DE19708448A1

DE19708448A1 - Wavefront recording arrangement

Info

Publication number: DE19708448A1
Application number: DE1997108448
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Schulz; Stefan Dr Loheide
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-03-01
Filing date: 1997-03-01
Publication date: 1998-09-03

Abstract

The arrangement includes several shearing interferometers, which are arranged successively in the beam direction, in such a way that they produce a common shearing interferogram. The shears are chosen in different spatial directions, so that information about all desired directions is contained in the interferogram. The entire information about the wavefront to be determined is contained in the common interferogram. The shear can be large in this arrangement and the differences of the path lengths for all partial wave fronts are still only in the order of the shear. A tilt can be used in addition to the shearing. The information in the part-interferograms can be separated and overlaid on the interferogram picture, and after the separation, the shear-directions for each part-wavefront can be reconstructed. After the part-wavefronts have been sent, the whole wavefront can be reconstructed from the part-wavefronts.

Description

Nachfolgend verwendete Nomenklatur über interferometrische Fachbegriffe:
Die Phasenverteilung oder auch Topographie einer Wellenfront wird im folgenden einfach heitshalber als Wellenfront bezeichnet.The nomenclature used below about interferometric technical terms:
The phase distribution or topography of a wavefront is simply referred to below as a wavefront for the sake of safety.

Der Begriff Scherungs-Interferometer wird nicht auf reine Scherungs-Interferometer be schränkt, sondern impliziert auch solche, die neben der Scherung noch eine Verkippung (bzw. aus dem engl. auch als Tilt bezeichnet) beinhalten.The term shear interferometer is not used to refer to pure shear interferometers limits, but also implies those that, besides shear, also tilt (or also referred to as Tilt).

Eine laterale Verschiebung von Wellenfronten zueinander wird im folgenden als Scherung bzw. aus dem engl. auch als Shear bezeichnet.A lateral shift of wave fronts to each other is called shear in the following or from the Engl. also known as shear.

Die durch ein Scherungs-Interferometer erzeugte Differenz der Wellenfronten (also ihrer Phasen oder Topographien) wird im folgenden als Wellenfrontdifferenz bezeichnet.The difference in the wave fronts (i.e. theirs) generated by a shear interferometer Phases or topographies) is referred to below as the wavefront difference.

Als Interferometer wird auch ein Teilsystem bezeichnet, das noch nicht die Aufnahme der Intensität (des Interferogrammes) beinhalten muß.An interferometer is also a subsystem that does not yet record the Intensity (of the interferogram).

Als Pupille eines abbildenden Systems wird die Fläche (Ebene) des Systems bezeichnet, in der sich die strahlbegrenzende Blende (Aperturblende) befindet, oder eine Abbildung davon.The pupil of an imaging system is the area (plane) of the system in which the beam-limiting diaphragm (aperture diaphragm) is located, or an image thereof.

Anwendungsgebietfield of use

Bestimmung der Abweichung der Form von Wellenflächen und Körpern von ihrer Sollform, besonders für die Prüfung der Abbildungsqualität von Hochleistungsobjektiven im ausgedehn ten Bildfeld.Determining the deviation of the shape of wave surfaces and bodies from their nominal shape, especially for checking the imaging quality of high-performance lenses in the broad field of view.

Zusätzliches AnwendungsgebietAdditional area of application

Abweichung von der Sollform von Körpern, insbesondere bei der Prüfung von Ebenheit.Deviation from the target shape of bodies, especially when checking flatness.

Stand der TechnikState of the art

Die Interferometrie ist als Meßverfahren zur Untersuchung der Topographie hochwertiger Flächen und zur Charakterisierung von Abbildungsfehlern (Wellenaberrationen) bei Linsen und Objektiven etabliert. Im allgemeinen wird eine vom Prüfling beeinflußte Welle mit einer Referenzwelle kohärent überlagert. Aus dem resultierenden Interferenzmuster kann dann unter Berücksichtigung der experimentellen Parameter die Wellenaberration oder die Topographie einer Fläche ermittelt werden [1]. Die Erzeugung einer Referenzwelle ist aufwendig, da die hierfür benötigten optische Komponenten zusätzliche Aberrationen einführen [2]. Interferometry is of higher quality as a measuring method for examining the topography Surfaces and for the characterization of aberrations (wave aberrations) in lenses and lenses established. In general, a wave influenced by the device under test is replaced by a Reference wave coherently superimposed. From the resulting interference pattern can then under Consideration of the experimental parameters, the wave aberration or the topography of an area can be determined [1]. The generation of a reference wave is complex because the optical components required for this purpose introduce additional aberrations [2].

Im Gegensatz dazu bietet die Scherungs-Interferometrie [1][3] die Möglichkeit, auf eine Refe renzwelle zu verzichten. Speziell für die interferometrische Messung von Bildfehlern (Wellenaberrationen) abbildender Optiken unter Bildwinkeln ist die Justierung von Sche rungs-Interferometern im Vergleich zu der anderer Interferometer wie zum Beispiel Twyman- Green-Interferometer wesentlich einfacher. Die durch die zu ermittelnde Wellenaberration gestörte, ebene Welle wird vielmehr mit einer lateral verschobenen Kopie kohärent über lagert. Daher wird die Scherungs-Interferometrie auch als selbst-referenzierendes Meßverfah ren bezeichnet.In contrast, shear interferometry [1] [3] offers the possibility of a ref to waive limit wave. Especially for the interferometric measurement of image errors (Wave aberrations) imaging optics at image angles is the adjustment of Sche interferometers compared to other interferometers such as Twyman Green interferometer much easier. The wave aberration to be determined disturbed, plane wave is rather coherent with a laterally shifted copy stores. Therefore, shear interferometry is also used as a self-referencing measurement method ren called.

Für die Realisierung gibt es verschiedene Verfahren. Zum einen wird die zu untersuchende Welle an der Vorder- und an der Rückseite einer planparallelen Platte reflektiert, deren Ober flächenbeschaffenheit sehr gut bekannt ist [4]. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Ver wendung von zwei identischen Gittern, wobei die plus erste und die minus erste Ordnung durch Beugung am ersten Gitter die Kopien liefern, die durch das zweite Gitter, nun lateral verschoben, wieder vereinigt werden [5]. Nach der Aufteilung liegen zwei Wellen mit dersel ben Wellenaberration vor, die gegeneinander lateral verschoben sind. Aus dem durch Überla gerung entstehenden Interferenzmuster kann die Wellenaberration berechnet werden.There are various methods for the implementation. On the one hand, the one to be examined Wave reflected on the front and back of a plane-parallel plate, the top surface quality is very well known [4]. Another possibility is the Ver using two identical grids, the plus first and the minus first order by diffraction at the first grating, deliver the copies through the second grating, now lateral moved, reunited [5]. After the division there are two waves with the same ben wave aberration that are laterally shifted against each other. From the by Überla Interference patterns arising can be calculated to calculate the wave aberration.

Die verschiedenen etablierten Bauformen von Scherungs-Interferometern, deren Prinzipien sich ausnahmslos auf die von Ronchi [3] und Murty [4] publizierten zurückführen lassen, ha ben das Problem, daß die Speicherung der gesamten Information über die Wellenfront mit einem Shear nur unter Vorbedingungen über grundsätzliche Eigenschaften der Wellenfront möglich ist [6][7][8]. Das liegt daran, daß das der Scherungs-Interferometrie inhärente Prinzip der Überlagerung mit einer lateral in einer bestimmten Richtung verschobenen Wellenfront beinhaltet, daß die Informationen vollständig nur entlang dieser Richtung erhalten werden. Nimmt man an, daß die Wellenfront nur Anteile hat, die durch eine solche Abtastung voll ständig erfaßt werden (z. B. daß sie vollständig rotationssymmetrisch ist), reicht dieses Verfah ren aus. In der Praxis existieren solche Wellenfronten allerdings nie sondern können eine be liebige Form haben.The various established designs of shear interferometers, their principles can be traced back to those published by Ronchi [3] and Murty [4], ha ben the problem that the storage of all information on the wavefront with a shear only under preconditions about basic properties of the wavefront is possible [6] [7] [8]. This is because the principle inherent in shear interferometry the overlay with a wavefront laterally shifted in a certain direction implies that the information is completely obtained only along this direction. Assuming that the wavefront only has portions that are full by such a scan This procedure is sufficient if it is constantly recorded (e.g. that it is completely rotationally symmetrical) ren out. In practice, however, such wave fronts never exist but can be have any shape.

Um eine vollständige zweidimensionale Information zu bekommen, müssen dann zwei Inter ferogramme für verschiedene Scherungsrichtungen aufgenommen werden, typischerweise im Winkel von 90° zueinander. Dazu muß aber das scherende Element mitsamt der Einheit zur Interferogrammaufnahme entsprechend gedreht werden, was zu unakzeptablen Verbiegungen der Apparatur und zu entsprechenden Meßfehlern führt.To get complete two-dimensional information, two inter ferograms for different shear directions are recorded, typically in Angles of 90 ° to each other. To do this, however, the shearing element together with the unit must Interferograms are rotated accordingly, resulting in unacceptable bending of the apparatus and corresponding measurement errors.

Bislang ist nur ein System bekannt, das abweichend davon mit Einschränkungen in der Lage ist, die Speicherung der gesamten Information in einem Scherungs-Interferogramm durchzu führen [7], wobei das letztendlich entstehende Interferogramm aus einer Überlagerung von drei Wellenfronten entsteht. Dieses System ist aber umständlich und fehlerträchtig und ist insbesondere nicht für Präzisionsmeßtechnik einsetzbar ist, da für dieses Einsatzgebiet ein hinreichend großer Shear benötigt wird, das in [7] beschrieben System aber dazu führt, daß dann die Teil-Wellenfronten verschieden lange optische Wege zurücklegen, die nicht mehr in der Größenordnung des Shear sind und es deshalb keine eindeutige Pupillenlage mehr gibt.So far, only one system is known which, unlike this, is capable with restrictions is to store all of the information in a shear interferogram lead [7], whereby the resulting interferogram consists of an overlay of three wave fronts are created. This system is cumbersome and prone to errors and is in particular, cannot be used for precision measurement technology, since for this area of application a sufficiently large shear is required, but the system described in [7] leads to the fact that then the partial wavefronts cover different optical paths that are no longer in of the order of magnitude of the shear and therefore there is no longer a clear pupil position.

Vorrichtungen, bei denen das letztendlich entstehende Interferogramm auf mehr als zwei Wellenfronten zurückzuführen ist, benötigen selbstverständlich auch Verfahren, um daraus wieder die Wellenfront oder die Wellenfrontdifferenzen in den verschiedenen Scherungsrich tungen zu extrahieren. Für den Spezialfall des in [7] beschriebenen Verfahrens ist dort ein Weg dazu aufgezeigt.Devices in which the resulting interferogram is more than two Of course, wave fronts also need procedures to get out of it again the wavefront or the wavefront differences in the different shear directions extracts. For the special case of the method described in [7] there is a Way to do this.

Aufgabetask

Entwicklung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Scherungs-Interferometrie,
Development of a device and a method for shear interferometry,

a) durch die in einem Scherungs-Interferogramm die gesamte Information über eine Wellen front mit einem einfachen und robustem Scherungs-Interferometer gespeichert wird,a) by the entire information about a wave in a shear interferogram stored with a simple and robust shear interferometer,
b) geeignet für hohe Genauigkeit,b) suitable for high accuracy,
c) mit der Möglichkeit, große Shears zu verwenden,c) with the possibility of using large shears,
d) und mit hoher lateraler Auflösung,d) and with high lateral resolution,
e) und Bereitstellung eines Verfahrens, um die gesuchten Wellenfrontdifferenzen aus dem aufgenommenen Interferogramm zu extrahieren.e) and provision of a method to find the wavefront differences from the extract the recorded interferogram.

Lösungsolution

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst
This object is achieved in accordance with the invention

a) daß die Speicherung der gesamten Information über eine Wellenfront durch zwei (oder mehr) in Strahlfortschreitungsrichtung hintereinander angeordnete Scherungs- Interferometer geschieht,a) that the storage of all information on a wavefront by two (or more) shear arranged one behind the other in the direction of beam advance Interferometer happens
b) daß der Aufbau diese Vorrichtung derart ist, daß die verschiedenen im Lichtweg erzeugten Shears in einem Winkel zueinander stehen, wobei dieser Winkel vorzugsweise aber nicht ausschließlich ein rechter Winkel ist,b) that the construction of this device is such that the various generated in the light path Shears are at an angle to each other, but this angle is preferably not is only a right angle,
c) daß zusätzlich zu der Scherung jeweils auch eine Verkippung (Tilt) verwendet werden kann, wobei die Tilts vorzugsweise aber nicht ausschließlich im rechten Winkel zueinander stehen,c) that in addition to the shear, a tilt is also used can, the tilts preferably but not exclusively at right angles to one another stand,
d) daß nach der Aufnahme des Interferogrammbildes (z. B. durch eine Kamera) die rechneri sche Ermittlung der Wellenfront aus den gespeicherten Informationen z. B. durch einen Computer geschieht,d) that after taking the interferogram image (e.g. by a camera) the computer cal determination of the wavefront from the stored information z. B. by a Computer happens
e) und daß dabei eine Fourier-Auswertung des Interferogramms vorgenommen wird, wobei das Einbringen geeigneter Verkippungen dazu führt, daß die Signale, die verschiedenen Wellenfrontkombinationen entsprechen, in verschiedenen Bereichen der Fourier-Ebene liegen und dadurch voneinander zu trennen sind.e) and that a Fourier evaluation of the interferogram is carried out, wherein the introduction of suitable tilting means that the signals, the different Wave front combinations correspond to the Fourier plane in different areas lie and can be separated from each other.

Offenbarung zu den beanspruchten MaßnahmenDisclosure of the measures claimed

a) Die Gewinnung der Information über die gesamte Wellenfront wird dadurch vorgenom men, daß zweckmäßigerweise, aber nicht notwendigerweise, genau zwei Shear-Tilt- Interferometer hintereinander so angeordnet werden, daß sie zweckmäßigerweise zueinan der senkrechte Shears und Tilts einführen. (Ein solches System wird nachfolgend als Tan dem-Shear-Interferometer, auch TSI benannt, siehe Bild 1).a) The information about the entire wavefront is taken by that expediently, but not necessarily, exactly two shear-tilt interferometers are arranged one behind the other in such a way that they expediently introduce perpendicular shears and tilts to one another. (Such a system is hereinafter referred to as Tan dem Shear interferometer, also TSI, see Figure 1).
b) Das beschriebene Scherungs-Interferometer bzw. Shear-Tilt-Interferometer wird aus je weils zwei keilförmigen Glasplatten dergestalt zusammengesetzt, daß der Luftspalt zwi schen den inneren Flächen der beiden Glasplatten das Interferometer bildet, b) The described shear interferometer or shear tilt interferometer is made up of each Weil composed of two wedge-shaped glass plates so that the air gap between the interferometer forms the inner surfaces of the two glass plates,
c) dabei ist die Rückseite der hinteren Platte der Interferometer jeweils mattiert, um uner wünschte Reflexe zu vermeiden,c) the back of the back plate of the interferometer is matted to un wanted to avoid reflexes
d) die Keilform der vorderen Glasplatte der Interferometers trägt dafür Sorge, daß die uner wünschten Reflexe von der Vorderseite der jeweils vorderen Platte ohne Wirkung bleiben,d) the wedge shape of the front glass plate of the interferometer ensures that the un desired reflections from the front of the respective front plate remain ineffective,
e) weiter ist die Keilform der vorderen Glasplatte so ausgestaltet, daß für eine geeignet ge wählte Polarisationsrichtung der Strahlung die vordere Fläche der vorderen Glasplatte der gestalt unter dem Brewster-Winkel steht, daß auf diese Weise keine Strahlung von dieser Fläche reflektiert wird.e) further the wedge shape of the front glass plate is designed so that for a suitable ge chose direction of polarization of radiation the front surface of the front glass plate of the shape at the Brewster angle says that this way no radiation from it Surface is reflected.
f) Ein mit einem solchen Scherungs-Interferometer bzw. Shear-Tilt-Interferometer erzeugtes Interferogramm wird dann mit einem elektronischen hoch ortsauflösenden Detektor (z. B. eine CCD-Matrix) aufgenommen. Die Daten werden in einen Computer überführt.f) A generated with such a shear interferometer or shear-tilt interferometer The interferogram is then recorded using an electronic high-resolution detector (e.g. a CCD matrix). The data is transferred to a computer.
g) Die Auswertung, z. B. Fourier-Filterung der aufgenommenen Daten wird nicht optisch analog sondern in einem Computer mit Hilfe eines geeigneten Auswertealgorithmus, z. B. der digitalen Fourier-Transformation, durchgeführt.g) The evaluation, e.g. B. Fourier filtering of the recorded data is not optical analog but in a computer using a suitable evaluation algorithm, e.g. B. the digital Fourier transform.
h) Das führt zur Trennung der Information der im Fall des TSI sechs Interferogrammbeiträge, die auf Kombination der 4 Wellenfronten beruhen, die durch die Scherungs-Interferometer erzeugt werden. Jedes dieser Teil-Interferogramme geht auf eine Shear-Tilt-Kombination zurück, die auch durch Kombination von Flächen verschiedener Scherungs-Interferometer erzeugt werden. Insbesondere werden vorzugsweise auch die Kombinationen verschiedener Flächen verschiedener Interferometer verwendet, weil sie Shear-Tilt-Kombinationen in Diagonalenrichtung erzeugen, deren Kombination wiederum besonders gut geeignet für die Rekonstruktion der gesamten Information über die Wellenfront ist (siehe Bild 2).h) This leads to the separation of the information of the six interferogram contributions in the case of the TSI, which are based on a combination of the 4 wave fronts generated by the shear interferometers. Each of these partial interferograms is based on a shear-tilt combination, which is also generated by combining surfaces from different shear interferometers. In particular, the combinations of different surfaces of different interferometers are preferably used because they generate shear-tilt combinations in the diagonal direction, the combination of which, in turn, is particularly suitable for the reconstruction of the entire information about the wavefront (see Figure 2).
i) Aus dem jeweils separierten Teil-Interferogramm kann nunmehr für den gewünschten Shear die Wellenfrontdifferenz ermittelt werden, wobei hier bekannte Verfahren des sog. Phase Unwrapping verwendet werden [9][10][11].i) From the separated partial interferogram can now for the desired Shear the wavefront difference can be determined, known methods of the so-called Phase unwrapping can be used [9] [10] [11].
j) Aus den Teil-Interferogrammen kann dann mit einem bekannten rechnerischen Verfahren die Gesamt-Wellenfront eindeutig rekonstruiert werden.j) The partial interferograms can then be made using a known computational method the overall wavefront can be clearly reconstructed.

Bevorzugte AnwendungsformPreferred form of application

Eine bevorzugte Anwendungsform ist ein Tandem-Shear-Tilt-Interferometer mit zueinander senkrechtem Shear und Tilt. Die bevorzugte Anwendung ist die Messung von Bildfehlern (Wellenaberrationen) von Objektiven unter großen Bildwinkeln, insbesondere von Hochlei stungsobjektiven (Photolithographieobjektiven). Solche Messungen waren bisher nicht mit ausreichender Genauigkeit möglich, auch nicht mit anderen interferometrischen oder sonsti gen Verfahren.A preferred application is a tandem shear tilt interferometer with each other vertical shear and tilt. The preferred application is the measurement of image defects (Wave aberrations) of lenses at large angles, especially Hochlei performance lenses (photolithography lenses). Such measurements were previously not included sufficient accuracy possible, not even with other interferometric or otherwise procedure.

Erfindungsdarlegung der Vorrichtung und des VerfahrensStatement of the invention of the device and the method

Die Vorrichtung und das Verfahren zur vollständigen Aufnahme von optischen Wellenfronten und zu ihrer Trennung sind dadurch gekennzeichnet,
The device and the method for the complete recording of optical wavefronts and for their separation are characterized in that

a) daß mehrere in Strahlrichtung aufeinanderfolgender Scherungs-Interferometers derart an geordnet werden, daß sie ein gemeinsames Scherungs-Interferogramm erzeugen,a) that several successive shear interferometers in the beam direction ordered to produce a common shear interferogram,
b) daß die Shears in verschiedenen Raumrichtungen gewählt werden, so daß Information über alle gewünschten Raumrichtungen im Interferogramm enthalten ist,b) that the shears are chosen in different spatial directions so that information about all desired spatial directions are contained in the interferogram,
c) daß die gesamte Information über die zu ermittelnde Wellenfront in dem gemeinsamen Scherungs-Interferogramm enthalten ist, c) that all the information about the wavefront to be determined is in the common Shear interferogram is included
d) daß der Shear in dieser Anordnung groß sein kann und trotzdem die Unterschiede der Weglänge für alle Teil-Wellenfronten nur in der Größenordnung des Shear sind,d) that the shear can be large in this arrangement and still the differences of the Path length for all partial wave fronts are only in the order of the shear,
e) daß zusätzlich zu der Scherung jeweils auch eine Verkippung (Tilt) verwendet werden kann,e) that in addition to the shear, a tilt is also used can,
f) daß eine Möglichkeit der Trennung der Informationen der Teil-Interferogramme gegeben ist, die im Interferogrammbild überlagert sind,f) that there is a possibility of separating the information of the partial interferograms that are overlaid in the interferogram image,
g) daß nach Abtrennung der Information über jeweils ein Teil-Interferogramm aus diesem die zu bestimmende Teil-Wellenfront vollständig rekonstruiert werden kann,g) that after separation of the information about a partial interferogram from this the partial wavefront to be determined can be completely reconstructed,
h) und daß nach Berechnung der Teil-Wellenfronten nach einem bekannten Verfahren aus den jeweiligen Teil-Interferogrammen aus den Teil-Wellenfronten die zu bestimmende Ge samt-Wellenfront vollständig rekonstruiert werden kann.h) and that after calculation of the partial wavefronts from a known method the respective partial interferograms from the partial wave fronts the Ge to be determined velvet wavefront can be completely reconstructed.

Vorteileadvantages

Ein grundsätzlicher Vorteil jeglicher Scherungs-Interferometrie liegt darin, daß sie eine refe renzfreie oder mit anderen Worten eine selbst-referenzierende Methode darstellt. Besonders für die interferometrische Messung von Bildfehlern (Wellenaberrationen) von abbildender Optik unter Bildwinkeln ist die Scherungs-Interferometrie wesentlich weniger schwierig in bezug auf die notwendige Justierung als beispielsweise die Twyman-Green-Interferometrie.A fundamental advantage of any shear interferometry is that it does Limitless or in other words a self-referencing method. Especially for the interferometric measurement of image errors (wave aberrations) of imaging Shear interferometry is much less difficult in optics at image angles in relation to the necessary adjustment such as Twyman-Green interferometry.

Zusätzlich zu diesen allgemeinen Vorteilen bieten das beschriebene Verfahren und die be schriebene Vorrichtung folgende besonderen Vorteile,
In addition to these general advantages, the described method and the described device offer the following particular advantages,

a) daß in einem Scherungs-Interferogramm die gesamte Information über eine Wellenfront in einem einfachen Interferometer gespeicherta) that in a shear interferogram all the information about a wavefront in stored in a simple interferometer
b) und aus diesem Scherungs-Interferogramm die vollständige Wellenfront über die gesamte Pupille des Systems bestimmt werden kann.b) and from this shear interferogram the complete wavefront over the entire Pupil of the system can be determined.
c) Hierbei wird eine hohe Genauigkeit erzielt,c) High accuracy is achieved here
d) wobei relativ große Shears erlaubt sind,d) where relatively large shears are allowed,
e) wobei keinerlei a priori Informationen notwendig sinde) whereby no a priori information is necessary
f) und eine hohe laterale Auflösung erzielt wird.f) and a high lateral resolution is achieved.
g) Außerdem kann die Vorrichtung als kompakte Einheit ohne bewegliche Teile gestaltet werden.g) In addition, the device can be designed as a compact unit with no moving parts will.

Alle aufgezählten Vorteile werden von bisher bekannten Verfahren in keinem Falle erreicht. Die beschriebene Vorgehensweise ist die einzige, die alle Vorteile in sich vereinigt.All of the advantages listed are in no way achieved by previously known methods. The procedure described is the only one that combines all the advantages.

Erläuterung einer Ausführungsform der ErfindungExplanation of an embodiment of the invention

a) Eine bevorzugte Anwendungsform stellt ein Tandem-Shear-Tilt-Interferometer mit zuein ander senkrechtem Shear und Tilt dar, bei dem die einzelnen Shear-Tilt-Interferometer aus jeweils zwei keilförmigen Glasplatten zusammengesetzt werden,a) A preferred application is a tandem shear tilt interferometer other vertical shear and tilt, in which the individual shear-tilt interferometers consist of two wedge-shaped glass plates are put together,
b) wobei die Rückseite der hinteren Platte des Interferometers mattiert ist, um unerwünschte Reflexe zu vermeiden, so daß die Keilform der vorderen Glasplatte des Interferometers da für Sorge trägt, daß die unerwünschten Reflexe von der Vorderseite der vorderen Platte ohne Wirkung bleiben, und die Keilform der vorderen Glasplatte so ausgestaltet ist, daß für eine geeignet gewählte Polarisationsrichtung der Strahlung die vordere Fläche der vorderen Glasplatte dergestalt unter dem Brewster-Winkel steht, daß auf diese Weise keine Strah lung von dieser Fläche reflektiert wird.b) wherein the back of the back plate of the interferometer is matted to avoid unwanted Avoid reflections so that the wedge shape of the front glass plate of the interferometer is there take care that the unwanted reflections from the front of the front panel remain ineffective, and the wedge shape of the front glass plate is designed so that for a suitably chosen direction of polarization of the radiation the front surface of the front The glass plate stands at the Brewster angle in such a way that there is no beam in this way is reflected by this surface.
c) Der Shear wird ungefähr zu einem Zehntel der Interferogrammgröße gewählt,c) The shear is chosen to be approximately one tenth the size of the interferogram,
d) Der Tilt wird bei Verwendung einer CCD-Kamera so gewählt, daß die entstehenden Trä gerfrequenzstreifen eine Periode von vier mal dem Pixelabstand haben.d) The tilt is selected when using a CCD camera so that the resulting Trä frequency bands have a period of four times the pixel pitch.
e) Eine Auswertung der Information und Gewinnung der Wellenfrontform daraus wird mit Methoden der Fourierverfahren in einem Computer vorgenommen.e) An evaluation of the information and the extraction of the wave front shape from it is carried out Fourier methods are carried out in a computer.

Referenzencredentials

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[7] J. Primot, "Three-wave lateral shearing interferometer", Appl. Opt. 32, 6242 (1993)
[8] S. Bäumer, "Quantitative Mikro-Meßtechnik mit einem Lateral Shearing Interferometer", Ph.D. Thesis, Optics Institute of Berlin Technical University, Berlin (1995).
[9] M. Takeda, H. Ina, and S. Kobayashi, "Fourier-transform method for fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry", J. Opt. Soc. Am. 72, 156 (1982).
[10] C. Roddier and F. Roddier, "Interferogram analysis using Fourier transform techniques", Appl. Opt. 26, 1668 (1987).
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[11] DJ Bone, "Fourier fringe analysis: the two-dimensional phase unwrapping problem", Appl.Opt. 30, 3627 (1991).

Claims

1. Vorrichtung zur vollständigen Aufnahme von Wellenfronten und Verfahren zur Extraktion der gesuchten Wellenfrontdifferenzen, dadurch gekennzeichnet,

a) daß mehrere in Strahlrichtung aufeinanderfolgende Scherungs-Interferometer derart an geordnet werden, daß sie ein gemeinsames Scherungs-Interferogramm erzeugen,
b) daß die Shears in verschiedenen Raumrichtungen so gewählt werden, daß Information über alle gewünschten Raumrichtungen im Interferogramm enthalten ist,
c) daß die gesamte Information über die zu ermittelnde Wellenfront in dem gemeinsamen Scherungs-Interferogramm enthalten ist,
d) daß der Shear in dieser Anordnung groß sein kann und trotzdem die Unterschiede der Weglänge für alle Teil-Wellenfronten nur in der Größenordnung des Shear sind,
e) daß zusätzlich zu der Scherung jeweils auch eine Verkippung (Tilt) verwendet werden kann,
f) daß eine Möglichkeit der Trennung der Informationen der Teil-Interferogramme gege ben ist, die im Interferogrammbild überlagert sind,
g) daß nach Abtrennung der Information über ein Teil-Interferogramm aus diesem die zu bestimmende Teil-Wellenfront bezüglich der jeweiligen Shear-Richtung rekonstruiert werden kann,
h) und daß nach Ermittlung der Teil-Wellenfronten bezüglich der jeweiligen Shear- Richtungen durch Kombination dieser Teil-Wellenfronten die zu bestimmende Gesamt- Wellenfront vollständig rekonstruiert werden kann.

1. Device for the complete recording of wavefronts and method for extracting the searched wavefront differences, characterized in that

a) that several successive shear interferometers in the beam direction are arranged in such a way that they generate a common shear interferogram,
b) that the shears are selected in different spatial directions so that information about all desired spatial directions is contained in the interferogram,
c) that all information about the wavefront to be determined is contained in the common shear interferogram,
d) that the shear can be large in this arrangement and the differences in path length for all partial wavefronts are only of the order of magnitude of the shear,
e) that in addition to the shear, a tilt can also be used,
f) that there is a possibility of separating the information of the partial interferograms which are superimposed in the interferogram image,
g) that after the information about a partial interferogram has been separated off, the partial wavefront to be determined can be reconstructed with respect to the respective shear direction,
h) and that after determining the partial wavefronts with respect to the respective shear directions by combining these partial wavefronts, the total wavefront to be determined can be completely reconstructed.

2. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als kompakte Einheit ohne bewegliche Teile gebaut ist.2. Device and method according to claim 1, characterized in that the device is built as a compact unit with no moving parts.

3. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinan derfolgende Scherungs-Interferometer benutzt werden (TSI).3. Device and method according to claim 1, characterized in that two on top of each other the following shear interferometer can be used (TSI).

4. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei aufeinanderfolgenden Scherungs-Interferometer im rechten Winkel zueinander stehen und damit die Informationen entlang der Achsen eines kartesischen Koordinatensystems regi strierbar machen.4. The device and method according to claim 1 and 3, characterized in that the two successive shear interferometer are at right angles to each other and thus regi the information along the axes of a Cartesian coordinate system renderable.

5. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Vor richtung im Interferogramm auch Informationen überlagert werden, die auf Kombination von Flächen der unterschiedlichen Interferometer zurückgehen.5. The device and method according to claim 1, characterized in that by the pre direction in the interferogram also information is superimposed on combination decrease from areas of the different interferometers.

6. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Information über die zu ermittelnde Wellenfront in einem Scherungs-Interferogramm durch die verschobene Überlagerung der Pupillenprojektionen zu einem Interferogrammbild führt, das mittels einer Kamera aufgenommen wird.6. The device and method according to claim 1, characterized in that the entire Information about the wavefront to be determined in a shear interferogram the shifted superposition of the pupil projections to an interferogram image leads, which is recorded by a camera.

7. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beschriebe nen Scherungs-Interferometer bzw. Shear-Tilt-Interferometer aus jeweils zwei keilförmi gen Glasplatten dergestalt zusammengesetzt werden, daß der Luftspalt zwischen den inne ren Flächen der beiden Glasplatten das jeweilige Interferometer bildet.7. The device and method according to claim 1, characterized in that the descriptions NEN shear interferometer or shear-tilt interferometer each consisting of two wedge-shaped gene glass plates are assembled so that the air gap between the inside surfaces of the two glass plates form the respective interferometer.

8. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite der hinteren Platte des jeweiligen Interferometers mattiert ist, um unerwünschte Reflexe zu vermeiden.8. The device and method according to claim 1 and 7, characterized in that the Back of the back plate of each interferometer is matted to avoid unwanted To avoid reflexes.

9. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Keil form der vorderen Glasplatte jedes Teil-Interferometers dafür Sorge trägt, daß die uner wünschten Reflexe von der Vorderseite der vorderen Platte ohne Wirkung bleiben.9. The device and method according to claim 1 and 7, characterized in that the wedge shape of the front glass plate of each partial interferometer ensures that the un desired reflections from the front of the front plate remain ineffective.

10. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Keil form der vorderen Glasplatte so ausgestaltet wird, daß für eine geeignet gewählte Polarisa tionsrichtung der Strahlung die vordere Fläche der vorderen Glasplatte dergestalt unter dem Brewster-Winkel steht, daß auf diese Weise keine Strahlung von dieser Fläche reflektiert wird.10. The device and method according to claim 1 and 7, characterized in that the wedge Shape of the front glass plate is designed so that for a suitably chosen Polarisa direction of radiation, the front surface of the front glass plate in such a way Brewster angle means that no radiation reflects from this surface in this way becomes.

11. Verfahren und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Shear Verkippungen eingebracht werden, eine mathematische Transformation in die Fourier-Ebene durchgeführt wird, dort die Signale, die verschiedenen Wellenfrontkombi nationen entsprechen, in verschiedenen Bereichen der Fourier-Ebene liegen und durch Ausschneiden voneinander getrennt werden, und anschließend die Wellenfrontdifferenzen durch eine übliche Fourier-Rücktransformation gewonnen werden.11. The method and method according to claim 1, characterized in that in addition to the shear tilt, a mathematical transformation into the Fourier level is performed, there the signals, the different wavefront combo correspond to nations, lie in different areas of the Fourier plane and through Cut out from each other, and then cut the wavefront differences can be obtained by a conventional Fourier inverse transformation.