 762 B3 . Eine auf das diffraktive Optikelement treffende Wellenfront, im Folgenden kurz Eingangswelle genannt, wird mittels eines computergenerierten Hologramms (CGH) so gebeugt, dass eine resultierende Wellenfront, im Folgenden kurz Ausgangswelle genannt, eine an die Sollform der optischen Fläche angepasste Wellenfront bildet. Dadurch trifft die Ausgangswelle senkrecht auf der zu prüfenden optischen Fläche auf, sofern die optische Fläche ihrer Sollform entspricht und geeignet positioniert ist. Die auf die optische Fläche treffende Ausgangswelle wird in sich selbst reflektiert und zusammen mit dem Referenzstrahlengang zur Erzeugung eines Interferenzsignals genutzt.Interferometric measurements, in which the wave front directed onto an optical surface is shaped by a diffractive optical element in the form of a CGH, are known from the prior art, DE 10 2015 202 695 A1 , DE 10 2012 217 800 A1 , DE 10 2019 204 096 A1 , DE 10 2006 035 022 A1 , US 7,061,626 B1 , DE 10 2020 213 762 B3 . A wave front striking the diffractive optical element, hereinafter referred to as input wave, is diffracted using a computer-generated hologram (CGH) in such a way that a resulting wave front, hereinafter referred to as output wave, forms a wave front adapted to the desired shape of the optical surface. As a result, the output wave strikes the optical surface to be tested perpendicularly, provided the optical surface corresponds to its desired shape and is positioned appropriately. The output wave striking the optical surface is reflected into itself and used together with the reference beam path to generate an interference signal.

Um die gewünschte Form der Ausgangswelle zu erzeugen, ist das CGH mit einem aus der Soll-Oberflächenform der optischen Oberfläche abgeleiteten Beugungsgitter versehen, an dem der Prüfstrahlengang beim Durchqueren des CGH gebeugt wird.In order to generate the desired shape of the output wave, the CGH is provided with a diffraction grating derived from the target surface shape of the optical surface, on which the test beam path is diffracted as it traverses the CGH.

Ein geeignetes Beugungsgitter wird ausgehend von einer bekannten Form der Eingangswelle und einer gegebenen Form der Ausgangswelle auf rechnerischem Wege ermittelt. Es ergibt sich eine Phasenfunktion, die den Übergang von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle beschreibt. Liegt die Phasenfunktion vor, so kann auf bekannte Weise das Beugungsgitter in dem Substrat des CGH erzeugt werden.A suitable diffraction grating is determined computationally based on a known shape of the input wave and a given shape of the output wave. The result is a phase function that describes the transition from the input wave to the output wave. If the phase function is present, the diffraction grating can be generated in the substrate of the CGH in a known manner.

Aus der Umrissform der zu prüfenden optischen Oberfläche ergibt sich ein Sollgebiet auf dem CGH, innerhalb dessen die Phasenfunktion durch die Oberflächenform der optischen Fläche bestimmt ist. Dieses Sollgebiet beschreibt den Bereich, den das zur Phasenfunktion gehörende Beugungsgitter mindestens umfassen muss. Außerhalb des Sollgebiets kann das CGH frei von Gitterstrukturen sein oder mit einer anderen geeigneten Hintergrundstruktur versehen sein, die insbesondere nicht aus der optischen Oberfläche abgeleitet sein muss.The outline shape of the optical surface to be tested results in a target area on the CGH, within which the phase function is determined by the surface shape of the optical surface. This target area describes the area that the diffraction grating belonging to the phase function must at least cover. Outside the target area, the CGH can be free of lattice structures or provided with another suitable background structure, which in particular does not have to be derived from the optical surface.

Soll ein CGH mehrere Beugungsgitter umfassen, so können diese innerhalb des CGH räumlich voneinander getrennt sein, sodass verschiedene Bereiche des CGH für die Prüfung verschiedener optischer Oberflächen genutzt werden können. Gegenüber einer Lösung mit einem CGH je optischer Oberfläche hat dies den Vorteil, dass auf die Herstellung mehrerer CGHs und deren Wechsel zwischen den Messungen verzichtet werden kann.If a CGH is to include several diffraction gratings, these can be spatially separated from one another within the CGH so that different areas of the CGH can be used for testing different optical surfaces. Compared to a solution with one CGH per optical surface, this has the advantage that there is no need to produce multiple CGHs and change them between measurements.

Allerdings kann der hierfür benötigte gemeinsame Flächenbedarf der Sollgebiete die auf dem CGH zur Verfügung stehende Fläche überschreiten. Es können dann entweder nur noch Teilbereiche dieser Sollgebiete umgesetzt werden, oder es kann versucht werden, die Sollgebiete auf dem CGH zu verkleinern, indem die Position des Prüflings relativ zum CGH verändert wird. Letzteres reduziert jedoch die Auflösung der Messung, da die zu prüfende Oberfläche auf einen kleineren Bereich abgebildet wird.However, the combined area requirement of the target areas required for this may exceed the area available on the CGH. Either only partial areas of these target areas can then be implemented, or an attempt can be made to reduce the target areas on the CGH by changing the position of the test object relative to the CGH. However, the latter reduces the resolution of the measurement because the surface to be tested is imaged over a smaller area.

Die auf einem CGH effektiv zur Verfügung stehende Fläche und damit die mögliche Größe der Sollgebiete kann verbessert werden, indem die Beugungsgitter für die Prüfwellen innerhalb eines durch komplexe Codierung erzeugten diffraktiven Strukturmusters miteinander überlagert werden. Die komplexe Codierung ist in Beyerlein, M.; Lindlein, N.; Schwider, J.: „Dual-wave-front computergenerated holograms for quasi-absolute testing of aspherics“, Appl. Opt. (USA) 41, Seite 2440 (2002) näher erläutert.The area effectively available on a CGH and thus the possible size of the target areas can be improved by superimposing the diffraction gratings for the test waves within a diffractive structural pattern generated by complex coding. The complex coding is in Beyerlein, M.; Lindlein, N.; Schwider, J.: “Dual-wave-front computer-generated holograms for quasi-absolute testing of aspherics”, Appl. Opt. (USA) 41, page 2440 (2002) explained in more detail.

Bislang sind ungestörte interferometrische Messungen mit komplex codierten CGH auf den kleinsten gemeinsamen Bereich der Sollgebiete beschränkt. Wird in einem angrenzenden Bereich die komplexe Codierung anhand einer Teilmenge der Phasenfunktionen der Beugungsgitter umgesetzt (weil dort z.B. nicht mehr alle oder andere definiert sind), so ändert sich i.A. das resultierende diffraktive Strukturmuster abrupt an der Bereichsgrenze.To date, undisturbed interferometric measurements with complex coded CGH have been limited to the smallest common area of the target areas. If the complex coding is implemented in an adjacent area using a subset of the phase functions of the diffraction gratings (e.g. because not all or others are defined there anymore), the resulting diffractive structure pattern generally changes abruptly at the area boundary.

Dies stört das Interferogramm durch Interferenzeffekte (z.B. in Form von Phasen- oder Intensitätsvariationen) und beeinträchtigt damit die Bestimmung des Passformfehlers auf allen Sollgebieten, die von dieser Bereichsgrenze geschnitten werden.This disrupts the interferogram through interference effects (e.g. in the form of phase or intensity variations) and thus affects the determination of the fit error in all target areas that are intersected by this area boundary.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Anwendungsbereich interferometrischer Messungen zu erweitern. Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.The invention is based on the object of expanding the scope of application of interferometric measurements. The task is solved using the features of the independent claim. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die erste Phasenfunktion innerhalb eines Gebiets sprungfrei und knickfrei definiert, das über das erste Sollgebiet hinausreicht. Sprungfrei und knickfrei definiert bedeutet, dass die Phasenfunktion innerhalb des betreffenden Gebiets stetig und in der ersten Ableitung stetig definiert ist. Diese Eigenschaft der Phasenfunktion wird auch als C1-Stetigkeit bezeichnet. Insbesondere kann das Gebiet Abschnitte aufweisen, in denen es um wenigstens 5 mm, insbesondere wenigstens 10 mm, weiter insbesondere wenigstens 15 mm, weiter insbesondere wenigstens 20 mm über das Sollgebiet auf dem CGH hinausragt. Das Gebiet kann eine um wenigstens 10%, insbesondere um wenigstens 20% größere Fläche aufweisen als das Sollgebiet.In the device according to the invention, the first phase function is defined without jumps and kinks within a region that extends beyond the first target region. Defined without jumps and kinks means that the phase function is continuous within the relevant region and defined as continuous in the first derivative. This property of the phase function is also called C1 continuity. In particular, the area can have sections in which it protrudes by at least 5 mm, in particular at least 10 mm, more in particular at least 15 mm, more in particular at least 20 mm beyond the target area on the CGH. The area can have an area that is at least 10%, in particular at least 20%, larger than the target area.

Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, abrupte Änderungen im komplex-codierten diffraktiven Strukturmuster zu vermeiden, indem jedes Beugungsgitter der komplexen Codierung so definiert wird, dass es innerhalb des Sollgebiets eines anderen Beugungsgitters der komplexen Codierung keine Grenze oder sprunghaften Änderungen aufweist. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die dem Beugungsgitter zugehörige Phasenfunktion für ein Gebiet sprungfrei und knickfrei definiert wird, das über das Sollgebiet hinausreicht. Es gibt also eine sprungfreie und knickfreie Definition, die das Sollgebiet umfasst und zusätzlich ein an das Sollgebiet angrenzendes, aber außerhalb des Sollgebiets liegendes Gebiet. Damit wird es möglich, die Grenze eines in dem komplex-codierten diffraktiven Strukturmuster enthaltenen Beugungsgitters so zu legen, dass die Sollgebiete der anderen in dem diffraktiven Strukturmuster enthaltenen Beugungsgitter nicht geschnitten werden. Mit anderen Worten wird die Grenze des komplex-kodierten Gebiets mindestens so erweitert (oder gar auf das ganze CGH ausgedehnt), dass die zu messenden Sollgebiete nicht geschnitten werden.The invention proposes to avoid abrupt changes in the complex-coded diffractive structure pattern by defining each diffraction grating of the complex coding in such a way that it has no boundary or abrupt changes within the target area of another diffraction grating of the complex coding. This is achieved according to the invention by defining the phase function associated with the diffraction grating for a region without jumps or kinks that extends beyond the target region. So there is a jump-free and kink-free definition that includes the target area and an additional area that is adjacent to the target area but lies outside the target area. This makes it possible to set the boundary of a diffraction grating contained in the complex-coded diffractive structural pattern in such a way that the target areas of the other diffraction gratings contained in the diffractive structural pattern are not intersected. In other words, the boundary of the complex-coded area is expanded at least to such an extent (or even extended to the entire CGH) that the target areas to be measured are not intersected.

Die zu prüfende optische Oberfläche kann eine Oberfläche eines reflektiven, refraktiven oder diffraktiven optischen Elements sein. In einer Ausführungsform ist die optische Oberfläche die Reflexionsfläche eines Spiegels. Ein Spiegel, dessen Oberfläche untersucht wird, bildet einen Spiegelprüfling im Sinne der Erfindung.The optical surface to be tested can be a surface of a reflective, refractive or diffractive optical element. In one embodiment, the optical surface is the reflection surface of a mirror. A mirror whose surface is examined forms a mirror test specimen within the meaning of the invention.

Erfindungsgemäß ist die zweite Phasenfunktion innerhalb eines zweiten Sollgebiets definiert, das der Form einer zweiten optischen Oberfläche entspricht. Die zweite Phasenfunktion ist sprungfrei und knickfrei innerhalb eines Gebiets definiert, das über das zweite Sollgebiet hinausreicht. Damit wird es möglich, in zwei aufeinanderfolgenden Durchläufen eine erste optische Oberfläche und eine zweite optische Oberfläche zu vermessen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Phasenfunktion und die zweite Phasenfunktion jeweils über das mit dem ersten Sollgebiet und dem zweiten Sollgebiet gemeinsam aufgespannte Gebiet sprungfrei und knickfrei definiert sind. Es können dann beide Messungen ohne Störkonturen durchgeführt werden, weil keine abrupte Änderung des komplex-codierten diffraktiven Strukturmusters vorliegt. Weiter können die erste Phasenfunktion und die zweite Phasenfunktion über die gesamte Fläche des CGH sprungfrei und knickfrei definiert sein. Die innerhalb des Sollgebiets definierten Phasenfunktionen können über den Rand des Sollgebiets hinaus fortgesetzt werden. Alternativ können die Phasenfunktionen am Rand des Sollgebiets in andere, nicht notwendigerweise von der Solloberfläche abgeleitete Phasenfunktionen sprungfrei und knickfrei überführt werden.According to the invention, the second phase function is defined within a second target region which corresponds to the shape of a second optical surface. The second phase function is defined without jumps and kinks within a region that extends beyond the second target region. This makes it possible to measure a first optical surface and a second optical surface in two successive runs. According to the invention, it is provided that the first phase function and the second phase function are each defined in a jump-free and kink-free manner over the area spanned together with the first target area and the second target area. Both measurements can then be carried out without disturbing contours because there is no abrupt change in the complex-coded diffractive structure pattern. Furthermore, the first phase function and the second phase function can be defined without jumps and kinks over the entire area of the CGH. The phase functions defined within the target area can be continued beyond the edge of the target area. Alternatively, the phase functions at the edge of the target area can be converted without jumps and kinks into other phase functions that are not necessarily derived from the target surface.

In einer Ausführungsform kann durch geeignete Wahl der Fortsetzung der Phasenfunktion die Liniendichte des Beugungsgitters außerhalb des Sollgebiets auf einen vorgegebenen Wert begrenzt werden. Die Grenze kann beispielsweise bei 1500, weiter vorzugsweise bei 1000, weiter vorzugsweise bei 500, weiter vorzugsweise bei 200 Gitterperioden je mm liegen. Durch eine verminderte Liniendichte wird die Fertigung des diffraktiven Strukturmusters erleichtert und der Einfluss von Fertigungsfehlern und unerwünschten wellenoptischen Effekten reduziert.In one embodiment, the line density of the diffraction grating outside the target area can be limited to a predetermined value by suitable choice of the continuation of the phase function. The limit can be, for example, 1500, more preferably 1000, more preferably 500, more preferably 200 grating periods per mm. A reduced line density makes the production of the diffractive structural pattern easier and reduces the influence of manufacturing errors and undesirable wave-optical effects.

In dem CGH können wenigstens eine Nutzfunktionalität und wenigstens eine Hilfsfunktionalität ausgebildet sein. Die Nutzfunktionalität kann zum Vermessen einer optischen Oberfläche verwendet werden. Die Hilfsfunktionalität kann beispielsweise Zwecken der Kalibrierung oder Justierung dienen.At least one useful functionality and at least one auxiliary functionality can be formed in the CGH. The useful functionality can be used to measure an optical surface. The auxiliary functionality can serve, for example, for calibration or adjustment purposes.

Die Nutzfunktionalität und die Hilfsfunktionalität können innerhalb eines einzelnen Beugungsgitters des komplex-kodierten diffraktiven Strukturmusters enthalten sein, indem eine gemeinsame Phasenfunktion definiert wird. Dazu werden die Phasenfunktion-Anteile der Nutz- und Hilfsfunktionalität sprungfrei und knickfrei ineinander überführt. Die Liniendichte im Übergangsbereich zwischen der Nutzfunktionalität und der Hilfsfunktionalität kann durch Addition eines Offsets zu dem Phasenfunktion-Anteil der Nutzfunktionalität oder der Hilfsfunktionalität auf einen vorgegebenen Wert begrenzt werden. Die Grenze kann beispielsweise bei 1500, vorzugsweise bei 1000, weiter vorzugsweise bei 500 Gitterperioden je mm liegen. Ohne Addition des Offsets könnte sich im Übergangsbereich zwischen der Nutzfunktionalität und der Hilfsfunktionalität ein großer Gradient ergeben, der eine hohe Liniendichte innerhalb des Beugungsgitters zur Folge hätte. Durch Addition des Offsets kann der Gradient im Übergangsabschnitt reduziert werden. Der Offset kann frei gewählt werden, weil damit lediglich die globale Phase beeinflusst wird. Durch eine verminderte Liniendichte wird die Fertigung des diffraktiven Strukturmusters erleichtert und der Einfluss von Fertigungsfehlern und unerwünschten wellenoptischen Effekten reduziert. Weiter kann der Offset dazu genutzt werden, die Liniendichte so zu beeinflussen, dass vom Beugungsgitter erzeugtes Streulicht reduziert wird, welches die Messung negativ beeinflussen würde. Insbesondere gilt dies für das Beeinflussen bzw. Vermeiden von Nulldurchgängen der Liniendichte, die in verstärktem Maße Streulicht hervorrufen, welches sich in ähnlicher Richtung ausbreitet.The useful functionality and the auxiliary functionality can be contained within a single diffraction grating of the complex-encoded diffractive structure pattern by defining a common phase function. For this purpose, the phase function parts of the useful and auxiliary functionality are transferred to one another without any jumps or kinks. The line density in the transition area between the useful functionality and the auxiliary functionality can be limited to a predetermined value by adding an offset to the phase function portion of the useful functionality or the auxiliary functionality. The limit can be, for example, 1500, preferably 1000, more preferably 500 grating periods per mm. Without adding the offset, the transition area could be between The useful functionality and the auxiliary functionality would result in a large gradient, which would result in a high line density within the diffraction grating. By adding the offset, the gradient in the transition section can be reduced. The offset can be freely chosen because it only influences the global phase. A reduced line density makes the production of the diffractive structural pattern easier and reduces the influence of manufacturing errors and undesirable wave-optical effects. Furthermore, the offset can be used to influence the line density in such a way that scattered light generated by the diffraction grating is reduced, which would negatively influence the measurement. This applies in particular to influencing or avoiding zero crossings of the line density, which cause increased scattered light that propagates in a similar direction.

Die erste Phasenfunktion und/oder die zweite Phasenfunktion können so ausgestaltet sein, dass durch außerhalb der Sollgebiete liegende Anteile der Phasenfunktionen möglichst wenig störendes Streulicht erzeugt wird, das zum Detektor gelangt. Insbesondere kann die Phasenfunktion so gestaltet sein, dass durch außerhalb der Sollgebiete liegende Anteile der Phasenfunktionen keine Ausgangswelle erzeugt wird, die auf eine zu prüfende optische Oberfläche trifft, insbesondere diese senkrecht oder beinahe senkrecht trifft. Lichtanteile, die von außerhalb der Sollgebiete auf den Detektor gelangen, würden das Interferenzsignal verfälschen.The first phase function and/or the second phase function can be designed in such a way that as little disturbing scattered light as possible is generated by parts of the phase functions lying outside the target areas that reach the detector. In particular, the phase function can be designed in such a way that no output wave is generated by components of the phase functions lying outside the target areas that strike an optical surface to be tested, in particular striking it perpendicularly or almost perpendicularly. Light components that reach the detector from outside the target areas would distort the interference signal.

In einer Ausführungsform sind die erste optische Oberfläche und die zweite optische Oberfläche Bestandteile von zwei separaten optischen Elementen. Die optischen Elemente werden in aufeinanderfolgenden Schritten vermessen. Beim Vermessen können die optischen Elemente in verschiedenen Positionen relativ zu dem CGH angeordnet sein.In one embodiment, the first optical surface and the second optical surface are components of two separate optical elements. The optical elements are measured in successive steps. When measuring, the optical elements can be arranged in different positions relative to the CGH.

Möglich ist auch, dass die erste optische Oberfläche und die zweite optische Oberfläche zwei Abschnitte eines einzelnen optischen Elements sind. Ein Abschnitt in diesem Sinne kann einem Teilbereich einer optischen Fläche oder der gesamten optischen Fläche eines optischen Elements entsprechen. Es kann sich aber auch um eine (gedachte) Fläche handeln, die sich durch Ausnutzung etwaiger Symmetrieeigenschaften der Oberfläche des optischen Elements ergibt, insbesondere einer Rotationssymmetrie. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet die Möglichkeit, verschiedene Abschnitte eines einzelnen optischen Elements mit einem einzelnen CGH zu vermessen.It is also possible for the first optical surface and the second optical surface to be two sections of a single optical element. A section in this sense can correspond to a partial area of an optical surface or the entire optical surface of an optical element. However, it can also be an (imaginary) surface that results from exploiting any symmetry properties of the surface of the optical element, in particular rotational symmetry. The device according to the invention offers the possibility of measuring different sections of a single optical element with a single CGH.

Verschiedene Nutzfunktionalitäten innerhalb des CGH können dazu dienen, Abschnitte eines Spiegelprüflings mit unterschiedlicher Messauflösung zu vermessen. In einer Ausführungsform liegt der Abbildungsmaßstab bei der ersten Nutzfunktionalität um wenigstens 20 %, vorzugsweise um wenigstens 30 %, weiter vorzugsweise wenigstens 40 %, weiter vorzugsweise wenigstens 50 % höher als bei der zweiten Nutzfunktionalität.Various functionalities within the CGH can be used to measure sections of a mirror test object with different measurement resolutions. In one embodiment, the imaging scale in the first useful functionality is at least 20%, preferably at least 30%, more preferably at least 40%, more preferably at least 50% higher than in the second useful functionality.

In einer Variante betreffen der erste Spiegelprüfling und der zweite Spiegelprüfling dasselbe Spiegelelement, wobei die zugehörigen Phasenfunktionen an verschiedene Zustände oder Sollformen des Spiegels angepasst sind. Beispielsweise können die Phasenfunktionen so gestaltet sein, dass sie eine durch Einwirkung der Schwerkraft entstehende Verformung des Spiegelelements berücksichtigen.In one variant, the first mirror test specimen and the second mirror test specimen relate to the same mirror element, with the associated phase functions being adapted to different states or desired shapes of the mirror. For example, the phase functions can be designed in such a way that they take into account a deformation of the mirror element caused by the action of gravity.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand vorteilhafter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:

1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung beim Vermessen einer ersten optischen Oberfläche;
2: die Vorrichtung aus 2 beim Vermessen einer zweiten optischen Oberfläche;
3: eine Darstellung der Umrissform der ersten optischen Oberfläche;
4: eine Darstellung der Umrissform der zweiten optischen Oberfläche;
5, 6: schematische Darstellungen der Beugungsgitter und deren Sollgebiete;
7: eine schematische Darstellung der Bereichsgrenzen bei einer komplexen Codierung,
8: Phasenfunktionen ohne und mit Offset bzw. ohne und mit modifizierter Fortsetzung;
9-13: ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel;
14-18: ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel;
19-22: ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel;
23: eine Variante zu dem Verfahren gemäß 19-22;
24-25: ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel;
26-27: ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel.

The invention is described below by way of example with reference to the accompanying drawings using advantageous embodiments. Show it:

1 : a device according to the invention when measuring a first optical surface;
2 : the device off 2 when measuring a second optical surface;
3 : a representation of the outline shape of the first optical surface;
4 : a representation of the outline shape of the second optical surface;
5 , 6 : schematic representations of the diffraction gratings and their target areas;
7 : a schematic representation of the area boundaries for complex coding,
8th : Phase functions without and with offset or without and with modified continuation;
9-13 : an embodiment according to the invention;
14-18 : a further exemplary embodiment according to the invention;
19-22 : a further exemplary embodiment according to the invention;
23 : a variant of the procedure according to 19-22 ;
24-25 : a further exemplary embodiment according to the invention;
26-27 : another exemplary embodiment according to the invention.

Ein in 1 gezeigtes Interferometer umfasst eine Lichtquelle 14, die in dem Ausführungsbeispiel als Austrittsende eines Lichtleiters ausgebildet ist. Der Lichtleiter wird gespeist aus einer Laser-Lichtquelle, bei der es sich beispielsweise um einen Helium-Neon-Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 633 nm handeln kann. Die Lichtquelle kann aber auch eine andere Wellenlänge aufweisen. Der in divergentem Zustand aus dem Lichtleiter austretende Strahlengang 15 durchtritt einen Strahlenteiler 16 und wird mit einem Kollimator 17 kollimiert.An in 1 Interferometer shown comprises a light source 14, which in the exemplary embodiment is designed as an exit end of a light guide. The light guide is fed from a laser light source, which is, for example, a Helium-neon laser can act with a wavelength of approximately 633 nm. However, the light source can also have a different wavelength. The beam path 15 emerging from the light guide in a divergent state passes through a beam splitter 16 and is collimated with a collimator 17.

Der kollimierte Strahlengang trifft auf eine Fizeau-Platte 18, an der das Licht teilweise reflektiert wird. Die reflektierten Anteile des Lichts bilden den Referenzstrahlengang des Interferometers. Die nicht-reflektierten Anteile des Lichts bilden den Prüfstrahlengang.The collimated beam path hits a Fizeau plate 18, on which the light is partially reflected. The reflected portions of the light form the reference beam path of the interferometer. The non-reflected portions of the light form the test beam path.

Der Prüfstrahlengang durchtritt das CGH 19, trifft auf eine optische Oberfläche eines ersten Spiegelprüfling 20 und wird in sich selbst reflektiert. Der zurückgeworfene Prüfstrahlengang interferiert mit dem Referenzstrahlengang und wird über den Strahlenteiler 16, eine Blende 21 und ein Okular 22 auf einen Detektor 23 in Form einer CCD-Kamera geleitet. Mit dem Detektor 23 wird ein Interferogramm aufgezeichnet, aus dem der Passformfehler in der untersuchten optischen Oberfläche des ersten Spiegelprüflings 20 abgelesen werden kann.The test beam path passes through the CGH 19, hits an optical surface of a first mirror test specimen 20 and is reflected into itself. The reflected test beam path interferes with the reference beam path and is directed via the beam splitter 16, a diaphragm 21 and an eyepiece 22 to a detector 23 in the form of a CCD camera. An interferogram is recorded with the detector 23, from which the fit error in the examined optical surface of the first mirror test specimen 20 can be read.

In einem nachfolgenden Messdurchgang wird der erste Spiegelprüfling 20 aus dem Prüfstrahlengang entfernt, sodass dieser Teil des Prüfstrahlengangs ins Leere läuft. Stattdessen wird ein zweiter Spiegelprüfling 24 in den Prüfstrahlengang eingebracht. In dem Ausführungsbeispiel ist die Position des zweiten Spiegelprüflings 24 eine andere als die vorherige Position des ersten Spiegelprüflings 20. Der zweite Spiegelprüfling 24 ist so angeordnet, dass er von den Anteilen des Prüfstrahlengangs, die zur Messung des ersten Spiegelprüflings 20 bestimmt sind, nicht getroffen wird. Gleiches gilt umgekehrt für die Position des ersten Spiegelprüflings 20 im Prüfstrahlengang.In a subsequent measurement run, the first mirror test specimen 20 is removed from the test beam path, so that this part of the test beam path comes to nothing. Instead, a second mirror test specimen 24 is introduced into the test beam path. In the exemplary embodiment, the position of the second mirror test specimen 24 is different from the previous position of the first mirror test specimen 20. The second mirror test specimen 24 is arranged so that it is not hit by the portions of the test beam path that are intended for measuring the first mirror test specimen 20 . The same applies vice versa to the position of the first mirror test specimen 20 in the test beam path.

Der als Eingangswelle in Form einer ebenen Wellenfront auf das CGH 19 treffende Prüfstrahlengang wird in dem CGH 19 zu einer Ausgangswelle gebeugt, die eine an die Oberflächenform der optischen Fläche des Spiegelprüflings angepasste Wellenfront bildet. Die Ausgangswelle ist so geformt, dass sie auf der gesamten zu untersuchenden optischen Oberfläche des Spiegelprüflings 20, 24 senkrecht auftrifft, sofern der Spiegelprüfling 20, 24 seiner Sollform entspricht und in geeigneter Position relativ zu dem CGH 19 angeordnet ist.The test beam path striking the CGH 19 as an input wave in the form of a flat wave front is diffracted in the CGH 19 to form an output wave, which forms a wave front adapted to the surface shape of the optical surface of the mirror test specimen. The output wave is shaped so that it strikes perpendicularly on the entire optical surface of the mirror test specimen 20, 24 to be examined, provided that the mirror test specimen 20, 24 corresponds to its desired shape and is arranged in a suitable position relative to the CGH 19.

Die Ausgangswelle wird erzeugt, indem das CGH 19 mit einem aus der Soll-Oberflächenform des ersten Spiegelprüflings 20 abgeleiteten ersten Beugungsgitter versehen ist und mit einem aus der Soll-Oberflächenform des zweiten Spiegelprüflings 24 abgeleiteten zweiten Beugungsgitter versehen ist. Die Beugungsgitter werden durch räumlich variierende Gitterstrukturen in dem CGH gebildet, an denen der Prüfstrahlengang beim Durchqueren des CGH gebeugt wird.The output wave is generated by providing the CGH 19 with a first diffraction grating derived from the target surface shape of the first mirror test specimen 20 and with a second diffraction grating derived from the target surface shape of the second mirror test specimen 24. The diffraction gratings are formed by spatially varying grating structures in the CGH, at which the test beam path is diffracted as it traverses the CGH.

Die Form der Beugungsgitter wird auf rechnerischem Wege ermittelt. Bei der Berechnung wird davon ausgegangen, dass die Form der Eingangswelle sowie die gewünschte Form der Ausgangswelle bekannt ist. Die Form der Eingangswelle wird definiert durch die zwischen der Lichtquelle 14 und dem CGH 19 angeordneten optischen Elemente. Die gewünschte Form der Ausgangswelle leitet sich direkt ab aus der Soll-Oberflächenform des zu untersuchenden Spiegelprüflings. Sind die Eingangswelle und die Ausgangswelle auf diese Weise vorgegeben, so lässt sich der Übergang zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle durch eine Phasenfunktion beschreiben.The shape of the diffraction gratings is determined computationally. The calculation assumes that the shape of the input wave and the desired shape of the output wave are known. The shape of the input wave is defined by the optical elements arranged between the light source 14 and the CGH 19. The desired shape of the output wave is derived directly from the target surface shape of the mirror test specimen to be examined. If the input wave and the output wave are specified in this way, the transition between the input wave and the output wave can be described by a phase function.

Liegen zwei Phasenfunktionen vor, die aus der Soll-Oberflächenform von zwei Spiegelprüflingen berechnet wurden, so kann im Wege der komplexen Codierung in dem Substrat des CGH 19 ein diffraktives Strukturmuster erzeugt werden, das ein zu der ersten Soll-Oberflächenform passendes erstes Beugungsgitter und ein zu der zweiten Soll-Oberflächenform passendes zweites Beugungsgitter überlagert.If there are two phase functions that were calculated from the target surface shape of two mirror test specimens, a diffractive structural pattern can be generated by means of complex coding in the substrate of the CGH 19, which has a first diffraction grating that matches the first target surface shape and a first diffraction grating a second diffraction grating matching the second target surface shape is superimposed.

Für die interferometrische Messung sind nur die Raumbereiche innerhalb des Prüfstrahlengangs von Belang, in denen während der jeweiligen Messung der erste Spiegelprüfling 20 oder der zweite Spiegelprüfling 24 angeordnet sind. In den übrigen Raumbereichen kann die Ausgangswelle des CGH 19 beliebig geformt sein, weil der Prüfstrahlengang dort nicht auf die Spiegelprüflinge trifft.For the interferometric measurement, only the spatial areas within the test beam path in which the first mirror test object 20 or the second mirror test object 24 are arranged during the respective measurement are relevant. In the remaining spatial areas, the output wave of the CGH 19 can be of any shape because the test beam path does not hit the mirror test specimens there.

Für die einer einzelnen Soll-Oberflächenform zugeordnete Phasenfunktion bedeutet dies, dass durch die Umrissform der Soll-Oberflächenform ein Sollgebiet auf dem CGH vorgegeben ist, innerhalb dessen die Ausgangswelle eine bestimmte Form haben soll. Außerhalb des Sollgebiets unterliegt die Phasenfunktion keinen direkten Vorgaben, weil die Ausgangswelle dort für die Bestimmung des Passformfehlers auf dem Sollgebiet nicht erforderlich ist. Jedoch sollte die Phasenfunktion außerhalb des Sollgebiets so gestaltet werden, das zum Detektor gelangendes Streulicht ausreichend geringgehalten wird.For the phase function assigned to an individual target surface shape, this means that the outline shape of the target surface shape specifies a target area on the CGH, within which the output wave should have a specific shape. Outside the target area, the phase function is not subject to any direct specifications because the output wave is not required there to determine the fit error in the target area. However, the phase function outside the target area should be designed in such a way that scattered light reaching the detector is kept sufficiently low.

In 3 ist die Umrissform einer optischen Oberfläche des ersten Spiegelprüflings 20 dargestellt. Innerhalb des CGH 19 ergibt sich damit ein erstes Sollgebiet 25 für das dem ersten Spiegelprüfling 20 zugeordnete erste Beugungsgitter 26, siehe 5. Außerhalb des ersten Sollgebiets 25 leiten sich aus der Form des ersten Spiegelprüflings 20 keine Vorgaben für das zugehörige erste Beugungsgitter 26 ab. 4 zeigt die Umrissform einer optischen Oberfläche des zweiten Spiegelprüflings 24. Das sich daraus ergebende zweite Sollgebiet 27, innerhalb dessen das zweite Beugungsgitter 28 durch die Form des zweiten Spiegelprüflings 24 definiert ist, ist in 6 dargestellt.In 3 the outline shape of an optical surface of the first mirror test specimen 20 is shown. Within the CGH 19, this results in a first target area 25 for the first diffraction grating 26 assigned to the first mirror test object 20, see 5 . Outside the first target area 25, no specifications for the associated first diffraction grating 26 are derived from the shape of the first mirror test specimen 20. 4 shows the outline shape of an opti surface of the second mirror test specimen 24. The resulting second target area 27, within which the second diffraction grating 28 is defined by the shape of the second mirror test specimen 24, is in 6 shown.

Bislang ist es üblich, die Phasenfunktionen nur für die jeweiligen Sollgebiete 25, 27 zu berechnen und das zugehörige Beugungsgitter 26, 28 nur innerhalb der jeweiligen Sollgebiete 25, 27 zu erzeugen. Bereiche, die in dem CGH 19 außerhalb der Sollgebiete 25, 27 liegen, können mit anderen gewünschten Strukturen versehen werden oder unstrukturiert sein. Eine außerhalb der Sollgebiete 25, 27 liegende Struktur wird als Hintergrundstruktur 29 bezeichnet. Zwischen den Beugungsgittern 26, 28 und der Hintergrundstruktur 29 besteht bei aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen eine abrupte Änderung der Struktur, die in den 5 und 6 durch eine durchgezogene Linie angedeutet ist. Dieser Übergang wirkt sich nicht negativ auf das Messergebnis aus, solange die Beugungsgitter innerhalb des CGH 19 überschneidungsfrei nebeneinander angeordnet sind oder - im Falle einer komplexen Codierung - deckungsgleich sind. Mit der Erfindung soll diese im Stand der Technik bestehende Einschränkung überwunden werden.Up to now it has been common practice to calculate the phase functions only for the respective target areas 25, 27 and to generate the associated diffraction grating 26, 28 only within the respective target areas 25, 27. Areas that lie outside the target areas 25, 27 in the CGH 19 can be provided with other desired structures or can be unstructured. A structure lying outside the target areas 25, 27 is referred to as a background structure 29. In solutions known from the prior art, there is an abrupt change in the structure between the diffraction gratings 26, 28 and the background structure 29, which occurs in the 5 and 6 is indicated by a solid line. This transition does not have a negative effect on the measurement result as long as the diffraction gratings within the CGH 19 are arranged next to each other without overlapping or - in the case of complex coding - are congruent. The invention is intended to overcome this limitation existing in the prior art.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind das erste Beugungsgitter und das zweite Beugungsgitter innerhalb des CGH 19 miteinander überlagert, indem im Wege einer komplexen Codierung ein diffraktives Strukturmuster erzeugt wird, das beide Beugungsgitter umfasst. Verglichen mit einer Gestaltung, bei der die Beugungsgitter nebeneinander innerhalb des CGH angeordnet sind, lässt sich auf diese Weise die effektiv zur Verfügung stehende Fläche auf dem CGH vergrößern und ermöglicht eine höhere Messauflösung.In the device according to the invention, the first diffraction grating and the second diffraction grating within the CGH 19 are superimposed on one another by using complex coding to generate a diffractive structural pattern that includes both diffraction gratings. Compared to a design in which the diffraction gratings are arranged next to each other within the CGH, the effectively available area on the CGH can be increased in this way and enables a higher measurement resolution.

Das diffraktive Strukturmuster wird im Wege einer komplexen Codierung des CGH 19 erzeugt. Das Verfahren zur komplexen Codierung an sich ist bekannt. Details dazu sind beispielsweise in Beyerlein, M.; Lindlein, N.; Schwider, J.: „Dual-wave-front computergenerated holograms for quasi-absolute testing of aspherics“, Appl. Opt. (USA) 41, Seite 2440 (2002) ausgeführt.The diffractive structural pattern is generated by complex coding of the CGH 19. The process for complex coding itself is known. Details on this can be found, for example, in Beyerlein, M.; Lindlein, N.; Schwider, J.: “Dual-wave-front computer-generated holograms for quasi-absolute testing of aspherics”, Appl. Opt. (USA) 41, page 2440 (2002).

In 7 sind die Bereichsgrenzen des ersten Sollgebiets 25 und des zweiten Sollgebiets 27 innerhalb des CGH überlagert dargestellt. Gemeinsam decken das erste Sollgebiet 25 und das zweite Sollgebiet 27 ein Gebiet ab, das größer ist als die einzelnen Sollgebiete 25, 27. Das Gebiet ist zusammensetzt aus Bereichen, in denen das erste Sollgebiet 25 und das zweite Sollgebiet 27 sich überschneiden, sowie aus Bereichen, die entweder nur von dem ersten Sollgebiet 25 oder nur von dem zweiten Sollgebieten 27 abgedeckt sind. Dementsprechend gibt es Bereiche, in denen beide Beugungsgitter definiert sind, und Bereiche, in denen jeweils nur eines der Beugungsgitter definiert ist.In 7 the area boundaries of the first target area 25 and the second target area 27 are shown superimposed within the CGH. Together, the first target area 25 and the second target area 27 cover an area that is larger than the individual target areas 25, 27. The area is composed of areas in which the first target area 25 and the second target area 27 overlap, as well as areas , which are covered either only by the first target area 25 or only by the second target area 27. Accordingly, there are areas in which both diffraction gratings are defined and areas in which only one of the diffraction gratings is defined.

Wird der gemeinsame Bereich als komplex-codiertes diffraktives Strukturmuster ausgestaltet, stellt sich heraus, dass sich eine innerhalb des ersten Sollgebiets 25 liegende Grenze des zweiten Beugungsgitters 28 negativ auf die Vermessung des ersten Spiegelprüflings 20 auswirkt und umgekehrt. Mit der Erfindung wird deswegen vorgeschlagen, solche Grenzen des jeweils anderen Beugungsgitters im Bereich des gemeinsam abgedeckten Gebiets 25, 27 zu vermeiden.If the common area is designed as a complex-coded diffractive structure pattern, it turns out that a boundary of the second diffraction grating 28 lying within the first target area 25 has a negative effect on the measurement of the first mirror test specimen 20 and vice versa. The invention therefore proposes to avoid such boundaries of the other diffraction grating in the area of the jointly covered area 25, 27.

Die erste Phasenfunktion und die zweite Phasenfunktion werden zu diesem Zweck über die Sollgebiete der zu prüfenden optischen Oberflächen des ersten Spiegelprüfling 20 und des zweiten Spiegelprüflings 24 hinaus geeignet fortgesetzt, so dass innerhalb des gemeinsamen Gebiets 25, 27 keine Grenzen existieren, die die jeweils andere Messung stören. Entsprechend den für ein größeres Gebiet berechneten ersten und zweiten Phasenfunktionen erstreckt sich auch jedes der Beugungsgitter 26, 28 über ein Gebiet, das größer ist als das jeweils zugehörige Sollgebiet 25, 27.For this purpose, the first phase function and the second phase function are suitably continued beyond the target areas of the optical surfaces to be tested of the first mirror test object 20 and the second mirror test object 24, so that there are no boundaries within the common area 25, 27 that affect the other measurement disturb. Corresponding to the first and second phase functions calculated for a larger area, each of the diffraction gratings 26, 28 also extends over an area that is larger than the corresponding target area 25, 27.

Jede der beiden Phasenfunktionen wird sprungfrei und knickfrei über die gesamte Fläche des CGH 19 definiert, zumindest aber auf dem in 7 weiß gekennzeichneten Bereich. Die Phasenfunktionen können durch einfache Extrapolation über das zugehörige Sollgebiet 25, 27 hinaus definiert werden. Zusätzlich können Randbedingungen beachtet werden. So sollte die Extrapolation so erfolgen, dass mit den extrapolierten Phasenfunktionen möglichst wenig die betreffende Messung störendes Streulicht erzeugt wird oder die Fertigbarkeit des CGH erschwert wird.Each of the two phase functions is defined without jumps and kinks over the entire area of the CGH 19, but at least on the in 7 white marked area. The phase functions can be defined by simple extrapolation beyond the associated target area 25, 27. Additionally, boundary conditions can be taken into account. The extrapolation should be carried out in such a way that the extrapolated phase functions generate as little scattered light as possible that would disrupt the measurement in question or make it more difficult to manufacture the CGH.

Sollen innerhalb eines einzelnen Beugungsgitters mehrere Funktionalitäten enthalten sein, zum Beispiel in Form einer Nutzfunktionalität und einer Hilfsfunktionalität, so müssen die beiden zugehörigen Phasenfunktion sprungfrei und knickfrei ineinander überführt werden. Hierbei ist es zweckmäßig, die maximale Liniendichte im extrapolierten Bereich zwischen den Phasenfunktionen zu begrenzen. In 8 sind ein erster Anteil 31 einer Phasenfunktion und ein zweiter Anteil 32 der Phasenfunktion dargestellt. Im Diagramm i) ergibt sich im Übergangsabschnitt 33 ein großer Gradient am Übergang zwischen dem ersten Abschnitt 31 und dem zweiten Abschnitt 32. In Diagramm ii) ist der zweite Abschnitt 32 mit einem Offset versehen, durch den der Gradient im Übergangsabschnitt 33 reduziert wird. Durch den verminderten Gradienten im Übergangsabschnitt 33 wird die Liniendichte im betreffenden Bereich des Beugungsgitters reduziert. Der Offset für den zweiten Abschnitt 32 der Phasenfunktion kann frei gewählt werden, weil ein solcher Offset lediglich die globale Phase beeinflusst. Gemäß der Erfindung kann der Offset zwischen den Abschnitten 31, 32 der Phasenfunktion so gesetzt werden, dass die maximale Liniendichte begrenzt wird. Weiter kann der Offset so gesetzt werden, dass Nulldurchgänge der Liniendichte so weit wie möglich vermieden werden.If several functionalities are to be contained within a single diffraction grating, for example in the form of a useful functionality and an auxiliary functionality, the two associated phase functions must be converted into one another without any jumps or kinks. It is useful to limit the maximum line density in the extrapolated area between the phase functions. In 8th a first portion 31 of a phase function and a second portion 32 of the phase function are shown. In diagram i), there is a large gradient in the transition section 33 at the transition between the first section 31 and the second section 32. In diagram ii), the second section 32 is provided with an offset by which the gradient in the transition section 33 is reduced. Due to the reduced gradient in the transition section 33, the line density in the relevant area of the diffraction grating is reduced. The offset for the second Section 32 of the phase function can be freely chosen because such an offset only affects the global phase. According to the invention, the offset between the sections 31, 32 of the phase function can be set so that the maximum line density is limited. Furthermore, the offset can be set so that zero crossings of the line density are avoided as much as possible.

Im Außenbereich kann die Phasenfunktion frei fortgesetzt werden. Dies ist in 8 am Beispiel eines Fortsetzungsabschnitts 48 gezeigt, der an den ersten Anteil 31 der Phasenfunktion anschließt. Erneut ist der Gradient in Diagramm ii) kleiner als in Diagramm i), so dass die Liniendichte des Beugungsgitters begrenzt wird.The phase function can be continued freely outdoors. This is in 8th shown using the example of a continuation section 48, which connects to the first portion 31 of the phase function. Again, the gradient in diagram ii) is smaller than in diagram i), so that the line density of the diffraction grating is limited.

In den 9-13 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem der gleiche Spiegelprüfling in zwei verschiedenen Stellungen vermessen wird, wobei entweder die gesamte optische Fläche oder ein Teilbereich der optischen Fläche des Spiegelprüflings vermessen werden kann. Jeder der zu vermessenen Bereiche des Spiegels bildet einen Spiegelprüfling im Sinne der Erfindung. Das in 9 gezeigte erste Sollgebiet 25 überschneidet sich mit dem zweiten Sollgebiet 27, siehe 11. Wären die erste und die zweite Phasenfunktion sowie die zugehörigen Beugungsgitter 26, 28 nur innerhalb der Sollgebiete 25, 27 definiert, so würden sich die in 11 dargestellten Strukturgrenzen innerhalb des komplex codierten Gebiets ergeben. Werden, wie in den 12 und 13 mit den gestrichelten Linien angedeutet, die Phasenfunktionen und damit die Beugungsgitter 26, 28 über die Sollgebiete 25, 27 hinaus sprungfrei und knickfrei fortgeführt, so werden die gegenseitigen Störungen vermieden. In 12, 13 ist ein Beispiel gezeigt, dass eine Extrapolation über das ganze CGH 19 zeigt, es würde aber auch genügen, nur auf den gemeinsamen Bereich zu extrapolieren.In the 9-13 An exemplary embodiment of the invention is shown in which the same mirror test specimen is measured in two different positions, whereby either the entire optical surface or a partial area of the optical surface of the mirror test specimen can be measured. Each of the areas of the mirror to be measured forms a mirror test specimen in the sense of the invention. This in 9 The first target area 25 shown overlaps with the second target area 27, see 11 . If the first and second phase functions and the associated diffraction gratings 26, 28 were only defined within the target areas 25, 27, the in 11 shown structural boundaries within the complex coded area. Be, as in the 12 and 13 indicated by the dashed lines, the phase functions and thus the diffraction gratings 26, 28 continue beyond the target areas 25, 27 without jumps and kinks, so mutual interference is avoided. In 12 , 13 An example is shown that shows an extrapolation over the entire CGH 19, but it would also be sufficient to extrapolate only to the common area.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 14-18 umfasst das CGH 19 neben den Nutzfunktionalitäten 26, 28 innerhalb der Sollgebiete 25, 27 noch Hilfsfunktionalitäten 34, 35, die an die Sollgebiete 25, 27 angrenzen, sich aber nicht mit den Sollgebieten 25, 27 überschneiden. Die Hilfsfunktionalitäten können zum Beispiel zum Zwecke der Justage oder Kalibrierung der Messvorrichtung verwendet werden. Würde die komplexe Codierung ohne erfindungsgemäße Ausgestaltung durchgeführt, so wären Strukturgrenzen wie in 16 sichtbar. In 17 sind der Phasenfunktion-Anteil der Hilfsfunktionalität zu 34 und der Phasenfunktion-Anteil der Nutzfunktionalität 26 sprungfrei und knickfrei miteinander verbunden, so dass eine gemeinsame Phasenfunktion f1 entsteht, siehe 8. Auf die gleiche Weise wird zu 15 eine gemeinsame Phasenfunktion f2 für die Nutzfunktionalität 27 und die Hilfsfunktionalität 35 erzeugt. Die Phasenfunktionen f1, f2 werden sprungfrei und knickfrei über die Sollgebiete hinaus fortgesetzt, siehe 17, 18, so dass durch komplexe Codierung ein diffraktives Strukturmuster erzeugt werden kann, das frei von Strukturgrenzen ist.In the exemplary embodiment according to 14-18 In addition to the useful functionalities 26, 28 within the target areas 25, 27, the CGH 19 also includes auxiliary functionalities 34, 35, which adjoin the target areas 25, 27, but do not overlap with the target areas 25, 27. The auxiliary functionalities can be used, for example, for the purpose of adjusting or calibrating the measuring device. If the complex coding were carried out without a design according to the invention, structural boundaries would be as in 16 visible. In 17 the phase function portion of the auxiliary functionality 34 and the phase function portion of the useful functionality 26 are connected to one another without any jumps or kinks, so that a common phase function f1 is created, see 8th . In the same way becomes too 15 a common phase function f2 for the useful functionality 27 and the auxiliary functionality 35 is generated. The phase functions f1, f2 continue beyond the target areas without any jumps or kinks, see 17 , 18 , so that complex coding can be used to create a diffractive structural pattern that is free of structural boundaries.

In den 19-23 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem ein einzelner Prüfling 36, dessen Oberfläche als Abschnitt einer gedachten rotationssymmetrischen Oberfläche ausgestaltet ist, in verschiedenen Stellungen vermessen wird. Dazu werden innerhalb des CGH 19 zwei verschiedene Nutzbereiche 37, 38 zur Verfügung gestellt, wobei der erste Nutzbereich 37 einen gro-ßen Teil der Fläche des CGH 19 ausnutzt für ein Beugungsgitter 26, das aus der Soll-Oberflächenform des Spiegelprüflings 36 abgeleitet ist. Hingegen ist in dem zweiten Nutzbereich 38, der hier ringförmig dargestellt ist, ein Beugungsgitter ausgebildet, das die Vermessung des Prüflings 36 in verschiedenen Drehpositionen um die Symmetrieachse erlaubt. Je nach Umrissform des Spiegels kann sich auch eine größere, kleinere oder gar keine Aussparung ergeben. Im letzteren Fall geht 21 in 23 über. Die in 22 skizzierten Umrisse 39, 40 innerhalb des Nutzbereich 38 deuten zwei mögliche Positionen des Spiegelprüflings 36 in 20 an. Somit können sowohl eine Messung mit höherer Auflösung als auch Messungen in mehreren Drehstellungen in einem CGH realisiert werden. Durch sprungfreie und knickfreie Fortsetzung der Phasenfunktionen über die eigentlichen Nutzbereiche 37, 38 hinaus werden auch hier Störkonturen vermieden. Gemäß 23 ist es möglich, auf die zentrale Aussparung im zweiten Nutzbereich 38 zu verzichten und den zweiten Nutzbereich 38 ohne Unterbrechung bis zum Zentrum des CGH 19 fortzuführen.In the 19-23 An exemplary embodiment is shown in which an individual test specimen 36, the surface of which is designed as a section of an imaginary rotationally symmetrical surface, is measured in different positions. For this purpose, two different useful areas 37, 38 are provided within the CGH 19, with the first useful area 37 using a large part of the area of the CGH 19 for a diffraction grating 26, which is derived from the target surface shape of the mirror test specimen 36. On the other hand, in the second useful area 38, which is shown here in the form of a ring, a diffraction grating is formed, which allows the test specimen 36 to be measured in different rotational positions about the axis of symmetry. Depending on the outline shape of the mirror, there may be a larger, smaller or no recess at all. In the latter case it works 21 in 23 above. In the 22 Sketched outlines 39, 40 within the useful area 38 indicate two possible positions of the mirror test specimen 36 20 at. This means that both a measurement with higher resolution and measurements in several rotational positions can be realized in one CGH. By continuing the phase functions beyond the actual useful areas 37, 38 without jumps and kinks, interfering contours are also avoided here. According to 23 It is possible to dispense with the central recess in the second useful area 38 and to continue the second useful area 38 to the center of the CGH 19 without interruption.

In den 24, 25 ist eine Ausführungsvariante ohne komplexe Codierung gezeigt, bei dem innerhalb des CGH 19 ein Beugungsgitter 47 ausgebildet ist, welches für einen Spiegelprüfling mehrere Teilbereiche 39, 40, 41, 42 für verschiedene Positionen bereitstellt, die allesamt innerhalb einer ringförmigen Fläche 49 angeordnet sind. In den einzelnen Positionen können geringfügig voneinander abweichende Sollformen für den Spiegelprüfling umgesetzt werden, insbesondere so, dass von einer rotationssymmetrischen Sollform, in einer oder mehreren Positionen abgewichen werden kann, beispielsweise um eine Schwerkraftwirkung auf den Spiegel vorzuhalten. Auf diese Weise kann in ausgewählten Positionen 39, 40, 41, 42 eine entsprechend abweichende Sollform im realen Strahlengang direkt kompensiert werden, während in anderen Positionen die Vorteile einer rotationssymmetrischen Sollform genutzt werden können. Die Phasenfunktion-Anteile der Teilbereiche 39, 40, 41, 42 und des Beugungsgitters 47 werden dazu durch sprungfreie und knickfreie Übergänge verbunden. Die beiden Ausführungen können auch im Rahmen der komplexen Codierung mit anderen Ausführungsformen oder deren Teilen kombiniert werden.In the 24 , 25 an embodiment variant without complex coding is shown, in which a diffraction grating 47 is formed within the CGH 19, which provides a plurality of partial areas 39, 40, 41, 42 for different positions for a mirror test specimen, all of which are arranged within an annular surface 49. Slightly different target shapes for the mirror test specimen can be implemented in the individual positions, in particular in such a way that one or more positions can be deviated from a rotationally symmetrical target shape, for example in order to maintain a gravitational effect on the mirror. In this way, a correspondingly different desired shape in the real beam path can be directly compensated for in selected positions 39, 40, 41, 42, while the advantages of a rotationally symmetrical desired shape can be used in other positions. The phase function components of the partial areas 39, 40, 41, 42 and the diffraction grating 47 are provided with jump-free and kinks free transitions connected. The two versions can also be combined with other embodiments or parts thereof as part of the complex coding.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel in den 26 und 27 soll mit der Nutzfunktionalität 43 ein Spiegelprüfling vermessen werden. Dabei kann wie in 19 die gesamte Nutzfunktionalität 43 für die Vermessung eines einzelnen Spiegelprüflings genutzt werden, oder es kann wie in 22 innerhalb der Nutzfunktionalität 43 verschiedene Positionen zur Vermessung eines Spiegelprüflings geben. In dem CGH 19 ist weiter eine Hilfsfunktionalität 45 ausgebildet, die sich im vorliegenden Beispiel über die gesamte Fläche des CGH 19 erstreckt und die Zwecken der Kalibrierung oder Justage dient. Aus der Nutzfunktionalität 43 und der Hilfsfunktionalität 45 wird durch komplexe Codierung ein diffraktives Strukturmuster in dem CGH 19 erzeugt. Wäre die Nutzfunktionalität 43 über ihren gesamten Umfang durch einen durchgehenden abrupten Übergang von der Hintergrundstruktur 44 abgegrenzt, so würde auch das entstehende diffraktive Strukturmuster durchgehend einen abrupten Übergang aufweisen. Die resultierenden Störeffekte entlang der Strukturgrenzen können die Auswertung des Interferogramms der Hilfsfunktionalität durch eine Trennung in drei Bereich nachteilig beeinflussen. Durch einen abschnittsweise sprungfreien und knickfreien Übergang 46 zwischen den Phasenfunktion-Anteile der Nutzfunktionalität 43 und der Hintergrundstruktur 44 wird ein abrupter Übergang im diffraktiven Strukturmuster abschnittsweise vermieden, wodurch eine zusammenhängende Auswertung der Abschnitte der Hilfsfunktionalität 45 ermöglicht wird.In a further embodiment in the 26 and 27 A mirror test object is to be measured with the useful functionality 43. This can be done as in 19 the entire useful functionality 43 can be used for measuring an individual mirror test specimen, or it can be used as in 22 There are 43 different positions within the useful functionality for measuring a mirror test object. An auxiliary functionality 45 is also formed in the CGH 19, which in the present example extends over the entire area of the CGH 19 and serves the purposes of calibration or adjustment. From the useful functionality 43 and the auxiliary functionality 45, a diffractive structural pattern is generated in the CGH 19 by complex coding. If the useful functionality 43 were delimited from the background structure 44 over its entire circumference by a continuous, abrupt transition, the resulting diffractive structural pattern would also have an abrupt transition throughout. The resulting interference effects along the structure boundaries can adversely affect the evaluation of the interferogram of the auxiliary functionality by separating it into three areas. Through a sectionally jump-free and kink-free transition 46 between the phase function parts of the useful functionality 43 and the background structure 44, an abrupt transition in the diffractive structure pattern is avoided in sections, which enables a coherent evaluation of the sections of the auxiliary functionality 45.

Claims

Device for the interferometric determination of the fit error of a first optical surface (20, 36), with a detector (23) for recording an interferogram from a test beam path reflected on the first optical surface (20, 36) and a reference beam path, a diffractive optical element in the test beam path is arranged in the form of a CGH (19), the CGH (19) having a complex coding generated by superposition of a first phase function and a second phase function, the first phase function being defined within a first target area (25) which is determined by the outline shape of the first optical surface (20, 36), characterized in that the first phase function is defined without jumps and kinks within a region that extends beyond the first target region (25), the second phase function being defined within a second target region (27). , which is predetermined by the outline shape of a second optical surface (24), wherein the second phase function is defined without jumps and kinks within a region that extends beyond the second target region (27), and wherein the first phase function and the second phase function each extend beyond that Areas (25, 27) spanned together with the first target area (25) and the second target area (27) are defined without jumps and without kinks.

Device according to Claim 1 , characterized in that the first phase function and the second phase function are defined without jumps and kinks over the entire area of the CGH (19).

Device according to one of the Claims 1 until 2 , characterized in that the first phase function and / or the second phase function represent at least one useful functionality (26, 28) and at least one auxiliary functionality (34, 35).

Device according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the local line density of a diffraction grating contained in the complex coding is limited to a predetermined value in a transition region between a first functionality of the diffraction grating and a second functionality of the diffraction grating by adding an offset to a phase function component associated with the first functionality.

Device according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the first phase function and/or the second phase function are defined in such a way that the local line density is limited to a predetermined value by portions of the phase functions lying outside the target areas (25, 27).

Device according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the first phase function and / or the second phase function are defined in such a way that no output wave of the CGH (19) is generated by parts of the phase functions lying outside the target areas (25, 27), which are directed to an optical surface to be examined ( 20, 24, 36).

Device according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the first optical surface (20) and the second optical surface (24) are formed on two separate mirror elements.

Device according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the first optical surface (20) and the second optical surface (24) are two sections of a single mirror element (36).

Device according to Claim 8 , characterized in that the imaging scale in the second mirror test specimen is at least 20%, preferably at least 40%, more preferably at least 50% higher than in the first mirror test specimen.

Device according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the CGH (19) is designed to measure more than two optical surfaces.

Device according to one of the Claims 1 until 10 , characterized in that at least two of the optical surfaces to be tested are aspherical, in particular free-form surfaces.