DE19842190C1 - Method to determine topography of curved surfaces: involves measuring angle difference of two measurement beams reflected from two separate measurement points - Google Patents
Method to determine topography of curved surfaces: involves measuring angle difference of two measurement beams reflected from two separate measurement pointsInfo
- Publication number
- DE19842190C1 DE19842190C1 DE1998142190 DE19842190A DE19842190C1 DE 19842190 C1 DE19842190 C1 DE 19842190C1 DE 1998142190 DE1998142190 DE 1998142190 DE 19842190 A DE19842190 A DE 19842190A DE 19842190 C1 DE19842190 C1 DE 19842190C1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- measuring
- scanning
- angle
- scanning beam
- displacement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/255—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures for measuring radius of curvature
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Topogra phie von gekrümmten Oberflächen eines sphärisch oder asphärisch gekrümmten Probekörpers.The invention relates to a method for determining the topography phie of curved surfaces of a spherical or aspherical curved specimen.
Die Bestimmung der Topographie einer gekrümmten Oberfläche eines sphärisch oder asphärisch gekrümmten Probekörpers wird insbeson dere für die Herstellung von hochpräzisen Linsen für insbesonde re großflächige präzise Optiken benötigt. Beispielsweise werden für die Erstellung von Masken, die zur Herstellung von Halblei terwafern benötigt werden, hochpräzise Photolithographieobjekti ve benutzt, die aus einer Vielzahl von hochpräzisen Linsen be stehen müssen. Dabei ist es erforderlich festzustellen, ob die Oberfläche frei von störenden Unebenheiten ist und ob die ge wünschte Abweichung einer asphärischen Oberfläche von der je weils zugrundeliegenden Sphäre mit ausreichend enger Toleranz eingehalten ist.Determining the topography of a curved surface of a spherical or aspherically curved specimen is in particular especially for the production of high-precision lenses re large-area precise optics required. For example for the creation of masks for the production of semi-lead terwafers are required, high-precision photolithography objects I've used a variety of high-precision lenses have to stand. It is necessary to determine whether the Surface is free of disturbing unevenness and whether the ge desired deviation of an aspherical surface from the ever because the underlying sphere with a sufficiently narrow tolerance is adhered to.
Es ist bekannt, die Überprüfung der Oberfläche derartig herge stellter Linsen interferometrisch durchzuführen. Abgesehen von dem hierfür erforderlichen erheblichen Aufwand ist das Vermes sungsverfahren nicht referenzfrei, da die interferometrische Messung, also die Überlagerung ausreichend kohärenter Meß- und Referenzstrahlen, einen Referenzkörper erfordert, der die ge wünschte Genauigkeit aufweist. Die hierbei notwendigerweise auf tretenden systematischen Meßfehler haben bisher verhindert, daß ein angestrebtes Ziel, die Messung der Oberflächengüte mit der Genauigkeit im Nanometer- und Subnanometerbereich, auch nur an genähert erreicht werden konnte.It is known to check the surface in such a manner to perform interferometric lenses. Apart from the considerable effort required for this is the Vermes solution procedure is not reference-free because the interferometric Measurement, i.e. the superimposition of sufficiently coherent measurement and Reference rays, requires a reference body that the ge has the desired accuracy. This necessarily applies to this Systematic measurement errors that have occurred have prevented a desired goal, the measurement of the surface quality with the Accuracy in the nanometer and subnanometer range, even only could be approached.
Durch die DE 43 24 800 C2 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung von Fehlern von Oberflächen hoher Güte bekannt, bei der die Oberfläche durch einen beispielsweise durch eine Laserdiode er zeugten Lichtstrahl abgetastet wird. Dabei kann der Lichtstrahl so geführt werden, daß er stets im Winkel von 90° auf die Ober fläche auffällt und somit in sich selbst reflektiert wird. Zur Bestimmung von Oberflächenfehlern wird der Strahl zentral durch eine Meßanordnung geführt, die aus zwei Gruppen von jeweils auf einem gleichen Radius angeordneten Lichtsensoren besteht. Mit Hilfe der auf die Lichtsensoren fallenden Anteile soll die Form der Oberflächenfehler, an denen das auftreffende Licht gestreut wird, festgestellt werden.DE 43 24 800 C2 is a device for determination known defects of high quality surfaces, in which the Surface, for example, by a laser diode witnessed light beam is scanned. The light beam can so that it is always at an angle of 90 ° to the upper surface stands out and is thus reflected in itself. to The beam is determined centrally by determining surface defects led a measuring arrangement made up of two groups each there is a same radius arranged light sensors. With The shape should help with the parts falling on the light sensors the surface defects on which the incident light is scattered will be determined.
Aus der DE 195 27 147 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Qualitätsprüfung von Formteilen bekannt, bei der die Form teile ebenfalls mit einem Lichtstrahl abgetastet und der reflek tierte Lichtstrahl in seiner Position detektiert wird, um so auf die Form der Oberfläche zu schließen. Derartige Vorrichtungen und Verfahren erlauben keine hochpräzisen Topographiebestimmun gen einer gekrümmten Oberfläche, wie sie erfindungsgemäß ermög licht werden soll.DE 195 27 147 A1 describes a method and a device known for the quality inspection of molded parts, in which the shape parts also scanned with a light beam and the reflector tected light beam is detected in its position, so on to close the shape of the surface. Such devices and methods do not allow high-precision topography determination against a curved surface, as made possible according to the invention should be light.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde, ein Meßverfahren für die Topographie von gekrümmten Oberflächen anzugeben, das eine verbesserte Genauigkeit und Re produzierbarkeit der Messung ermöglicht.The present invention therefore addresses the problem based on a measurement method for the topography of curved Surfaces to indicate improved accuracy and re producibility of the measurement enables.
Ausgehend von dieser Problemstellung ist erfindungsgemäß für das Verfahren der eingangs erwähnten Art vorgesehen, daß die Ober fläche mit einem Abtaststrahl auf in einer Abtastrichtung lie genden Meßpunkten abgetastet wird und Winkeldifferenzen von an jeweils zwei in Abtastrichtung voneinander beabstandeten Meß punkten reflektierten Meßstrahlen gemessen werden und daß für die Messung der Winkeldifferenzen eine relative Ausrichtung zwi schen Oberfläche und Abtaststrahl so vorgenommen wird, daß die Oberfläche in einem der Meßpunkte der Winkeldifferenzmessung im wesentlichen senkrecht zum Abtaststrahl steht.Based on this problem, the invention for Methods of the type mentioned initially provided that the upper area with a scanning beam lying in a scanning direction measuring points and angular differences of two measurements spaced apart in the scanning direction points reflected measuring beams are measured and that for the measurement of the angle differences a relative alignment between surface and scanning beam is made so that the Surface in one of the measuring points of the angular difference measurement in is substantially perpendicular to the scanning beam.
Erfindungsgemäß wird für die Bestimmung der Topographie von ge krümmten Oberflächen ein Abtastverfahren (Scanning-Verfahren) verwendet, das bisher nur für die Vermessung von Planflächen in Betracht gezogen worden ist, weil eine parallel zur Planfläche liegende Meßebene existiert. Wenn sichergestellt wird, daß die Abtastrichtung in der Meßebene liegt, können somit sämtliche Ab weichungen der Oberfläche des Probekörpers von der Planfläche detektiert werden. Für stärker gekrümmte Oberflächen ist die Planflächenmethode nicht immer anwendbar, da die reflektierten Meßstrahlen einen zu großen Winkel mit dem Abtaststrahl bilden würden, der durch die Meßanordnung, die Winkelabweichungen im Bereich von einigen Hundertsel Winkelsekunden messen können soll, nicht mehr erfaßt werden können. Aus diesem Grund sind die für eine Planflächenvermessung bekannten Abtastverfahren als nicht praxisgerecht für die Vermessung von gekrümmten Oberflä chen verworfen worden.According to the invention for the determination of the topography of ge curved surfaces a scanning method (scanning method) used that previously only for the measurement of plane areas in Has been considered because one is parallel to the plane surface horizontal measuring plane exists. If it is ensured that the Scanning direction lies in the measuring plane, all Ab deviations of the surface of the test specimen from the flat surface can be detected. For more curved surfaces that is Flat surface method not always applicable, as the reflected Make measuring beams too large an angle with the scanning beam would, by the measuring arrangement, the angular deviations in Can measure range of a few hundredths of an arc second should no longer be able to be recorded. Because of this, they are for a flat surface measurement known scanning method as not practical for the measurement of curved surfaces discarded.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der Erkenntnis aus, daß die Information über den Krümmungsradius einer gekrümmten Ober fläche in aller Regel wenig kritisch ist, da in den meisten An wendungsfällen geringe Radiusabweichungen in Kauf genommen und anderweitig kompensiert werden können und daß die höhere Rele vanz in der Feststellung etwaiger Abweichungen von einer Soll form liegt. Demgemäß wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die vorgenommene relative Ausrichtung des Abtaststrahls im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Probekörpers in je weils einem der Meßpunkte die Bezugnahme auf eine ortsfeste Meß ebene - und daher auf die Ermittlung eines absoluten Krümmungs radius - verzichtet. Durch die jeweils durchgeführten Winkeldif ferenzmessungen werden Differenzen der jeweiligen Steigung der Oberfläche zwischen den Meßpunkten festgestellt. Würde man die Meßpunkte so nahe beieinander legen, daß der Abstand klein ge genüber den vorkommenden Änderungen der Steigung ist, läge eine Differentialmessung vor, so daß die Winkeldifferenzwerte unmit telbar der Krümmung der Oberfläche entsprächen.The inventive method is based on the knowledge that the information about the radius of curvature of a curved upper area is generally not very critical, since most of the areas small radius deviations are accepted and can be compensated for otherwise and that the higher rele vanz in the determination of any deviations from a target form lies. Accordingly, in the method according to the invention by the relative alignment of the scanning beam in the essentially perpendicular to the surface of the specimen in each because one of the measuring points is the reference to a fixed measuring plane - and therefore on the determination of an absolute curvature radius - waived. Through the angular diff Reference measurements are differences of the respective slope of the Surface determined between the measuring points. Would you Place measuring points so close together that the distance is small compared to the changes in slope that occur, one would lie Differential measurement before, so that the angle difference values immediately correspond to the curvature of the surface.
Bevorzugt ist jedoch aus Gründen der erzielbaren Meßgenauigkeit die Durchführung der Winkeldifferenzmessung an zwei Meßpunkten, die soweit voneinander entfernt sind, daß der Bereich der ge messenen Winkeldifferenzen größenordnungsmäßig dem Bereich der gemessenen Winkel selbst entspricht. In diesem Fall stellt die gemessene Winkeldifferenz kein unmittelbares Maß der Krümmung der Oberfläche dar. Durch die Abtastung der gesamten Oberfläche kann jedoch aus den Winkeldifferenzwerten in einer unten noch näher dargelegten Weise die Krümmung, die Steigung und der Orts verlauf der gekrümmten Oberfläche als Relativwerte errechnet werden.However, is preferred for reasons of the achievable measurement accuracy performing the angular difference measurement at two measuring points, which are so far apart that the area of ge measured angular differences of the order of magnitude measured angle itself corresponds. In this case, the measured angle difference no direct measure of the curvature of the surface. By scanning the entire surface can, however, from the angle difference values in one below the curvature, the slope and the location course of the curved surface is calculated as relative values become.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit die Bestimmung der Topographie von gekrümmten Oberflächen mit einer vergleichsweise einfachen Anordnung und mit einer Genauigkeit, die in dem ange strebten Nanometer- bzw. Subnanometerbereich liegt.The method according to the invention thus allows the determination of the Topography of curved surfaces with a comparatively simple arrangement and with an accuracy that is indicated aspired nanometer or subnanometer range.
Wie an sich bei Abtastverfahren üblich, wird zweckmäßigerweise auch bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung der Abtast strahl über eine in einem Meßkopf angeordnete Umlenkoptik auf die Oberfläche gerichtet, wobei die Umlenkoptik vorzugsweise ein bezüglich seiner Winkelorientierung in Abtastrichtung unkriti sches Pentagonprisma ist.As is usual with scanning methods per se, is expedient also in the practice of the present invention of scanning beam via a deflection optics arranged in a measuring head the surface directed, the deflecting optics preferably a uncritical with regard to its angular orientation in the scanning direction pentagon prism.
Die Bestimmung der Winkeldifferenz ist grundsätzlich durch die Verwendung zweiter Umlenkoptiken und zweier getrennter Meßstrah len möglich, beispielsweise durch die Messung der jeweiligen Winkellage mit jeweils einem Autokollimationsfernrohr. Hierbei gehen aber die prinzipiellen Meßfehler durch die unvermeidlichen Fehler der synchronen Führung der beiden Meßköpfe bzw. Umlenkop tiken in einer Größenordnung ein, die eine erhebliche Begrenzung der erzielbaren Genauigkeit mit sich bringen.The determination of the angle difference is fundamentally by the Use of second deflection optics and two separate measuring beams len possible, for example by measuring the respective Angular position with one autocollimation telescope each. in this connection but the fundamental measurement errors go through the inevitable Error in the synchronous guidance of the two measuring heads or deflection tics on a scale that has a significant limitation of the achievable accuracy.
Bevorzugt ist daher, zur Messung der Winkeldifferenz den Abtast strahl von einem ersten Meßpunkt in Abtastrichtung zu einem zweiten Meßpunkt um einen vorgegebenen Abstand zu verschieben, vorzugweise durch die Umlenkoptik. Dadurch läßt sich erreichen, daß die durch die Umlenkoptik selbst eingeführten Fehler auf grund der Differenzmessung eliminiert werden, da sie als additi ve Fehler in beide Winkelmessungen eingehen und bei der Diffe renzbildung somit herausfallen. Zweckmäßig ist es dabei aller dings, die Messungen an den Meßpunkten zur Bestimmung der Win keldifferenzen so kurz im zeitlichen Abstand vorzunehmen, daß innerhalb des kurzen zeitlichen Abstandes eine Ganzkörperbewe gung des Probekörpers und eine Verformung der Apparatur auszu schließen ist, um die ggfs. hierdurch eingeführten, durch ther mische Effekte verursachten Meßfehler zu vermeiden. Alternativ hierzu können die Meßfehler auch durch eine Kombination von Mes sungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung eliminiert werden. It is therefore preferred to measure the angle difference beam from a first measuring point in the scanning direction to a to shift the second measuring point by a predetermined distance, preferably through the deflection optics. This can achieve that the errors introduced by the deflection optics themselves be eliminated due to the difference measurement, since they as additi ve errors in both angle measurements and in the diff boundary formation thus fall out. It is useful for everyone dings, the measurements at the measuring points to determine the win keldifferenzen so short in time that full body movement within the short time interval specimen and a deformation of the apparatus is to close the possibly introduced by ther to avoid mixed effects caused by measurement errors. alternative For this purpose, the measurement errors can also be determined by a combination of Mes solutions in the forward and reverse directions can be eliminated.
Für diese Ausführungsform der Erfindung ist es besonders bevor zugt, die Parallelität der Verschiebung des Meßstrahls zu sich selbst nicht nur durch eine geeignete mechanische Führung sicherzustellen sondern durch wenigstens eine Messung eines re levanten Winkels zu überwachen und zur Konstanthaltung dieses Winkels zu regeln. Bei der Verschiebung des Meßstrahls würde insbesondere ein bezüglich der Verschieberichtung auftretender Rollwinkel zu stärkeren Fehlereinflüssen führen. Die Überwachung und Konstanthaltung des Rollwinkels erlaubt daher bereits eine aktive Stabilisierung der Verschiebung unter Einhaltung der Par allelitätsbedingung. Zweckmäßig ist allerdings auch die Überwa chung der anderen Raumwinkel ("Pitch", "Yaw").It is particularly imminent for this embodiment of the invention moves, the parallelism of the displacement of the measuring beam to itself even not only through suitable mechanical guidance ensure but by at least one measurement of a re monitor the relevant angle and keep it constant Angle. When shifting the measuring beam would especially one that occurs with respect to the direction of displacement Roll angle lead to stronger error influences. The supervision and keeping the roll angle constant therefore already allows one active stabilization of the displacement in compliance with par allelitätsbedingung. However, monitoring is also advisable other solid angles ("pitch", "yaw").
In einer für die praktische Umsetzung besonders zweckmäßigen Ausführungsform dieser Verfahrensvariante wird für die Abtastung in Abtastrichtung ein erster Antrieb und für die Verschiebung des Abtaststrahls vom ersten Meßpunkt zum zweiten Meßpunkt um den vorgegebenen Abstand ein zweiter Antrieb verwendet. Mit dem ersten Antrieb kann dabei der Meßkopf verschoben werden und mit dem zweiten Antrieb die Verschiebung des Meßstrahls innerhalb des ortsfest gehaltenen Meßkopfes, also vorzugsweise die Ver schiebung der Umlenkoptik, vorgenommen.In a particularly useful for the practical implementation Embodiment of this method variant is for the scanning a first drive in the scanning direction and for the displacement of the scanning beam from the first measuring point to the second measuring point the specified distance uses a second drive. With the First drive, the measuring head can be moved and with the displacement of the measuring beam within the second drive of the stationary measuring head, so preferably the Ver shift the deflection optics.
Die Winkeldifferenzmessung kann natürlich auch mit zwei auf die Meßpunkte gleichzeitig gerichteten Abtaststrahlen erfolgen, die zweckmäßigerweise parallel zueinander ausgerichtet werden. Um den Vorteil der Eliminierung von beispielsweise durch die Füh rung in Abtastrichtung eingeführten Fehlern zu erhalten, werden die beiden Abtaststrahlen vorzugsweise über eine gemeinsame Um lenkoptik auf die Oberfläche gerichtet. Die Auswertung der Win keldifferenz kann dabei dadurch erfolgen, daß die reflektierten Meßstrahlen zur Bildung eines Interferogramms überlagert werden. In diesem Fall werden die Abtaststrahlen zweckmäßigerweise aus einem Laserstrahl mit einer ausreichenden Kohärenzlänge gebil det. Vorzugsweise geschieht dies dadurch, daß der Laserstrahl zur Bildung der Abtaststrahlen aufgeweitet und auf eine Blende mit zwei Aperturen gerichtet wird, durch die die beiden Abtast strahlen hindurchtreten. The angle difference measurement can of course also be done with two Measuring points are made at the same time directed scanning beams expediently aligned parallel to each other. Around the advantage of eliminating e.g. to introduce errors introduced in the scanning direction the two scanning beams preferably over a common order steering optics aimed at the surface. The evaluation of the win keldifferent can be done in that the reflected Measuring beams are superimposed to form an interferogram. In this case, the scanning beams are expediently switched off a laser beam with a sufficient coherence length det. This is preferably done in that the laser beam expanded to form the scanning beams and on an aperture is directed with two apertures through which the two scans rays pass through.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt erstmalig eine referenz freie und kalibrierfreie Messung von asphärischen Oberflächen und eine Absolutmessung für sphärische Oberflächen, die aus schließlich auf die sehr genau bestimmbaren Grundeinheiten Win kel und Länge zurückzuführen sind. Dieses Ergebnis ist darüber hinaus mit einer vergleichsweise einfachen Vorrichtung erziel bar.The method according to the invention allows a reference for the first time Free and calibration-free measurement of aspherical surfaces and an absolute measurement for spherical surfaces that finally on the very precisely determinable basic units Win angle and length. This result is about that achieved with a comparatively simple device bar.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zei gen:The invention will be illustrated below with reference to the drawing presented embodiments are explained in more detail. It shows gene:
Fig. 1 - eine Prinzipdarstellung einer möglichen Apparatur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Fig. 1 - a schematic diagram of a possible apparatus for performing the method according to the invention
Fig. 2 - eine schematische Prinzipdarstellung einer Variante des mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 durchgeführten Verfahren FIG. 2 shows a schematic basic illustration of a variant of the method carried out with the device according to FIG. 1
Fig. 3 - eine schematische Darstellung einer Winkeldiffe renzmessung durch zwei Messungen derselben Meß einrichtung, die zwischen den Messungen um einen relativ großen Weg verschoben wird Fig. 3 - a schematic representation of an angle difference measurement by two measurements of the same measuring device, which is shifted between the measurements by a relatively large distance
Fig. 4 - eine Darstellung von Meßkurven für die Winkelmes sung und den daraus resultierenden Verlauf einer Winkeldifferenzkurve für große Verschiebungen Fig. 4 - a representation of measurement curves for the Winkelmes solution and the resulting course of an angle difference curve for large displacements
Fig. 5 - eine schematische Darstellung der Elimination additiver Meßfehler durch eine Differenzmessung Fig. 5 - a schematic representation of the elimination of additive measurement errors by a difference measurement
Fig. 6 - eine Veranschaulichung der mathematische Rekon struktion des Winkelverlaufs aus Winkeldifferenz messungen gemäß Fig. 3, bei denen die Winkeldif ferenzbeträge in der gleichen Größenordnung wie die auftretenden Winkel selbst aufweist. Fig. 6 - an illustration of the mathematical reconstruction of the angular profile from the angular difference measurements according to FIG. 3, in which the angular difference has amounts in the same order of magnitude as the angle itself.
Fig. 1 läßt ein erstes Autokollimationsfernrohr 1 erkennen, das einen Lichtstrahl 2 auf einen justierten Meßkopf 3 aussendet, durch den der Lichtstrahl 2 rechtwinklig abgelenkt und als Ab taststrahl 4 auf eine zu bestimmende gekrümmte Oberfläche 5 eines Probekörpers 6 gelangt. Der Probekörper 6 ist auf einem Tisch 7 gelagert, der einen laterale Verschiebeeinrichtung 8 und eine Dreheinrichtung 9 zur Drehung des Probekörpers 6 um alle drei Winkel im Raum (Φ, δ, ψ,) aufweist. Der senkrecht auf die Ober fläche 5 fallende Abtaststrahl 4 wird von der Oberfläche 5 als Meßstrahl 4' reflektiert und durch den Meßkopf 3 in das Auto kollimationsfernrohr 1 zurückgelenkt, wo in bekannter Weise eine etwaige Neigung eine verschobene Abbildung hervorruft, deren Verschiebung proportional zur Neigung ist. Fig. 1 shows a first autocollimation telescope 1 , which emits a light beam 2 on an adjusted measuring head 3 , through which the light beam 2 is deflected at right angles and as a scanning beam 4 reaches a curved surface 5 of a test specimen 6 to be determined. The test specimen 6 is mounted on a table 7 which has a lateral displacement device 8 and a rotating device 9 for rotating the test specimen 6 through all three angles in space (Φ, δ, ψ,). The perpendicular to the upper surface 5 falling scanning beam 4 is reflected from the surface 5 as a measuring beam 4 'and deflected back through the measuring head 3 into the auto collimation telescope 1 , where in a known manner any inclination causes a shifted image, the displacement of which is proportional to the inclination ,
Das Pentagonprisma 3 ist über eine stabile Verbindungsmechanik 10 mit einer Verschiebeeinrichtung 11 verbunden. Die Verschie beeinrichtung 11 weist einen auf einer Führung 12 gelagerten Schlitten 13 auf, der in einer senkrecht zur Verschieberichtung (Y-Richtung) der Verschiebeeinrichtung 8 verschiebbar ist (X- Richtung). Der Verschiebung in der X-Richtung, gekennzeichnet durch einen großen Pfeil X zur Kennzeichnung der X-Achse, dient der Abtastung der Oberfläche 5 mit dem Abtaststrahl 4 von Meß punkt zu Meßpunkt. Für diese Verschiebung ist vorzugsweise ein erster Antrieb vorgesehen. In den Wagen 13 ist in Fig. 1 ein in X-Richtung zeigender Doppfelpfeil 14 eingezeichnet, der eine zusätzliche Hin- und Herbewegung des Meßkopfes 3 um einen vor gegebenen Abstand symbolisiert, die zweckmäßigerweise mit einem separaten zweiten Antrieb ausgeführt ist.The pentagon prism 3 is connected to a displacement device 11 via a stable connection mechanism 10 . The displacement device 11 has a slide 13 mounted on a guide 12 , which can be displaced in a direction perpendicular to the displacement direction (Y direction) of the displacement device 8 (X direction). The shift in the X direction, indicated by a large arrow X to identify the X axis, is used to scan the surface 5 with the scanning beam 4 from measuring point to measuring point. A first drive is preferably provided for this displacement. In the carriage 13 , a double arrow 14 pointing in the X direction is drawn in FIG. 1, which symbolizes an additional back and forth movement of the measuring head 3 by a given distance, which is expediently carried out with a separate second drive.
In Fig. 1 ist ferner eine senkrecht auf der durch die X-Achse und die Y-Richtung aufgespannten Ebene stehende Z-Achse einge zeichnet. Mögliche Drehungen um die X-Achse, die Z-Achse und die Längsachse der Verbindungsmechanik 10 charakteristieren Justie rungsmöglichkeiten für die exakte Justierung des Meßkopfes 3 relativ zur Oberfläche 5.In FIG. 1, a Z axis standing perpendicular to the plane spanned by the X axis and the Y direction is also shown. Possible rotations around the X axis, the Z axis and the longitudinal axis of the connecting mechanism 10 characterize adjustment options for the exact adjustment of the measuring head 3 relative to the surface 5 .
Eine auf der Oberfläche 5 eingezeichneter Wegeverlauf 15 charak terisiert schematisch die Durchführung der Abtastung der Ober fläche 5 mit dem Abtaststrahl 4. Hierzu wird der Wagen 13 in X- Richtung von Meßpunkt zu Meßpunkt verfahren und die entsprechen den Winkeldifferenzmessungen vorgenommen. Ist das Ende des Ab tastbereichs in X-Richtung erreicht, wird die Verschiebeeinrich tung 8 des Tisches 7 um ein kleines Stück verfahren, woraufhin dann der Schlitten 13 in entgegengesetzter Richtung der X-Achse erneut von Abtastpunkt zu Abtastpunkt verfahren wird. Nach Er reichen des Endes des Abtastbereichs wird die Verschiebeeinrich tung 8 erneut um ein kleines Stück in Y-Richtung verfahren und die Abtastung in X-Richtung von Abtastpunkt zu Abtastpunkt er neut durchgeführt. Diese Vorgänge wiederholen sich, bis der zu untersuchende Bereich der Oberfläche 5 vollständig abgetastet worden ist.A path 15 drawn on the surface 5 characterizes schematically the implementation of the scanning of the upper surface 5 with the scanning beam 4 . For this purpose, the carriage 13 is moved in the X direction from measuring point to measuring point and the corresponding angular difference measurements are carried out. If the end of the ex scanning range in the X-direction is reached, the displacement embedding Rich is tung 8 of the table 7 is moved a small distance, whereupon the carriage 13 in the opposite direction again from the X-axis scanning point is moved to sampling point. After reaching the end of the scanning range, the device 8 is moved again a small distance in the Y direction and the scanning in the X direction from scanning point to scanning point is carried out again. These processes are repeated until the area of the surface 5 to be examined has been completely scanned.
Zusätzlich sind zwei weitere Autokollimationsfernrohre 16, 17 vorgesehen, durch die zusätzliche Strahlengänge 18, 19 erzeugt werden, durch die Winkelorientierungen des Meßkopfes 3 detek tierbar sind, die sich als Drehung um die Roll-, Yaw- und Pitch richtungen ergeben. Zweckmäßigerweise werden die Strahlengänge 18, 19 durch entsprechende Flächen des Meßkopfes 3 in sich selbst reflektiert, so daß die geeignete Winkelstellung durch die Autokollimationsfernrohre 16, 17 festgestellt und durch Regelung eingehalten werden kann. Hierzu dienen in der Zeichnung schematisch angedeutete Piezokristalle, mit denen die Position des Meßkopfes 3 in Abhängigkeit vom Fehlersignal korrigiert wer den kann, so daß bezüglich der genannten Winkel "Yaw", "Pitch" und "Roll" eine Regelung auf Konstanthaltung dieser Winkel vor genommen wird. Eine Regelung des Winkels "Pitch" kann entfallen, wenn im Meßkopf 3 ein ausreichend gutes Pentagonprisma 20 ver wendet wird, da die Umlenkung am Pentagonprisma 20 theoretisch gegenüber kleinen Variationen des Pitch-Winkels invariant ist.In addition, two further autocollimation telescopes 16 , 17 are provided, through which additional beam paths 18 , 19 are generated, through the angular orientations of the measuring head 3 , which can be detected as a rotation about the roll, yaw and pitch directions. The beam paths 18 , 19 are expediently reflected in themselves by corresponding surfaces of the measuring head 3 , so that the suitable angular position can be determined by the autocollimation telescopes 16 , 17 and maintained by regulation. For this purpose, schematically indicated piezocrystals are used in the drawing, with which the position of the measuring head 3 can be corrected as a function of the error signal, so that with regard to the above-mentioned angles “Yaw”, “Pitch” and “Roll”, control is made to keep these angles constant becomes. A regulation of the angle "pitch" can be omitted if a sufficiently good pentagon prism 20 is used in the measuring head 3 , since the deflection on the pentagon prism 20 is theoretically invariant compared to small variations in the pitch angle.
Für eine angestrebte Genauigkeit der Winkelmessung auf der Ober fläche 5 von besser 0,01" reicht eine Regelgenauigkeit von 1" an den beiden Autokollimationsfernrohren 16, 17 aus. Eine derartige Stabilisierung der Verschiebebewegung für die Hin- und Herbewe gung gemäß Doppelpfeil 14 ist mit herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen ohne weiteres erzielbar (vgl. LEE, KIM "Real-Time Correction Of Movement Errors Of A Machine Axis By Multiple Null-Balancing Using Twyman-Green Interferometry", Int. J. Mach. Tools Manufact. Vol. 35 (1995) 477-486).For a desired accuracy of the angle measurement on the upper surface 5 of better than 0.01 ", a control accuracy of 1" on the two autocollimation telescopes 16 , 17 is sufficient. Such a stabilization of the displacement movement for the back and forth movement according to double arrow 14 can easily be achieved with conventional methods and devices (cf. LEE, KIM "Real-Time Correction Of Movement Errors Of A Machine Axis By Multiple Zero-Balancing Using Twyman Green Interferometry ", Int. J. Mach. Tools Manufact. Vol. 35 (1995) 477-486).
Fig. 2 zeigt schematisch eine Oberfläche 5, die zur Erleichte rung der Erläuterung als teilweise plan und teilweise gekrümmt dargestellt ist. Ferner ist ein Meßkopf 3 schematisch darge stellt, in dem ein Pentagonprisma 20 angeordnet ist. Dargestellt ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der aus dem Ausgangsstrahl einer Laserquelle 21 zwei Ausgangsstrahlen 22, 23 erzeugt werden, die über einen halbdurchlässigen Umlenk spiegel 24 parallel in eine senkrecht stehende Einfallfläche des Pentagonprismas 20 geleitet werden und senkrecht zur Einfalls richtung aus dem Pentagonprisma 20 als Meßstrahlen 4 austreten. Die von den Meßstrahlen 4 getroffenen Meßpunkte M1, M2 weisen einen vorbestimmten Abstand s in Abtastrichtung X auf. Bei der im linken Teil dargestellten ebenen Oberfläche 5 werden die bei den Abtaststrahlen 4 als Meßstrahlen 4' in sich selbst reflek tiert und treten parallel zueinander durch den halbdurchlässigen Spiegel 24 hindurch. Mit einer Anordnung aus einem vollreflek tierenden Spiegel 25 und einem teilreflektierenden Spiegel 26 werden die beiden Strahlen in üblicher Weise überlagert und bil den ein Interferogramm aus, das beispielsweise mit einer CCD- Kamera 27 aufgenommen und einer Auswertungseinrichtung zugeführt werden kann. Fig. 2 shows schematically a surface 5 , which is shown as a partially flat and partially curved for ease of explanation. Furthermore, a measuring head 3 is schematically Darge, in which a pentagon prism 20 is arranged. Shown is a variant of the method according to the invention, in which two output beams 22 , 23 are generated from the output beam of a laser source 21 , which are directed via a semipermeable deflection mirror 24 in parallel into a vertical incidence surface of the pentagon prism 20 and perpendicular to the direction of incidence from the pentagon prism 20 emerge as measuring beams 4 . The measuring points M1, M2 hit by the measuring beams 4 are at a predetermined distance s in the scanning direction X. In the flat surface 5 shown in the left part, the scanning beams 4 as measuring beams 4 'are reflected in themselves and pass parallel to one another through the semi-transparent mirror 24 . With an arrangement of a fully reflecting mirror 25 and a partially reflecting mirror 26 , the two beams are superimposed in the usual way and form an interferogram, which can be recorded, for example, with a CCD camera 27 and fed to an evaluation device.
Fig. 2 verdeutlicht, daß der Meßkopf 3 relativ zur Oberfläche 5 am Meßpunkt M1 so justiert ist, daß der Abtaststrahl 4 mit der Oberfläche am Meßpunkt M1 einen rechten Winkel ausbildet, also der Meßstrahl 4' in den Abtaststrahl 4 hinein reflektiert wird. Fig. 2 illustrates that the measurement head 3 is adjusted relative to the surface 5 at the test point M1 so that the scanning beam 4 to form a right angle with the surface at the test point M1, that is the measuring beam 4 'in the scanning beam 4 is reflected into it.
Für die Messung des gekrümmten Teils der Oberfläche 5 im rechten Abschnitt der Fig. 2 wird der Meßkopf 3 relativ zur Oberfläche 5 am dortigen Meßpunkt M1 ebenfalls so justiert, daß der Abtast strahl 4 am Meßpunkt M1 senkrecht zur Oberfläche 5 steht, so daß am Meßpunkt M1 wiederum der reflektierte Meßstrahl 4' in den Ab taststrahl 4 hinein reflektiert wird. Aufgrund der Krümmung der Oberfläche 5, die eine gleichmäßige Krümmung oder eine Störung sein kann, ist diese Bedingung für den Abtaststrahl 4 am Meß punkt M2 nicht erfüllt. Der reflektierte Meßstrahl 4' steht da her in einem Winkel zum Meßstrahl 4 und verläßt daher das Penta gonprisma seitlich zum Meßstrahl verschoben. Die in Fig. 2 aus Darstellungsgründen übertrieben dargestellte seitliche Verschie bung des reflektierten Meßstrahls 4' führt regelmäßig immer noch zu einer ausreichenden Überlagerung der beiden an den Meßpunkten M1, M2 reflektierten Meßstrahlen 4' zu einem Interferogramm, das nunmehr allerdings aufgrund der anderen Winkelstellung des Meß strahls 4' am Meßpunkt M2 geändert ist. Die Änderung des Inter ferogramms kann mit der CCD-Kamera 27 festgestellt und als der Winkeldifferenz zwischen den Meßstrahlen 4' an den Meßpunkten M1, M2 proportionales Signal ausgewertet werden.For the measurement of the curved part of the surface 5 in the right section of FIG. 2, the measuring head 3 is also adjusted relative to the surface 5 at the measuring point M1 there so that the scanning beam 4 at the measuring point M1 is perpendicular to the surface 5 , so that at the measuring point M1 turn, the reflected measuring beam 4 'is reflected into the scanning beam 4 from inside. Because of the curvature of the surface 5 , which can be a uniform curvature or a disturbance, this condition is not fulfilled for the scanning beam 4 at the measuring point M2. The reflected measuring beam 4 'is there at an angle to the measuring beam 4 and therefore leaves the Penta gonprisma laterally shifted to the measuring beam. The exaggerated lateral displacement of the reflected measuring beam 4 'in FIG. 2 for the sake of illustration still regularly leads to a sufficient superimposition of the two measuring beams 4 ' reflected at the measuring points M1, M2 to form an interferogram, which, however, is now due to the different angular position of the measuring beam 4 'at the measuring point M2 is changed. The change in the interferogram can be determined with the CCD camera 27 and evaluated as a signal proportional to the angle difference between the measuring beams 4 'at the measuring points M1, M2.
Während bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung zwei Winkel messungen stattfinden und anschließend die Differenz der beiden Winkel bestimmt wird, führt die Auswertung des Interferogramms unmittelbar zu einem Winkeldifferenzwert.While two angle measurements take place in the arrangement shown in FIG. 1 and the difference between the two angles is then determined, the evaluation of the interferogram leads directly to an angle difference value.
Die Auswertung des Interferogramms kann mit allen üblichen Aus wertungsmitteln erfolgen. Die Verwendung der CCD-Kamera 27 ist daher nicht zwingend.The evaluation of the interferogram can be done with all usual evaluation means. The use of the CCD camera 27 is therefore not mandatory.
Fig. 3 verdeutlicht die erfindungsgemäße Winkeldifferenzmessung durch zwei Winkelmessungen, die zeitlich nacheinander nach Ver schiebung des Pentagonprismas 20 um einen vorgegebenen lateralen Abstand s (Scherung) vorgenommen werden, wie dies in Fig. 1 schematisch angedeutet ist. Fig. 3 illustrates the angular difference measurement according to the invention by two angular measurements, which are made one after the other after the displacement of the pentagon prism 20 by a predetermined lateral distance s (shear), as indicated schematically in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt den in Fig. 1 bereits eingezeichneten Doppelpfeil 14 für die Verschiebung des Pentagonprismas 20 um den vorgegebe nen Abstand s, wodurch auch der Meßstrahl 4 um den vorgegebenen Abstand s verschoben wird. Es wird somit eine erste Messung an einem Ort x vorgenommen und zeitlich darauf folgend in einem möglichst kurzen zeitlichen Abstand eine Winkelmessung am Ort x + s. Fig. 3 verdeutlicht, daß der vorgegebene Abstand s groß gewählt ist, so daß die an diesen Orten bestehenden Winkel α(x) bzw. α(x + s) der Unebenheiten der Oberfläche 5 zu einer Winkel differenz führen, die extrem verschieden ist von einem die Krümmung der Oberfläche 5 wiedergebenden Winkeldifferential. Fig. 3 shows the double arrow 14 already drawn in Fig. 1 for the displacement of the pentagon prism 20 by the pregiven NEN distance s, whereby the measuring beam 4 is shifted by the predetermined distance s. A first measurement is thus carried out at a location x and an angular measurement at the location x + s follows in the shortest possible time interval. Fig. 3 illustrates that the predetermined distance s is chosen large, so that the existing at these locations angles α (x) and α (x + s) of the unevenness of the surface 5 lead to an angle difference that is extremely different from an angular differential reflecting the curvature of the surface 5 .
Aufgrund der bestehenden Winkel α(x) und α(x + s) wird der an die sen Orten auftretende Abtaststrahl 4 zu Meßstrahlen 4' reflek tiert, die in unterschiedlichen Winkeln zum Abtaststrahl 4 ste hen und durch das Pentagonprisma 20 auf das Autokollimations fernrohr 1 zurückgelenkt werden, so daß dort der Winkel W(x) bzw. W(x + s) des jeweiligen Meßstrahls 4' zum Abtaststrahl 4 ge messen wird. Die gemessenen Winkelwerte W sind selbstverständ lich unmittelbar proportional zu den Winkeln der Topographie der Oberfläche 5.Due to the existing angles α (x) and α (x + s), the scanning beam 4 occurring at these locations is reflected to measuring beams 4 ′ which stand at different angles to the scanning beam 4 and through the pentagon prism 20 onto the autocollimation telescope 1 are deflected back so that there the angle W (x) or W (x + s) of the respective measuring beam 4 'to the scanning beam 4 is measured. The measured angle values W are of course directly proportional to the angles of the topography of the surface 5 .
Aufgrund des groß gewählten Abstandes s entstehen Winkeldiffe renzsignale ΔW, deren Amplitude etwa der Amplitude der gemesse nen Winkelsignale W(x) bzw. W(x + s) entsprechen, wie Fig. 4 ver deutlicht. In Fig. 4 ist das Winkelsignal -W(x) am Ort X ge punktet eingezeichnet, das um den Abstand s verschobene Winkel signal W(x + s) gestrichelt eingezeichnet und das daraus resultie rende Winkeldifferenzsignal ΔW in durchgezogener Linie darge stellt. Somit wird deutlich, daß das Winkeldifferenzsignal ΔW meßtechnisch in der gleichen Genauigkeit erfaßbar ist wie die Winkelsignale selbst.Due to the large selected distance s arise angle difference signals ΔW, the amplitude of which corresponds approximately to the amplitude of the measured angle signals W (x) or W (x + s), as shown in FIG. 4. In Fig. 4, the angle signal -W (x) is marked at the point X ge points, the shifted by the distance s angle signal W (x + s) is shown in dashed lines and the resultant angular difference signal ΔW in a solid line represents Darge. It is thus clear that the angle difference signal ΔW can be measured with the same accuracy as the angle signals themselves.
Fig. 5 verdeutlicht schematisch das der Erfindung zugrundelie gende Meßproblem, hier verdeutlicht für eine Abstandsmessung. Fig. 5 schematically illustrates the measurement problem underlying the invention, illustrated here for a distance measurement.
Aus der Topographie der Oberfläche 5 ergibt sich ein Winkelmeß signal W(x), das der Topographie der Oberfläche 5 unmittelbar entspricht. Dem Winkelmeßsignal W(x) ist ein Fehlersignal R(x) überlagert, das sich aus der fehlerbehafteten Führung des aus verschiebbar in Richtung 11, Verbindungsstange 10 und Pentagon prisma 20 gebildeten Meßkopfes 3, 10, 11 in Abtastrichtung (x) ergibt. Dieser Fehler R(x) überlagert sich dem Winkelmeßsignal W(x) additiv, so daß ein fehlerbehaftetes Winkelmeßsignal R(x) + W(x) entsteht.From the topography of the surface 5 there is an angle measurement signal W (x) which corresponds directly to the topography of the surface 5 . The angle measurement signal W (x) is superimposed on an error signal R (x), which results from the faulty guidance of the measuring head 3 , 10 , 11 formed in the scanning direction (x) from displaceable in the direction 11 , connecting rod 10 and pentagon prism 20 . This error R (x) is superimposed on the angle measurement signal W (x), so that an error-prone angle measurement signal R (x) + W (x) arises.
Bei der Verwendung eines Meßkopfes K, mit dem für jeden Meßpunkt X zwei zeitlich aufeinander folgende Messungen durchgeführt wer den, die einen Abstand s voneinander aufweisen, entstehen zwei Meßkurven I und II, die in Fig. 5 dargestellt sind. Für eine mathematische Betrachtung wird der Ort des ersten Meßpunktes als x + s/2 und der Ort für den zweiten Meßpunkt als x - s/2 aufgefaßt. Es entsteht somit eine erste Meßkurve I als R(x) + W(x + s/2) und eine zweite Meßkurve II als R(x) + W(x - s/2). When using a measuring head K with which for each measuring point X two measurements in succession who are carried out with a spacing s from each other, two measuring curves I and II arise, which are shown in FIG. 5. For a mathematical view, the location of the first measuring point is understood as x + s / 2 and the location for the second measuring point as x - s / 2. A first measurement curve I thus arises as R (x) + W (x + s / 2) and a second measurement curve II as R (x) + W (x - s / 2).
Durch eine Differenzbildung entsteht eine Kurve ΔW(x) = W(x + s/2) - W(x - s/2).A curve is created by forming a difference ΔW (x) = W (x + s / 2) - W (x - s / 2).
Der durch die Führung entstehende Fehler R(x) ist somit elimi niert.The error R (x) resulting from the guidance is therefore elimi ned.
Allerdings besteht das mathematische Problem, aus der Differenz kurve ΔW(x), die nicht mehr proportional zur Krümmung der Topo graphie am Ort X ist, den Winkelverlauf W(x) zu rekonstruieren.However, the math problem is the difference curve ΔW (x), which is no longer proportional to the curvature of the topo graph at location X is to reconstruct the angular profile W (x).
Da ΔW(x) nicht dem Differential δW(x) ist, kann die Rekonstruk tion von W(x) nicht durch bloße Integration erfolgen.Since ΔW (x) is not the differential δW (x), the reconstruction can tion of W (x) is not done by mere integration.
Es ist grundsätzlich bekannt, daß eine Differenzfunktion durch Anwendung einer Übertragungsfunktion im Ortsfrequenzraum aus wertbar ist. Ein entsprechendes Auswertungsverfahren ist von K. R. Freischlad und C. L. Koliopoulos in J. Opt. Soc. Am. A3 (1986) 1852-1861 beschrieben.It is known in principle that a difference function by Application of a transfer function in spatial frequency space is valuable. A corresponding evaluation procedure is from K.R. Freischlad and C.L. Koliopoulos in J. Opt. Soc. At the. A3 (1986) 1852-1861.
Das Problem ist allerdings, daß dieses mathematische Verfahren fehlerfrei nur für unendliche Meßbereiche (Aperturen) anwendbar ist.The problem, however, is that this is a mathematical procedure error-free only applicable for infinite measuring ranges (apertures) is.
Im vorliegenden Fall ist die Abtastung durch den Verschiebebe reich p des Abtaststrahls bekannt. Die Winkeldifferenz ΔW(x) ist aber nur in dem Bereich p-s definiert, da in den Bereichen außerhalb des Bereichs p-s nur ein Meßwert zur Verfügung steht.In the present case, the scan is by the shift range p of the scanning beam is known. The angle difference is ΔW (x) but only defined in the area p-s, because in the areas only one measured value is available outside the range p-s.
Eine Rekonstruktionsmethode für den Winkelverlauf W(x) aus dem gemessenen Winkeldifferenzverlauf ist in S. Loheide, I. Wein gärtner "New procedure for wave-front reconstruction" in Optik Vol. 108 (1998) 53-62 beschrieben und wird anhand der Fig. 6 veranschaulicht.A reconstruction method for the angular course W (x) from the measured angular difference course is described in S. Loheide, I. Weingärtner "New procedure for wave-front reconstruction" in Optik Vol. 108 (1998) 53-62 and is described with reference to FIG. 6 illustrates.
Danach wird der Winkeldifferenzverlauf ΔW(x) mit einer Fenster funktion winst p-s(x) multipliziert, die im Bereich p-s 1 und außerhalb dieses Bereichs 0 ist. Then the angle difference curve ΔW (x) is multiplied by a window function win st ps (x) which is 1 in the range ps and 0 outside this range.
Die Anwendung einer derartigen Fensterfunktion mit steilen Kan ten führt bei der Durchführung der Fouriertransfilterung (ge kennzeichnet durch den Pfeil T in Fig. 6) zu einer periodischen unbekannten Störfunktion o(x) mit der Periode s.The use of such a window function with steep edges leads to a periodic unknown disturbance function o (x) with the period s when Fourier trans filtering is carried out (indicated by the arrow T in FIG. 6).
Es wird daher ein zweiter Auswertungsschritt vorgenommen, der im rechten oberen Teil der Fig. 6 dargestellt ist. Der Winkeldif ferenzfunktion ΔW(x) wird dabei eine Fensterfunktion winfl p-s überlagert, die im Bereich 2s 1 und außerhalb des Bereichs p-s 0 ist. Im Übergangsbereich fällt die Fensterfunktion kosinusförmig ab. Bei der Anwendung der Fouriertransfilterung T entsteht eine Lösungsfunktion, die außerhalb eines Bereichs s fehlerbehaftet, innerhalb des Bereichs s jedoch fehlerfrei den Winkelverlauf W(x) angibt.A second evaluation step is therefore carried out, which is shown in the upper right part of FIG. 6. The angle difference function ΔW (x) is superimposed on a window function win fl ps which is 1 in the range 2s and outside the range ps 0. In the transition area, the window function drops in a cosine shape. When Fourier transfiltering T is used, a solution function arises which, outside of a range s, has errors, but within range s indicates the angular profile W (x) without errors.
Eine Differenzbildung der Funktion Wst(x) und Wfl(x) führt somit zur periodischen Störung o(x) in dem Bereich s (x| ≦ s/2). Die so ermittelte Störfunktion o(x) kann unproblematisch auf den Be reich p erweitert werden, da bekannt ist, daß sie periodisch mit s ist, so daß gilt o(x) = o(x + s).A difference between the functions W st (x) and W fl (x) thus leads to periodic disturbance o (x) in the area s (x | ≦ s / 2). The interference function o (x) determined in this way can easily be extended to the range p since it is known that it is periodic with s, so that o (x) = o (x + s).
Nach Ermittlung der Störfunktion o(x) braucht diese im Bereich p lediglich von der Funktion Wst(x) abgezogen werden, um den unge störten Winkelverlauf W(x) im Bereich p zu erhalten.After determining the disturbance function o (x), it only needs to be subtracted from the function W st (x) in the area p in order to obtain the undisturbed angular profile W (x) in the area p.
Es steht daher ein ausreichendes mathematisches Instrumentarium zur Verfügung, die Winkelfunktion W(x) auch für Winkeldifferenz messungen mit einer großen Scherung s zu ermitteln.There is therefore sufficient mathematical equipment available, the angular function W (x) also for angular difference measurements with a large shear s.
Die Anwendung großer Scherungswerte s ermöglicht eine erhebliche Genauigkeitssteigerung der vorgenommenen Messungen, so daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter der Anwendung großer Sche rungen s Meßgenauigkeiten bis in den Subnanometerbereich mit referenzfreien Messungen erreicht werden können.The use of large shear values s enables a considerable one Accuracy of the measurements made, so that with the inventive method using large Sche s measuring accuracy down to the subnanometer range reference-free measurements can be achieved.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998142190 DE19842190C1 (en) | 1998-09-15 | 1998-09-15 | Method to determine topography of curved surfaces: involves measuring angle difference of two measurement beams reflected from two separate measurement points |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998142190 DE19842190C1 (en) | 1998-09-15 | 1998-09-15 | Method to determine topography of curved surfaces: involves measuring angle difference of two measurement beams reflected from two separate measurement points |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19842190C1 true DE19842190C1 (en) | 2000-03-02 |
Family
ID=7881022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1998142190 Expired - Fee Related DE19842190C1 (en) | 1998-09-15 | 1998-09-15 | Method to determine topography of curved surfaces: involves measuring angle difference of two measurement beams reflected from two separate measurement points |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19842190C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004065904A1 (en) * | 2003-01-23 | 2004-08-05 | Berliner Elektronenspeicherring- Gesellschaft Fürsynchrotronstrahlung M.B.H. | Optical measuring process and precision measuring machine for determining the deviations from ideal shape of technically polished surfaces |
| DE102006020384A1 (en) * | 2006-04-28 | 2007-10-31 | Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch d. Bundesministerium f. Wirtschaft und Technologie, dieses vertreten durch d. Präsidenten d. Physikalisch-Technischen Bundesanstalt | Surface area topography e.g. extreme ultraviolet lithography, measuring device, has inclination sensor connected with measuring head for determination of inclination relative to fixed spatial direction |
| DE102010007106A1 (en) * | 2010-02-01 | 2011-08-04 | Bundesrepublik Deutschland, vertr.d.d. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, d.vertr.d.d. Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt, 38116 | Method for measuring surface e.g. plane surface of synchrotron mirror, involves changing inclination of object relative to aligning device, such that object surface is oriented in incidence point, and measuring inclination of object |
| EP2546600A1 (en) * | 2011-07-11 | 2013-01-16 | LayTec AG | Method and apparatus for real-time determination of spherical and non-spherical curvature of a surface |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19527147A1 (en) * | 1994-10-10 | 1996-04-11 | Laeis & Bucher Gmbh | Quality testing of shaped parts produced according to desired shape e.g. in moulding machine esp. shaping press for granular masses |
| DE4324800C2 (en) * | 1993-07-23 | 1997-05-22 | Olaf Dr Ing Schnabel | Device for determining defects of high quality surfaces |
-
1998
- 1998-09-15 DE DE1998142190 patent/DE19842190C1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4324800C2 (en) * | 1993-07-23 | 1997-05-22 | Olaf Dr Ing Schnabel | Device for determining defects of high quality surfaces |
| DE19527147A1 (en) * | 1994-10-10 | 1996-04-11 | Laeis & Bucher Gmbh | Quality testing of shaped parts produced according to desired shape e.g. in moulding machine esp. shaping press for granular masses |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| FREISCHLAD, K.R., KOLIOPOULOS C.L.: In: J. Opt. Soc. Am A., Vol. 3 (1986), S. 1852-1861 * |
| LEE, H.-S., KIM, S.-W. "Real-Time Correction of Movement Errors of a Machine Axis by Multiple Null-Balancing Using Twyman-Green Interferometry", In: Int. J.Mach.Tools Manufact., Vol. 35/No. 3, (1995) S. 477-486 * |
| LOHEIDE, S., WEINGÄRTNER I. "New Procedure for Wave-Front Reconstruction", In: Optic, Vol. 108 (1998) S. 53-62 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004065904A1 (en) * | 2003-01-23 | 2004-08-05 | Berliner Elektronenspeicherring- Gesellschaft Fürsynchrotronstrahlung M.B.H. | Optical measuring process and precision measuring machine for determining the deviations from ideal shape of technically polished surfaces |
| DE10303659A1 (en) * | 2003-01-23 | 2004-08-05 | Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung mbH | Optical measuring method for determining ideal shape deviations of technically polished surfaces and precision measuring machine for carrying out the measuring method |
| DE10303659B4 (en) * | 2003-01-23 | 2005-07-28 | Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung mbH | Optical measuring method for determining ideal shape deviations of technically polished surfaces and precision measuring machine for carrying out the measuring method |
| DE102006020384A1 (en) * | 2006-04-28 | 2007-10-31 | Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch d. Bundesministerium f. Wirtschaft und Technologie, dieses vertreten durch d. Präsidenten d. Physikalisch-Technischen Bundesanstalt | Surface area topography e.g. extreme ultraviolet lithography, measuring device, has inclination sensor connected with measuring head for determination of inclination relative to fixed spatial direction |
| DE102006020384B4 (en) * | 2006-04-28 | 2008-04-10 | Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch d. Bundesministerium f. Wirtschaft und Technologie, dieses vertreten durch d. Präsidenten d. Physikalisch-Technischen Bundesanstalt | Device for measuring the topography of a surface |
| DE102010007106A1 (en) * | 2010-02-01 | 2011-08-04 | Bundesrepublik Deutschland, vertr.d.d. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, d.vertr.d.d. Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt, 38116 | Method for measuring surface e.g. plane surface of synchrotron mirror, involves changing inclination of object relative to aligning device, such that object surface is oriented in incidence point, and measuring inclination of object |
| DE102010007106B4 (en) * | 2010-02-01 | 2011-11-17 | Bundesrepublik Deutschland, vertr.d.d. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, d.vertr.d.d. Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt | Method for surface measurement and surface measuring device |
| EP2546600A1 (en) * | 2011-07-11 | 2013-01-16 | LayTec AG | Method and apparatus for real-time determination of spherical and non-spherical curvature of a surface |
| US8810798B2 (en) | 2011-07-11 | 2014-08-19 | Laytec Ag | Method and apparatus for real-time determination of spherical and non-spherical curvature of a surface |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102012111008B4 (en) | Optical measuring method and optical measuring device for detecting a surface topography | |
| DE10163027B4 (en) | Object location determination method and a device using this method | |
| EP2108105B1 (en) | Method for determining an influencing variable on the eccentricity of an angle measuring device | |
| DE3886767T3 (en) | CALIBRATION SYSTEM FOR COORDINATE MEASURING DEVICE. | |
| DE3428593A1 (en) | OPTICAL SURFACE MEASURING DEVICE | |
| DE102005035700A1 (en) | Measuring equipment determines relative position of positioning table, movable in coordinate directions, which incorporates laser light operated interferometric measuring devices | |
| DE102009011122A1 (en) | Method for calibrating a thickness measuring device | |
| DE102008010916A1 (en) | Method and device for determining an orientation of two rotatably mounted machine parts, an alignment of two hollow cylindrical machine parts or for testing a component for straightness along a longitudinal side | |
| DE102007036850B4 (en) | Method for correcting nonlinearities of the interferometers of a coordinate measuring machine | |
| DE102011011065A1 (en) | Method and device for the high-precision measurement of surfaces | |
| DE10050749B4 (en) | Laser interference device | |
| WO2007033851A1 (en) | Interferometric determination of a layer thickness | |
| DE4235832A1 (en) | Prism top surface measurement device - detects phase difference of interference pattern and determines continuous approximation function for analysis of surface | |
| DE102010037207B3 (en) | Device for measuring surface roughness of material surface of planar measuring object i.e. mirror, in e.g. semiconductor industry, has determining unit for determining surface roughness based on interference fringe contrasts | |
| DE19842190C1 (en) | Method to determine topography of curved surfaces: involves measuring angle difference of two measurement beams reflected from two separate measurement points | |
| EP1805476B1 (en) | Interferometer comprising a mirror assembly for measuring an object to be measured | |
| DE102004033600A1 (en) | Measuring arrangement with a plurality of distance sensors, calibration device therefor and methods for determining the topography of a surface | |
| DE102013005187A1 (en) | Method for determining roughness and / or topography data of surfaces in material microscopy | |
| EP0148285B1 (en) | Method and apparatus for measuring surface profiles | |
| DE19833269C1 (en) | Method for specifying accurately the topography of a near planar surface involves scanning a surface with a scanning beam while detecting the angle of a measuring beam reflected off the surface | |
| DE3309951C2 (en) | Optoelectronic extensometer with non-contact scanning of one or more measuring grids attached to the object to be measured | |
| WO1995022040A1 (en) | Process and device for the optical examination of a surface | |
| EP2027434B1 (en) | Method and apparatus for determining deviations in shape and undulation in continuous freeform surfaces | |
| DE2200222A1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE SURFACE QUALITY | |
| AT390626B (en) | DEVICE FOR CONTINUOUS MEASUREMENT OF PROFILE CURVES |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140401 |