DE102022210483A1

DE102022210483A1 - Interferometrische Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102022210483A1
Application number: DE102022210483.8A
Authority: DE
Inventors: Bernd Doerband
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2021-10-06
Filing date: 2022-10-04
Publication date: 2023-04-06

Abstract

Eine Messvorrichtung (100) zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche (112) eines Prüflings (110) umfasst ein Beleuchtungsmodul (120) zur Erzeugung einer effektiven Lichtquelle (130) in einer Lichtquellenebene (132) des Beleuchtungsmoduls, einen Kollimator (210) zur Kollimierung des von der effektiven Lichtquelle (130) emittierten Messlichts, ein dem Kollimator (210) nachgeschaltetes transparentes Referenzelement (220) mit einer der Oberfläche (112) des Prüflings (110) zugewandten Referenzfläche (222), wobei zwischen der Referenzfläche (222) und der Oberfläche (112) des Prüflings (110) eine Kavität (230) gebildet ist sowie einen Strahlteiler (240), der zwischen dem Beleuchtungsmodul (120) und dem Kollimator (210) derart angeordnet ist, dass von der effektiven Lichtquelle (130) emittiertes Messlicht zum Kollimator (210) hindurchtritt oder reflektiert wird und von der Referenzfläche (222) und der Oberfläche (112) des Prüflings (110) reflektiertes Messlicht überlagert in Richtung eines Detektors (250) reflektiert oder hindurchgelassen wird. Das Beleuchtungsmodul (120) weist ein Zusatzmodul (160) in Form eines Vorschaltinterferometers mit einer Vorschaltkavität (165) auf, die optisch zwischen einer ausgedehnten Lichtquelle (LQ) und der Lichtquellenebene (132) angeordnet und derart konfiguriert ist, dass aus dem Licht der ausgedehnten Lichtquelle (LQ) zwei kohärente Lichtquellenbilder (LQ1, LQ2) erzeugbar sind, die einen optischen Weglängenunterschied zueinander aufweisen, wobei das von der effektiven Lichtquelle (130) in der Lichtquellenebene (132) emittierte Messlicht eine Überlagerung von Licht der zwei kohärenten Lichtquellenbilder (LQ1, LQ2) enthält.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Prüflings. Die Messvorrichtung umfasst ein Fizeau-Interferometer.
Ein allgemeines Anwendungsgebiet ist die hochgenaue interferometrische Vermessung von optischen Flächen und optisch transparenten Objekten. Ein spezielles Anwendungsgebiet ist die ultra-hochgenaue interferometrische Vermessung, wie sie z.B. bei der Herstellung von lithografischen Projektionsoptiken zum Einsatz kommt. Dabei geht es um Messunsicherheiten unter 1/100 der sichtbaren Wellenlänge.
In lithografischen Projektionsoptiken werden zunehmend Freiformflächen-Spiegel oder Freiform-Linsen eingesetzt. Bei der interferometrischen Prüfung von Freiformflächen (FFF) entfällt die Methode der Drehvermittelung, die bei rotationssymmetrischen Asphären angewendet werden kann, aufgrund der Unsymmetrie des Prüflings. Da die klassische Kalibrierung mit Drehvermittlung von rotationsunsymmetrischen Fehlern nicht möglich ist, verbleibt ein optisches Störsignal (Speckle-Effekte), das u.a. durch die Oberflächen-Feinstruktur der Interferometer-Bauteile erzeugt wird.
Ein klassisches Mittel, die durch Interferometer-Bauteile verursachten kohärenten Störungen und Artefakte gering zu halten oder zu vermeiden, ist der Einsatz einer großen Lichtquelle. Sie sorgt dafür, dass Feinstrukturen auf den Bauteilen unscharf abgebildet werden, so dass ihre kohärenten störenden Auswirkungen gedämpft werden. Große Lichtquellen können z.B. in Zweistrahl-Interferometern vom Typ „Michelson“ oder „Twyman-Green“ genutzt werden. Wegen diverser Randbedingungen werden derartige Interferometer-Typen jedoch eher selten eingesetzt.
Das Arbeitspferd in der Optikwerkstatt, speziell bei der Produktion von Elementen von lithografischen Projektionsoptiken, ist das Interferometer vom Typ „Fizeau“ (Fizeau-Interferometer). Eine Messvorrichtung mit Fizeau-Interferometer umfasst ein Beleuchtungsmodul, das eine effektive Lichtquelle erzeugt. Von dem Beleuchtungsmodul emittiertes Licht wird mit einem Kollimator kollimiert. Zwischen dem Beleuchtungsmodul und dem Kollimator befindet sich ein Strahlteiler. Der kollimierte Strahl durchtritt ein transparentes Referenzelement, dessen mit hoher optischer Qualität gefertigte Austrittsfläche als Referenzfläche dient, durch die ein Teil des Lichts reflektiert wird. Der transmittierte Anteil propagiert weiter zur Prüflingsoberfläche. Der Raum zwischen Referenzfläche und Prüflingsoberfläche wird als Kavität des Interferometers bezeichnet. Der von der Prüflingsoberfläche reflektierte Anteil enthält Informationen über die durch den Prüfling verursachte Aberration. Die Wellenfronten beider Anteile interferieren im Interferometer und werden über den Strahlteiler auf die Sensorfläche eines Detektors geleitet. Auf der Sensorfläche entsteht ein scharfes Bild der Probenfläche, das mit einem Streifenmuster (dem Interferenzmuster) durchzogen ist. Dabei zeigt ein durchgehender Streifen Bereiche gleicher Luftspaltdicke an. Angrenzende Streifen hingegen zeigen eine Änderung der Dicke an, die der halben Wellenlänge des Lichts entsprechen.
Ein grundlegendes Gesetz der räumlichen Kohärenz bedingt, dass die Lichtquellengröße eine bestimmte Größe nicht überschreiten darf, wenn Interferenzbilder mit ausreichendem Kontrast entstehen sollen. Berücksichtigt man weiterhin, dass Fizeau-Interferometrie nur dann zufriedenstellend funktioniert, wenn die bei ausgedehnten monochromatischen Lichtquellen entstehenden Haidinger-Ringe kleiner als die halbe Streifenbreite bleiben, ergibt sich eine Beschränkung für die maximale Größe der effektiven Lichtquelle.
Es wurde bereits vorgeschlagen, kohärente Störungen durch Verwendung einer kreisförmigen Lichtquelle ( DE 10 121 516 A1 entsprechend US 2003/030819 A1 ) oder einer bogenförmigen Lichtquelle ( DE10 2016 213 237 A1 entsprechend US 2019/154427 A1 ) zu verringern.
AUFGABE UND LÖSUNG
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine gattungsgemäße interferometrische Messvorrichtung bereitzustellen, die eine verbesserte Unterdrückung von hoch- und mittelfrequenten Messfehlern bietet, die durch Störreflexe von Interferometer-Bauteilen entstehen (z.B. durch Rauheit und Oberflächendefekte, Verschmutzungen, Blasen und Schlieren etc.).
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine Messvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Gemäß einer Formulierung der Erfindung wird eine Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Prüflings bereitgestellt. Die Messvorrichtung umfasst ein Beleuchtungsmodul zur Erzeugung einer effektiven Lichtquelle in einer Lichtquellenebene des Beleuchtungsmoduls.
Die Messvorrichtung umfasst weiterhin einen Kollimator zur Kollimierung des von der effektiven Lichtquelle emittierten Messlichts. Der Kollimator kann durch eine Einzellinse oder ein computergeneriertes Hologramm (CGH) gebildet sein oder mehrere Linsen und CGHs umfassen, er wird hier auch als Kollimationsoptik bezeichnet. Zur Prüfung von sphärischen, asphärischen oder Freiformflächen kann dem Kollimator eine Prüf- oder Kompensationsoptik (kurz: Prüfoptik) nachgeschaltet sein, die ebenfalls aus einzelnen oder mehreren Linsen oder CGHs gebildet sein kann. Es ist ein dem Kollimator (und ggf. der Prüfoptik) nachgeschaltetes transparentes Referenzelement vorgesehen, das eine der Oberfläche des Prüflings zugewandten Referenzfläche aufweist, wobei zwischen der Referenzfläche und der Oberfläche des Prüflings eine Kavität mit Kavitätslänge d gebildet ist. Weiterhin ist ein Strahlteiler vorgesehen, der zwischen dem Beleuchtungsmodul und dem Kollimator derart angeordnet ist, dass vom Beleuchtungsmodul emittiertes Messlicht zum Kollimator hindurchtritt oder reflektiert wird und von der Referenzfläche und der Oberfläche des Prüflings reflektiertes Licht überlagert in Richtung eines Detektors reflektiert oder hindurchgelassen wird.
Die „effektive Lichtquelle“ ist diejenige Lichtquelle, deren emittiertes Licht von dem Kollimator gesammelt und als Messlicht für die Messung genutzt wird. Das Licht der effektiven Lichtquelle wird in der Regel durch geeignete Aufbereitung aus dem Licht einer primären Lichtquelle erzeugt und hat für die Messung besonders geeignete Eigenschaften. Bei konventionellen Systemen kann z.B. ein Laser als primäre Lichtquelle genutzt werden. Eine nachgeschaltete Strahlaufweitungsoptik kann einen aufgeweiteten Laserstrahl erzeugen, der auf eine stationäre oder rotierende Streuscheibe trifft und dort eine sekundäre Lichtquelle in Form eines gleichmäßig ausgeleuchteten Beleuchtungsflecks bzw. Beleuchtungsspot mit der gewünschten Größe bildet. Dieser Beleuchtungsspot, d.h. die sekundäre Lichtquelle, fungiert als effektive Lichtquelle des Beleuchtungsmoduls und emittiert Messlicht in Richtung des Kollimators.
Es ist auch möglich, eine aktiv strahlende primäre Lichtquelle als effektive Lichtquelle zu verwenden. Beispielsweise kann eine Superlumineszenzdiode (SLD) als effektive Lichtquelle verwendet werden. Solche Lichtquellen haben eine kurze Kohärenzlänge, dafür aber eine größere leuchtende Fläche.
Gemäß der beanspruchten Erfindung weist das Beleuchtungsmodul ein Zusatzmodul in Form eines Vorschaltinterferometers auf, das optisch zwischen einer ausgedehnten Lichtquelle und der Lichtquellenebene angeordnet und derart konfiguriert ist, dass aus dem Licht der Lichtquelle zwei kohärente Lichtquellenbilder erzeugbar sind bzw. erzeugt werden, die einen optischen Weglängenunterschied zueinander aufweisen, wobei das von der effektiven Lichtquelle in der Lichtquellenebene emittierte Messlicht eine Überlagerung von Licht der zwei kohärenten Lichtquellenbilder enthält. Bei der Lichtquelle, die zur Erzeugung der Lichtquellenbilder abgebildet wird, kann es sich um eine primäre Lichtquelle oder um eine mit Licht einer primären Lichtquelle ausgeleuchtete ausgedehnte sekundäre Lichtquelle handeln.
Das Vorschaltinterferometer umfasst eine eigene Kavität, die hier als Vorschaltkavität bezeichnet wird. Das Vorschaltinterferometer erzeugt zwei kohärente Lichtquellenbilder, die einen definierten optischen Weglängenunterschied (optical path difference, OPD) zueinander aufweisen. Das von der effektiven Lichtquelle emittierte Messlicht enthält dann eine Überlagerung von Licht der beiden Lichtquellenbilder. Die Lichtquellenbilder können in der Lichtquellenebene liegen, ggf. aber auch außerhalb der Lichtquellenebene optisch vor dieser in der Weise, dass Lichtanteile der Lichtquellenbilder entlang von optischen Pfaden zur Lichtquellenebene geführt werden und dort gemeinsam die effektive Lichtquelle bilden.
Der optische Weglängenunterschied im Vorschaltinterferometer sollte möglichst dem der Haidinger-Ringe des Interferometers entsprechen und sollte um weniger als einen halben Ring abweichen. Anders ausgedrückt sollten am Ausgang des Vorschaltinterferometers Haidingersche Ringe erzeugt werden, die denen des Fizeau-Interferometers ohne Vorschaltinterferometer im Wesentlichen entsprechen. Gemäß einer anderen Formulierung sollte das Vorschaltinterferometer derart ausgelegt und justiert sein, dass ein Weglängenunterschied zwischen aus unterschiedlichen Lichtquellenpunkten stammenden Strahlen im Wesentlichen unabhängig von der Lage des Lichtquellenpunkts ist.
In einer Lichtquellen-Zwischenebene des Interferometers überlagern sich dann vier kohärente Lichtquellenbilder, von denen zwei „in Phase“ sind in der Weise, dass sie eine über die Fläche konstante Phasendifferenz zeigen. Diese sorgen für ein kontrastreiches Interferenzbild auf der Sensorfläche des Detektors.
Damit ist es möglich, die in der Einleitung erwähnte Einschränkung bezüglich der maximalen Größe der (effektiven) Lichtquelle in einem Fizeau-Interferometer ohne wesentliche Einschränkung der Messkapazität zu überwinden. Die ausgedehnte effektive Lichtquelle kann dann den für herkömmliche Fizeau-Interferometer maximal zulässigen Lichtquellendurchmesser ∅_max überschreiten, so dass für bevorzugte Ausführungsformen die folgende Bedingung für den Lichtquellendurchmesser ∅ gilt: $\emptyset > \frac{8 ƒ d}{4 d - λ} \sqrt{\frac{λ}{2 d} (1 - \frac{λ}{8 d})} = \emptyset_{m a x}$
wobei f die Brennweite des Kollimators und d die Kavitätslänge ist. Die Lichtquelle kann dann praktisch beliebig groß sein, wenn man gleichzeitig Kollimator, ggf. Prüfoptik, Referenzfläche und Okular des Detektors proportional vergrößert.
Der optische Weglängenunterschied bzw. die dadurch verursachte Phasenverzögerung kann durch Vorgabe der Vorschaltkavitätslänge d_VSK eingestellt werden. Der optische Weglängenunterschied entspricht dem Doppelten der Vorschaltkavitätslänge.
Die Phasenverzögerung bzw. der optische Weglängenunterschied kann durch den optischen Aufbau des Zusatzmoduls bzw. des Vorschaltinterferometers, insbesondere durch den optischen Aufbau der Vorschaltkavität, fest vorgegeben sein. Gemäß einer Weiterbildung ist jedoch der optische Weglängenunterschied mittels einer Einstelleinrichtung über einen gewissen Einstellbereich gezielt einstellbar, wobei vorzugsweise eine stufenlose Einstellung vorgesehen ist. Damit ist eine exakte Anpassung der Wirkung des Zusatzmoduls auf die Messbedingungen möglich. Die Einstelleinrichtung kann z.B. einen Einstellmechanismus zum (stufenlosen) Verschieben eines Spiegels oder einer Linse aufweisen.
Gemäß einer Weiterbildung weist das Zusatzmodul bzw. das Vorschaltinterferometer eine Interferometer-Anordnung auf, die dazu konfiguriert ist, Messlicht in einer Eintrittsebene zu empfangen und daraus phasenmodifiziertes Messlicht in einer Austrittsebene zu erzeugen. Das Zusatzmodul umfasst einen ersten Strahlteiler in Form eines teildurchlässigen Spiegels zum Empfangen von Messlicht von der Eintrittsebene und zur Aufspaltung des Strahlengangs in einen ersten und einen zweiten optischen Pfad, wobei von dem ersten Strahlteiler reflektiertes Messlicht entlang des ersten optischen Pfads und von dem ersten Strahlteiler transmittiertes Messlicht entlang des zweiten optischen Pfads in Richtung der Austrittsebene propagiert. Die Anordnung umfasst weiterhin einen zweiten Strahlteiler in Form eines teildurchlässigen Spiegels zum Zusammenführen des ersten und des zweiten optischen Pfads derart, dass der erste und der zweite optische Pfad zwischen dem zweiten Strahlteiler und der Austrittsebene gemeinsam verlaufen. Weiterhin ist ein erster Spiegel vorgesehen, der im ersten optischen Pfad derart angeordnet ist, dass Messlicht zum zweiten Strahlteiler reflektiert wird, sowie ein zweiter Spiegel, der im zweiten optischen Pfad derart angeordnet ist, dass Messlicht zum zweiten Strahlteiler reflektiert wird. Mit dieser Anordnung ist es auf unterschiedliche Weise möglich, einen gewünschten Weglängenunterschied zwischen dem ersten optischen Pfad und dem zweiten optischen Pfad mit hoher Präzision vorzugeben.
Die Interferometer-Anordnung ist dazu ausgelegt, entlang beider optischen Pfade eine optische Abbildung zu bewirken, so dass aus einer Lichtquelle an einer Lichtquellenposition in der Eingangsebene ein Lichtquellenbild erzeugt wird.
Bei manchen Ausführungsformen ist ein erstes Objektiv vorgesehen, das zwischen der Eintrittsebene und dem ersten Strahlteiler angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ ist ein zweites Objektiv vorgesehen, das zwischen dem zweiten Strahlteiler und der Austrittsebene angeordnet ist. Die Objektive tragen zur Erzeugung der Lichtquellenbilder bei. Die Nutzung derartiger Objektive ist jedoch nicht zwingend. Beispielsweise kann zum Zweck der Abbildung der erste Spiegel und/oder der zweite Spiegel als Hohlspiegel ausgebildet sein, also als Spiegel mit Brechkraft.
Es sind unterschiedliche Typen von Interferometer-Anordnungen möglich. Bei manchen Ausführungsformen werden der erste Strahlteiler und der zweite Strahlteiler durch denselben Strahlteiler gebildet. Es gibt also nur ein optisches Element, das als Strahlteiler mit einer Doppelfunktion wirkt, nämlich einerseits zur Aufspaltung des von der Lichtquelle kommenden Teils des Strahlengangs in die zwei optischen Pfade und andererseits zum Zusammenführen der optischen Pfade nach Reflexion an den jeweiligen Spiegeln in den Pfaden. Die Interferometer-Anordnung kann also nach Art eines Michelson-Interferometers aufgebaut sein. Als Alternative ist es auch möglich, dass der erste Strahlteiler und der zweite Strahlteiler zwei gesondert voneinander angeordnete Strahlteiler sind. Damit kann eine Interferometer-Anordnung nach Art eines Mach-Zehnder-Interferometers aufgebaut werden.
Die Verwendung eines Vorschaltinterferometers wird in der Regel zu unerwünschten Reflexen führen, die zu Kontrastverlusten im Interferenzbild führen und die Messgenauigkeit beeinträchtigen können. Will man den Kontrast möglichst hoch gestalten, so sollten die unerwünschten Reflexe ausgeblendet oder auf andere Weise beseitigt werden. Bei manchen Ausführungsformen ist zu diesem Zweck vorgesehen, dass mindestens ein optisches Element des ersten optischen Pfads und/oder mindestens ein optisches Element des zweiten optischen Pfads derart kontrolliert dejustiert oder dejustierbar ist, dass Lichtquellenbilder aus dem ersten und dem zweiten optischen Pfad in einer geeigneten Ebene lateral gegeneinander versetzt liegen. Die beiden Lichtquellenbilder können gegebenenfalls ohne Überlappung seitlich gegeneinander versetzt werden. Nicht benötigte Anteile aus nicht benötigten optischen Pfaden können dann durch eine Blende abgeblockt werden. Die Dejustierung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass einer der Spiegel aus einer Referenzlage verkippt wird. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehr optische Elemente ohne Verkippung dezentriert werden und/oder es können unerwünschte Reflexe auf andere Weise ausgeblendet werden. Dies kann dazu beitragen, einen eventuellen Verlust an Interferenzkontrast durch Einführung eines Vorschaltinterferometers auszugleichen.
Insbesondere wenn eine Abstimmung der Kavitätslänge der Vorschaltkavität alleine nicht ausreicht, um die Gangunterschiede zwischen den zum kontrastreichen Interferenzbild beitragenden optischen Wegen auszugleichen, kann vorgesehen sein, im Zusatzmodul wenigstens ein zusätzliches Korrekturelement einzuführen, bei dem es sich beispielsweise um eine Linse mit Brechkraft, um ein Kompensationssystem mit mehreren Linsen, um ein computergeneriertes Hologramm (CGH) oder um ein Linsenelement mit einer Spiegelfläche (Mangin-Spiegel) handeln kann.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der erste Spiegel und/oder der zweite Spiegel eine gekrümmte Spiegelfläche und/oder eine asphärische Spiegelfläche aufweist. Einer der Spiegel oder beide Spiegel können zum Beispiel als Hohlspiegel so ausgelegt sein, so dass Objektive in den optischen Pfaden entfallen können.
Es ist möglich, einen der Spiegel oder beide Spiegel als aktiv deformierbaren Spiegel auszulegen, so dass die Deformation (Abweichung der Spiegelflächenform von einer z.B. ebenen Referenzform) gezielt eingestellt und bei Bedarf verändert werden kann. Dadurch sind genaue Anpassungen an die Messbedingungen möglich.
Das Messsystem kann mit einer quasi-monochromatischen primären Lichtquelle arbeiten. Es ist auch möglich, dass die primäre Lichtquelle eine breitbandige Lichtquelle ist. Dann sollte darauf geachtet werden, dass der Weglängenunterschied der in der Sensorfläche bzw. Kameraebene des Detektors interferierenden Reflexe innerhalb der zeitlichen Kohärenzlänge des primären Messlichts liegt.
Zur Bestimmung der Formabweichung von Prüflingen wird häufig eine Serie von Interferogrammen benötigt, deren Streifenmuster in bestimmter Abfolge verändert wurden. Hierzu werden sogenannte Phasenschiebeverfahren eingesetzt, um die Phasendifferenz in geeigneter Weise zeitlich zu verändern. Bei manchen Ausführungsformen ist die Messvorrichtung zur Einstellung von Phasenverschiebungen ausgebildet. Zur gezielten Phasenveränderung (zum Beispiel Konstant-Anteil und gegebenenfalls zusätzliche Kippungen) können unterschiedliche Einrichtungen vorgesehen sein, dazu gehören: eine Einrichtung zur Erzeugung einer Positionsänderung von Prüfling und/oder Referenz; eine Einrichtung zur Erzeugung einer Positionsänderung des ersten Spiegels und/oder der Vorschaltkavität; eine Einrichtung zur Veränderung der Brechzahlen der optischen Medien in Referenz- und/oder Prüfarm; eine Einrichtung zur Veränderung der Brechzahlen der optischen Medien in den beiden Armen der Vorschaltkavität; eine Einrichtung zur Veränderung der Wellenlänge.
Eine Verfahrensvariante umfasst die Aufnahme einer Serie von Interferogrammen zur Bestimmung von Wellenfronten unter gleichzeitiger Verschiebung der Phasenlage des Prüflings, der Referenz und der beiden Spiegel der Vorschaltkavität mit den respektiven Streifenfrequenzen ω_P, ω_R, ω₁, ω₂. Vorzugsweise wird eine Aufnahme einer solchen Serie von Interferogrammen durchgeführt, wobei ω_R und ω₁ oder ω_P und ω₂ als Hochfrequenzsignale ausgebildet sind, die vom Empfänger nicht zeitlich aufgelöst werden können. Die Messvorrichtung ist dann entsprechend konfiguriert, um diese Vorgehensweise zu realisieren.
Figurenliste
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.:

1 zeigt schematisch eine konventionelle Messvorrichtung mit einem Fizeau-Interferometer;
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung, bei der in das Beleuchtungsmodul ein Zusatzmodul in Form eines Vorschaltinterferometers mit Vorschaltkavität derart integriert ist, dass das von der effektiven Lichtquelle emittierte Messlicht eine Überlagerung von phasenversetztem Licht zweier kohärenter Lichtquellenbilder enthält;
3A bis 3F zeigen Beispiele für Zusatzmodule mit einem Michelson-Interferometer mit Feldwinkelkorrektur;
4A und 4B zeigen Beispiele für Zusatzmodule mit einem Michelson-Interferometer mit Bildebenenkorrektur;
4C zeigt ein Beispiel für ein Zusatzmodul, bei dem die Teilbilder der effektiven Lichtquelle auf den Spiegeln des Zusatzmoduls liegen;
5A und 5B zeigen Beispiele für Zusatzmodule mit einem Mach-Zehnder-Interferometer mit Feldwinkelkorrektur;
6 zeigt ein Beispiel für ein Zusatzmodul mit einem Mach-Zehnder-Interferometer mit Bildebenenkorrektur;
7 zeigt ein Beispiel mit Feldwinkelkorrektur und Ausblendung unerwünschter Strahlanteile zur Unterdrückung von Störreflexen;
8 zeigt ein Beispiel für ein Zusatzmodul mit Mach-Zehnder-Interferometer mit Bildebenenkorrektur zur Erzeugung eines lateralen Versatzes der Lichtquellenbilder;
9A und 9B zeigen Beispiele zum Abgleich von optischen Wegen mittels refraktiver optischer Elemente.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend werden theoretische Grundlagen der Erfindung erläutert und Möglichkeiten der praktischen Umsetzung anhand von Ausführungsbeispielen illustriert.
Die 1 zeigt schematisch eine Messvorrichtung 100 des Standes der Technik (SdT) mit einem Fizeau-Interferometer 200 zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 112 eines Prüflings 110, der in einem nicht dargestellten Prüflingshalter gehalten ist.
Die Messvorrichtung 100 weist ein Beleuchtungsmodul 120 mit einer primären Lichtquelle 125 auf, die im Betrieb Messlicht einer Messwellenlänge im sichtbaren Wellenlängenbereich, z.B. bei ca 532 nm Wellenlänge, erzeugt. Optische Elemente des Beleuchtungsmoduls dienen zum Empfangen des Messlichts und zur Erzeugung einer ausgedehnten effektiven Lichtquelle 130 in einer Lichtquellenebene 132 des Beleuchtungsmoduls.
Im Beispiel der 1 wird ein Laser als primäre Lichtquelle 125 genutzt. Eine nachgeschaltete Strahlaufweitungsoptik 127 erzeugt einen aufgeweiteten Laserstrahl, der auf eine rotierende Streuscheibe 128 trifft und dort eine sekundäre Lichtquelle in Form eines gleichmäßig ausgeleuchteten Beleuchtungsflecks bzw. Beleuchtungsspot mit der gewünschten Größe bildet. Dieser Beleuchtungsspot, d.h. die sekundäre Lichtquelle, fungiert als effektive Lichtquelle 130 des Beleuchtungsmoduls und emittiert Messlicht in Richtung eines Kollimators 210 bzw. einer Kollimationsoptik 210.
Der Kollimator ist eine Kollimationsoptik 210 mit einer oder mehreren Sammellinsen, die zur Kollimierung des von der effektiven Lichtquelle 130 des Beleuchtungsmoduls emittierten Messlichts dient. Mit Abstand hinter dem Kollimator 210 befindet sich im parallelisierten Strahlengang ein transparentes Referenzelement 220. Das Referenzelement 220 hat eine dem Kollimator zugewandte vordere optische Fläche und eine der Oberfläche 112 des Prüflings 110 zugewandten hintere optische Fläche 222, die als Referenzfläche 222 für die Messung dient. Zwischen der Referenzfläche 222 und der Oberfläche 112 des Prüflings 110 ist eine Kavität 230 gebildet, der Abstand zwischen der Prüflingsoberfläche 112 und der Referenzfläche 222 ist die Kavitätslänge d.
Zwischen dem Beleuchtungsmodul 120 und dem Kollimator 210 ist ein Strahlteiler 240 in Form einer planparallelen teildurchlässigen Planplatte schräg im Strahlengang angeordnet. Vom Beleuchtungsmodul 120 bzw. von der effektiven Lichtquelle 130 eintreffendes Messlicht kann zum Kollimator hindurchtreten. Von der Referenzfläche 222 reflektiertes Messlicht und von der Oberfläche 112 des Prüflings 110 reflektiertes Messlicht werden überlagert, treffen von der dem Kollimator zugewandten Seite auf den Strahlteiler 240 und werden überlagert in Richtung eines Detektors 250 reflektiert. Der Detektor 250 weist eine CCD-Kamera 251 mit einer ebenen Sensorfläche 252 und mit einer vorgeschalteten Kameraoptik 255 auf. Die Anordnung ist so getroffen, dass mit Abstand vor der Kamera in einer Zwischenbildebene 254 Lichtquellenbilder entstehen, die mittels der Kameraoptik auf die Sensorfläche 252 abgebildet werden. Dort entsteht ein Interferogramm IF mit Interferenzstreifen. In der Zwischenbildebene 254 ist eine Blende 258 angeordnet.
Der Erfinder hat bestimmte prinzipbedingte Einschränkungen derartiger Messsysteme des Standes der Technik erkannt. Diese sollen zunächst anhand von 1 erläutert werden. Wichtig ist zunächst vor allem, dass das Messlicht nicht von einer punktförmigen effektiven Lichtquelle stammt, sondern von einer effektiven Lichtquelle 130, die in der Lichtquellenebene eine gewisse Ausdehnung oder Größe hat, z.B. einen Durchmesser in der Größenordnung von einem oder mehreren Millimetern, abhängig von der Brennweite des Kollimators, der Kavitätslänge und der Wellenlänge.
Entsprechend den Regeln der räumlichen Kohärenz darf die Lichtquellengröße 2θ eine bestimmte Größe nicht überschreiten, wenn Interferenzbilder mit ausreichendem Kontrast erzeugt werden sollen. Parameter θ sei der Öffnungswinkel, unter dem die halbe effektive Lichtquelle vom Kollimator 210 aus erscheint. Es gilt dann: $cos θ > 1 - \frac{λ}{4 d}$
Würde man eine punktförmige Lichtquelle senkrecht zur optischen Achse 202 des Interferometers in der Lichtquellenebene 132 verschieben, so registrierte man in der Kameraebene eine quadratische Absenkung der optischen Weglängendifferenz (OPD) um den Achspunkt. Bei Verwendung einer ausgedehnten monochromatischen Lichtquelle ließen sich in der Lichtquellen-Zwischenbildebene vor dem Okular des Detektors die klassischen Haidinger-Ringe HR beobachten. Es wurde erkannt, dass die Fizeau-Interferometrie nur dann zufriedenstellend funktioniert, wenn die Haidinger-Ringe <1/2 Streifen betragen. In anderen Worten: der Kontrast der Interferenzstreifen auf der Kamera sinkt mit der Anzahl der von der Blende durchgelassenen Haidinger-Ringe und sinkt auf Null, wenn genau ein Haidinger-Ring passiert. ½ Haidinger-Ring reicht aus für einen brauchbaren Interferenzkontrast.
Berücksichtigt man, dass Fizeau-Interferometrie nur dann zufriedenstellend funktioniert, wenn die bei ausgedehnten monochromatischen Lichtquellen entstehenden Haidinger-Ringe kleiner als die halbe Streifenbreite bleiben, ist der maximal mögliche Lichtquellendurchmesser ∅_max dann gegeben durch: $\emptyset_{m a x} < \frac{8 ƒ d}{4 d - λ} \sqrt{\frac{λ}{2 d} (1 - \frac{λ}{8 d})}$
wobei f die Brennweite des Kollimators, d die Kavitätslänge und λ Wellenlänge des Messlichts (Messwellenlänge) ist.
Das beschränkt in der Praxis die Möglichkeit der Unterdrückung von hoch- und mittelfrequenten Messfehlern, die durch Störreflexe von Interferometer-Bauteilen entstehen (z.B. durch Rauheit und Oberflächendefekte, Verschmutzungen, Blasen und Schlieren etc.).
Diese Beschränkungen können durch Nutzung der Lehre der Erfindung überwunden werden. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 100. Die optischen Komponenten des Interferometers können identisch mit denjenigen des Standes der Technik (1) sein. Es werden für gleiche oder entsprechende Komponenten die gleichen Bezugszeichen genutzt wie in 1.
Wesentliche Unterschiede gibt es beim Beleuchtungsmodul 120. Hier weist das Beleuchtungsmodul 120 ein Zusatzmodul 160 in Form eines Vorschaltinterferometers 160 auf. Das Zusatzmodul 160 bzw. das Vorschaltinterferometer weist eine Vorschaltkavität 165 auf, die optisch zwischen einer Lichtquelle LQ und der Lichtquellenebene 132 angeordnet ist. Bei der Lichtquelle LQ kann es sich um eine primäre Lichtquelle oder um eine mit Licht einer primären Lichtquelle ausgeleuchtete, ausgedehnte sekundäre Lichtquelle handeln (vgl. 1).
Die optischen Komponenten des Zusatzmoduls sind derart konfiguriert, dass im Betrieb aus dem Licht der Lichtquelle LQ zwei kohärente Lichtquellenbilder LQ2, LQ2 erzeugt werden, die einen optischen Weglängenunterschied (optical path difference, OPD) zueinander aufweisen. Das von der effektiven Lichtquelle 130 in der Lichtquellenebene 132 emittierte Messlicht enthält eine Überlagerung von Licht der zwei kohärenten Lichtquellenbilder LQ1, LQ2.
In anderen Worten: von dem Kollimator aus gesehen sind zwei zueinander phasenverschobene Lichtquellenbilder LQ1, LQ2 „sichtbar“. Diese können einander räumlich vollständig überlagern (wie in diesem Beispiel) oder gegeneinander versetzt erscheinen (später erläuterte Beispiele). Die Lichtquellenbilder LQ1, LQ2 entstehen im Beispielsfall in der Lichtquellenebene 132, bei anderen Ausführungsformen zusätzlich an anderer Stelle.
Im Beispielsfall weist das Zusatzmodul bzw. das Vorschaltinterferometer 160 eine Interferometer-Anordnung nach Art eines Michelson-Interferometers auf. Diese ist dazu konfiguriert, Messlicht der Lichtquelle LQ an einer Lichtquellenposition (der Position der Lichtquelle LQ) in einer Eintrittsebene 162 zu empfangen und daraus phasenmodifiziertes Messlicht der effektiven Lichtquelle 130 an der Lichtquellenposition der effektiven Lichtquelle 130 in einer Austrittsebene 164 zu erzeugen, die im Beispielfall der Lichtquellenebene 132 entspricht.
Das Zusatzmodul bzw. die Interferometer-Anordnung umfasst einen Strahlteiler ST in Form eines teildurchlässigen Spiegels zum Empfangen von Messlicht der Lichtquelle LQ und zur Aufspaltung des Strahlengangs in einen ersten und einen zweiten optischen Pfad. Das von dem Strahlteiler ST reflektierte Messlicht propagiert entlang des ersten optischen Pfades (Durchlichtpfad) und das von dem Strahlteiler transmittierte Messlicht propagiert entlang des zweiten optischen Pfades in Richtung der Lichtquellenposition der Austrittsebene. Eintrittsebene und Austrittsebene stehen senkrecht zueinander. Ein erster Spiegel SP1 in Form eines Planspiegels ist im ersten optischen Pfad derart angeordnet, dass er Messlicht zurück zum Strahlteiler ST reflektiert. Ein zweiter Spiegel SP2 in Form eines Planspiegels ist im zweiten optischen Pfad angeordnet und reflektiert Messlicht zurück zum Strahlteiler. Zwischen der Lichtquellenposition in der Eintrittsebene und dem Strahlteiler ST ist ein erstes Objektiv OB1 angeordnet. Ein zweites Objektiv OB2 ist zwischen dem Strahlteiler ST und der Lichtquellenposition in der Austrittsebene angeordnet. Der Strahlteiler ST dient in diesem Aufbau auch zum Zusammenführen des ersten und des zweiten optischen Pfades derart, dass die von den beiden Spiegeln SP1, SP2 reflektierten Anteile des ersten und des zweiten optische Pfades zwischen dem Strahlteiler ST und der Lichtquellenposition (effektive Lichtquelle 130) in der Lichtquellenebene 132 gemeinsam verlaufen.
Der erste optische Pfad und der zweite optische Pfad weisen einen vorgegebenen optischen Weglängenunterschied zueinander auf. Dieser entspricht dem Doppelten der Länge d_VSK der Vorschaltkavität. Diese ist durch axiales Verschieben des zweiten Planspiegels SP2 stufenlos einstellbar.
Das Zusatzmodul 160 bzw. die Vorschaltkavität 165 erzeugt zwei kohärente Lichtquellenbilder LQ1, LQ2, die in diesem Beispiel vollständig überlappend in der Lichtquellenebene 132 liegen und die effektive Lichtquelle 130 bilden.
Die optischen Weglängenunterschiede der Lichtquellenbilder sollten dem der Haidinger-Ringe des Interferometers entsprechen. In der Lichtquellen-Zwischenbildebene 254 überlagern sich dann vier kohärente Lichtquellenbilder, von denen zwei „in Phase“ sind, also eine über die Fläche konstante Phasendifferenz zeigen. Sie sorgen für ein kontrastreiches Interferenzbild auf der Kamera.
Zum besseren Verständnis seien nachfolgend die Lichtwege betrachtet. Die ausgedehnte Lichtquelle LQ wird durch das erste Objektiv OB1 nach unendlich abgebildet. Der Strahlteiler ST lenkt das von ersten Objektiv OB1 kommende Licht jeweils in Richtung der Planspiegel SP1 bzw. SP2. Nach Reflexion werden die Strahlen zum zweiten Objektiv OB2 und von diesem in die Lichtquellenebene 132 abgebildet, in der die effektive Lichtquelle 130 liegt. Hier entstehen zwei Lichtquellenbilder, wobei sich das von Planspiegel SP2 kommende um eine einstellbare Phasenverzögerung 2*d_VSK von dem von Planspiegel SP1 kommenden unterscheidet. Parameter d_VSK ist die Vorschaltkavitäts-Länge. Es ergeben sich vier unterschiedliche Lichtwege (OP = optical path):

1. OP1: „Lichtquelle LQ- Objektiv OB1 - Planspiegel SP1 - Objektiv OB2 - Kollimator 210 - Prüfling 110- Kollimator 210 - Lichtquellenzwischenbild LQZ1“
2. OP2: „Lichtquelle LQ - Objektiv OB1 - Planspiegel SP1 - Objektiv OB2 - Kollimator 210 - Referenzfläche 222 - Kollimator 210 - Lichtquellenzwischenbild LQZ2“
3. OP3: „Lichtquelle LQ - Objektiv OB1 - Planspiegel SP2 - Objektiv OB2 - Kollimator 210 - Prüfling 110 - Kollimator 210 - Lichtquellenzwischenbild LQZ3“
4. OP4: „Lichtquelle LQ - Objektiv OB1 - Planspiegel SP2 - Objektiv OB2 - Kollimator 210 - Referenzfläche 222 - Kollimator 210- Lichtquellenzwischenbild LQZ4“

Zu einem kontrastreichen Interferenzbild führt nur die Interferenz von OP1 mit OP4. Alle übrigen Überlagerungen bilden mehr als ½ Haidinger-Ringe und überlagern das Kamerabild mit gleichmäßigem Helligkeitsuntergrund. Ein kontrastreiches Interferenzbild entsteht dann, wenn in erster Näherung folgende Bedingung erfüllt ist: $d_{V S K} = d \frac{1 - c o s θ}{1 - c o s Γ θ}$
Γ ist die „Fernrohrvergrößerung“ des Systems „Kollimator - Objektiv OB2“ und ergibt sich aus dem Brennweitenverhältnis: $Γ = \frac{ƒ_{K o l l i m a t o r}^{'}}{ƒ_{O b j e k t i v 2}^{'}}$
Es kann vorkommen, dass die Abstimmung der Kavitätslänge allein nicht ausreicht, um die Gangunterschiede zwischen OP1 und OP4 optimal anzugleichen. Dann kann z.B. ein zusätzliches Korrekturelement in die Vorschaltkavität eingefügt und/oder der Spiegel SP2 gekrümmt oder asphärisiert werden. Die möglichen Gestaltungsarten sind weiter unten aufgezeigt.
Als Optimierungskriterium können folgende Zusammenhänge dienen. Bewegt man einen Lichtquellenpunkt innerhalb der Lichtquellenebene, so sollte sich für alle Positionen das Interferogramm in der Kameraebene um höchstens ±¼ Streifen (±λ/4) verändern. Anders ausgedrückt kann auch gefordert werden, dass das Haidinger-Interferogramm in der Lichtquellen-Zwischenbildebene 254 maximal innerhalb eines halben Streifens variieren sollte.
Ein vertieftes Verständnis ist bei Betrachtung des nun folgenden theoretischen Teils möglich. Das von einem kohärent strahlenden monochromatischen Lichtquellenpunkt erzeugte elektromagnetische Feld in der Kameraebene kann beschrieben werden durch: $E (x, y) = A (x, y) e^{i ϕ (x, y)} = \sum_{j = 1}^{N} A_{j} (x, y) e^{i ϕ_{j} (x, y)}$
Mitx,y = Pixelkoordinaten der Kamera; A_j(x,y) = Amplitudenverteilung der Welle Nr. j; ϕ_j(x,y) = Phasenverteilung der Welle Nr. j, j = 1, ... , N.
Der optische Weg eines „Strahls“ mit der Auftreffkoordinate (x, y) von Lichtquelle bis Kamera ist bezeichnet durch 0P_j(x,y). Gemeint ist die Summe aller Wegstrecken s multipliziert mit der Brechzahl n des jeweils durchlaufenden Mediums k. Dann wird die Phase auf der Kamera berechnet durch: $ϕ_{j} (x, y) = \frac{2 π}{λ} O P_{j} (x, y) = \frac{2 π}{λ} \sum_{k = 1}^{K} n_{j k} (x, y) s_{j k} (x, y)$
mit λ als Wellenlänge.
Die Intensitätsverteilung auf der Kamera ergibt sich bei Überlagerung von N Wellen zu $I (x, y) = \sum_{j = 1}^{N} \sum_{k = 1}^{N} A_{j} (x, y) A_{k} (x, y) cos (ϕ_{j} (x, y) - ϕ_{k} (x, y))$
Im betrachteten Fall ist N = 4. Damit kann die Helligkeitsverteilung beschrieben werden durch (x,y weggelassen): $\begin{array}{l} I = A_{P 1}^{2} + A_{R 1}^{2} + A_{P 2}^{2} + A_{R 2}^{2} + 2 A_{P 1} A_{R 1} c o s Δ ϕ_{P 1 R 1} + 2 A_{P 1} A_{P 2} c o s Δ ϕ_{P 1 P 2} + 2 A_{P 1} A_{R 2} c o s Δ ϕ_{P 1 R 2} \\ \dots + 2 A_{R 1} A_{P 2} c o s ϕ_{R 1 P 2} + 2 A_{R 1} A_{R 2} c o s Δ ϕ_{R 1 R 2} + 2 A_{P 2} A_{R 2} c o s Δ ϕ_{P 2 R 2} \end{array}$
Aus (8) ergibt sich ein Gleichanteil aus der Summe der 4 Amplitudenquadrate sowie ein Modulationsanteil mit kosinusförmigen Streifenmustern. Dabei bezeichnen:

A_P1, A_P2, A_R1 A_R2 die Amplituden der Wellen, die den Weg über Prüfling (P) oder Referenz (R) und Planspiegel (1) oder (2) genommen haben,
Δϕ_P1R1 = ϕ_P1 - ϕ_R1 die optische Wegdifferenz zwischen der Welle P1 und R1,
Δϕ_P1P2 = ϕ_P1 - ϕ_P2 die optische Wegdifferenz zwischen der Welle P1 und P2,
Δϕ_P1P2 = ϕ_P1 - _ϕR2 die optische Wegdifferenz zwischen der Welle P1 und R2,
Δϕ_R1P2 = ϕ_R1 - ϕ_P2 die optische Wegdifferenz zwischen der Welle R1 und P2,
Δϕ_R1R2 = ϕ_R1 - ϕ_R2 die optische Wegdifferenz zwischen der Welle R1 und R2,
Δϕ_P2R2 = ϕ_P2 - ϕ_R2 die optische Wegdifferenz zwischen der Welle P2 und R2.

Die Intensitätsverteilung in (8) gilt für einen Lichtquellenpunkt mit den Koordinaten $(ϱ, φ)$
in der Lichtquellenebene. Wird über eine leuchtende Fläche integriert, erhält man die Intensitätsverteilung J(x, y) auf der Kamera: $J (x, y) = \int \int_{ϱ = 0, φ = 0}^{R,2 π} I (x, y, ϱ, φ) ϱ d ϱ d φ$
Die Wirkung der richtig designten und justierten Vorschaltkavität besteht darin, den Weglängenunterschied Δϕ_P1R2 unabhängig von der Lage des Lichtquellenpunktes zu machen. Daraus ergibt sich als Forderung für das Design einer Vorschaltkavität für ausgedehnte Lichtquellen: $| Δ ϕ_{P 1 R 2} (x, y, ϱ, φ) | \leq k o n s t (x, y) \pm \frac{2 π}{8}$
für alle Lichtquellenpunkte $ϱ, φ$
Für alle fünf weiteren Modulationsanteile ist es von Vorteil, wenn sie bei Änderung von $ϱ, φ$
variieren und nach Integration über die Lichtquelle zu einem Gleichanteil werden, sodass die kosinusförmigen Streifenstrukturen verschwinden.
Soll breitbandiges Licht verwendet werden, sollte der zu nutzende Weglängenunterschied innerhalb der zeitlichen Kohärenzlänge liegen. Folgende Ungleichung (11) beschreibt eine Anforderung für Design der Vorschaltkavität für ausgedehnte Lichtquelle und breitbandiges Licht: $| Δ ϕ_{P 1 R 2} (x, y, ϱ, φ) | \leq k o n s t (x, y) \pm \frac{2 π}{8} \leq \frac{2 π}{4} K o h \ddot{a} r e n z l \ddot{a} n g e$
für alle Lichtquellenpunkte $ϱ, φ$
Zur Bestimmung der Formabweichung des Prüflings wird vorzugsweise eine Serie von Interferogrammen benötigt, deren Streifenmuster in bestimmter Abfolge verändert wurden. Dazu muss durch sogenanntes Phasenschieben mindestens die Phasendifferenz Δϕ_P1R2 in geeigneter Weise zeitlich verändert werden.
Zur gezielten Phasenveränderung (Konstantanteil, ggf. zusätzliche Kippungen) kommen verschiedene Techniken in Frage, z.B.: a) eine Positionsänderung von Prüfling und/oder Referenz; b) eine Positionsänderung von Planspiegel SP1 und/oder SP2 der Vorschaltkavität; c) eine Veränderung der Brechzahlen der optischen Medien in Referenzarm und/oder Prüfarm; d) eine Veränderung der Brechzahlen der optischen Medien in den beiden Armen der Vorschaltkavität; e) eine Veränderung der Wellenlänge.
Die zeitliche Phasenänderung für jede der vier Wellen sei in (12) beschrieben. Dabei ist offen, welche der Methoden a) bis e) zur Anwendung kommt. Bei zeitlich kontinuierlicher Phasenänderung ergibt sich für jede der vier Wellen eine Phasenschiebefrequenz ω_j mit j = 1,2,3,4, die im Zeitelement dt zur Phasenänderung führt: $d ϕ_{j} (x, y, t) = \frac{2 π}{λ} (\frac{\partial O P_{j} (x, y, t)}{\partial t} - \frac{O P_{j} (x, y)}{λ} \frac{d λ (t)}{\partial t}) d t = ω_{j} d t$

Bei Berücksichtigung die Änderungen der optischen Wege (OPD) in den sechs Interferenztermen in (8) ergeben sich sechs Frequenzen im Interferenzsignal:

ω_P - ω_R	Streifenfrequenz der Welleninterferenz P1 mit R1,
ω1 - ω₂	Streifenfrequenz der Welleninterferenz P1 mit P2,
ω_P - ω_R + ω₁ - ω₂	Streifenfrequenz der Welleninterferenz P1 mit R2,
ω)_R - ω_P + ω₁ - ω₂	Streifenfrequenz der Welleninterferenz R1 mit P2,
ω₁ - ω₂	Streifenfrequenz der Welleninterferenz R1 mit R2,
ω_P - ω_R	Streifenfrequenz der Welleninterferenz P2 mit R2.

Der Term P1 mit R2 trägt die Information über die Prüflingsdeformation, die detektiert werden soll. Prinzipiell kann jede der fünf genannten Phasenschiebemöglichkeiten genutzt werden (beide Arme der Vorschaltkavität, Prüfling, Referenz, Wellenlänge).
Bei einem Beispiel seien Prüfling und Planspiegel SP2 fest, die Referenz und der Planspiegel SP1 schieben unterschiedlich. Zweckmäßig ist es, die Referenz und den Planspiegel SP1 der Vorschaltkavität mit unterschiedlichen Frequenzen ω_R ≠ ω₁ zu schieben und Prüfling und Planspiegel 2 fest zu lassen ω_P = ω₂ = 0.
Als Konsequenz ergeben sich vier verschiedene Frequenzen im Interferenzbild, nämlich ω₁, ω_R, ω₁ + ω_R und ω₁ - ω_R , von denen letztere die gesuchte Information trägt und sich von allen anderen Frequenzen unterscheidet. Bei entsprechender Wahl von ω₁ und ω_R kann dadurch ein Übersprechen von eventuell noch vorhandenen unerwünschten Interferenztermen vermieden werden.
Vorteilhaft wäre auch, ω_R und ω₁ als Hochfrequenzsignale auszubilden, die von der Kamera nicht detektiert werden können. Das niederfrequente Signal ω₁ - m_R ist dann das einzige Interferenzsignal, das die Kamera detektieren kann.
Es gibt zahlreiche mögliche Bauformen bzw. Ausführungsformen zur praktischen Umsetzung der Erfindung. Die Vorschaltkavität sollte für einen Abgleich der optischen Wege sorgen, sodass die Forderung (10) für jedes Pixel (x,y) bei Variation des Lichtquellenpunkts $(ϱ, φ)$
der ausgedehnten Lichtquelle erfüllt wird. Dazu sind zu beachten:

1. Der durch die Kavitätslänge bedingte Weglängenunterschied sollte ausgeglichen werden,
2. Der durch die Bauformen der optischen Elemente im Interferometer und der Vorschaltkavität bedingte Weglängenunterschied sollte ausgeglichen werden.

Zur Kompensation kommen vor allem zwei verschiedene Bauformtypen der Vorschaltkavität in Frage:

A) Michelson-Interferometer (reflektive Korrektur),
B) Mach-Zehnder-Interferometer (Durchlichtkorrektur).

Darüber hinaus sind zwei verschiedene Kompensationsprinzipien anwendbar:

1) Kompensation durch Feldwinkelkorrektur,
2) Kompensation durch Bildebenenkorrektur.

Alle Bauformen sollten Haidingersche Ringe am Ausgang der Vorschaltkavität erzeugen, die denen des Fizeau-Interferometers ohne Vorschaltkavität entsprechen.
Es folgen Beispiele für Michelson-Interferometer mit Feldwinkelkorrektur.
Im Beispiel von 2 ist das Vorschaltinterferometer als Michelson-Interferometer aufgebaut. 3A bis 3F zeigen Varianten. Der für die Haidingerschen Ringe notwendige Gangunterschied wird erzeugt, nachdem das erste Objektiv OB1 die Lichtquelle LQ nach Unendlich abgebildet hat. Somit findet die Korrektur im Fourier-Raum statt. Ein Punkt der Lichtquelle entspricht einer Neigung des Unendlich-Strahls. Jede Neigung muss eine Phase erhalten, die dem korrespondierenden Lichtquellenpunkt in den Haidingerschen Ringen entspricht. Das kann auf verschiedene Weise erfolgen.
Die 2 und 3A geben Versionen an, in denen lediglich der zweite Planspiegel SP2 in den passenden Abstand gebracht wird.
Reicht dies nicht aus, kann der zweite Planspiegel SP2 durch eine Kombination aus einer Kompensationslinse und einem gekrümmten Spiegel ersetzt werden (3B) Kompensationslinse und Spiegel können hohle oder erhabene Flächen mit sphärischer, ebener oder asphärischer Form besitzen.
Unter Umständen kann die Kompensationslinse auch als sogenannte Mangin-Linse gestaltet sein, bei der die hintere Fläche als Spiegel ausgebildet ist (3C). Als Kompensationselement kann auch ein System mit mehreren Linsen oder ein computergeneriertes Hologramm (CGH) eingesetzt werden.
Die Varianten in den 3A bis 3C benötigen zusätzlich ein Objektiv OB2, das die Lichtquellenbilder aus dem Unendlichen in seine Brennebene abbildet, die mit der Lichtquellenebene 132 des Fizeau-Interferometers zusammenfällt.
Bei den Varianten in 3D bis 3F entfallen die Objektive OB1 und OB2. Die Lichtquelle LQ steht in den Krümmungsmittelpunkten der Hohlspiegel SP1 und SP2 bzw. den Systemen, die den Hohlspiegel SP2 ersetzen.
In 3D werden zwei Hohlspiegel mit den Krümmungsradien r₁ und r₂ verwendet. Die Kavitätslänge der Vorschaltkavität ist durch r₂-r₁ gegeben.
In In 3E ist der Hohlspiegel SP2 ersetzt durch die Kombination aus einer Kompensationslinse (oder Kompensationssystem oder CGH) und Planspiegel (oder hohl oder erhabener sphärischer oder asphärischer Spiegel).
In 3F ist der Hohlspiegel SP2 durch eine Mangin-Linse ersetzt, die eine erhabene transparente und eine hohle, erhabene oder ebene spiegelnde Fläche besitzt. Der Flächentyp kann jeweils sphärisch oder asphärisch sein.
Es folgen Beispiele für Michelson-Interferometer mit Bildebenenkorrektur.
Die Vorschaltkavität ist wieder als Michelson-Interferometer aufgebaut (4A, 4B). Der für die Haidingerschen Ringe notwendige Gangunterschied wird direkt in der Ebene der Lichtquellenbilder erzeugt. Dazu wird die Lichtquelle mit einem Objektiv OB1 auf einen Planspiegel SP1 und auf einen Spiegel SP2 abgebildet. Die Aufspaltung der Bilder erfolgt durch ein Teilerelement ST wie in den vorangegangenen Beispielen. Die Form des Spiegels SP2 entspricht der halben Phasenabweichung in den Haidingerschen Ringen. Bei z.B. einer Zahl von 32 Ringen bei der Wellenlänge λ weicht die Form des Spiegels SP2 am Rand des Lichtquellenbildes um 16* λ von der Planfläche ab.
In 4A wird die Lichtquelle LQ auf einen Planspiegel SP1 und einen gewölbten Spiegel SP2 abgebildet. Der gewölbte Spiegel SP kann hohl oder erhaben und sphärisch oder asphärisch sein. Ein Objektiv OB2 bildet beide Lichtquellenbilder in die Lichtquellenebene 132 des Fizeau-Interferometers ab.
Bei der in 4C dargestellten Variante ist Objektiv OB1 so ausgelegt, dass Bilder der Lichtquelle LQ auf dem ersten Spiegel SP1 und auf dem zweiten Spiegel SP2 entstehen. Es gibt kein zweites Objektiv zwischen Strahlteiler ST und Lichtquellenebene 132, so dass die von den Lichtquellen zum Kollimator führenden Strahlbündel in der Lichtquellenebene divergent verlaufen. Die Lichtquellenebene ist hier virtuell aus den ersten Spiegel SP1 verlegt. Das zum Kollimator propagierende Messlicht enthält eine Überlagerung der beiden auf den unterschiedlichen Spiegeln liegenden Lichtquellenbilder.
In 4B ist der Spiegel SP2 durch die Kombination aus Kompensationslinse (oder Kompensationssystem oder CGH) und Planspiegel (oder hohl oder erhabenem Spiegel mit sphärischer oder asphärischer Form) ersetzt.
Es folgen Beispiele für Mach-Zehnder-Interferometer mit Feldwinkelkorrektur
In den Beispielen der 5A und 5B ist die Vorschaltkavität als Mach-Zehnder-Interferometer aufgebaut. Der für die Haidingerschen Ringe notwendige Gangunterschied wird erzeugt, nachdem ein Objektiv OB1 die Lichtquelle LQ nach Unendlich abgebildet hat. Somit findet die Korrektur im Fourierraum statt. Ein Punkt der Lichtquelle LQ entspricht einer Neigung des Unendlich-Strahls. Jede Neigung muss eine Phase erhalten, die dem korrespondierenden Lichtquellenpunkt in den Haidingerschen Ringen entspricht. Ein Teilerspiegel ST1 spaltet den parallelen Strahlengang in zwei Arme auf, die jeweils über einen Planspiegel SP1 oder SP2 umgelenkt werden und an einem zweiten Teilerspiegel ST2 wieder zusammengeführt werden. Ein Objektiv OB2 fokussiert die beiden Parallelstrahlen in seine Fokusebene, die mit der Lichtquellenebene 132 des Interferometers zusammenfällt.
Zur Kompensation der Haidingerschen Ringe sind die optischen Wege in den beiden Teilarmen verschieden.
5A gibt eine Version an, in der der Planspiegel SP1 und der Teilerspiegel ST2 auf spezielle Weise parallel verkippt und dezentriert sind, um die erforderliche Kavitätslänge einzustellen. Zusätzlich ist ein kompensierendes Planplattenelement PE in den Strahlengang eingebracht, um weitere optische Weglängenunterschiede zu kompensieren und die erforderlichen Haidingerschen Ringe zu erzeugen.
In 5B ist das Planplattenelement aus 5A durch eine Kombination aus Sammel- und Zerstreuungslinse ersetzt. Als Kompensationselemente kommen refraktive Elemente oder Objektive mit ebenen, sphärischen und asphärischen Oberflächen in Frage. Ihre optische Gesamtwirkung ist weitgehend afokal (= Brennweite gegen unendlich).
Es folgt ein Beispiel eines Mach-Zehnder-Interferometers mit Bildebenenkorrektur.
Die Vorschaltkavität der Variante in 6 ist als Mach-Zehnder-Interferometer aufgebaut. Der für die Haidingerschen Ringe notwendige Gangunterschied wird durch ein refraktives oder diffraktives Kompensationselement KE im Durchlicht erzeugt. Dazu wird die Lichtquelle LQ mit einem Objektiv OB1 über einen Teilerspiegel ST1

a) und den Planspiegel SP1 auf das Kompensationselement abgebildet und nach Reflexion am Teilerspiegel ST2 mit dem Strahlengang b) zusammengeführt,
b) über einen Planspiegel SP2 und nach Durchgang durch den Teilspiegel ST2 mit dem Strahlengang a) zusammengeführt.

Das Objektiv OB2 erzeugt zwei Lichtquellenbilder, die in der Lichtquellen-Bildebene 132 des Interferometers zusammenfallen. Ihre kohärente Überlagerung zeigt die erforderlichen Haidingerschen Ringe. Als Kompensationselement KE kommen in Frage: a) Planplatte; b) Einzellinse sphärisch oder asphärisch; c) Objektiv; d) Computergeneriertes Hologramm (CGH).
Nachfolgend wird das Ausblenden unerwünschter Reflexe erläutert
Belässt man die unerwünschten Reflexe, die wenig oder nichts zur Modulation der Streifen beitragen, so ist der Kontrast im Interferenzbild auf bestenfalls 50% herabgesetzt. Bei verbleibender Interferenzfähigkeit ist die Messgenauigkeit beeinträchtigt. Will man den Kontrast maximal gestalten, so sollten die unerwünschten Reflexe ausgeblendet werden.
Wie oben angegeben werden nur die Lichtwege OP1 und OP4 benötigt. OP2 und OP3 überlagern sich als gleichmäßiger Helligkeitsuntergrund mit eventuell kleinen Interferenzanteilen. Im Folgenden ist angegeben, wie sich OP2 und OP3 wegblenden lassen.
Für das Ausblenden unerwünschter Reflexe kommen alle Varianten der Feldwinkelkorrektur in Frage. Bei der Blendenkorrektur eignen sich nur die Mach-Zehnder-Interferometer für den lateralen Versatz der Lichtquellenbilder.
Anhand von 7 wird ein Beispiel mit Feldwinkelkorrektur erläutert. Im Falle der Feldwinkelkorrektur wie im Beispiel der 7 wird der Planspiegel SP2 so verkippt, dass beide Lichtquellenbilder ohne Überlappung seitlich gegeneinander versetzt werden. Im Gegenzug wird die Referenz 220 im Interferometer so verkippt, dass die Lichtwege OP1 und OP4 in der Lichtquellen-Zwischenbildebene 254 vor dem Okular zusammenfallen. In der Lichtquelle-Zwischenbildebene wird eine Blende BL angebracht, welche die seitlich verschobenen Lichtquellenbilder von OP2 und OP3 blockiert. Die Detaildarstellung zeigt, wie die entlang der optischen Pfade OP1 und OP4 entstandenen Lichtquellenzwischenbilder in die runde Blendenöffnung BO fallen, während die zu OP2 und OP3 gehörenden Strahlbündelteile durch die Blende BL blockiert werden.
Anhand von 8 wird ein Beispiel der Bildebenenkorrektur erläutert. Nur die Mach-Zehnder-Interferometer kommen in Frage für einen lateralen Versatz der Lichtquellenbilder. In 8 wird der laterale Versatz erzeugt durch (horizontale) Dezentrierung des Teilerspiegels ST2 oder gemeinsame Dezentrierung von Planspiegel SP1 und Kompensationselement KE. Als Resultat stehen zwei lateral versetze Lichtquellenbilder LQ1, LQ2 in der Bildebene des Objektivs OB2 (entsprechend der Lichtquellenebene 132) zur Verfügung.
Der Einsatz einer monochromatischen ausgedehnten Lichtquelle in einem Fizeau-Interferometer erforderte die Beachtung der Design-Forderung nach Gl. 10.
Will man darüber hinaus eine polychromatische ausgedehnte Lichtquelle verwenden, so ist die Design-Forderung nach Gl. 11 einzuhalten. Die optischen Phasendifferenzen sind dann für alle genutzten Wellenlängen nach Gl. 6 zu Null zu setzen: $ϕ_{4} (x, y, z) - ϕ_{1} (x, y, λ) = \frac{2 π}{λ} \sum_{k = 1}^{K} (n_{4 k} (x, y, λ) s_{4 k} (x, y) - n_{1 k} (x, y, λ) s_{1 k} (x, y)) \to 0$
Für jeden Lichtquellenpunkt muss gelten OP1 = OP4.
Wegen der Dispersion der Glasmaterialien sollten in der Vorschaltkavität auch die Glaswege abgeglichen werden. Werden im Fizeau-Interferometer Glaselemente im Durchlicht geprüft, so sind die Glaswege in der Vorschaltkavität nachzubilden. Die 9A und 9B geben Beispiele für Vorschaltkavitäten, die Luftwege eines Fizeau-Interferometers abgleichen mit Verwendung von refraktiven Elementen in der Vorschaltkavität, die in beiden Armen aufeinander abgestimmt sind (Kompensationslinsen KL1 und KL2).
Anhand der Beispiele wird deutlich, dass und auf welche Weise die Erfindung die durch die Kavitätslänge bedingte Beschränkung der Lichtquellengröße in einem Fizeau-Interferometer aufhebt. Dadurch werden hoch- und mittelfrequente kohärente Fehlerbeiträge von einzelnen Flächen des Interferometers stark gedämpft. Langwellige Fehler werden je nach Größe der Lichtquelle gedämpft. Bekannte Verfahren umgehen die Größenbeschränkung der Lichtquelle, indem eine punkt- oder linienförmige Lichtquelle bewegt wird und die sequentiell ermittelten Ergebnisse vermittelt werden. Die vorgestellte Erfindung ist dadurch schneller und erzielt denselben Effekt mit nur einer Messung. Der Verlust an Interferenzkontrast durch Einführung einer Vorschaltkavität kann durch gezieltes Verkippen oder Dezentrieren von Elementen und Ausblenden unerwünschter Reflexe ausgeglichen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10121516 A1 [0007]
US 2003030819 A1 [0007]
DE 102016213237 A1 [0007]
US 2019154427 A1 [0007]

Claims

Messvorrichtung (100) zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche (112) eines Prüflings (110) umfassend: ein Beleuchtungsmodul (120) zur Erzeugung einer effektiven Lichtquelle (130) in einer Lichtquellenebene (132) des Beleuchtungsmoduls; einen Kollimator (210) zur Kollimierung des von der effektiven Lichtquelle (130) emittierten Messlichts; ein dem Kollimator (210) nachgeschaltetes transparentes Referenzelement (220) mit einer der Oberfläche (112) des Prüflings (110) zugewandten Referenzfläche (222), wobei zwischen der Referenzfläche (222) und der Oberfläche (112) des Prüflings (110) eine Kavität (230) gebildet ist; einen Strahlteiler (240), der zwischen dem Beleuchtungsmodul (120) und dem Kollimator (210) derart angeordnet ist, dass von der effektiven Lichtquelle (130) emittiertes Messlicht zum Kollimator (210) hindurchtritt oder reflektiert wird und von der Referenzfläche (222) und der Oberfläche (112) des Prüflings (110) reflektiertes Messlicht überlagert in Richtung eines Detektors (250) reflektiert oder hindurchgelassen wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungsmodul (120) ein Zusatzmodul (160) in Form eines Vorschaltinterferometers mit einer Vorschaltkavität (165) aufweist, die optisch zwischen einer ausgedehnten Lichtquelle (LQ) und der Lichtquellenebene (132) angeordnet und derart konfiguriert ist, dass aus dem Licht der ausgedehnten Lichtquelle (LQ) zwei kohärente Lichtquellenbilder (LQ1, LQ2) erzeugbar sind, die einen optischen Weglängenunterschied zueinander aufweisen, wobei das von der effektiven Lichtquelle (130) in der Lichtquellenebene (132) emittierte Messlicht eine Überlagerung von Licht der zwei kohärenten Lichtquellenbilder (LQ1, LQ2) enthält.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Weglängenunterschied derart eingestellt ist, dass mindestens eine der folgenden Bedingungen eingehalten wird: (i) der optische Weglängenunterschied ist im Wesentlichen unabhängig von der Lage eines Lichtquellenpunktes in der effektiven Lichtquelle (130) (ii) am Ausgang der Vorschaltkavität werden Haidingerschen Ringe erzeugt, die denen der Messvorrichtung ohne Vorschaltkavität entsprechen. (iii) der optische Weglängenunterschied der Vorschaltkavität (165) entspricht im Wesentlichen dem Weglängenunterschied von Haidinger-Ringen des Interferometers.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Lichtquelle (130) eine ausgedehnte Lichtquelle mit einem Lichtquellendurchmesser ∅ ist, für den die Bedingung $\emptyset > \frac{8 ƒ d}{4 d - λ} \sqrt{\frac{λ}{2 d} (1 - \frac{λ}{8 d})}$
gilt, wobei f die Brennweite des Kollimators und d die Kavitätslänge der Kavität (230) ist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einstelleinrichtung zur Einstellung des optischen Weglängenunterschieds über einen Einstellbereich, wobei die Einstellung vorzugsweise stufenlos durchführbar ist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmodul (160) eine Interferometer-Anordnung aufweist, die dazu konfiguriert ist, Messlicht der Lichtquelle (LQ) in einer Eintrittsebene (162) zu empfangen und daraus phasenmodifiziertes Messlicht in einer Austrittsebene (132) zu erzeugen, wobei das Zusatzmodul (160) folgende Komponenten umfasst: einen ersten Strahlteiler (ST) in Form eines teildurchlässigen Spiegels zum Empfangen von Messlicht von der Eintrittsebene und zur Aufspaltung des Strahlengangs in einen ersten und einen zweiten optischen Pfad, wobei von dem ersten Strahlteiler (ST) transmittiertes Messlicht entlang des ersten optischen Pfades und von dem ersten Strahlteiler (ST1) reflektiertes Messlicht entlang des zweiten optischen Pfades in Richtung der Austrittsebene propagiert; einen zweiten Strahlteiler (ST) in Form eines teildurchlässigen Spiegels zum Zusammenführen des ersten und des zweiten optischen Pfades derart, dass der erste und der zweite optische Pfad zwischen dem zweiten Strahlteiler (ST) und der Austrittsebene gemeinsam verlaufen; einen ersten Spiegel (SP1), der im ersten optischen Pfad derart angeordnet ist, dass Messlicht zum zweiten Strahlteiler (ST) reflektiert wird; einen zweiten Spiegel (SP2), der im zweiten optischen Pfad derart angeordnet ist, dass Messlicht zum zweiten Strahlteiler (ST) reflektiert wird; wobei der erste optische Pfad und der zweite optische Pfad einen vorgebbaren optischen Weglängenunterschied aufweisen.
Messvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein erstes Objektiv (OB1), das zwischen der Eintrittsebene (162) und dem ersten Strahlteiler (ST, ST1) angeordnet ist und/oder ein zweites Objektiv (OP2), das zwischen dem zweiten Strahlteiler (ST, ST2) und der Austrittsebene (132) angeordnet ist und/oder dadurch, dass der erste Spiegel und/oder der zweite Spiegel als Hohlspiegel ausgebildet ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahlteiler und der zweite Strahlteiler durch denselben Strahlteiler (ST) gebildet sind, so dass eine Interferometer-Anordnung nach Art eines Michelson-Interferometers gebildet ist oder dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahlteiler und der zweite Strahlteiler zwei gesondert angeordnete Strahlteiler (ST1, ST2) sind, so dass eine Interferometer-Anordnung nach Art eines Mach-Zehnder -Interferometers gebildet ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Weglängenunterschied zwischen dem den ersten Spiegel (SP1) enthaltenden ersten Pfad und dem den zweiten Spiegel (SP2) enthaltenden zweiten Pfad stufenlos einstellbar ist, wobei vorzugsweise eine Einstelleinrichtung zur axialen Verschiebung des ersten Spiegels und/oder des zweiten Spiegels vorgesehen ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spiegel und/oder der zweite Spiegel eine gekrümmte und/oder eine asphärische Spiegelfläche aufweist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein optisches Element des ersten optischen Pfades und/oder mindestens ein optisches Element des zweiten optischen Pfades derart kontrolliert dejustiert oder dejustierbar ist, dass Lichtquellenbilder aus dem ersten und dem zweiten optische Pfad ohne gegenseitige Überlappung lateral gegeneinander versetzt liegen.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung so einstellbar ist, dass in einer zur Sensorfläche (252) des Detektors (250) optisch konjugierten Lichtquellen-Zwischenebene (254) vier Lichtquellen-Zwischenbilder der Lichtquellenbilder erzeugbar sind, wobei zwei zueinander gleichphasige Lichtquellen-Zwischenbilder einander überlappen und phasenversetze Lichtquellen-Zwischenbilder lateral versetzt zu den gleichphasige Lichtquellen-Zwischenbildern liegen, wobei vorzugsweise in der Lichtquellen-Zwischenebene (254) eine Blende (BL) mit einer Blendenöffnung (BO) angeordnet ist, die in einer Betriebsstellung derart angeordnet werden kann, dass zu den die gleichphasigen Lichtquellen-Zwischenbildern gehörenden Messlicht-Anteile durch die Blendenöffnung (BO) treten können und die phasenversetzen Lichtquellen-Zwischenbilder durch die Blende (BL) blockierbar sind.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmodul wenigstens ein zusätzliches Korrekturelement aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die folgende Elemente enthält: eine Linse mit Brechkraft ein Kompensationssystem mit mehreren Linsen ein computergeneriertes Hologramm (CGH) ein Linsenelement mit einer Spiegelfläche
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, gekennzeichnet durch eine primäre Lichtquelle, die eine breitbandige Lichtquelle ist, wobei der Weglängenunterschied innerhalb der zeitlichen Kohärenzlänge des primären Messlichts liegt.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung zur Einstellung von Phasenverschiebungen ausgebildet ist, wobei mindesten eine der folgenden Einrichtungen vorhanden ist: eine Einrichtung zur Erzeugung einer Positionsänderung von Prüfling und/oder Referenz, eine Einrichtung zur Erzeugung einer Positionsänderung des ersten Spiegels und/oder des zweiten Spiegels der Vorschaltkavität, eine Einrichtung zur Veränderung der Brechzahlen der optischen Medien in Referenz- und/oder Prüfarm, eine Einrichtung zur Veränderung der Brechzahlen der optischen Medien in den beiden Armen der Vorschaltkavität, eine Einrichtung zur Veränderung der Wellenlänge.
Messvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung folgender Schritte konfiguriert ist: a) Aufnahme einer Serie von Interferogrammen zur Bestimmung von Wellenfronten unter gleichzeitiger Verschiebung der Phasenlage des Prüflings, der Referenz und der beiden Spiegel der Vorschaltkavität mit den respektiven Streifenfrequenzen ω_P, ω_R, ω₁, ω₂; b) Aufnahme einer Serie von Interferogrammen nach Anspruch a), wobei ω_R und ω₁ oder ω_P und ω₂ als Hochfrequenzsignale ausgebildet sind, die vom Empfänger nicht zeitlich aufgelöst werden können.