Interferometrische Prüfung asphärischer Oberflächen mittels computergenerierter Hologramme

Computergenerierte Hologramme (CGHs) erweitern die Möglichkeit Ihres Interferometers der Oberflächenprüfung für nahezu beliebige Geometrien. Ein CGH wandelt die vom Interferometer ausgesendete ebene Welle in eine an die Prüfoberfläche individuell angepasste asphärische Wellenfront um. Nach Reflexion an der Oberfläche und einem zweiten Durchlaufen des CGHs wird diese Welle wieder in eine ebene Welle umgewandelt. Minimale Abweichungen der Oberflächenform lassen sich so als Abweichung im Interferometerbild detektieren. Eine große Vielfalt von Oberflächentypen lassen sich auf diese Weise prüfen, wie z.B. On-Axis und Off-Axis Asphären, Cylinder und Freiformflächen. Die typische Messgenauigkeit, die mit DIOPTIC CGHs erreicht werden liegt bei λ/10 – λ/20 (PV).
Zahlreiche zusätzliche Strukturen auf dem Hologramm unterstützen Sie bei der Justage der Komponenten für einen schnellen Messvorgang und ein optimales Ergebnis.

Varianten computergenerierter Hologramme für die Oberflächenprüfung

Für eine Oberflächenprüfung mit CGHs können sogenannte Diffraktive Null-Linsen (DNL) oder Diffraktive Fizeau-Null-Linsen(DFNL) zum Einsatz kommen. Welche Messmethode für eine gegebene Oberfläche am passendsten ist, wird individuell von unseren Experten geprüft und empfohlen. DFNLs werden für Linsen mit einer geringen Krümmung bevorzugt, wohingegen Oberflächen mit einer starken Krümmung oft mit einem DNL geprüft werden.


DFNL: Kompatibel mit allen Fizeau Interferometern

DIOPTICs Diffraktive Fizeau Null-Linsen CGHs (DFNL) werden mit einem standard Bayonet Mount ausgeliefert und können direkt an die Interferometerobjektivaufnahme des Interferometers angebracht werden. Dadurch ergibt sich als großer Vorteil gegenüber herkömmlichen CGHs ein deutlich einfacheres Handling. Durch den Wegfall des Interferometerobjektivs können zudem größere konvexe Oberflächen getestet werden, da die gesamte Eintrittsapertur des Interferometers genutzt werden kann.

Im Gegensatz zu herkömmlichen CGHs werden die DIOPTIC DFNLs auf Präzisionssubstraten aus Fused Sililca mit einer Ebenheit von lambda/10 (PV) oder besser gefertigt. Da diese gleichzeitig die Referenzfläche für das Interferometer liefern, erzeugt man so eine entsprechend hochgenaue Referenzwellenfront. Die mechanische Stabilität wird bis zu einem Durchmesser von 230 mm oder 9 inch durch entsprechende Substratdicken von bis zu 24 mm garantiert.

Einfache Justage, schnelle und präzise Messungen

Der einfache Messaufbau bei der Nutzung von DFNL CGHs ermöglicht eine schnelle und präzise Prüfung asphärischer Oberflächen, Zylindern und Freiformflächen. Da ein DFNL CGH direkt an das Fizeau Interferometer angebracht wird, wird keine zusätzliche CGH Justagemechanik benötigt. Hilfshologramme, um CGHs zum Interferometerobjektiv auszurichten entfallen ebenfalls. Sogenannte Justage- oder Fiducial Hologramme sind individuell an die Messoberfläche ausgelegt. Sie ermöglichen die Einrichtung, insbesondere von Freiformflächen, in kürzester Zeit.

Die CGH Oberfläche, welche die asphärische Wellenfront erzeugt, fungiert gleichzeitig als Referenzfläche für das Interferometer. Bei herkömmlichen CGHs zeigen sich Transmissions-Wellenfrontfehler des Substrats direkt im Messergebnis. DFNL CGHs zeigen diesen Messfehler prinzipbedingt nicht. DIOPTIC garantiert einen Wellenfrontfehler der Referenzfläche von kleiner als lambda/10 für alle DFNL CGHs. Auf Wunsch werden auch Werte < lambda/20 erreicht.


DNL: Diffraktive Null Linse

Oberflächen, die aufgrund ihrer starken Krümmung nicht mit einem DFNL geprüft werden können, können in der Regel mit einer Kombination aus computergeneriertem Hologramm und einem Interferometerobjektiv (Transmission Sphere, TS) geprüft werden. In diesem Fall wird nicht die ebene Welle des Interferometers moduliert, sondern eine sphärische Welle welche vom Interferometerobjektiv erzeugt wurde und die bereits eine ähnliche Form besitzt wie die benötigte asphärische Wellenfront. Ebenso wie beim Einsatz von DFNLs können sowohl konkave als auch konvexe Oberflächen geprüft werden.

Messgenauigkeit

Calibration result of a Diffractive Transmission Sphere (DTS) with a wavefront error of
Bei DFNL CGHs wird die Referenzwelle des Interferometers auf derselben Oberfläche erzeugt, die auch die asphärische Wellenfront für das Prüfobjekt erzeugt. Dadurch ergibt sich ein sehr geringer Einfluss des Substrats auf das Messergebnis. Die hier gezeigte Wellenfrontmessung eines sphärischen DFNL CGHs wurde mithilfe eines Random Ball Tests kalibriert und weist einen systematischen Wellenfrontfehler von 6.2nm rms auf. Dies ist auch ein Wert, den wir typischerweise für das Testen von Asphären erreichen.

Nach Kalibration mithilfe dieses Tests können mit DTS CGHs Messunsicherheiten von besser lambda/50 PV erreicht werden.

Justagehilfen für ein optimales Messergebnis


Die Messgenauigkeit und -zeit einer Oberflächenprüfung hängt stark davon ab, wie einfach sich das CGH relativ zum Interferometer und Prüfobjekt justieren lässt. DIOPTIC CGHs sind mit einer Vielzahl an Justagehilfen ausgestattet, um schnell eine gute Ausrichtung zu erreichen, die sich dann über eine Optimierung des Wellenfrontfehlers feinjustieren lässt. Das Bild rechts zeigt eine DNL zur Prüfung einer Freiformoberfläche. Mit den angebrachten Hilfsstrukturen lässt sich das CGH sowohl einfach zum Interferometer einrichten als auch die korrekte Position und Orientierung des Prüfobjektes einstellen. Die Hilfsstrukturen werden im selben Fertigungsschritt wie das Prüfhologram aufgebracht. Dadurch wird eine Sub-Mikrometer-Genauigkeit in der Herstellung erreicht.
Die Entscheidung, welche Strukturen in welcher Beschaffenheit angebracht werden, wird für jedes CGH individuell entschieden und von unseren Experten empfohlen.

Cat-Eye-Ring

Ein Cat-Eye-Ring erzeugt eine sphärische Wellenfront, welche in sich selbst zurückreflektiert wird, wenn sich der Mittelpunkt des Prüfobjekts genau im Fokus des Strahls befindet. Die Wellenfront wird mit einem Diffraktiven Ring erzeugt, welcher sich auf dem Substrat außerhalb des eigentlichen Prüfholograms befindet. Mithilfe des Interferenzmusters lässt sich so der Abstand des Prüfobjekts mikrometergenau justieren.


Retroreflektor (nur bei DNL)

Um eine möglichst exakte Justage einer DNL zum Interferometerobjektiv des Interferometers zu ermöglichen, wird ein Retroreflektor-Hologram angebracht. Diese diffraktiven Strukturen außerhalb des Prüfholograms erzeugen in Reflektion eine sphärische Welle. Bei einer perfekten Justage zwischen CGH und Interferometerobjektiv zeigt das Interferogram minimale Aberationen. Durch Minimieren kann die CGH Justage durchgeführt werden.


Focusing Beam

Eine sehr präzise Möglichkeit zur Justage sind die sogenannte focusing beam Hologramme. Dabei handelt es sich um diffraktive Linsen, die einen sphärische Welle mit definiertem Fokuspunkt erzeugen. Auf dem Prüfobjekt außerhalb der Prüfoberfläche werden entsprechende Markierungen, sogenannte Fidicials, angebracht, die bei einer korrekten Orientierung mit den Foki der Alignment Spots übereinstimmen. Mit mindestens 3 dieser Hilfshologramme kann man Position und Verkippung des Prüfobjektes in allen 6 Achsen einstellen.