DE4413758A1 - Verfahren und Vorrichtung für die Topographieprüfung von Oberflächen - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf die Prüfung der Mikro- und Makrotopographie von ebenen und gekrümmten techni­ schen Oberflächen, die sowohl rauh als auch technisch glatt sein können.

Dabei kann es sich um polierte, geläppte, gehonte, geschliffene, feingedrehte und gegossene Oberflächen aus metallischen, keramischen oder anderen Werkstoffen, wie z. B. auch um Kunststoffe, handeln. Auch die Prüfung von beschichteten oder natürlich entstandenen Oberflä­ chen gehört zum technischen Anwendungsgebiet der Erfin­ dung.

Als Ergebnis der Prüfung entsteht das hochaufgelöste dreidimensionale Profil der Oberfläche in numerischer Form. Bei einer mikrotopographischen Prüfung können z. B. die bekannten Rauheitskennwerte nach DIN 4762 aus den ermittelten Oberflächendaten errechnet werden. Es ist aber auch eine makroskopische Anwendung der Erfin­ dung möglich. Beispielsweise kann die Form- oder Eben­ heitsabweichung von großen Objekten wie Blechtafeln im unbehandelten wie auch im lackierten Zustand bestimmt werden.

Stand der Technik

Die kommerziell angebotenen Meßgeräte für die Erfassung der Oberflächentopographie sind vorwiegend für optisch glatte bzw. ultrapräzisionsbearbeitete Oberflächen geeignet. Wenn die zu prüfenden Oberflächen arithmeti­ sche Rauheitswerte oberhalb 50 nm aufweisen, sind die Oberflächen im allgemeinen nichtspiegelnd. Bei der interferometrischen Prüfung entsteht in diesem Fall ein mit einer Kamera nicht auflösbares Interferenzbild, d. h. es befinden sich im aufgenommenen Interferenzbild nebeneinander liegende Bildpunkte mit Phasendifferenzen größer als 180°, die durch die bekannten Auswertealgo­ rithmen prinzipbedingt nicht ausgewertet werden können. Makroskopisch zeigt sich dieser Effekt im Verschwinden der Interferenzstreifen bzw. in diskontinuierlichen Interferenzstreifen.

Auch die Zweiwellenlängen-Interferometrie mit senkrech­ tem Lichteinfall ist für die Prüfung von Präzisions- oder feingearbeiteten Oberflächen nur bedingt einsetz­ bar, da ein auswertbares Interferenzsignal entstehen muß, um diese Methode anwenden zu können. Bei Oberflä­ chen mit einem arithmetischen Rauheitswert von mehr als 50 nm ist dies oft nicht mehr gegeben, da dann in einem Bildpunkt über Phasendifferenzen mit durchschnittlich mehr als 180° integriert wird. Dadurch kann der Inter­ ferenzkontrast bis auf Null absinken, wodurch eine Auswertung möglich wird.

Die Infrarot-Interferometrie mit einer Lichtwellenlänge von 10,6 µm wurde bereits für die topographische Prü­ fung von Oberflächen eingesetzt. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist die Infrarot-Interferometrie jedoch aufgrund der hohen Kosten der benötigten optischen Komponenten nicht konkurrenzfähig.

Bei den bekannten Prismeninterferometern (Technisches Messen 59 (1992) 11, S. 423), in welchen die Objekt­ oberfläche schräg beleuchtet wird, entstehen an Ober­ flächen mit R_a-Werten unter 1 µm auswertbare Interfe­ renzstreifen. Benachbarte Bildpunkte weisen im Mittel zwar Phasendifferenzen unter 180° auf, jedoch ist die optische Abbildung der zu prüfenden technischen Ober­ fläche durch die anamorphotische Wirkung des Glaspris­ mas unzureichend. Dies bedeutet, daß die unter diesen Bedingungen erzeugten Interferenzstreifen nicht die volle Information über die Oberfläche enthalten. Z.B. wird bei einer geschliffenen Oberfläche die Feinstruk­ tur in den Interferenz streifen und damit auch im Ergeb­ nis nicht vollständig wiedergegeben. Kratzer oder Rie­ fen werden nicht aufgelöst oder mit wesentlich zu klei­ nen Werten wiedergegeben. Besonders gilt dies für die Abbildung von Oberflächendetails mit meridionalen Strahlen, da die durch meridionale Strahlen abgebilde­ ten Details unscharf wiedergegeben werden.

Die Folge der genannten Effekte ist eine ungenügende laterale Auflösung der zu prüfenden Oberfläche, wodurch die vollständige Prüfung der Mikrotopographie von iso­ tropen Oberflächen unmöglich oder stark eingeschränkt wird. Selbst die Prüfung der Ebenheitsabweichung ist im Randbereich oder bei Durchbrüchen in der Oberfläche problematisch.

Für rauhe Oberflächen mit R_a-Werten oberhalb von 1 µm sind weder die Zweiwellenlängen-, die Infrarot- noch die Schräglicht-Interferometrie geeignet.

Der Rough Surface Tester (RST) der Fa. Wyko Corp./USA, der erstmals 1992 vorgestellt wurde, löst das Problem der Messung der Oberflächentopographie durch das Auf­ finden der Weißlichtposition. Bei großen Oberflächen­ gradienten auf der Objektoberfläche wird für die siche­ re Funktion eine Kamera mit einer sehr hohen lateralen Auflösung erforderlich, oder es kann nur ein ver­ gleichsweise kleines Objektfeld erfaßt werden, da sonst die Modulation in den aufgenommenen Interferenzbildern zu Null wird und so eine Auswertung unmöglich ist.

Das Mirau-correlation-Mikroskop (Appl. Optics 1990, Vol. 29, No. 26, S. 3775) löst das Problem der Messung der Mikrotopographie technischer Oberflächen, jedoch ist der technische Aufwand für die Herstellung eines derartigen Mikroskops beträchtlich und nur mit der Chiptechnologie möglich. Auch hier kann aus den bereits beim Rough Surface Tester genannten Gründen nur ein sehr kleines Objektfeld ausgewertet werden.

Streifen-Projektionsgeräte werden zunehmend für die Prüfung technischer Oberflächen eingesetzt, wobei das Phase-shift-Verfahren mit Erfolg angewendet wird.

Bei den bekannten Streifen-Projektionsgeräten wird die Projektion eines Gitters mit einer ersten Abbildungs­ stufe realisiert. Mit einer zweiten Abbildungsstufe wird die Objektoberfläche auf dem Empfänger abgebildet. Die Verwendung von zwei Abbildungsstufen führt jedoch in der Regel zu einem großen Volumen der Meßanordnung.

Übliche Streifenprojektoren arbeiten mit Gittern, die eine Rechteckcharakteristik aufweisen. Dies kann für das Erreichen einer hohen Genauigkeit ungünstig sein. Nur mit einer gut angenäherten Sinusverteilung im In­ tensitätsprofil der Streifen ist die durch das Phase­ shift-Verfahren mögliche Auflösung aus meßtechnischer Sicht sinnvoll.

In der DD-PS 3 00 046 ist ein Projektions-Interferometer mit einem Interferometer als Streifengenerator be­ schrieben. Es wird ein sehr großer Einfallswinkel auf die Objektoberfläche realisiert, wodurch sich eine hohe Empfindlichkeit der Meßanordnung ergibt. Durch die Abbildung der Objektoberfläche durch das an der Ob­ jektoberfläche gestreute Licht findet zwar eine verzer­ rungsfreie Abbildung auf einen Bildempfänger statt, da die optische Achse senkrecht auf der Objektoberfläche steht, jedoch ist das Bild sehr lichtschwach, da der reflektierte Anteil für die Abbildung verlorengeht. Damit ist die auswertbare Objektoberfläche auf wenige Quadratzentimeter begrenzt, wenn ein handelsüblicher Halbleiterlaser bis 100 mW Lichtleistung benutzt wird.

Es sind ferner Streifen-Projektionsgeräte bekannt ge­ worden, die ein Gitter über ein Mikroskop auf die Ob­ jektoberfläche abbilden. Um eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen, muß das Gitter unter einem möglichst großen Winkel zur Normalen der Objektoberfläche proji­ ziert werden. Dies erfordert eine entsprechend große numerische Apertur des Objektivs. Derartige Objektive sind für kleine Objektfelder bis zu 1 mm maximal etwa 10 mm Objektfelddurchmesser kostengünstig verfügbar. Für größere Objektfelder bis etwa 100 mm sind Objektive mit einer hohen Apertur - größer als 0,5 - erfahrungs­ gemäß sehr aufwendig und kostenintensiv in der Herstel­ lung. Deshalb ist dieses Prinzip bisher auf die mikros­ kopische Anwendung beschränkt geblieben.

Beschreibung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die flächige Prüfung der Mikrotopographie, Welligkeit und Form von Oberflächen in optischer wie auch nichtoptischer Qualität - z. B. bei der Prüfung feinbearbeiteter Oberflächen - mit den Möglichkeiten der rechnergestützten Bildverarbeitung zu ermöglichen.

Die Prüfung bestimmter Oberflächenstrukturen, z . B. unbekannte Freiformflächen, soll stark vereinfacht und die Meßunsicherheit bei der Prüfung verringert werden. Außerdem soll die Erfassung sehr großer Objektfelder ermöglicht werden, wodurch sich eine hohe Meßprodukti­ vität ergeben soll. Sehr wesentlich ist, daß die flä­ chige Messung der Oberflächentopographie an schwer zugänglichen Stellen, z. B. an den Innenwänden von fein­ bearbeiteten Werkstücken, erstmals durchgeführt werden kann.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung verbessert sehr wesentlich die optische Abbildung der zu prüfenden technischen Oberfläche bei einer Schräglichtbeleuchtung unter einem großen Winkel im Vergleich zu einem klassischen Streifen-Projektions­ verfahren. Die Schräglichtbeleuchtung unter einem großen Winkel ist bei der Prüfung der Topographie von Oberflächen notwendig, damit eine hohe Meßgenauigkeit bzw. eine hohe Empfindlichkeit erzielt wird. Es wird eine scharfe Abbildung des gesamten Objektfeldes auf dem Bildempfänger erreicht. Dadurch gehen keine Infor­ mationen über Oberflächendetails verloren. Die Projek­ tionsstreifen sind specklefrei oder specklearm, weisen ein sinusförmiges Intensitätsprofil auf und sind des­ halb sehr gut auswertbar. Gleichzeitig ist in den Streifen die Information über die Feinstruktur der Oberfläche voll enthalten. Damit sind mikroskopische wie auch makroskopische Oberflächen mit einer sehr hohen Meßgenauigkeit optisch prüfbar, auch wenn diese optisch matt sind.

Darüberhinaus wird durch die Anwendung der Erfindung - im Gegensatz zu den bekannten Lösungen für makroskopi­ sche Objekte, wo eine Verzerrung der abgebildeten Ob­ jektoberfläche stattfindet - das Bild der Objektober­ fläche in der Empfängerfläche der Objektoberfläche streng geometrisch ähnlich. So wird ein kreisförmiger oder quadratischer Ausschnitt der Objektoberfläche auch als Kreis oder als Quadrat auf der Empfängerfläche wieder abgebildet. Dadurch und aufgrund der hohen late­ ralen Auflösung sind geometrisch komplizierte Struktu­ ren, wie z. B. feine Durchbrüche in der Objektoberflä­ che, unabhängig von ihrer Orientierung auf der Ober­ fläche sicher erfaßbar. Durch die Verwendung des von der Oberfläche reflektierten Lichts ist eine sehr gute Lichtausnutzung gegeben. Dies ermöglicht die Prüfung sehr großer Flächen mit einem handelsüblichen Halb­ leiterlaser als Lichtquelle.

Im Vergleich zum Rough Surface Tester oder zum Mirau­ correlation-Mikroskop können bei gleichen Rauheitskenn­ werten der Objektoberfläche wesentlich größere Oberflä­ chenausschnitte bei gleicher Kameraauflösung ausgewer­ tet werden, da die Anzahl der auszuwertenden Streifen bei der vorgeschlagenen erfinderischen Lösung stark verringert ist und demzufolge weniger Bildpunkte in der Kamera benötigt werden.

Es ist möglich, nur eine Abbildungsstufe zu verwenden. Dadurch wird das Volumen der Meßeinrichtung minimiert.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei der Verwendung nur einer Abbildungsstufe erst­ mals die Oberflächentopographie auch an schwer zugäng­ lichen Stellen, wie z. B. an der Innenwand von kleinen Bohrungen bis minimal etwa 2 mm Durchmesser, ermittelt werden kann. Ein besonderer Vorteil ist, daß für die Beleuchtung und Abbildung der Innenflächen nur eine Öffnung oder der Zugang von nur einer Seite notwendig ist.

Bei der Ebenheitsprüfung von nichtoptischen Objekten, z. B. von polierten keramischen Oberflächen oder geläpp­ ten Metallflächen mit einer unregelmäßigen Kontur und Durchbrüchen, kann bei einer guten lateralen Auflösung und einer hohen Empfindlichkeit eine sehr hohe Meßpro­ duktivität erreicht werden.

Im Vergleich zu bekannten Meßgeräten wird eine sehr hohe Auflösung und Meßgenauigkeit erreicht. Es können große Objekte, besonders streifenförmige oder streifen­ förmige Abschnitte eines Objektes mit einer vergleichs­ weise kleinen Meßapparatur geprüft werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß eine variable Empfindlichkeit der Meßeinrichtung, in Abhängigkeit von der Oberflächentopographie des Prüflings, über die Tastatur des Rechners - ohne manu­ elles Handling - eingestellt werden kann. Es ist aber auch möglich, rechnergesteuert - im Sinne eines Exper­ tensystems - die optimale Empfindlichkeit der Meßein­ richtung iterativ zu bestimmen und einzustellen. Dabei kann die Empfindlichkeit und der Höhenmeßbereich in sehr weiten Grenzen, beispielsweise um mehr als eine Größenordnung, verkleinert oder vergrößert werden.

In einer Streifen-Projektionseinrichtung mit einer Lichtquelle, einer lichtverteilenden Fläche, einer Abbildungsstufe, wobei die lichtverteilende Fläche schräg zur optischen Achse der Abbildungsstufe angeord­ net ist, und einer ebenfalls schräg zur optischen Achse der Abbildungsstufe angeordneten Objektoberfläche, gelangt das von der Lichtquelle auf die lichtverteilen­ de Fläche fallende Licht mittels der Abbildungsstufe schräg auf die zu untersuchende Objektoberfläche, wobei die lichtverteilende Fläche und die Objektoberfläche optisch konjugiert sind.

Zum einen kann der Objektoberfläche ein Spiegel, vor­ zugsweise ein Planspiegel, etwa senkrecht, zugeordnet sein, so daß der Planspiegel und die Objektoberfläche oder eine Ausgleichsebene durch diese Objektoberfläche eine Dachkante bilden. Das Licht, welches aus der Ab­ bildungsstufe tritt, gelangt über diese Dachkante wie­ der in die Abbildungsstufe zurück. Dabei wird das von der Objektoberfläche reflektierte Objektbündel von der Abbildungsstufe auf eine zweite lichtverteilende Fläche optisch konjugiert abgebildet, wobei die zweite licht­ verteilende Fläche vorzugsweise in der gleichen Ebene wie die erste lichtverteilende Fläche steht. Dabei ist es auch möglich, daß der lichtverteilenden ersten Flä­ che ein zweiter Planspiegel senkrecht zugeordnet ist, welcher mit der ersten lichtverteilenden Fläche eine Dachkante bildet.

Die Abbildungsstufe kann bei vergleichsweise kleinen Objektoberflächen, beispielsweise in der Größe von wenigen Quadratzentimetern, als 4f-Anordnung mit zwei gleichartigen Objektiven ausgeführt sein, wobei der Brennpunkt des den beiden lichtverteilenden Flächen zugeordneten Objektivs in der Ebene liegt, die von den beiden lichtverteilenden Flächen aufgespannt wird und der Brennpunkt des der Objektoberfläche zugeordneten Objektivs in der Dachkante liegt, welche die Objekt­ oberfläche mit dem Planspiegel bildet.

Zum anderen ist es aber auch möglich, daß der Objekt­ oberfläche anstelle des senkrecht zur Objektoberfläche zugeordneten Spiegels eine zweite Abbildungsstufe unter dem gleichen Winkel wie die erste Abbildungsstufe zuge­ ordnet ist, so daß eine symmetrische Anordnung bezüg­ lich der Achsenlage der beiden Abbildungsstufen auf die Objektoberfläche entsteht. Die zweite Abbildungsstufe bildet die Objektoberfläche optisch konjugiert auf eine zweite lichtverteilende Fläche ab, die deshalb eben­ falls schräg zur optischen Achse der zweiten Abbil­ dungsstufe angeordnet sein muß. Dabei fallen die Brenn­ punkte der beiden Abbildungsstufen vorzugsweise auf der Objektoberfläche zusammen. Bei Anordnung einer zweiten Abbildungsstufe kann im Vergleich zur Dachkantenanord­ nung ein größeres Objektfeld übertragen werden.

Auch bei der zweiten Abbildungsstufe kann es sich um eine 4f-Anordnung handeln.

Bei der ersten lichtverteilenden Fläche kann es sich um ein Gitter, im einfachsten Fall um ein Liniengitter, z. B. um ein Reflexionsgitter, handeln. Bei der zweiten lichtverteilenden Fläche kann es sich um ein hologra­ phisches Reflexionsgitter handeln, dessen Gitterkon­ stante so gewählt ist, daß das schräg auftreffende Bündel in der ersten Beugungsordnung etwa senkrecht zur Gitteroberfläche abgestrahlt wird. Dadurch entsteht eine Entzerrung des Bildes, welches dann durch eine weitere Abbildungsstufe vom Gitter auf den Bildempfän­ ger abgebildet wird, wobei diese Abbildungsstufe ein Zoomobjektiv beinhalten kann. Die zweite lichtvertei­ lende Oberfläche kann anstelle des Gitters auch durch eine lichtstreuende Fläche, z. B. durch eine rotierende Mattscheibe, ersetzt werden, auf welche das Bild der Objektoberfläche schräg, aber scharf, abgebildet wird. Der Bildempfänger ist vorzugsweise ein CCD-Kamera, welche mit einem Rechner verbunden ist.

Bei der Verwendung einer 4f-Anordnung für die scharfe Abbildung der schräg angeordneten Objektoberfläche auf die zweite, ebenfalls schrägstehende, lichtverteilende Fläche und senkrechter Beobachtung derselben, ergibt sich stets eine 1 : 1-Abbildung der Objektoberfläche auf den Bildempfänger, welche oft sehr vorteilhaft bei der Prüfung von Objektoberflächen ist.

Bei großen Objektoberflächen ist es vorteilhaft, von der 4f-Anordnung abzugehen, da dann nur ein großes Objektiv in der Abbildungsstufe verwendet werden muß. Die scharfe Abbildung des Objektes bleibt auch in die­ sem Fall erhalten. Die dann nicht mehr vorhandene strenge Ähnlichkeit zwischen Objekt und Bild muß bei der Bildverarbeitung berücksichtigt werden.

Die erste lichtverteilende Fläche kann in Liniengitter sein, dem eine Lichtquellenbaugruppe mit einer flächi­ gen monochromatischen Lichtquelle und einem Kollimator vorgeordnet ist. Zur Vermeidung der hier meist unerwün­ schten Speckles kann die Lichtquellenbaugruppe eine rotierende Mattscheibe beinhalten, auf welcher ein ausgedehnter Fleck ausgeleuchtet wird, so daß ein ge­ öffnetes Bündel entstehen kann. Die Einfallsrichtung des Bündels kann so gewählt werden, daß zwei zur Achse der Abbildungsstufe etwa symmetrisch liegende Bündel entstehen, wobei ein Bündel durch Reflexion in der nullten Beugungsordnung und das zweite Bündel durch Reflexion in der ersten Beugungsordnung am Gitter ent­ steht. Das Gitter kann aber auch eine Struktur mit gekrümmten Linien aufweisen, um eine gekrümmte Objekt­ oberfläche zu prüfen. Optimal für die Abbildung auf einen Bildempfänger ist es, wenn die gekrümmten Linien des Gitters auf der Objektoberfläche ein etwa äquidi­ stantes Streifenmuster bilden. In diesem Fall weist das in der nullten Ordnung reflektierte Bündel einen klei­ nen Winkel zur optischen Achse auf, während das in der ersten Beugungsordnung gebeugte Bündel sich unregel­ mäßig ausbreitet.

Das Liniengitter kann aber auch ein relativ grobes Reflexionsgitter mit weniger als 10 reflektierenden Linien pro mm sein, wobei sich auf den reflektierenden Linien jeweils ein vergleichsweise feines Reflexions­ gitter mit mehr als 1000 Linien pro mm befindet. In diesem Fall kann die Beleuchtung des Gitters senkrecht - also in Richtung der Flächennormalen - erfolgen und es entstehen gebeugte Bündel, wobei sich im Falle eines Liniengitters mit geraden Linien zwei gebeugte Bündel etwa symmetrisch zu einer Parallelen der optischen Achse der Abbildungsstufe ausbreiten. Es ist aber auch möglich, daß das Liniengitter gekrümmte Linien auf­ weist.

Das Liniengitter ist mit einem rechnergesteuerten Mi­ krotranslator verbunden, der eine feinfühlige Verschie­ bung des Gitters in der Gitterebene ermöglicht. So kann das sehr vorteilhafte Phase-shift-Verfahren angewendet werden.

Bei einem Liniengitter mit geraden Linien erfolgt die Verschiebung senkrecht zu den Gitterlinien.

Bei Verwendung eines Planspiegels, der mit der licht­ verteilenden Fläche eine Dachkante bildet, erfolgt die Abbildung der Objektoberfläche über den Planspiegel auf die lichtverteilende Fläche zurück. Dadurch genügt nur eine lichtverteilende Fläche in der Anordnung, die ein Liniengitter sein kann. Jedoch führt ein Verschieben dieses Liniengitters hierbei nicht zu einer Phasenver­ schiebung. Deshalb erfolgt die benötigte Phasen-Ver­ schiebung durch Bewegen der Objektoberfläche mit einem rechnergesteuerten Hubtisch oder durch Verschieben eines Planspiegels in Richtung seiner Normalen.

Es ist aber auch möglich, daß die Gitterstruktur, wel­ che die erste lichtverteilende Fläche darstellt, sich auf einer gekrümmten Oberfläche befindet. Dies ist vorteilhaft, wenn stark gekrümmte Objektoberflächen geprüft werden sollen und die Gitterstruktur scharf auf die Objektoberfläche abgebildet werden soll. Um ein konvexes Objekt zu prüfen, bedarf es einer konkaven Oberfläche für das Gitter, welches die erste lichtver­ teilende Fläche darstellt. Auch die zweite lichtver­ teilende Fläche befindet sich dann auf einer konkaven Oberfläche und ist vorzugsweise als relativ grobes Reflexionsgitter ausgebildet, wobei auf den reflektie­ renden Linien des groben Reflexionsgitters wiederum ein sehr feines Reflexionsgitter aufgebracht ist. So kann die Objektoberfläche ebenfalls scharf auf das Refle­ xionsliniengitter, welches die zweite lichtverteilende Fläche darstellt, abgebildet werden. Wenn die Abbil­ dungsstufe als 4f-Anordnung ausgeführt ist, sind die Formen der Oberflächen, auf denen sich die erste und die zweite lichtverteilende Fläche befinden, gleich ausgebildet. Auch die Gitter können die gleiche Struk­ tur aufweisen. Auf dem Reflexionsgitter, welches die zweite lichtverteilende Fläche bildet, entsteht dann eine Schwebung zwischen diesem Reflexionsgitter und dem Bild des Reflexionsgitters, welches die erste lichtver­ teilende Fläche darstellt und auf die Objektoberfläche abgebildet wird und von dort wieder auf das Reflexions­ gitter abgebildet wird, welches die zweite lichtvertei­ lende Fläche bildet. Dieses Schwebungsbild kann dann mit einer weiteren Abbildungsstufe auf einen Bildem­ pfänger abgebildet werden. Diese Anordnung ist speziell für die Formprüfung geeignet. Beispielsweise können die Formen der Oberflächen, auf denen sich die erste und die zweite lichtverteilende Fläche befinden, als Sphä­ ren ausgebildet sein. Wenn eine rotationssymmetrische Asphäre geprüft werden soll, kann die Abweichung von der Sphärizität in der Krümmung der Linien des Refle­ xionsgitters, welches die erste lichtverteilende Fläche bildet, enthalten sein. Auf der zu prüfenden asphäri­ schen Objektoberfläche entstehen nun bei entsprechender Anpassung und Justierung gerade Linien - bis auf die Formfehler der Asphäre, die ja eine Abweichung von der Geradlinigkeit der Linien hervorrufen können. Die ent­ stehenden Linien werden von der Oberfläche der Asphäre auf das zweite Reflexionsgitter abgebildet, welches auch gerade Linien aufweisen kann. Dort entsteht eine Schwebung des aufprojizierten Lichtgitters mit dem körperlich vorhandenen Reflexionsgitter. Die geraden Linien können sich aber auch auf dem ersten Gitter und die gekrümmten auf dem zweiten Gitter befinden. Bei der Formmessung gibt es wegen der relativ geringen zu über­ tragenden Ortsfrequenzen im Bild keine Probleme, wenn die Abbildung des gekrümmten Reflexionsgitters auf die Bildempfängerebene nicht im gesamten Bild aufgrund der Krümmung die theoretisch mögliche laterale Auflösung aufweist, also in einigen Bereichen des Bildes etwas unscharf ist. Bei Bedarf muß auf die unscharfen Bereiche nachfokussiert werden.

Es ist möglich, daß das zweite Liniengitter, welches die gekrümmten Linien aufweist, durch Belichtung einer lichtempfindlichen Schicht bei Verwendung eines Master­ objektes als Referenzobjekt in der Objektposition er­ zeugt wird. Damit können weitere Objekte im Vergleich zum Referenzobjekt geprüft werden. Dabei kann sich die lichtempfindliche Schicht auf einer ebenen oder einer gekrümmten Trägerfläche befinden, um eine möglichst scharfe Abbildung zu erreichen. Es ist aber auch mög­ lich, das Gitter mit den gekrümmten Linien computerge­ neriert, beispielsweise mittels eines Präzisions-Plot­ ters herzustellen und anschließend zu verkleinern. Auch hier ist eine gekrümmte Trägerfläche für das Gitter möglich.

Es ist aber auch möglich, mit nur einem Gitter zu ar­ beiten, auf welches über einen Planspiegel das Bild der Objektoberfläche wieder abgebildet wird.

Im Falle gekrümmter Oberflächen für die Objekt- und die Gitterflächen kann entweder die angrenzende oder eine Ausgleichsebene die Brennpunkte der Abbildungsstufe enthalten.

Die erste lichtverteilende Fläche kann aber auch ein homogenes Reflexionsgitter mit einer sehr kleinen Git­ terkonstante sein. Die Anzahl der Linien pro mm kann etwa 1570 betragen, wenn mit einer Lichtwellenlänge von 633 nm gearbeitet wird.

In diesem Fall ist dem Reflexionsgitter ein Objektiv, welches ein rechnergesteuertes Zoomobjektiv sein kann, mit einem Interferometer und einer Lichtquelle vorge­ ordnet. Die Fokusebene des Objekts fällt mit der Git­ terebene zusammen. Das Interferometer dient zur Erzeu­ gung des Streifenmusters, welches in diesem Fall ein Interferenzstreifenmuster ist. Die interferierenden Bündel werden mit dem Objektiv fokussiert und in ge­ beugten Bündeln abgestrahlt. Auf dem Reflexsionsgitter entsteht ein Interferenzstreifenmuster.

Bei dem Interferometer handelt es sich vorzugsweise um ein Zweistrahlinterferometer, welches ein Michelsonin­ terferometer sein kann. Dieses weist vorzugsweise zwei Tripelreflektoren auf, wobei auch schon zwei Dachkant­ reflektoren genügen, wenn nur die Streifendichte ver­ stellt werden soll. Das Interferometer arbeitet vor­ zugsweise mit dem optischen Gangunterschied von etwa Null. Ein Reflektor ist für die Verschiebung des Re­ flektors in Strahlrichtung mit einem ersten rechnerge­ steuerten Mikrotranslator verbunden, um die Phase stel­ len zu können. Dadurch kann das sehr vorteilhafte Phase-shift-Verfahren verwendet werden. Mit einem zwei­ ten Mikrotranslator, der ebenfalls rechnergesteuert sein kann, ist durch Querverstellen eines der beiden Reflektoren eine Möglichkeit zur Einstellung der Anzahl der Interferenzstreifen gegeben. Dies kann auch rech­ nergesteuert erfolgen, wodurch sich eine rechnerge­ steuerte Empfindlichkeitseinstellung der Meßanordnung ergibt. Damit kann die bekannte Zweiwellenlängen-Tech­ nik hier als Zwei-Empfindlichkeiten-Technik angewendet werden. Bei Verwendung von zwei Tripelreflektoren im Interferometer und einem zweiachsigen Quertranslator als Mikrotranslator für den zweiten Tripelreflektor kann die Anzahl und auch die Richtung der Interferenz­ streifen auf der Objektoberfläche eingestellt werden. Dabei wird die physisch vorhandene oder gedachte Ecke des Tripelreflektors in zwei Koordinaten, x und y, quer zur Bündelachse bewegt. Das kann sehr von Vorteil sein, wenn gekrümmte Flächen oder Freiformflächen geprüft werden sollen. In sich starre Tripelreflektoren weisen außerdem den Vorteil auf, daß das Interferomter nicht dejustiert werden kann, also stehts kontrastreiche Streifen in der Fokusebene des Objektivs auftreten. Mit der rechnergesteuerten Variation der Anzahl und der Richtung der Streifen kann eine beliebige, unbekannte Fläche iterativ geprüft werden, indem beispielsweise verschiedene Flächenbereiche mit unterschiedlicher Empfindlichkeit gemessen werden und die gesamte Objekt­ oberfläche aus Subflächen zusammengesetzt wird. Die Erfindung bietet somit die Möglichkeit einer rechnerge­ führten, iterativen Prüfung der Oberflächentopographie auch von sehr komplizierten, unbekannten Oberflächen.

Das Interferometer arbeitet dabei mit einer Lichtquel­ lenbaugruppe, die eine monochromatische Lichtquelle und einen Kollimator beinhaltet. Zur Vermeidung der hier meist unerwünschten Speckles kann die Lichtquellenbau­ gruppe eine rotierende Mattscheibe beinhalten, auf welcher ein ausgedehnter Fleck ausgeleuchtet wird, so daß ein geöffnetes Bündel entstehen kann. Weiterhin kann die Lichtquellenbaugruppe eine Weißlichtquelle beinhalten, um einen Weißlichtstreifen nullter Ordnung auf der Objektoberfläche zu erzeugen. Dadurch wird die Justierung der Objektoberfläche vereinfacht. Die Weiß­ lichtquelle ist durch Rechnersteuerung ein- und aus­ schaltbar. Ein besonderer Vorteil ist, daß mit der Verwendung des Weißlichtstreifens nullter Ordnung Ob­ jektoberflächen mit Absätzen geprüft werden können. Dafür gibt es drei grundsätzliche Möglichkeiten:

• 1. Das Interferometer arbeitet mit dem optischen Gang­ unterschied Null. Der Weißlichtstreifen liegt etwa mittig auf der ersten lichtverteilenden Fläche und wird so etwa mittig auf die Objektoberfläche abgebildet. Der Weißlichtstreifen wird bei ausgeschalteter monochroma­ tischer Lichtquelle beispielsweise durch eine Kontrast­ maske identifiziert. Anschließend wird die Weißlicht­ quelle abgeblendet oder ausgeschaltet und die monochro­ matische Lichtquelle verwendet, wodurch sich ein kontrastreiches Streifenbild auf der Objektoberfläche ergibt. Die ausgewertete und im Rechner gespeicherte Lage des Weißlichtstreifens definiert nun den nullten oder Referenzstreifen im Streifenfeld. Dadurch ist eine Bestimmung der Ordnung der Interferenzstreifen, die bei monochromatischem Licht auftreten, eindeutig möglich.
• 2. Durch die Stellung des ersten Mikrotranslators ver­ ändert sich die Lage des Weißlichtstreifens nullter Ordnung im Objektfeld. Durch Bewegen des zweiten Mikro­ translators kann auch noch die Richtung und die Breite, wobei letztere der Empfindlichkeit der Meßanordnung entspricht, der Streifen frei eingestellt werden. Je geringer die Streifenbreite bei einem gegebenen Ein­ fallswinkel, desto größer ist die Empfindlichkeit. Durch das Stellen des ersten Mikrotranslators gibt es die Möglichkeit, den Weißlichtstreifen nullter Ordnung durch Verändern des optischen Gangunterschiedes im Interferometer auf der Objektoberfläche frei zu posi­ tionieren. Durch die Verschiebung des Weißlichtstrei­ fens nullter Ordnung über die Objektoberfläche ist auch eine unstetige, unbekannte Objektoberfläche auswertbar. Diskontinuitäten im Streifenverlauf können der Objekt­ oberfläche eindeutig zugeordnet werden. Zur wesentli­ chen Erhöhung der Genauigkeit kann an jedem Punkt der Objektoberfläche die Phasenlage des Weißlichtstreifens nullter Ordnung mit dem Phase-shift-Verfahren bestimmt werden. Dies ist mit herkömmlichen Meßgeräten nicht möglich. Eine weitere Verbesserung der Genauigkeit ergibt sich, wenn nach der Identifizierung und Speiche­ rung der Lage des nullten Streifens in verschiedenen Positionen auf der Objektoberfläche die Bestimmung der Phasenlage mit der monochromatischen Lichtquelle er­ folgt. Zu diesem Zweck muß die Weißlichtbeleuchtung möglichst schnell durch die monochromatische Beleuch­ tung ersetzt und der optische Gangunterschied Null wieder eingestellt werden. Sinnvoll ist eine rechner­ gesteuerte Ausblendung der Lichtquellen, da so beide Lichtquellen ständig in Betrieb verbleiben können. Dies ist aus Stabilitätsgründen stets vorteilhaft.

Durch die Kombinierung der Messung mit dem Weißlicht­ streifen und der monochromatischen Beleuchtung lassen sich so räumlich isolierte Flächenbereiche erfassen und bezüglich ihrer Lage im Raum verknüpfen bzw. Objekt­ oberflächen mit großen Gradienten können komplett er­ faßt werden.

• 3. Auch ist es möglich, die Objektoberfläche allein mit der Weißlichtquelle zu prüfen, indem durch Verändern des optischen Gangunterschiedes im Interferometer der Weißlichtstreifen über die Objektoberfläche bewegt wird und der Prüfling mit einem rechnersteuerbaren Hubtisch kontinuierlich oder in diskreten Schritten so bewegt wird, daß das Stück der Objektoberfläche, auf welchem sich gerade der Weißlichtstreifen befindet, möglichst scharf abgebildet wird. Dabei kann in jeder Stellung des Prüflings die Phase gestellt werden, um die Ge­ nauigkeit der Messung zu erhöhen. Das Durchmustern der Objektoberfläche mit dem Weißlichtstreifen ist sinnvoll oder sogar notwendig, wenn die Objektoberfläche Absätze aufweist, sehr unregelmäßig oder stark zerklüftet ist, so daß die Objektoberfläche außerhalb des Schärfentie­ fenbereiches der Abbildungsoptik liegt und so eine Auswertung des Streifenmusters, welches durch die mono­ chromatische Lichtquelle entsteht, nicht möglich ist.

Bei der Verwendung der Weißlichtquelle ist die mono­ chromatische Lichtquelle zweckmäßigerweise abgeblendet oder ausgeschaltet. Die Bestimmung der Ordnung eines monochromatischen Streifens kann mit Hilfe des Weiß­ lichtstreifens nullter Ordnung erfolgen. Die Bestimmung der Phasenlage kann mit der Weißlichtquelle aber auch mit der monochromatischen Lichtquelle erfolgen, wobei im letzten Fall sich eine höhere Genauigkeit ergeben kann. Für diese Strategie müssen die Weißlichtquelle und die monochromatische Lichtquelle sehr schnell mit­ tels Rechnersteuerung abwechselnd schaltbar sein.

Vorteilhaft ist es, im streifenerzeugenden Interfero­ meter bei der Anwendung von Tripelprismen einen unter ca. 45° angeordneten Strahlteiler, der aus einer Plan­ parallelplatte besteht, zu verwenden, auf deren beiden Außenseiten sich je eine Strahlteilerschicht befindet, die die Außenfläche aber nur teilweise überdeckt.

Bei der Verwendung eines Fizeau-Interferometers für die Streifenerzeugung kann die benötigte Zweistrahlinterfe­ renz durch Raumfrequenzfilterung in der Fokusebene der Abbildungsstufe erzeugt werden. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Anordnung, die ebenfalls mit einem Phasensteller versehen sein kann, jedoch wegen des stets von Null verschiedenen optischen Gangunter­ schiedes nicht weißlichtfähig ist und deshalb der benö­ tigte Referenzstreifen mittels einer zwischen Fizeau- Interferometer und Gitter zusätzlich angeordneten Tei­ lerplatte eingespiegelt wird, wobei der Referenzstrei­ fen in diesem Fall durch die konventionelle Abbildung eines Lichtspaltes mit einer weiteren Abbildungsstufe erzeugt wird.

Es ist auch möglich, ein Interferometer mit einer ge­ krümmten Spiegelfläche einzusetzen, um gegebenenfalls eine optimale Anpassung an die Objektoberfläche zu erreichen.

Um eine Beleuchtung der Objektoberfläche von zwei Sei­ ten zu ermöglichen, kann der ersten und der zweiten lichtverteilenden Fläche je eine Lichtquelle zugeordnet sein. In diesem Fall können die auf die Objektoberflä­ che projizierten Streifen eine unterschiedliche Strei­ fendichte aufweisen, wodurch sich bei etwa gleichem Einfallswinkel der Projektion eine unterschiedliche Empfindlichkeit ergibt. Dadurch kann die Zwei-Empfind­ lichkeiten-Technik simultan angewendet werden. Um das von der Objektoberfläche reflektierte Licht auszuwer­ ten, ist eine Auskopplung des Lichtes mit einem zusätz­ lichen Strahlteiler möglich. Dieser gestattet dann das von der Objektoberfläche kommende Licht in der be­ schriebenen Art auszuwerten. Bei Verwendung von licht­ verteilenden Flächen, die gleichzeitig als Reflexions- und Transmissionsgitter arbeiten, kann beispielsweise in Reflexion beleuchtet werden und in Transmission beobachtet werden. In diesem Fall kann die für das Phase-shift-Verfahren notwendige Phasenverschiebung durch eine rechnergesteuerte Höhenverstellung der Ob­ jektoberfläche erfolgen.

Es ist aber auch möglich, daß die Position der Licht­ quelle mit der Position der Empfängergruppe ausge­ tauscht wird und erst die Beleuchtung von einer Seite, beispielsweise erst über den Planspiegel und anschlie­ ßend bei einer zweiten Messung direkt erfolgt. Dadurch können Oberflächenbereiche, die im Schatten liegen, erfaßt werden.

Für die Variation des Einfallswinkels der Beleuchtung auf die Objektoberfläche ist es möglich, daß die Meß­ einrichtung schwenkbar angeordnet ist. Der bevorzugte Drehpunkt ist dabei der objektseitige Brennpunkt. So bleibt die Abbildung optisch konjugiert, wenn gleich­ zeitig die lichtverteilenden Flächen mit der zugehöri­ gen Beleuchtungs- und Abbildungsoptik, einschließlich der Lichtquelle und des Bildempfängers als in sich starre Komponente, um den eingangsseitigen Brennpunkt der Abbildungsstufe vorzugsweise um den gleichen Winkel geschwenkt werden. Dadurch ist es möglich, den Ein­ fallswinkel in Abhängigkeit von der gewünschten Em­ pfindlichkeit der Messung und von der Oberflächenbe­ schaffenheit der Objektoberfläche zu wählen.

Bei einem Zweistrahlinterferometer mit einer Lichtquel­ le, einer Strahlteilerfläche und einer Objektoberflä­ che, fällt das nach der Strahlteilung entstehende Ob­ jektbündel schräg auf die zu untersuchende Objektober­ fläche. Der Objektoberfläche ist in Richtung des direkt von der Objektoberfläche reflektierten Objektbündels eine Abbildungsstufe, deren optische Achse etwa paral­ lel zur Achse des reflektierten Objektbündels steht, nachgeordnet. Diese Abbildungsstufe bildet die Objekt­ oberfläche optisch konjugiert auf eine lichtverteilende Oberfläche ab, die eine lichtstreuende oder -beugende Wirkung aufweist, wobei die lichtverteilende Oberfläche ebenfalls schräg zur optischen Achse der Abbildungsstu­ fe angeordnet ist.

Das Referenzbündel, welches nach der Strahlteilung entsteht, wird über den Referenzstrahlengang und einer sich anschließenden Strahlvereinigung mit dem Objekt­ bündel ebenfalls mit dieser Abbildungsstufe auf die lichtverteilende Oberfläche gelenkt, wo es zur Inter­ ferenz kommt. Zwischen dem Referenzbündel und dem Ob­ jektbündel kann der optische Gangunterschied, die Dif­ ferenz der Lagen der effektiven Lichtquellen, die Late­ ral-Shear und die Neigung der Bündelachsen zu null gemacht werden, so daß ein kontrastreiches Interferenz­ bild auch bei geöffneten Bündeln entsteht. Durch die Verwendung geöffneter Bündel werden die durch Staub, vagabundierende Bündel und Glasinhomogenitäten entste­ hende parasitäre Interferenzen in der Empfängerfläche deutlich abgeschwächt oder völlig vermieden.

Im Referenzstrahlengang befindet sich ein Reflektor, der mit einem rechnergesteuerten Piezosteller verbunden ist. Damit ist im Interferometer ein Stellen der Phasen möglich, wodurch das sehr vorteilhafte Phase-shift- Verfahren angewendet werden kann. Der Reflektor kann als Plan-, Dachkant- oder Tripelspiegel mit hochebenen Spiegelflächen ausgeführt sein. Eine Gestaltung als Dachkantprisma oder Tripelprisma ist auch möglich. Aufgrund des sich dann ergebenden unterschiedlichen optischen Gangunterschiedes in den beiden Interferome­ terarmen kann die für das Phase-shift-Verfahren benö­ tigte Phasenverschiebung durch eine wellenlängenver­ stimmbare Laserlichtquelle, zum Beispiel durch einen rechnergesteuerten Halbleiterlaser, erfolgen.

Das Zweistrahlinterferometer kann ein Mach-Zehnder- oder ein Michelson-Interferometer sein. Im Mach-Zehnder- Interferometer ist stets eine zweite Strahlteilerfläche vorhanden. Beim Michelson-Interferometer müssen für die Realisierung der Schräglichtbeleuchtung und -abbildung Dachkant- oder Tripelreflektoren verwendet werden. Aus Symmetriegründen findet die Strahlvereinigung von Ob­ jekt- und Referenzbündel ebenfalls an einer zweiten Strahlteilerfläche statt, die sich gemeinsam mit der ersten Strahlteilerfläche auf einer Planparallelplatte befindet, jedoch auf der gegenüberliegenden Seite. Das Mach-Zehnder-Interferometer kann auch auf der Grundlage einer Planparallelplatte aufgebaut sein. Dabei befindet sich die erste Strahlteilerfläche auf der ersten Seite der Platte, der Lichteintrittsseite, mit einem nähe­ rungsweise parallel zur Platte angeordneten Planspiegel und die zweite Strahlteilerfläche befindet sich auf der zweiten Seite der Planparallelplatte mit der näherungs­ weise parallel zur Platte angeordneten Objektoberflä­ che. Die erste Seite wird auch als Referenzseite be­ zeichnet.

Die erste Abbildungsstufe für die Objektoberfläche kann sich auf der Objektseite befinden, um eine optimale optische Abbildung zu erreichen, da in diesem Fall das von der Objektoberfläche reflektierte Licht sich bis zur ersten Abbildungsstufe nur in Luft ausbreitet.

Aus technischen Gründen ist bei Inkaufnahme einer ver­ ringerten optischen Abbildungsqualität, zum Beispiel bei relativ großen Objekten, auch eine Anordnung der ersten Abbildungsstufe auf der Referenzseite der Plan­ parallelplatte möglich, wodurch das von der Objekt­ oberfläche reflektierte Licht die zur Bündelachse schräg­ stehende Planparallelplatte passieren muß. Dadurch entsteht Astigmatismus, der aber in seiner Wirkung bei der Ebenheitsprüfung einfacher Objekte tolerierbar ist.

Dieser Astigmatismus ist jedoch vermeidbar, wenn zu­ sätzlich auf der Planparallelplatte zwei Liniengitter angeordnet werden. Das erste Liniengitter befindet sich dabei in der Strahlteilerfläche, wo die Vereinigung von Objekt- und Referenzbündel stattfindet und ein Inter­ ferenzbündel entsteht. Das zweite Liniengitter befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der Planparallel­ platte, der Referenzseite. Durch die Wirkung des ersten Gitters, welches gleichzeitig als Transmissions- und Reflexionsgitter arbeitet, wird vom Interferenzbündel in der ersten Beugungsordnung ein gebeugtes Bündel erzeugt, welches sich senkrecht zur Gitterebene aus­ breitet und auf das gegenüberliegende Liniengitter gelangt, welches die gleiche Gitterkonstante wie das erste Gitter aufweist, aber nur als Transmissionsgitter wirkt. Durch die beugende Wirkung des zweiten Gitters entsteht neben anderen auch ein in der ersten Ordnung gebeugtes Bündel, welches sich in der gleichen Richtung ausbreitet wie das Objektbündel vor dem ersten Gitter. Indem die Planparallelplatte senkrecht durchsetzt wird und die Ausbreitung des gebeugten Bündels in die glei­ che Richtung erfolgt wie vor dem Eintritt in die Plan­ parallelplatte, tritt kein Astigmatismus bei der Ab­ bildung der Objektoberfläche auf die lichtverteilende Fläche auf. Die erste Abbildungsstufe, welche die Ob­ jektoberfläche auf die lichtverteilende Fläche ab­ bildet, befindet sich bei dieser Anordnung auf der Referenzseite.

Auch kann der Einfallswinkel alpha des Objektbündels auf die Objektoberfläche durch einen rechnergesteuerten Ablenkspiegel, der vor der ersten Strahlteilerfläche angeordnet ist, verändert werden. Dies ermöglicht eine Veränderung der Empfindlichkeit des Interferometers. Es werden in diesem Fall eine erste und eine zweite Mes­ sung mit den Einfallswinkeln alpha 1 und alpha 2 und dem entsprechenden Empfindlichkeiten 1 und 2 durchge­ führt. Weitere Messungen sind denkbar. Aus den gewon­ nenen Datensätzen kann die absolute Phasendifferenz zwischen benachbarten Bildpunkten über 180° hinaus analog zu den bekannten Methoden der Zwei-Wellenlängen- Technik eindeutig bestimmt werden. Die beiden Empfind­ lichkeiten entsprechen zwei unterschiedlichen effekti­ ven Wellenlängen. Dadurch können vergleichsweise tiefe Rillen oder Kratzer auf der Objektoberfläche oder ein starker Randabfall derselben gemessen werden. Es ist aber auch möglich, mit zwei unterschiedlichen Laserwel­ lenlängen zwei Datensätze von der Objektoberfläche zu erzeugen und die Zwei-Wellenlängen-Technik anzuwenden.

Zur Vergrößerung der Empfindlichkeitsvariation kann dem obengenannten rechnergesteuerten Ablenkspiegel ein Anamorphot nachgeschaltet sein. Dieser kann als Pris­ men- oder als Gitteranamorphot ausgeführt sein. In jedem Fall wird das vom Ablenkspiegel einfallende Bün­ del in seinem Bündelquerschnitt verkleinert und in seinem Ablenkspiegel vergrößert.

Durch Verwendung eines Lateral-Shear verringerndes Strahlvereinigungssystem oder eines Lateral-Shear el­ liminierendes Strahlvereinigungssystem ist es möglich, eine Auflösung auf 1/1000 der effektiven Wellenlänge in der Höhe/Tiefe oder eine bessere Auflösung zu erhalten. Weiterhin wird dadurch der Tiefen-/Höhenmeßbereich wesentlich vergrößert.

Erfindungsgemäß wird eine Anordnung für die Prüfung der Oberflächengestalt mit einer Lichtquelle, mindestens einem Prüfobjektiv, einem Prüfling, einem Kameraobjek­ tiv, einer Kamera und einem Lateral-Shear erzeugenden Strahlteilersystem zur Verfügung gestellt, daß zus­ ätzlich dem Prüfobjektiv zugeordnet ist. In Bezug auf eine gegebene optische Anordnung kann das Lateral-Shear verringernde Strahlvereinigungssystem auch als Lateral- Shear elliminierendes Strahlvereinigungssystem ge­ staltet sein.

Von der Lichtquelle gelangt das Licht auf ein Lateral- Shear Strahlteilersystem, wodurch aus einem Lichtbündel zwei Teilbündel entstehen, welche über den Strahlenbün­ delteiler durch Teilung der Wellenfront oder der Ampli­ tude in das Prüfobjektiv gelangen. Die Teilbündel brei­ ten sich parallel aus und bilden in der bildseitigen Brennebene des Prüfobjektivs jeweils zwei kohärente Lichtquellenbilder ab. Das Prüfobjektiv lenkt das Licht der beiden kohärenten Lichtquellenbilder auf den Prüf­ ling, der sich in der objektseitigen Brennebene des Prüflingsobjektivs befindet. Die am Prüfling reflek­ tierten Teilbündel werden vom Prüfobjektiv gesammelt und passieren teilweise einen Strahlenbündelteiler und gelangen nun auf ein Lateral-Shear verringerndes Strahlvereinigungssystem, wodurch aus den beiden an der Prüflingsoberfläche reflektierten Teilbündeln mit Late­ ral-Shear zwei, sich vorzugsweise parallel ausbreitende Teilbündel entstehen, die vorzugsweise im Mittel keine Lateral-Shear und keinen optischen Gangunterschied gegeneinander aufweisen, so daß sie sich geometrisch­ optisch als ein Strahlenbündel darstellen. Dabei ist es möglich, daß das Lateral-Shear erzeugende Strahlteiler­ system, wie auch das Lateral-Shear verringernde Strahl­ teilersystem jeweils im Mittel keinen oder einen von null verschiedenen mittleren optischen Gangunterschied aufweisen. Die beiden zu einem Strahlenbündel vereinig­ ten Teilbündel werden über das Kameraobjektiv auf die Kamera abgebildet. Die Kameraebene und wenigstens ein Teilbereich der Prüflingsoberfläche sind dabei optisch konjugiert, ein Teilbereich der Prüflingsoberfläche wird also scharf abgebildet. Da der mittlere optische Gangunterschied auf null kompensiert werden kann, ist der Einsatz von Weißlichtquellen möglich, welche im allgemeinen speckle-freie Bilder liefern. Auch ist es möglich, die geringe Kohärenzlänge weißen Lichts für die Tiefen-/Höhenbestimmung am Prüfling auszunutzen.

Für die Anwendung tomographischer Verfahren ist eine Relativbewegung zwischen dem Prüfling und der Anordnung oder nur eine Bewegung des Prüfobjektivs möglich.

Für die Prüfung gekrümmter Oberflächen ist von Vorteil, wenn das Lateral-Shear verringernde Strahlteilersystem gemeinsam mit dem Kameraobjektiv und der Kamera mit einer ein- oder zweiachsigen translatorischen Nachführ­ einrichtung verbunden ist, die das Bewegen senkrecht zur Achse der vereinigten Teilbündel ermöglicht. Da­ durch kann das bei stärker gekrümmten Prüflingen auf­ tretende Auswandern der durch das Prüfobjektiv von der Prüflingsoberfläche abgebildeten Teilbündel kompensiert werden.

Für die Prüfung von spiegelnden Oberflächen, wie z. B. von optischen Linsen, ist es aber auch möglich, das Prüfobjektiv gemeinsam mit dem Prüfling relativ zur übrigen Anordnung in den beiden Richtungen senkrecht zur optischen Achse des Prüfobjektivs zu verschieben.

Dabei verändert sich zwar die Empfindlichkeit der Meß­ anordnung, nicht jedoch der Streifenabstand auf der Prüfoberfläche. Von Vorteil ist hier aber, daß ein Teilbündel oder auch die Winkelhalbierende der beiden Teilbündel auch bei einer gekrümmten Oberfläche nähe­ rungsweise senkrecht auf einen Bereich des Prüflings fallen können, der sich gerade im Schärfentiefebereich des Prüfobjektivs befindet. Dadurch ist die Rückrefle­ xion der beiden Teilbündel von der Prüflingsoberfläche in das Prüfobjektiv auch bei reflektierenden Prüflingen durch die direkte Reflexion gegeben und die Zuordnung zwischen Prüfling und Prüflingsbild in der Kameraebene bleibt bei entsprechender Präzision der Verschiebebewe­ gung - es dürfen keine Kippungen auftreten - erhalten. Aus dem gemessenen Betrag der Verschiebung kann die Empfindlichkeit der Meßanordnung bestimmt werden.

Die bekannte Phasen-Schiebe-Technik ist beispielsweise für die Auswertung der Oberfläche anwendbar. Es ist aber auch möglich, aus dem Verlauf der Kontrastfunktion der Interferenz in der Kameraebene, wie weiter unten ausgeführt, die Lage und Gestalt des erfaßten Prüf­ lingsbereichs zu bestimmen.

Es ist weiterhin möglich, daß dem Prüfobjektiv ein Objektiv zur Prüflingsbeleuchtung beigestellt ist, welches eine parallele Achslage zum Prüfobjektiv auf­ weist und dessen Brennebene mit der Brennebene des Prüfobjektivs zusammenfällt. Mit dieser Anordnung ist es bei einem allerdings nicht unerheblichen technischen Aufwand möglich, die Empfindlichkeit der Anordnung für die Prüfung der Oberflächengestalt wesentlich zu erhö­ hen und dabei auch spiegelnde Oberflächen zu prüfen. Dabei fallen die beiden Teilbündel durch das Objektiv zur Prüflingsbeleuchtung auf den Prüfling, werden re­ flektiert und vom Prüfobjektiv in der Lateral-Shear verringernde Strahlvereinigungssystem gelenkt. Dem Ob­ jektiv zur Prüflingsbeleuchtung ist dabei ein Lateral- Shear erzeugendes Strahlteilersystem in der beschrie­ benen Art vorgeordnet.

Das Lateral-Shear erzeugende Strahlteilersystem, wel­ ches dem Prüfobjektiv vorgeordnet ist, kann zum ersten in der Anordnung eines Michelson-Interferometers mit zwei Retroreflektoren, die zur optischen Bündelachse quer versetzt angeordnet ist, einer polarisationsabhän­ gig teilenden Schicht und einer unpolarisierenden Tei­ lerschicht aufgebaut sein. So entstehen zwei kohärente Teilbündel. Einem Retroreflektor kann ein Translations­ steller für die Phasenstellung zugeordnet sein. Außer­ dem kann ein Retroreflektor mit einem weiteren Transla­ tionssteller für die Einstellung des Querversatzes verbunden sein. Dabei ist es möglich, daß ein Retrore­ flektor in Strahlausbreitungsrichtung verschiebbar angeordnet ist. Dies führt zu einer Verschiebung der effektiven Lichtquellenbilder in Strahlausbreitungs­ richtung. Dadurch kann in der Prüfebene des Prüfobjek­ tivs eine definierte Streifenstruktur, beispielsweise gekrümmte Streifen, erzeugt werden. Dies ist besonders für die Prüfung näherungsweise sphärischer Flächen von Vorteil.

Das Lateral-Shear erzeugende Strahlteilersystem kann zum zweiten in der Anordnung eines Mach-Zehnder-Inter­ ferometers aufgebaut sein. So entstehenden ebenfalls zwei kohärente Teilbündel mit einer Laterial-Shear.

Das Lateral-Shear erzeugende Strahlteilersystem kann außerdem mit einer teildurchlässigen Schicht und mit mindestens drei Planspiegeln gestaltet sein. Dadurch ist es möglich, daß aus einem Lichtbündel zwei Teilbün­ del entstehen.

Das Lateral-Shear verringernde Strahlvereinigungssystem kann weiterhin in der Anordnung eines Interferometers aufgebaut sein.

Das Licht der vorzugsweise ausgedehnten Lichtquelle trifft auf die polarisationsabhängig teilende Schicht im Lateral-Shear erzeugenden Strahlteilersystem, wobei ein erstes Teilbündel (C) reflektiert wird und auf den zweiten Retroreflektor trifft und das zweite Teilbündel (D) die polarisationsabhängig teilende Schicht pas­ siert, und auf den ersten Retroreflektor trifft. Das vom zweiten Retroreflektor zurückgeworfene Teilbündel (C) passiert nun die nichtpolarisierende Teilerschicht, tritt in das Prüfobjektiv ein und gelangt als Teilbün­ del C′ auf den Prüfling. Das vom ersten Retroreflektor zurückgeworfene Teilbündel (D) wird an der nichtpolari­ sierenden Teilerschicht so reflektiert, daß ein lateraler Versatz des Teilbündels (D) bezüglich des Teilbün­ dels (C) auftritt, und passiert mit dem ersten Teilbün­ del (C) den Strahlenbündelteiler und gelangt über das Prüfobjektiv als Teilbündel (D′) auf den Prüfling und bildet mit dem ersten Teilbündel (C′) auf dem Prüfling im Tiefenschärfebereich des Prüflingsobjektivs ein Interferenzbild, welches aufgrund der senkrechten Pola­ risation der Teilbündel zueinander jedoch keine sicht­ baren Streifen aufweist. Bei Beobachtung durch einen unter 45° angeordneten Polarisator sind bei einem ebe­ nen Prüfling auf der Prüflingsoberfläche gerade, äqui­ distante und sehr dichte Streifen mit cos²-Profil zu sehen, da die interferierenden Bündel einen Winkel alpha ( ), beispielsweise von einigen Grad einschlie­ ßen. Bei einem gekrümmten Prüfling ergeben sich ge­ krümmte Streifen. Bei einer Lichtquelle mit großer zeitlicher Kohärenz entsteht ein flächig ausgedehntes Muster mit vielen Streifen, während bei einer Weiß­ lichtquelle nur ein Weißlichtinterferenzmuster mit wenigen, dicht beieinander liegenden Streifen entsteht.

Es entstehen zwei mit unterschiedlichem Winkel auf den Prüfling einfallende Teilbündel (C′) und (D′), da in der bildseitigen Brennebene des Prüfobjektivs, die näherungsweise mit der Reflexionsebene der Retroreflek­ toren zusammenfällt - das ist bei Tripelreflektoren der Eckpunkt - zwei kohärente Bilder der Lichtquelle, die unsymmetrisch zur optischen Achse des Prüfobjektivs angeordnet sind, existieren.

Das an der Oberfläche des Prüflings reflektierte Licht wird durch das Prüfobjektiv als Teilbündel C′′ und als Teilbündel D¹′ wieder auf den Strahlenbündelteiler ge­ lenkt und an diesem gemeinsam reflektiert. Beide Teil­ bündel treffen nun in dem Lateral-Shear verringernden Strahlteilersystem auf eine polarisationsabhängig tei­ lende Schicht, wobei das Licht des Teilbündels C′′ eine Reflexion erfährt und auf den dritten Retroreflektor gelangt und von diesem auf die unpolarisierende Teiler­ schicht gelangt und eine Transmission erfährt. Das Licht des Teilbündels D′′ passiert die polarisationsab­ hängig teilende Schicht und die Platte und gelangt jetzt auf den vierten Retroreflektor und trifft auf die nichtpolarisierende Teilerschicht, wo es reflektiert wird, und es zur Bündelvereinigung des Teilbündels D′′ mit dem Teilbündel C′′ kommt. Nach der Transmission eines unter 45° angeordneten Polarisators werden die interferierenden Teilbündel durch das Kameraobjektiv auf eine Kamera abgebildet. In der Kameraebene entsteht bei einer justierten Anordnung und einem achssenkrecht ausgerichteten ebenen Prüfling ein streifenfreies In­ terferenzbild. Bei Verwendung einer monochromatischen Lichtquelle erzeugt eine schwache Kippung des Prüf­ lings, z. B. eine Kippung um ein Grad, einen oder wenige Interferenzstreifen. Ein gekrümmter Prüfling erzeugt gekrümmte Interferenzstreifen, wobei sich der zu einem Streifenabstand zugehörige Höhenunterschied auf dem Prüfling aus den Einfallswinkeln der Bündel auf die Prüflingsoberfläche und der Differenz derselben ergibt. Die durch die Anordnung wirkende effektive Wellenlänge kann typischerweise um den Faktor 100 bis 10 000 gegen­ über der Lichtwellenlänge vergrößert sein. Die effekti­ ve Wellenlänge ist der doppelte zugehörige Höhenwert bei einer Höhenverstellung des Prüflings, der sich bei einer Verschiebung von genau einem Streifen in einem Punkt des Prüflings ergibt. Das Verhältnis Q der effek­ tiven Wellenlänge zur Lichtwellenlänge ergibt sich, wenn ein Teilbündel beispielsweise senkrecht auf den Prüfling und das zweite mit dem Winkel alpha zur opti­ schen Achse einfällt zu Q = 2/(1 - cos(alpha)). Bei der Verwendung einer Weißlichtquelle entstehen bei einem achssenkrecht ausgerichteten und scharf abgebildeten, ebenen Prüfling in der gesamten Kameraebene Interferen­ zen, aber keine Streifen, da durch die beschriebene Anordnung nicht nur die Eliminierung der Lateral-Shear erfolgt, sondern auch der mittlere optische Gangunter­ schied in diesem speziellen Fall in der gesamten Kameraebene gegen null geht.

Die Verwendung eines Interferometers als Lateral-Shear verringerndes Strahlteilersystem mit der Funktion der Eliminierung oder starken Reduzierung der Lateral-Shear zwischen den Teilbündeln verringert die optischen An­ forderungen an das Kameraobjektiv ganz wesentlich. Es können, um die Funktion der Anordnung zu sichern, auch bei einer stärker verkleinernden Abbildung des Prüf­ lings in die Kameraebene, Kameraobjektive mit einer numerischen Apertur in der gleichen Größenordnung wie das Prüfobjektiv verwendet werden. Bei der Verwendung eines Lateral-Shear verringernden Strahlteilersystems mit einem Gitter muß dagegen, entsprechend dem Abbil­ dungsmaßstab der optischen Anordnung, wenigstens ein Objektiv, das erste in der Abbildungsstufe in Licht­ richtung, mit einer größeren numerischen Apertur als die des Prüfobjektivs eingesetzt werden, um das Licht­ gitter, welches auf dem Prüfling entsteht, auf das reale Gitter abzubilden. Da für das Erreichen einer hohen Meßempfindlichkeit jedoch bereits für das Prüfob­ jektiv eine vergleichsweise große numerische Apertur, beispielsweise A = 0,1 für einen Prüflingsdurchmesser von beispielsweise 70 mm angestrebt wird, entstehen bei großen Prüflingen, die entsprechend auf die Kamera verkleinert abgebildet werden müssen, eindeutig tech­ nische oder wirtschaftliche Grenzen. Es müßte bei­ spielsweise, wenn ein Lichtgitter mit einer Gitterkon­ stante von 10 µm in der Prüflingsebene entsteht, und der Prüfling um eine Größenordnung verkleinert abgebil­ det werden soll, ein reales Gitter mit einer Gitterkon­ stanten von etwa 1 µm und ein Objektiv in der Abbil­ dungsstufe mit einer numerischen Apertur A von A < 0,6 verwendet werden. Auch der Ausweg der Verwendung einer Kamera mit einer größeren Chipfläche erzeugt technische und wirtschaftliche Zwänge.

Das Lateral-Shear erzeugende Strahlteilersystem und das Lateral-Shear verringernde Strahlteilersystem können auch kompakt als verschachtelte Doppel-Michelson-Anord­ nung, die auch den Strahlenbündelteiler enthalten, mit vier oder zwei Retroreflektoren aufgebaut werden.

Das Interferometer kann weiterhin in der Anordnung eines Mach-Zehnder-Interferometers aufgebaut sein.

Das Lateral-Shear verringernde Strahlteilersystem kann zum zweiten mit einer teildurchlässigen Schicht und mit mindestens drei Planspiegeln gestaltet sein. Dadurch ist es möglich, daß aus zwei Teilbündeln ein vereinig­ tes Bündel entsteht.

Das Lateral-Shear verringernde Strahlteilersystem kann als abbildendes System mit einem Gitter aufgebaut sein, wobei sich das Gitter vorzugsweise als Transmissions­ liniengitter in einer Abbildungsstufe, beispielsweise in der gemeinsamen Brennebene der beiden Objektive eines Teleskopes befindet. So entstehen ebenfalls ver­ einigte kohärente Lichtbündel, vorzugsweise mit einer mittleren Lateral-Shear um den Wert null.

Das Lateral-Shear verringernde Strahlteilersystem kann mit polarisationsoptischen Bauelementen aufgebaut sein.

Die Zusammenführung von Teilbündeln kann in verschiede­ nen aufeinanderfolgenden Stufen geschehen:

• - durch eine polarisationsoptische Separierung der Bündel voneinander,
• - durch eine räumlich getrennte Retroreflektion jedes Teilbündels allein für sich, und
• - durch die örtlich zusammenfallende Reflexion eines Teilbündels mit der gleichzeitigen Transmission eines Teilbündels und räumlich getrennt von der Separierung der Bündel.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla­ risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er­ findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung, die mit einem Reflexions­ liniengitter und mit einem holographischen Reflexionsgitter arbeitet,

Fig. 2 eine Anordnung, die mit einem ersten Reflexions­ liniengitter arbeitet, auf dessen reflektierenden Stegen ein feines Reflexionsgitter aufgeprägt ist und ein zweites holographisches Reflexionsgitter zur Auskopplung verwendet,

Fig. 3 eine Anordnung, die mit einem Interferometer zur Erzeugung von Streifen arbeitet,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Anordnung, die besonders für Oberflächen mit geringen Abmessungen oder für Außenzylinderoberflächen geeignet ist,

Fig. 5 und 6 Anordnungen, die besonders für ausgedehnte Objekte geeignet sind,

Fig. 7 eine Anordnung, die besonders für die Prüfung von Innenflächen geeignet ist.

Fig. 8 Anordnung für die Prüfung der Oberflächengestalt von polierten und gekrümmten Oberflächen,

Fig. 9 Anordnung zur Prüfung von lichtstreuenden Ober­ flächen,

Fig. 10 eine einfache Anordnung mit nur zwei Tripel­ reflektoren, die besonders für lichtstreuende Oberflächen geeignet ist, und

Fig. 11 eine Modifikation der Anordnung von Fig. 10.

Darstellung von Ausführungsbeispielen

In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder ent­ sprechende Teile mit den selben Bezugszeichen bezeich­ net, so daß auf eine erneute Vorstellung verzichtet wird, und lediglich die Abweichungen der in diesen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert werden:

Fig. 1 zeigt eine Anordnung, die mit einem Re­ flexionsliniengitter und mit einem holographischen Reflexionsgitter arbeitet.

Das von einer Laserlichtquelle 1 mit integrierter rotierender Mattscheibe und Kollimator ausgehende monochromatische und geöffnete Lichtbündel trifft auf ein Reflexionsliniengitter 2. Ein erster Teil des Bündels wird direkt reflektiert. Ein zweites Bündel entsteht durch Beugung in der ersten negativen Ordnung. Beide Bündel schließen beispielsweise einen Winkel von etwa 20 ein. Das Reflexionsliniengitter 2 ist mit einem rechnergesteuerten Steller 3 verbunden, der in Bruch­ teilen der Gitterkonstanten das Gitter in der Gitter­ ebene quer zu den Gitterlinien für die Anwendung des Phase-shift-Verfahrens verstellt. Die beiden Bündel gelangen in die Abbildungsstufe 4, die die beiden Objektive 5 und 7 und die Spaltblende 6 enthält. Der objektseitige Brennpunkt F₁ des Objektivs 5 liegt in einer Ebene, die vom Reflexionsliniengitter 2 aufge­ spannt wird. Der bildseitige Brennpunkt des Objektivs 5 und der objektseitige Brennpunkt des Objektivs 7 fallen in F′₁₂ zusammen. Die Brennweiten der Objektive 5 und 7 sind gleich und bilden so eine 4f-Anordnung. Diese aus den beiden Objektiven 5 und 7 bestehende Abbildungsstu­ fe 4 bildet das Reflexionsliniengitter 2 über den Planspiegel 8 optisch konjugiert auf die Objektoberflä­ che 9 ab, wobei der Planspiegel 8 und die Objektober­ fläche 9 einen rechten Winkel bilden, so daß eine virtuelle Dachkante entsteht, auf welcher sich der Brennpunkt F₂ befindet. Damit enthält eine Ausgleich­ sebene über die Objektoberfläche 9 auch den Brennpunkt F₂. Unter dieser Voraussetzung wird der Punkt A auf dem Reflexionsliniengitter 2 optisch konjugiert auf die Objektoberfläche 9 als A′ abgebildet und auf der Ob­ jektoberfläche 9 entsteht das Bild des Re­ flexionsliniengitters 2. Die Raumfrequenzfilterung mittels der Spaltblende 6 bewirkt, daß nur zwei Beu­ gungsordnungen, die nullte und die erste negative, die Abbildungsstufe 4 passieren können. So entsteht auf der Objektoberfläche eine reine Zweistrahlinterferenz­ verteilung, die das für eine hohe Auswertegenauigkeit erforderliche Sinusprofil aufweist. Je nach Positionie­ rung der Spaltblende 6 kann es sich dabei um die posi­ tive oder negative erste Beugungsordnung handeln.

Die Objektoberfläche 9 wird über die Abbildungsstufe 4 optisch scharf auf ein holographisches Reflexionsgitter 10 abgebildet. So ist der Punkt A′′ zum Punkt A′ op­ tisch konjugiert. Die Gitterkonstante dieses holographischen Reflexionsgitters 10 ist so gewählt, daß die erste negative Beugungsordnung bei dem schrägen Lichteinfall etwa in Richtung der Oberflächennormalen des holographischen Reflexionsgitters 10 steht. Für einen Einfallswinkel von etwa 84° ergibt sich daraus für eine Wellenlänge von 633 nm eine Gitterkontante von ca. 1570 Linien pro mm. Das in der ersten Beu­ gungsordnung gebeugte Licht wird durch ein Abbildungs­ system 11 auf eine CCD-Kamera 12 abgebildet, welche mit einem PC verbunden ist. Der Punkt A′′ auf der CCD- Kamera 12 ist dabei optisch konjugiert zu A′′ auf dem holographischen Gitter 10. Mit Hilfe des rechnergesteu­ erten Stellers 3 wird nun das Reflexionsgitter 4 in drei oder vier Schritten, jeweils in einem Viertel der Gitterkonstanten gestellt und je ein Interferenzbild aufgenommen und im PC abgelegt. Die Bestimmung der Oberflächentopographie der Objektoberfläche 9 erfolgt anschließend mit dem bekannten Phase-shift-Auswertever­ fahren.

Die beschriebene Anordnung weist eine Empfindlichkeit von etwa 18 µm/2_*Pi auf. Dies entspricht einer effekti­ ven Wellenlänge von 36 µm.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung, die mit einem ersten Reflexionsliniengitter arbeitet, auf dessen reflektie­ renden Stegen ein feines Reflexionsgitter aufgeprägt ist, und ein zweites holographisches Reflexionsgitter zur Auskopplung verwendet.

Das von einer Laserlichtquelle 1 mit integrierter rotierender Mattscheibe und Kollimator ausgehende monochromatische und geöffnete Lichtbündel durchsetzt einen Strahlteiler 13, über welchen von einem rechner­ gesteuerten Projektor 14 ein Lichtspalt eingespiegelt wird, und trifft senkrecht auf ein Re­ flexionsliniengitter 2, auf welches auch der Lichtspalt scharf abgebildet wird. Das Reflexionsliniengitter 2 weist beispielsweise eine Gitterkonstante von 180 µm auf. Auf den reflektierenden Gitterstegen befindet sich eine feine Gitterstruktur mit beispielsweise 1570 1/mm. Dadurch wird das auf das Reflexionsliniengitter 2 fallende kollimierte Licht infolge der beugenden Wir­ kung der Feinstruktur unter einem Winkel von etwa 84° gebeugt. Das Reflexionsliniengitter 2 ist mit einem rechnergesteuerten Steller 3 verbunden, der in Bruch­ teilen der Gitterkonstanten von 180 µm, beispielsweise um je 45 µm, das Gitter in der Gitterebene quer zu den Gitterlinien für die Anwendung des Phase-shift-Verfah­ rens verstellt. Das gebeugte Licht gelangt in die Abbildungsstufe 4, die die beiden Objektive 5 und 7 und die Spaltblende 6 enthält. Der objektseitige Brennpunkt F₁ des Objektivs 5 liegt in einer Ebene, die vom Re­ flexionsliniengitter 2 aufgespannt wird. Der bildsei­ tige Brennpunkt des Objektivs 5 und der objektseitige Brennpunkt des Objektivs 7 fallen in F′₁₂ zusammen. Die Brennweiten der Objektive 5 und 7 sind gleich und bilden so eine 4f-Anordnung. Diese aus den beiden Objektiven 5 und 7 bestehende Abbildungsstufe 4 bildet das Reflexionsliniengitter 2 über den Planspiegel 8 optisch konjugiert auf die Objektoberfläche 9 ab, wobei der Planspiegel 8 und die Objektoberfläche 9 einen rechten Winkel bilden, so daß eine virtuelle Dachkante entsteht, auf welcher sich der Brennpunkt F₂ befindet. Damit enthält eine Ausgleichsebene über die Objektober­ fläche auch den Brennpunkt F₂. Unter dieser Vorausset­ zung wird der Punkt A auf dem Reflexionsliniengitter 2 optisch konjugiert auf die Objektoberfläche 9 als A′ abgebildet und auf der Objektoberfläche 9 entsteht das Bild des Reflexionsliniengitters 2. Die Raumfrequenz­ filterung mittels Spaltblende 6 bewirkt, daß nur zwei Beugungsordnungen die Abbildungsstufe 4 passieren können. So entsteht auf der Objektoberfläche eine reine Zweistrahlinterferenzverteilung, die das für eine hohe Auswertegenauigkeit erforderliche Sinusprofil aufweist.

Die Objektoberfläche 9 wird über die Abbildungsstufe 4 scharf auf ein holographisches Reflexionsgitter 10 abgebildet. So ist der Punkt A′′ auf dem holographisches Reflexionsgitter 10 zum Punkt A′ op­ tisch konjugiert. Die Gitterkonstante dieses holographischen Reflexionsgitters 10 ist so gewählt, daß die erste Beugungsordnung bei dem schrägen Lichte­ infall etwa in Richtung der Oberflächennormalen des holographischen Reflexionsgitters 10 steht. Für einen Einfallswinkel von etwa 84° ergibt sich daraus für eine Wellenlänge von 633 nm eine Gitterkonstante von ca. 1570 Linien pro mm. Das in der ersten Beugungsordnung gebeugte Licht wird durch ein Abbildungssystem 11 auf eine CCD-Kamera 12 abgebildet- welche mit einem PC verbunden ist. Der Punkt A′′′ auf der CCD-Kamera 12 ist dabei optisch konjugiert zu A′′ auf dem holographischen Gitter 10. Der Lichtspalt, der durch den rechnergesteu­ erten Projektor 14 erzeugt wird, ist so einjustiert, daß er genau einen oder nur sehr wenige Reflexionsstege des Gitters mit der Gitterkonstanten von 180 µm aus­ leuchtet. Die Reflexionsstege werden scharf auf die Objektoberfläche 9 abgebildet. Dies ermöglicht bei ausgeschalteter Laserlichtquelle 1, festzustellen, ob die Objektoberfläche 9 in der Höhenlage richtig positi­ oniert ist und ob die Objektoberfläche 9 eine stetige Oberfläche aufweist. Anschließend wird der rechnerge­ steuerte Projektor 14 ausgeschaltet und die Laserlicht­ quelle eingeschaltet. Auf der Objektoberfläche 9 ent­ stehen die Projektionsstreifen.

Mit Hilfe des rechnergesteuerten Stellers 3 wird nun das Reflexionsgitter 2 in drei oder vier Schritten, jeweils in einem Viertel der Gitterkonstante gestellt und je ein Interferenzbild aufgenommen und im PC ab­ gelegt. Die Bestimmung der Oberflächentopographie der Objektoberfläche 9 erfolgt anschließend mit dem bekann­ ten Phase-shift-Auswerteverfahren. Bei einer unstetigen Objektoberfläche 9 kann durch den rechnergesteuerten Projektor auf der Objektoberfläche 9 ein Streifen nullter Ordnung definiert und dadurch die Ordnung der Projektionsstreifen bestimmt werden.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung, die mit einem Inter­ ferometer zur Erzeugung von Streifen arbeitet.

Das von einer Lichtquelle 1, die erstens eine Laser­ lichtquelle mit integrierter rotierender Mattscheibe und Kollimator und zweitens eine Weißlichtquelle ent­ hält, ausgehende Lichtbündel trifft auf eine unter 45° angeordnete planparallele Strahlteilerplatte 15 und wird dort in ein hindurchgelassenes und ein reflektier­ tes Lichtbündel aufgespalten. Das hindurchgelassene Lichtbündel trifft auf einen Dachkantspiegel 16, der mit einem rechnergesteuerten Piezo-Steller 17 verbunden ist. Anstelle des Piezo-Stellers 17 kann auch eine um- Schrauben-Steller mit rechnergesteuertem Schrittmotor verwendet werden. Der Piezo-Steller bzw. der um-Schrau­ ben-Steller 17 dient zur rechnergesteuerten Phasen­ stellung, um das Phase-shift-Verfahren anwenden zu können. Das reflektierte Bündel trifft auf einen Dach­ kantspiegel 18, der ebenfalls mit einem rechnerge­ steuerten Piezo-Steller 19 verbunden ist, wobei dieser zur Querverstellung des Dachkantreflektors 18 dient. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die Dichte der Streifen einzustellen. Die von den beiden Dach­ kantreflektoren reflektierten Lichtbündel treffen wieder auf die Strahlteilerplatte 15 und es entstehen zwei miteinander interferierende Lichtbündel, die durch das Objektiv 10 in die Ebene des holographischen Git­ ters 19 fokussiert werden. Der Fokus des Objektivs 10 befindet sich in dieser Ebene und es entstehen in die­ ser Ebene Interferenzstreifen gleicher Neigung. Das Interferometer, bestehend aus der Strahlteilerplatte 15 und den Dachkantspiegeln 16 und 18, ist hierbei auf den optischen Gangunterschied Null eingestellt.

Die Lichtquelle arbeitet rechnergesteuert. So ist es möglich, daß zum einen nur die Laserlichtquelle in Betrieb ist und andererseits nur die Weißlichtquelle. Dies ermöglicht bei ausgeschalteter Laserlichtquelle und eingeschalteter Weißlichtquelle, festzustellen, ob die Objektoberfläche 9 in der Höhenlage richtig positi­ oniert ist und ob die Objektoberfläche 9 eine stetige Oberfläche aufweist. Anschließend wird die Weißlicht­ quelle ausgeschaltet und die Laserlichtquelle einge­ schaltet. Auf der Objektoberfläche 9 entstehen die Projektionsstreifen.

Mit Hilfe des rechnergesteuerten Piezo-Stellers 17 wird nun der Dachkantreflektor 16 in drei oder vier Schrit­ ten, jeweils in einem Achtel der Lichtwellenlänge verstellt und je ein Interferenzbild aufgenommen und im PC abgelegt. Die Bestimmung der Oberflächentopographie der Objektoberfläche 9 erfolgt anschließend mit dem bekannten Phase-shift-Auswerteverfahren. Bei einer unstetigen Objektoberfläche 9 kann durch die Weißlicht­ quelle die Ordnung der Projektionsstreifen bestimmt werden. Anstelle der Piezo-Steller ist es natürlich auch möglich, Mikrometerschrauben zu verwenden, die mit Motoren betrieben werden.

Wenn die zu prüfende Objektoberfläche große Gradienten aufweist, entstehen auf der Objektoberfläche sehr dichte Streifen. Über die Phase-shift-Auswertung kann festgestellt werden, ob die Streifendichte zu groß ist. In diesem Fall kann durch Querverstellen des Dachkant­ reflektors 18 mittels Piezo-Steller 19 die Inter­ ferenzstreifendichte verringert werden, so daß die Auswertung möglich wird. Die Bewertung der Objektober­ fläche und die Ermittelung der optimalen Streifendichte kann rechnergesteuert über die Auswertung der Streifen- Kontrastfunktion erfolgen.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung, die besonders für Ober­ flächen mit geringen Abmessungen oder für Außenzylin­ deroberflächen geeignet ist.

Das von einer Laserlichtquelle 1 mit integrierter rot­ ierender Mattscheibe ausgehende monochromatische Licht wird in einem Kollimator 2 kollimiert. Das entstehende Lichtbündel trifft auf die Oberfläche 20, die auch eine Strahlteilerfläche 20 sein kann, einer Planparallelplatte 21. Ein erster Teil des Bündels wird reflektiert und trifft auf den Planspiegel 22, der mit einem rechnerge­ steuerten Piezosteller 3 verbunden ist. Nach der Reflexion am Planspiegel 22 tritt das Lichtbündel wieder in die Planparallelplatte 21 ein. Der zweite Teil des Bündels durchsetzt die Planparallelplatte 15 und gelangt auf die Objektoberfläche 9, wird dort als Objektbündel reflektiert und gelangt wieder auf die zweite Fläche 23 der Planparal­ lelplatte 21. Dort erfolgt die Vereinigung mit dem ersten Teilbündel, welches das Referenzbündel darstellt. Durch ein nachgeschaltetes 1 : 1 abbildendes Objektiv 11 wird nun das Bild der Objektoberfläche 9 optisch scharf auf ein holographisches Reflexionsgitter 10 abgebildet. Die Gitterkonstante dieses holographischen Reflexionsgitters 24 ist so gewählt, daß die erste Beugungsanordnung bei dem schrägen Lichteinfall etwa in Richtung der Oberflächen­ normalen des holographischen Reflexionsgitters 24 steht. Für einen Einfallswinkel von etwa 84° ergibt sich daraus für eine Wellenlänge von 633 nm eine Gitterkonstante von ca. 1570 Linien pro Millimeter. Das in der ersten Beugungsanordnung gebeugte Licht wird durch ein Ab­ bildungssystem 11 auf eine CCD-Kamera 12 abgebildet, welche mit einem PC verbunden ist. Mit Hilfe des Piezo­ stellers 3 wird die Phase im Interferometer in drei oder vier Schritten gestellt und jeweils ein Interferenzbild aufgenommen und im PC abgelegt. Die Bestimmung der Ober­ flächentopographie erfolgt mit dem bekannten Phase-shift- Verfahren.

Die Fig. 5 und 6 zeigen Anordnungen, die besonders für ausgedehnte Objekte geeignet sind.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung, die besonders für die Prüfung von Innenflächen geeignet ist. Sie zeigt als neue Elemente eine Spiegelfläche 25, die sich auf einem Spiegelträger 26 befindet, der starr mit einer Plan­ parallelplatte verbunden ist. Ein Umlenkspiegel 27 befindet sich in dem zu vermessenden Körper.

Fig. 8 zeigt eine Anordnung, die besonders für polierte und gekrümmte Oberflächen geeignet ist. Das von einer Laserlichtquelle 31 mit integrierter rotierender Mattscheibe ausgehende Licht wird durch ein Be­ leuchtungsobjektiv 32 schwach fokussiert und durchsetzt einen Polarisator 33, der unter 45° angeordnet ist, wodurch linear polarisiertes Licht entsteht. Das linear polarisierte Licht trifft auf die polarisierende Schicht 34, die sich auf einer Planparallelplatte 35 befindet, wird teilweise reflektiert, wodurch das Teilbündel C mit senkrechter Polarisation entsteht, und gelangt auf den polarisationserhaltenden Tripelspiegel 36, der mit einem rechnergesteuerten Translationssteller 37 verbunden ist. Nach erfolgter Reflexion am Tripelspiegel 36 durchsetzt das Teilbündel C die Planparallelplatte 35 mit der un­ polarisierenden Teilerschicht 38 und bleibt senkrecht polarisiert. Das an der polarisierenden Schicht 34 hin­ durchgelassene Licht durchsetzt die Planparallelplatte 35 als Teilbündel D mit paralleler Polarisation, wird vom polarisationserhaltenden Tripelspiegel 39 reflektiert, erfährt eine Reflexion an der unpolarisierenden Teiler­ schicht 38 und breitet sich mit paralleler Polarisation geometrisch parallel zum Teilbündel C aus. Die Lichtquelle 31 wird dabei näherungsweise in die Tripelreflektoren 36 und 39 abgebildet.

Beide Teilbündel C und D passieren den Strahlenbündel­ teiler 40 und werden über das Prüfobjektiv 41 auf den Prüfling 42 gelenkt. Vom Standort des Prüfobjektives aus ergeben sich zwei kohärente Lichtquellenbilder. Dabei liegt das Teilbündel C mit seiner Achse in der optischen Achse des Prüfobjektivs 41. Das Teilbündel D ist mit seiner Achse zur Prüfobjektivachse quer ver­ setzt. Die beiden Lichtquellenbilder sind für ein Ob­ jektiv von 500 mm Brennweite beispielsweise um 30 mm separiert. Es entstehen zwei auf den Prüfling 42 ein­ fallende Teilbündel C′ und D′, die einen Winkel alpha mit dem Wert 3,4° einschließen. Durch die unterschied­ liche Polarisation der beiden Teilbündel ist keine Interferenzerscheinung zu beobachten. Da in der weite­ ren Abbildung jedoch zwei Teilbündel gleicher Polarisa­ tion zur Interferenz gelangen, kann, um den Effekt zu erklären, hier von zwei interferenzfähigen Bündeln ausgegangen werden. Auf einem achssenkrechten ebenen Prüfling entsteht bei einer Lichtwellenlänge von 633 nm ein Streifenmuster mit dem Streifenabstand von 10,6 µm. Bei einer Verschiebung des Prüflings in Achsrichtung des Objektivs um 350 µm verschiebt sich das Interfe­ renzstreifenfeld um einen Streifen. Die effektive Wel­ lenlänge beträgt demnach 700 µm.

Nach Reflexion am Prüfling gelangen die Teilbündel C′′ und D′′ über den Strahlenbündelteiler 40 auf die polari­ sierende Teilerschicht 43, die sich auf der Planparal­ lelplatte 44 befindet. Das Teilbündel C′′, welches eine senkrechte Polarisation aufweist, wird reflektiert und das Teilbündel D′′, welches eine parallele Polarisation besitzt, erfährt an der polarisierenden Teilerschicht 43 eine Transmission. Das Teilbündel C′′ wird an einem Tripelspiegel 45 reflektiert, passiert die Planparal­ lelplatte 44 und die unpolarisierende Teilerschicht 46. Das Teilbündel D′′ durchsetzt ebenfalls die Planparal­ lelplatte, wird am Tripelspiegel 47 reflektiert und gelangt auf die unpolarisierende Teilerschicht 46 und wird reflektiert. Die beiden Teilbündel C′′ und D′′ tref­ fen als sich kollinear ausbreitende Bündel auf einen unter 45° angeordneten Polarisationsfilter 48, der als Analysator wirkt, wodurch zwei Teilbündel mit gleicher Polarisation entstehen, die über das Kameraobjektiv 49 auf die CCD-Matrix 50 gelangen, die mit einem Rechner verbunden ist. Der Prüfling ist mit einem rechergesteu­ erten Hubtisch 51 verbunden, der es gestattet, den Prüfling in frei wählbaren Höheninkrementen zu verfah­ ren. So kann der Prüfling 42 schichtenweise durch den Schärfentiefebereich des Prüflingsobjektivs gefahren werden. Für die Prüfung spiegelnder Oberflächen ist das hochaperturige Prüfobjektiv 41 gemeinsam mit dem Prüf­ ling 42 mit einem X-Y-Translationstisch 52 verbunden. Der X-Y-Translationstisch 52 wird dabei stets so ver­ fahren, daß die beiden Teilbündel C′ und D′ näherungs­ weise senkrecht auf die spiegelnde Oberfläche des Prüf­ lings 42 einfallen. Aus dem Verfahrweg des X-Y-Transla­ tionstisches 52 und den Daten der optischen Anordnung kann die effektive Wellenlänge bestimmt werden. Aus der Auswertung des Kontrastverlaufs der Interferenzen kann die Oberflächentopographie des Prüflings bestimmt wer­ den. Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit kann für die aus­ gedehnte Lichtquelle 31 eine Weißlichtquelle eingewech­ selt werden, die aufgrund ihres ausgedehnten Lichtwel­ lenlängen-Spektrums und der damit gegebenen kurzen Kohärenzlänge nur einen sehr geringen Sichtbarkeitsbe­ reich für die Interferenzen in der Höhe/Tiefe aufweist. Dadurch ist ein sehr genaues Kriterium für die Höhen- /Tiefenbestimmung gegeben.

Durch die lichtabsorbierenden Schichten 53a und 53b wird die Rückreflexion in die optische Anordnung ver­ mieden.

Fig. 10 zeigt eine einfache Anordnung mit nur zwei Tripelreflektoren, die besonders für lichtstreuende Oberflächen geeignet ist. Durch die Kompensationswir­ kung der optischen Schaltung für den optischen Gangun­ terschied ist die Verwendung einer Weißlichtquelle unproblematisch. Zusätzlich zu der Darstellung in Fig. 9 verändern die lichtabsorbierenden Schichten 53a und 53b und die Abschattblenden 54 und 55 das Auftreten unerwünschter Teilbündel und Mehrfachreflexionen.

Fig. 11 zeigt eine Anordnung als Modifikation der An­ ordnung nach Fig. 10, die besonders für lichtstreuende und spiegelnde Oberflächen mit großen Oberflächengra­ dienten und mit geringeren lateralen Abmessungen geeig­ net ist.

Claims (36)

1. Vorrichtung zur Topographieprüfung von Oberflächen, eines zu vermessenden Objekts, mit folgenden Bestand­ teilen:

• - mindestens eine Lichtquelle,
• - mindestens eine lichtverteilende Fläche,
• - mindestens eine Abbildungsstufe, und
• - ein Detektor für elektromagnetische Strahlung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle wenigstens eine der folgenden Lichtquellen ist: eine monochromati­ sche Lichtquelle, wie Halbleiterlaser, HeNe-Laser, wellenlängendurchstimmbare Laser, eine Weißlichtquelle oder eine der vorgenannten Lichtquellen in Kombination mit einem Interferometer oder einem Mittel zur weiteren Monochromatisierung des Lichtes, wie z. B. ein Gitter in Kombination mit einem Spalt und/oder ein Zoomobjektiv.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Licht­ quellenbaugruppe ist, die eine rotierende Mattscheibe beinhaltet, auf der ein ausgedehnter Fleck ausgeleuch­ tet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtverteilende Flä­ che(n) ein oder mehrere Gitter, wie z. B. Liniengitter, Reflexionsgitter, holographisches Reflexionsgitter oder ein Spiegel verwendet werden, die sich auf einer gera­ den oder einer gekrümmten Oberfläche befinden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterkonstante des Gitters so gewählt ist, daß ein schräg auftreffendes Lichtbündel in der ersten Beugungsordnung etwa senk­ recht zur Gitteroberfläche abgestrahlt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gitterstruktur auf einer Oberfläche befindet, die dem Objekt angepaßt ist, d. h. bei einem konvexen Objekt befindet sich die Git­ terstruktur auf einer konkaven Oberfläche.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtverteilenden Flä­ chen Gitterstrukturen mit verschiedenen Gitterkonstan­ ten aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf den Linien des Gitters mit kleiner Gitterkonstante (z. B. 10 Linien/mm) jeweils feine Gitter mit größerer Gitterkonstante (z. B. 1000 Linien/mm) befinden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtverteilende Fläche mit durch Computer gesteuerten Mikrotranslatoren ver­ bunden sind, die die Verwendung des Phase-Shift-Verfah­ rens ermöglichen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtverteilende(n) Fläche(n) und die Objektoberfläche optisch konjugiert sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektoberfläche ein Spiegel etwa senkrecht zugeordnet ist, so daß der Spie­ gel und die Objektoberfläche oder eine Ausgleichsebene durch diese Objektoberfläche eine Dachkante bilden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abbildungsstufen als 4f- Anordnung ausgeführt sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Abbildungs­ stufe unter dem gleichen Winkel wie eine erste Abbil­ dungsstufe verwendet wird, so daß eine symmetrische Anordnung bezüglich der Achsenlage der beiden Abbil­ dungsstufen auf die Objektoberfläche entsteht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine flächige Messung der Oberflächentopographie an schwer zugänglichen Stellen wie z. B. in den Wänden von feinbearbeiteten Werkzeugen durch Verwendung einer kompakten Bauweise mit nur einer Abbildungsstufe ermöglicht wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Inter­ ferometers die 2-Wellenlängentechnik Anwendung finden kann.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Beleuchtung der Objektoberfläche von zwei Seiten eine simultane 2-Wel­ lenlängentechnik ermöglicht wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Lichtquel­ le mit der Position der Empfängergruppe ausgetauscht wird und dadurch auch Oberflächenbereiche, die im Schatten liegen, erfaßt werden.

18. Verfahren zur Topographieprüfung von Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Streifen-Projek­ tionseinrichtung mit mindestens einer Lichtquelle, mindestens einer lichtverteilenden Fläche, mindestens einer Abbildungsstufe, wobei die lichtverteilende(n) Fläche(n) schräg zur optischen Achse der Abbildungsstu­ fe(n) angeordnet ist (sind) und einer ebenfalls schräg zur optischen Achse der Abbildungsstufe(n) angeordneten Objektoberfläche, das von der/die Lichtquelle(n) auf die lichtverteilende(n) Fläche(n) fallende Licht mit­ tels der Abbildungsstufe(n) schräg auf die zu untersu­ chende Objektoberfläche gelangt, wobei die lichtvertei­ lende(n) Fläche(n) und die Objektoberfläche optisch konjugiert sind.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vermessende Oberflä­ che durch Schräglichtbeleuchtung unter großem Winkel beleuchtet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild der Objektoberflä­ che in der Fläche des Detektors geometrisch ähnlich zur Objektoberfläche ist.

21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung einer opti­ malen Empfindlichkeit der Messung der zu vermessenden Oberfläche mit einem Rechner iterativ und automatisch abläuft oder per Hand an der Tastatur eingegeben werden kann.

22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Abbil­ dungsstufe in 4f-Anordnung eine Schwebung zwischen einem Reflexionsgitter und dem Bild dieses Reflexions­ gitters entsteht, welches die erste lichtverteilende Fläche darstellt und auf die Objektoberfläche abgebil­ det wird und von dort wieder auf das Reflexionsgitter abgebildet wird, welches die zweite lichtverteilende Fläche bildet, wobei das Schwebungsbild mit einer wei­ teren Abbildungsstufe auf einen Bildempfänger abgebil­ det werden kann und sich diese Anordnung speziell für die Formprüfung eignet.

23. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß durch Belichtung einer lichtempfindlichen Schicht bei Verwendung eines Master­ objektes als Referenzobjekt in der Objektposition er­ zeugt wird, daß als Referenzobjekt zur Prüfung weiterer Objekte benutzt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzobjekt ein mittels Computer generierten Gitter mit gekrümmten Linien, beispielsweise mittels eines Präzisionsplotters hergestellt und anschließend verkleinert benutzt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Inter­ ferometers und der Phase-Shift-Methode durch Verstellen mindestens eines Reflektors des Interferometers die Anzahl der Interferenzstreifen und damit die Empfind­ lichkeit eingestellt werden kann.

26. Zweistrahlinterferometer mit einer Lichtquelle, einer Strahlteilerfläche, an der ein Referenzstrahlen- und Objektstrahlenbündel erzeugbar ist, einer Objekt­ oberfläche, wenigstens einer optischen Umlenkstufe und wenigstens einer den Strahlenverlauf abbildenden Optik sowie mindestens eine Interferenzeinheit, deren Inter­ ferenzbild über eine Abbildungsoptik von einer, mit einem Rechner verbundenen CCD-Kamera aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine optische Umlenkstufe mit einem rechnergesteuerten Verstellele­ ment versehen ist, so daß der Gangunterschied im Strah­ lenverlauf nach der Objektoberfläche zwischen dem Refe­ renzstrahlenbündel und dem Objektstrahlenbündel zu Null einstellbar ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlenverlauf nach der Objektoberfläche eine abbildende Optik, deren optische Achse etwa parallel zur Strahlachse ist, vorgesehen ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzeinheit eine lichtverteilende Oberfläche besitzt, die eine licht­ streuende oder -beugende Wirkung hat.

29. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzeinheit ein holographisches Reflexionsgitter ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Umlenkstufe ein Plan-, Dachkant- oder Tripelspiegel mit hochebenen Spiegelflächen oder ein Dachkant- oder Tripelprisma ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlengang vor Ein­ tritt in den Strahlenteiler durch eine rechnerange­ steuerte Umlenkstufe derart ablenkbar ist, daß der Einfallswinkel des Objektstrahls auf die Objektober­ fläche änderbar ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß direkt nach der rechnerge­ steuerten Umlenkstufe ein Anamorphot nachgeschaltet ist, der als Prismen- oder Gitteranamorphot ausgeführt ist.

33. Vorrichtung für die Prüfung der Gestalt einer Ober­ fläche, bestehend aus mindestens einer Lichtquelle, mindestens einem Prüfobjektiv, einem Prüfling, einem Objektiv zur Abbildung eines Bildes auf eine Bildauf­ nahmeeinheit, einer Bildaufnahmeeinheit und einem ein Lateral-Shear erzeugendes Strahlteilersystem, dadurch gekennzeichnet, daß dem Prüfobjektiv zusätzlich ein Lateral-Shear verringerndes oder eliminierendes Strahlvereinigungssystem zugeordnet ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Lateral-Shear erzeugen­ de Strahlteilersystem in der Anordnung eines Michelson- Interferometers mit mindestens zwei Retroreflektoren, einer polarisationsabhängigen teilenden Schicht und einer unpolarisierenden Schicht oder in der Anordnung eines Mach-Zehnder-Interferometers oder mit einer teil­ durchlässigen Schicht und mindestens drei Planspiegeln aufgebaut ist.

35. Verfahren zur Prüfung der Gestalt einer Oberflä­ che, wobei ein Lichtstrahlbündel mindestens einmal geteilt wird, wobei zwei Teilbündel (C, D) entstehen, die gegenseitig einen Lateral-Shear aufweisen und min­ destens einmal fokussiert werden und dabei als Teilbün­ del (C∩, D∩) auf einen Prüfling gelangen und durch Reflektion zwei Teilbündel (C∩∩, D∩∩) erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbündel (C∩∩, D∩∩) derart zusammengeführt werden, daß die Lateral-Shear zwischen den Teilbündeln reduziert oder eliminiert werden und daß die Teilbündel bei ihrer Abbildung der­ art fokkussiert werden, daß sie zur Interferenz gelan­ gen.

36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß wenige aber mindestens eine Interferenzordnung auftreten und diese durch elektroni­ sche Bildverarbeitung ausgewertet werden.