DE102007003681A1

DE102007003681A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Analyse einer optischen Einrichtung

Info

Publication number: DE102007003681A1
Application number: DE102007003681A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Fleischmann; Thomas Henning
Original assignee: Hochschule Bremen
Current assignee: Hochschule Bremen
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: US7782449B2; DE102007003681B4; US20070188741A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse einer optischen Einrichtung (1, 1'), mit folgenden Schritten: a) eine Beleuchtungseinrichtung (2), welche einen Prüfstrahl (Pij) erzeugt, die optische Einrichtung (1, 1') und eine ortsauflösende Sensoreinrichtung (3), welche den Prüfstrahl (Pij) detektiert, werden in einer Referenzposition zueinander angeordnet, wobei die Referenzposition einen Referenzstrahlverlauf festlegt, der eine erste Richtung umfasst, welche die Richtung des in der Referenzposition von der Beleuchtungseinrichtung (2) ausgesendeten und auf die optische Einrichtung (1, 1') gerichteten Prüfstrahls (Pij) ist, sowie eine zweite Richtung, welche die Richtung des in der Referenzposition von der Sensoreinrichtung (3) empfangenen Prüfstrahls (Pij) nach Passieren der optischen Einrichtung (1, 1') ist; b) der von der Beleuchtungseinrichtung (2) ausgesendete Prüfstrahl (Pij) wird in mehreren Relativpositionen in Bezug auf die Referenzposition derart angeordnet, dass die Richtung des Prüfstrahls (Pij) in der jeweiligen Relativposition versetzt zur ersten Richtung ist und/oder die Beleuchtungseinrichtung (2) und die optische Einrichtung (1, 1') in der jeweiligen Relativposition gegenüber der Referenzposition zueinander versetzt sind, wobei der Prüfstrahl auf einen der jeweiligen Relativposition zugeordneten Messpunkt (xi; yj) auf der optischen Einrichtung (1, 1') trifft; c) für eine jeweilige Relativposition wird die Auftreffposition (SPij0, ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse einer optischen Einrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur quantitativen Erfassung von Kenngrößen abbildender und nicht abbildender optischer Systeme sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Bei der Herstellung und beim Test optischer Elemente und Systeme, beispielsweise von Linsen oder Abbildungsoptiken, ist eine Beurteilung der Abbildungsgüte oder, allgemeiner, der optischen Eigenschaften erforderlich. In der Regel werden hierzu bei höherwertigen Optiken die Eigenschaften quantitativ beschrieben. Auch zur Korrektur oder Kompensation von beobachteten Unzulänglichkeiten bei gegebenen Optiken ist eine exakte quantitative Bewertung der optischen Komponenten erforderlich. Es ist hierbei wünschenswert, eine möglichst große Abdeckung der Fehlerarten zu erzielen, insbesondere auch deren Abhängigkeit von der Wellenlänge zu bestimmen.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von primär qualitativen Verfahren zur Bestimmung der Eigenschaften von optischen Einrichtungen bekannt. Solche Verfahren sind beispielsweise der Sterntest oder andere Arten von Schlierentests sowie interferometrische Verfahren.
Bei der interferometrischen Vermessung der Geometrie von optischen Komponenten werden zwar hochgenaue Topografiedaten der Komponenten ermittelt, jedoch erhält man keinen Aufschluss über intrinsische Eigenschaften der Komponenten, wie z.B. eventuelle Materialinhomogenitäten, die sich auf die Güte der Komponente auswirken. Interferometrische Verfahren benötigen meistens weitere optische Komponenten, deren Einfluss auf die Messung durch entsprechend hochwertige Ausführung der Komponenten oder durch Kompensation minimiert werden muss. Alle interferometrische Verfahren weisen den Nachteil auf, dass sie technisch sehr aufwändig sind und mit hohen Kosten verbunden sind. Ferner sind diese Verfahren z.B. infolge von Vibrationen und Luftbewegungen störanfällig und sie sind auf eine einzige Wellenlänge beschränkt. Darüber hinaus sind interferometrische Untersuchungen an großen Aperturen technisch extrem anspruchsvoll und entsprechend teuer.
Aus dem Stand der Technik sind ferner Verfahren zur Messung der optischen Wellenfront nach Durchgang durch eine optische Komponente bekannt. In dem sog. Hartmann-Verfahren wird eine Lochblendenmaske bzw. ein Lochblendenarray in den Strahlengang hinter der zu analysierenden optischen Komponente eingebracht. Mit einem ortsauflösenden Sensor, beispielsweise einer CCD-Kamera, wird aus dem Schwerpunkt der Intensitätsverteilung am Sensor und der Position der zugehörigen Apertur des Lochblendenarrays der geometrische Verlauf des Teilstrahls und daraus die Verkippung der Wellenfront an jeder Öffnung der Lochblende bestimmt. Im Gegensatz zu interferometrischen Verfahren ist das Verfahren im Aufbau wesentlich einfacher. Das Hartmann-Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass die erreichbare räumliche Auflösung durch den Abstand der Aperturen in der Lochblendenmaske vorgegeben ist und somit räumlich begrenzt ist. Insbesondere zur Messung kleiner Optiken eignet sich deshalb das Hartmann-Verfahren nur eingeschränkt. Darüber hinaus kann bei dem Hartmann-Verfahren eine ungleichförmige Intensitätsverteilung der Wellenfront vor dem Lochblendenarray zur fehlerhaften Bestimmung der Schwerpunkte der Verteilung und damit der Verkippung der Wellenfront führen. Entsprechende Optiken zur Strahlhomogenisierung sind deshalb insbesondere zur Untersuchung großer Aperturen erforderlich. Bei starker Verkippung der Wellenfront tritt zudem Beugung an den Aperturen der Lochblende in nicht zu vernachlässigendem Maße auf.
Eine Erweiterung des Hartmann-Verfahrens, das sog. Shack-Hartmann-Verfahren, verwendet anstelle einer Lochblendenmaske ein Mikrolinsenarray. In der Brennebene der Linse befindet sich der ortsauflösende Sensor. Hierdurch werden eine höhere Lichtempfindlichkeit und eine weitgehende Unempfindlichkeit gegen inhomogene Intensitätsverteilungen vor dem Linsenarray erreicht. Derartige Mikrolinsenarrays sind aufwändig und kostenspielig in der Herstellung, bringen eigene Abbildungsfehler in der Messung ein und sind in ihrer räumlichen Ausdehnung nach oben und unten begrenzt. Bei Verfahren nach Hartmann und Shack-Hartmann sind für unterschiedliche Geometrien der zu vermessenden Optiken ferner unterschiedliche Lochblenden- bzw. Mikrolinsenarrays erforderlich.

In der Druckschrift DE 103 27 019 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Abbildungsgüte eines optischen Abbildungssystems beschrieben. Dieses Verfahren beruht auf einer Rekonstruktion der Wellenfront, beispielsweise mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Gerchberg-Saxton-Verfahren. Dieses Verfahren ist bei geringerem technischen Aufwand genauer als die im Vorangegangen beschriebenen Verfahren. Zudem erlaubt das Verfahren auch die Untersuchung von zunächst unbekannten Proben. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass teilkohärentes Licht zu verwenden ist und immer eine abbildende Optik zur Untersuchung der Probe benötigt wird. Darüber hinaus ist das Verfahren sehr rauschanfällig und erfordert aufwändige Methoden der Signalaufbereitung.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse einer optischen Einrichtung zu schaffen, welche mit geringem technischen Aufwand und hoher Genauigkeit eine quantitative Analyse der Eigenschaften der optischen Einrichtung gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden eine Beleuchtungseinrichtung, welche einen Prüfstrahl erzeugt, die zu analysierende optische Einrichtung und eine ortsauflösende Sensoreinrichtung, welche den Prüfstrahl detektiert, in einer Referenzposition zueinander angeordnet. Unter Prüfstrahl ist hierbei insbesondere ein Strahl aus kollimierter und/oder fokussierter elektromagnetischer Strahlung zu verstehen. Durch diese Referenzposition wird ein Referenzstrahlverlauf festgelegt, der eine erste Richtung umfasst, welche die Richtung des in der Referenzposition von der Beleuchtungseinrichtung ausgesendeten und auf die optische Einrichtung gerichteten Prüfstrahls ist, sowie eine zweite Richtung, welche die Richtung des in der Referenzposition von der Sensoreinrichtung empfangenen Prüfstrahls nach Passieren der optischen Einrichtung ist.

Ausgehend von dieser Referenzposition wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren der von der Beleuchtungseinrichtung ausgesendete Prüfstrahl in mehreren Relativpositionen zur Referenzposition angeordnet. Diese Anordnung kann durch Veränderung der Lage des Prüfstrahls bzw. durch Veränderung der Lage der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Komponenten erfolgen, d.h. bei der Anordnung des Prüfstrahls in einer Relativposition muss nicht zwangsläufig die Verschiebung des Prüfstrahls selbst erfolgen. Der Prüfstrahl wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren folglich derart angeordnet, dass die Richtung des Prüfstrahls in der jeweiligen Relativposition versetzt zur ersten Richtung des Referenzstrahlverlaufs ist und/oder die Beleuchtungseinrichtung und die optische Einrichtung in der jeweiligen Relativposition gegenüber der Referenzposition zueinander versetzt sind, wobei die Versetzung beliebig erfolgen kann, insbesondere kann entweder nur die optische Einrichtung oder nur die Beleuchtungseinrichtung versetzt werden oder beide Komponenten können versetzt werden. Nach der Anordnung des Prüfstrahls in der jeweiligen Relativposition trifft der Prüfstrahl auf einen der jeweiligen Relativposition zugeordneten Messpunkt auf der optischen Einrichtung.

Für eine jeweilige Relativposition wird hierbei die Auftreffposition des Prüfstrahls nach Passieren der optischen Einrichtung auf einer oder mehreren, vorzugsweise zumindest zwei, entlang der zweiten Richtung des Referenzstrahlverlaufs zueinander versetzten Detektionsebenen durch die Sensoreinrichtung detektiert. Aus den detektierten Auftreffpositionen wird dann der Strahlverlauf des Prüfstrahls nach Passieren der optischen Einrichtung für jede Relativposition ermittelt und hieraus werden optische Eigenschaften der optischen Einrichtung berechnet.

Durch die Verwendung von Prüfstrahlen, die in unterschiedlichen Relativpositionen angeordnet werden, kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren auf eine Abbildungsoptik verzichtet werden. Darüber hinaus können Objekte mit unterschiedlichen optischen und mechanischen Parametern mit wählbarer Ortsauflösung und Genauigkeit ohne umfangreiche Umbauten und Anfertigung spezieller Komponenten vermessen werden. Es muss hierbei lediglich die Anzahl der Relativpositionen und der entsprechend zugeordneten Messpunkte gemäß der gewünschten Genauigkeit festgelegt werden. Das Verfahren hat ferner den Vorteil, dass die Ortsauflösung nicht durch Aperturen einer Lochblende, wie beim Hartmann-Verfahren, bzw. durch die Größen von Mikrolinsen, wie beim Shack-Hartmann-Verfahren, beschränkt ist. Vielmehr kann die Ortsauflösung durch ein feineres Abrastern der Messpunkte erhöht werden bzw. zur schnelleren und weniger genaueren Charakterisierung der optischen Einrichtung durch größeres Abrastern reduziert werden. Es wird insbesondere keine spezielle Anfertigung neuer Lochblenden- oder Linsenarrays bei der Anpassung der Messung an unterschiedliche optische Einrichtungen bzw. Messgenauigkeiten benötigt. Ferner kann die Genauigkeit der Messung im erfindungsgemäßen Verfahren durch Bestimmung der Auftreffpunkte in einer Vielzahl von Detektionsebenen auf einfache Weise erhöht werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können ferner große Aperturen ohne zusätzlichen apparativen Aufwand, wie er bei Interferometern erforderlich ist, untersucht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt zudem die Charakterisierung auch nicht abbildender optischer Elemente und Systeme, sowie solcher Proben, deren Eigenschaften noch nicht bekannt sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beliebige Arten von optischen Einrichtungen vermessen werden. Hierbei ist insbesondere zu berücksichtigen, dass der Prüfstrahl sowohl durch die optische Einrichtung hindurchtreten kann als auch an der optischen Einrichtung reflektiert werden kann. Der im Vorangegangenen genannte Begriff „Passieren der optischen Einrichtung" umfasst somit jede mögliche Ablenkung des Prüfstrahls in der optischen Einrichtung und ist nicht auf das Hindurchtreten des Strahls durch die optische Einrichtung beschränkt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die optische Einrichtung eine Linse, durch welche der Prüfstrahl aufgrund der Lichtdurchlässigkeit der Linse hindurchtritt. Wie bereits erwähnt, kann der Prüfstrahl jedoch auch an der optischen Einrichtung auf andere Weise abgelenkt werden, insbesondere gestreut oder reflektiert werden. Die optische Einrichtung kann dabei ein reflektierendes Messobjekt umfassen, insbesondere einen Wafer und/oder ein Blech und/oder ein Teil eines mikromechanischen Sensors. Die optische Einrichtung kann ggf. auch eine Kombination aus lichtdurchlässigen und reflektierenden Objekten sein, so dass der Prüfstrahl zumindest teilweise durch die optische Einrichtung hindurchtritt und zumindest teilweise auch in der optischen Einrichtung gestreut bzw. reflektiert wird.

Im Falle, dass der Prüfstrahl an der optischen Einrichtung reflektiert wird, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zwischen der Beleuchtungseinrichtung und der optischen Einrichtung ein Strahlteiler positioniert, welcher einen von der Beleuchtungseinrichtung ausgesendeten Prüfstrahl zumindest teilweise durchlässt und einen von der optischen Einrichtung reflektierten Prüfstrahl zumindest teilweise reflektiert.

Um eine besonders einfache Auswertung der optischen Eigenschaften der zu analysierenden Einrichtung zu gewährleisten, sind die in den jeweiligen Relativpositionen ausgesendeten Prüfstrahlen vorzugsweise parallel zur ersten Richtung des Referenzstrahlverlaufs.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus den ermittelten Strahlverläufen der Prüfstrahlen das Gradientenfeld der optischen Wellenfront und/oder die optische Wellenfront nach Passieren der optischen Einrichtung und/oder von der optischen Wellenfront abhängige Größen berechnet. Es wird somit durch das erfindungsgemäße Verfahren die Funktion eines Wellenfrontsensors erreicht, wobei die Vermessung der Wellenfront im Vergleich zur bekannten Wellenfrontsensoren gemäß dem Hartmann- bzw. Shack-Hartmann-Verfahren wesentlich genauer ist. Vorzugsweise wird hierbei die Berechnung der optischen Wellenfront bzw. davon abhängiger Größen mit Hilfe der hinlänglich aus der Optik bekannten Zernicke-Polynome durchgeführt.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Strahlverlauf eines jeweiligen Prüfstrahls auf einfache Weise durch lineare Regression der Auftreffpositionen des jeweiligen Prüfstrahls auf den Detektionsebenen ermittelt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird durch die zu analysierende optische Einrichtung eine optische Achse festgelegt und die Referenzposition ist hierbei derart gewählt, dass der Referenzstrahlverlauf im Wesentlichen dem Verlauf der optischen Achse entspricht und die erste Richtung und die zweite Richtung des Referenzstrahlverlaufs übereinstimmen. Insbesondere bei der Analyse von Linsen können hierdurch effektiv optische Abbildungsfehler charakterisiert werden.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Anordnung des Prüfstrahls in mehreren Relativpositionen in Bezug auf die Referenzposition durch einfaches Verschieben der Beleuchtungseinrichtung und/oder der optischen Einrichtung erreicht, wobei die Verschiebung insbesondere in einer zur ersten Richtung des Referenzstrahlverlaufs im Wesentlichen senkrechten Ebene erfolgt.

Besonders zum Erreichen von hohen Messgenauigkeiten werden in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die den jeweiligen Prüfstrahlen zugeordneten Messpunkte im Wesentlichen rasterförmig mit vorgegebenen Abständen zueinander auf der optischen Einrichtung positioniert.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Bestimmung des Strahlverlaufs des Prüfstrahls nach Passieren der optischen Einrichtung dadurch erleichtert, dass der oder die Detektionsebenen im Wesentlichen senkrecht zur zweiten Richtung des Referenzstrahlverlaufs angeordnet sind.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Auftreffpositionen der jeweiligen Prüfstrahlen auf eine Detektionsebene durch Auswerten der von der Sensoreinrichtung auf der Detektionsebene erfassten Intensitätsverteilung bestimmt. Zum Auswerten der Intensitätsverteilung wird vorzugsweise der Schwerpunkt der Intensitätsverteilung mit hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ermittelt, wobei die Position dieses Schwerpunkts mit der Auftreffposition des jeweiligen Prüfstrahls gleichgesetzt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die zueinander versetzten Detektionsebenen auf einfache Weise dadurch eingestellt, dass die Sensoreinrichtung entlang der zweiten Richtung des Referenzstrahlverlaufs verschoben wird.

Besonders einfach wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch ausgeführt, dass jede einzelne Detektionsebene nur einmal eingestellt wird und nach der Einstellung einer Detektionsebene der Prüfstrahl in dem Wesentlichen allen Relativpositionen angeordnet wird, um im Wesentlichen alle Auftreffpositionen des Prüfstrahls in der eingestellten Detektionsebene zu detektieren. Hierdurch wird das Verfahren beschleunigt, da das Abrastern von mehreren Messpositionen wesentlich schneller durchgeführt werden kann als das Verschieben der Detektionsebene.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zur Erzeugung der Prüfstrahlen eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquelle, einem Kollimator und einer Apertur verwendet, wobei die Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise eine Weißlichtquelle umfasst. Durch Anordnung von einem oder mehreren Spektralfiltern in die Strahlverläufe der Prüfstrahlen können bei der Verwendung einer solchen Weißlichtquelle optische Eigenschaften der zu analysierenden Einrichtung untersucht werden, welche von der Wellenlänge abhängen, wie z.B. chromatische Aberrationen.

Vorzugsweise kann das Verfahren durch Verwendung von unterschiedlichen Spektralfiltern für unterschiedliche Wellenlängen des Prüfstrahls wiederholt werden.

Anstatt oder zusätzlich zur Verwendung einer Beleuchtungseinrichtung mit Lichtquelle, Kollimator und Blende kann auch eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Laser eingesetzt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Sensoreinrichtung zur Detektion der Auftreffpositionen der Prüfstrahlen eine CCD-Kamera und/oder eine Zeilenkamera und/oder eine Diodenanordnung verwendet.

Neben dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ferner auch eine Vorrichtung zur Analyse einer optischen Einrichtung, wobei die Vorrichtung umfasst:

– eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung eines Prüfstrahls;
– eine ortsauflösende Sensoreinrichtung zum Detektieren des Prüfstrahls nach Passieren der optischen Einrichtung;
– wobei die zu analysierende optischen Einrichtung, die Beleuchtungseinrichtung und die Sensoreinrichtung zueinander in einer Referenzposition anordenbar sind, wobei die Referenzposition einen Referenzstrahlverlauf festlegt, der eine erste Richtung umfasst, welche die Richtung des in der Referenzposition von der Beleuchtungseinrichtung ausgesendeten und auf die optische Einrichtung gerichteten Prüfstrahls ist, sowie eine zweite Richtung, welche die Richtung des in der Referenzposition von der Sensoreinrichtung empfangenen Prüfstrahls nach Passieren der optischen Einrichtung ist;
– ein Positionierungsmittel zum Anordnen des von der Beleuchtungseinrichtung ausgesendeten Prüfstrahls in mehreren Relativpositionen zur Referenzposition derart, dass die Richtung des Prüfstrahls in der jeweiligen Relativposition versetzt, und vorzugsweise parallel, zur ersten Richtung ist und/oder die Beleuchtungseinrichtung und die optische Einrichtung in der jeweiligen Relativposition gegenüber der Referenzposition zueinander versetzt sind, wobei der Prüfstrahl auf einen der jeweiligen Relativposition zugeordneten Messpunkt auf der optischen Einrichtung trifft;
– wobei die Sensoreinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie für jede Relativposition die Auftreffposition des Prüfstahls nach Passieren der optischen Einrichtung auf einer oder mehreren entlang der zweiten Richtung zueinander versetzten Detektionsebenen detektiert;
– eine Rechnereinheit, welche derart ausgestaltet ist, dass sie aus den durch die Sensoreinrichtung detektierten Auftreffpositionen den Strahlverlauf des Prüfstrahls nach Passieren der optischen Einrichtung für jede Relativposition ermittelt und hieraus optische Eigenschaften der optischen Einrichtung berechnet.

Das Positionierungsmittel dieser Vorrichtung ist hierbei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass es die Beleuchtungseinrichtung und/oder die optische Einrichtung zur Anordnung des Prüfstrahls in verschiedenen Relativpositionen verschiebt, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung. Vorzugsweise ist zum Einstellen von verschiedenen Detektionsebenen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein entsprechendes Verschiebemittel vorgesehen, welches die Sensoreinrichtung in die verschiedenen Ebenen verschiebt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung läuft die Analyse der optischen Einrichtung automatisiert ab, wobei das Positionierungsmittel und/oder das Verschiebemittel von der Rechnereinheit gesteuert werden und automatisiert in die verschiedenen Relativpositionen und/oder Detektionsebenen verfahren werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Strahlteiler zwischen der Beleuchtungseinrichtung und der optischen Einrichtung angeordnet, welcher den von der Beleuchtungseinrichtung ausgesendeten Prüfstrahl zumindest teilweise durchlässt und einen von der optischen Einrichtung reflektierten Prüfstrahl zumindest teilweise reflektiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.

Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

2 eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung;

3 eine schematische Draufsicht auf eine Detektionsebene zum Erfassen der Auftreffposition eines im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Prüfstrahls;

4 eine schematische perspektivische Ansicht von mehreren Detektionsebenen und der darauf detektierten Auftreffpunkte eines Prüfstrahls in der Vorrichtung der 1 zur Erläuterung der Berechnung des Verlaufs des Prüfstrahls gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;

5 eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

6 eine Seitenansicht der in 5 gezeigten Vorrichtung;

7 eine schematische perspektivische Ansicht von mehreren Detektionsebenen analog zu 4 am Beispiel der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

8 eine schematische Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

9 eine schematische Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

1 zeigt in Draufsicht von oben den Aufbau der ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Analyse einer optischen Einrichtung, wobei die optische Einrichtung in der hier beschriebenen Ausführungsform eine Linse 1 ist, welche zwischen einer Beleuchtungseinrichtung 2 und einem Sensorsystem 3 auf einem Messtisch M angeordnet ist. Die Beleuchtungseinrichtung 2 umfasst in der hier gezeigten Ausführungsform eine Weißlichtquelle, deren Lichtstrahlen durch einen Kollimator und eine Apertur laufen, wodurch ein räumlich begrenzter Prüfstrahl in der Form eines Parallelstrahlbündels erzeugt wird, wobei der Prüfstrahl z.B. einen Durchmesser von 1 mm und kleiner hat. Gegebenenfalls kann in oder vor der Beleuchtungseinrichtung ein Spektralfilter eingesetzt werden, um monochromatische Prüfstrahlen zu erzeugen. Hierdurch können von der Lichtwellenlänge abhängige optische Eigenschaften der Linse 1, insbesondere die chromatische Aberration, ermittelt werden. Die von der Beleuchtungseinrichtung 2 ausgesendeten Prüfstrahlen werden auf die Linse 1 gerichtet und gelangen nach dem Durchgang durch die Linse zu dem Sensorsystem 3, welches in der hier beschriebenen Ausführungsform ein Intensitätssensor in der Form einer CCD-Kamera ist.
Durch die in 1 gezeigte Anordnung wird ein kartesisches Koordinatensystem festgelegt, dessen x- und z-Achse parallel zur Ebene des Messtisches M liegen und dessen y-Achse sich senkrecht nach oben aus dem Messtisch erstreckt. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es erforderlich, dass die Beleuchtungseinrichtung 2 in x-Richtung und in y-Richtung verschiebbar ist, was in 1 schematisiert durch den Doppelpfeil A1 angedeutet ist. Hierzu ist die Beleuchtungseinrichtung 2 auf einem entsprechenden Positionierungssystem 4 befestigt, welches über entsprechende Verfahrschienen eine Änderung der Position der Beleuchtungseinrichtung in der durch die x- und y-Achse aufgespannten Ebene ermöglicht.
Zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ferner notwendig, dass die durch die Beleuchtungseinrichtung 2 erzeugten Prüfstrahlen, welche über die Linse 1 zum Sensorsystem 3 gelangen, in unterschiedlichen, zueinander versetzten Detektionsebenen erfasst werden. Um dies zu erreichen, wird in der hier beschriebenen Ausführungsform der Intensitätssensor 3 auf einer entsprechenden Verschiebeanordnung befestigt, welche eine Verschiebung des Sensors in die z-Richtung gewährleistet. Die Verschiebbarkeit des Sensors ist in 1 durch den Doppelpfeil A2 angedeutet. Die Positionierung der Beleuchtungseinrichtung 2 und des Sensors 3 in Bezug auf die Linse 1 sowie die Auswertung der durchgeführten Messungen wird mit Hilfe einer Rechnereinheit 6 bewerkstelligt, die in 1 nur schematisiert angedeutet ist. Die Rechnereinheit umfasst hierbei einen Personalcomputer 6a, der mit einem entsprechenden Monitor 6b verbunden ist, auf dem die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens angezeigt werden. Die Verbindung der Rechnereinheit 6 zur Beleuchtungseinrichtung 2 und zum Sensor 3 ist in 1 schematisiert durch gestrichelte Linien angedeutet. Durch Steuerbefehle von der Rechnereinheit 6 können die Beleuchtungseinrichtung 2 und der Sensor 3 über das Positionierungssystem 4 und die Verschiebeanordnung 5 automatisiert in unterschiedliche räumliche Positionen verfahren, wobei hierzu entsprechende elektrische Motoren in dem Positionierungssystem 4 bzw. der Verschiebeanordnung 5 vorgesehen sind.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst die Beleuchtungseinrichtung 2 und das Sensorsystem 3 in Bezug auf die Linse 1 derart justiert, dass ein von der Einrichtung 2 ausgesendeter Prüfstrahl genau durch die optische Achse verläuft und zentral auf dem Pixelfeld der CCD-Kamera 3 erfasst wird. Die derart eingestellte Position entspricht der Referenzposition im Sinne von Anspruch 1. Die Einstellung dieser Position kann entweder automatisiert durch ein entsprechendes Programm in der Rechnereinheit 6 erreicht werden oder durch manuelle Verstellung der Beleuchtungseinrichtung 2 bzw. des Sensors 3 durch einen Benutzer, der diese Komponenten in verschiedene Positionen verfährt und die Veränderung der Lage des Prüfstrahls nach Durchgang durch die Linse beobachtet. Die Lage des Prüfstrahls wird dabei über seine Intensitätsverteilung auf den Sensor 3 erfasst und mit Hilfe des Computers 6a für den Benutzer auf dem Monitor 6b sichtbar gemacht.
Die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der oben definierten Referenzposition ist nochmals aus der Seitenansicht der 2 ersichtlich. In 2 ist insbesondere die optische Achse O eingezeichnet, welche in der Referenzposition zentral durch die Beleuchtungseinrichtung 2, die auf einem Sockel 7 angeordnete Linse 1 und das Sensorsystem 3 verläuft. In 2 ist ferner schematisiert das Positionierungssystem für die Beleuchtungseinrichtung 2 gezeigt. Dieses System umfasst eine Horizontalverfahrschiene 4a zum Verfahren der Beleuchtungseinrichtung in x-Richtung und eine Vertikalverfahrschiene 4b zum Verfahren der Beleuchtungseinrichtung in y-Richtung. Darüber hinaus ist schematisiert die Verschiebeanordnung in der Form einer Horizontalverfahrschiene 5a zum Verfahren der Sensors 3 in z-Richtung angedeutet, wobei die Schiene 5a auf einem entsprechenden Sockel 5b angeordnet ist.
Nach dem Einstellen der Referenzposition ist in der Rechnereinheit 6 das Bezugssystem für den weiteren Ablauf des Verfahrens festgelegt. Es wird nunmehr in einem ersten Messschritt die Beleuchtungseinrichtung 2 senkrecht zur optischen Achse O in x-Richtung und y-Richtung an verschiedene Messpositionen auf der Linse 1 verfahren. Vorzugsweise erfolgt dieser Vorgang automatisiert über ein entsprechendes Programm in der Rechnereinheit 6, wobei durch das Programm ein entsprechendes Raster an Messpunkten vorgegeben ist. Dieses Raster ist durch vorbestimmte Abstände der Messpunkte zueinander definiert und vorzugsweise derart gewählt, dass im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der Linse 1 abgerastet wird. Typische Rasterungen sind rechteckige Felder aus 10 × 10 oder 50 × 50 oder 100 × 100 Messpunkten.
3 zeigt schematisiert eine Detektionsebene 10 in dem Sensorsystem 3, welche in der hier beschriebenen Ausführungsform das Pixelfeld einer CCD-Kamera darstellt. Es ist ein Szenario gezeigt, bei dem ein Prüfstrahl auf das Detektionsfeld auftrifft. Es wird hierbei eine entsprechende Intensitätsverteilung 8 des Prüfstrahls erfasst, und mit Hilfe der Rechnereinheit 6 wird dann der Schwerpunkt 9 des Prüfstrahls berechnet. Dieser Schwerpunkt ist die Auftreffposition des Prüfstrahls auf die Detektionsebene 10 im Sinne von Anspruch 1. Die Schwerpunktbestimmung der Intensitätsverteilung erfolgt hierbei nach bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik.
Wie oben erwähnt wurde, werden in einem ersten Messschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens Messpunkte auf der Linse mit Hilfe des Prüfstrahls abgerastert. Hierbei befindet sich die Detektionsebene 10 des Sensors 3 in einer ersten Beobachtungsebene. In dieser Beobachtungsebene werden dann alle Messpositionen auf der Linse durch Verschieben der Beleuchtungseinrichtung 2 abgefahren, wobei in jeder Position mit der anhand der in 3 erläuterten Schwerpunktsberechnung die Auftreffposition des entsprechenden Prüfstrahls in der ersten Beobachtungsebene erfasst wird. Nach dem Abrastern aller Messpunkte auf der Linse 1 und der Erfassung der entsprechenden Auftreffpositionen wird die Detektionsebene 10 in weitere Positionen entlang der z-Richtung verschoben, wobei in jeder der einzelnen Positionen wiederum alle Messpunkte auf der Linse abgerastet werden und die entsprechenden Auftreffpositionen der Prüfstrahlen auf der Detektionsebene erfasst werden.
Das soeben beschriebene Vorgehen ist nochmals schematisiert in 4 angedeutet. In 4 bezeichnet die Ebene z = 0 die Ebene auf der Linse 1, auf der sich die abzurasternden Messpunkte befinden. In 4 ist auf dieser Ebene einer dieser Messpunkte (x_i; y_j) dargestellt. Durch diesen Messpunkt verläuft der entsprechende Prüfstrahl P_ij, der senkrecht auf die Ebene z = 0 fällt und durch die Linse abgelenkt wird. Das Sensorsystem wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in die unterschiedlichen Detektionsebenen z₀, z₁, ..., z_k verfahren. Für jeden Messpunkt (x_i; y_j) wird dann in jeder der Ebenen z₀, z₁, ..., z_k der entsprechende Schwerpunkt der Intensitätsverteilung SP_ij ⁰, SP_ij ¹, ..., SP_ij ^k bestimmt. Die Positionen der Schwerpunkte, welche den Auftreffpositionen des Prüfstrahls P_ij entsprechen, werden in der Rechnereinheit 6 verarbeitet, wobei durch lineare Regression der räumliche Verlauf des Prüfstrahls P_ij nach Passieren der Linse berechnet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren liefert somit für alle Messpunkte (x_i; y_j) einen entsprechenden Verlauf der Prüfstrahlen P_ij. Im Idealfall einer abbildenden Linse ohne Linsenfehler laufen alle Prüfpunkte P_ij in einem Brennpunkt zusammen, da alle Prüfstrahlen beim Auftreffen auf die Messebene z = 0 parallel verlaufen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können nunmehr durch hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannte Berechnungen Abweichungen von diesem Idealfall und entsprechende Linsenfehler ermittelt werden. Insbesondere kann die Form der Wellenfront nach Durchgang durch die Linse bestimmt werden. Die Berechnungen werden vorzugsweise mit Hilfe von Zernicke-Polynomen durchgeführt, wobei die Koeffizienten der Polynome entsprechende Linsenfehler angeben. In der hier beschriebenen Ausführungsform ist aufgrund der räumlichen Lage der einzelnen Prüfstrahlen P_ij das Gradientenfeld der Wellenfront bekannt, woraus über die Ableitungen der Zernicke-Polynome die entsprechenden Koeffizienten numerisch bestimmt werden können. Die Berechnungen werden durch ein entsprechendes Programm in dem Computer 6a durchgeführt und die Ergebnisse werden an dem Monitor 6b angezeigt. Anstatt der Ermittlung der Wellenfront über Zernicke-Polynome können auch beliebige andere aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Ermittlung der Form der Wellenfront herangezogen werden.
Wie sich aus den vorangegangenen Ausführungen ergibt, liefert das erfindungsgemäße Verfahren auf sehr einfache Weise durch die Verwendung von Prüfstrahlen Informationen über die optischen Eigenschaften einer optischen Komponente. Insbesondere muss bei dem Verfahren keine weitere Optik zur Vermessung verwendet werden und es kann eine sehr hohe Ortsauflösung durch ein feines Abrastern von einzelnen Messpunkten auf der zu analysierenden optischen Einrichtung erreicht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wurde im Vorangegangen am Beispiel einer zu analysierenden Linse beschrieben, jedoch kann das Verfahren auch zur Charakterisierung von nicht abbildenden optischen Elementen und Systemen sowie von Proben eingesetzt werden, deren Eigenschaften nicht bekannt sind. Mit dem Verfahren können auch reflektierende optische Systeme vermessen werden, wobei in diesem Fall der an dem optischen System reflektierte Prüfstrahl von dem Sensorsystem erfasst wird und die Beleuchtungseinrichtung, die optische Komponente und das Sensorsystem nicht in einer Linie angeordnet sind.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, wobei bei diesen Ausführungsformen ein reflektierendes Messobjekt analysiert wird.
5 zeigt eine schematische Draufsicht von oben auf eine Vorrichtung ähnlich zu 1, wobei gleiche Komponenten mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Die Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen erfüllen dabei die gleiche Funktion wie in 1 und werden deshalb nicht mehr detailliert erläutert. Der Unterschied der zweiten Ausführungsform der 5 gegenüber der Ausführungsform der 1 besteht darin, dass keine Linse 1 mehr vermessen wird, sondern ein reflektierendes, keilförmiges Objekt 1'. Es existiert somit keine einheitliche optische Achse O mehr, sondern das Messsystem umfasst eine erste Achse O1 zwischen der Beleuchtungseinrichtung 2 und dem Messobjekt 1' sowie eine zweite Achse O2 zwischen dem Messobjekt 1' und der Verschiebeanordnung 5. In 5 ist die Messvorrichtung in ihrer Referenzposition angeordnet und die Vermessung erfolgt nunmehr durch Abrastern der Oberfläche des reflektierenden Messobjekts 1', indem mittels des Positionierungssystems 4 die Beleuchtungseinrichtung in die durch den Doppelpfeil A1 wiedergegebenen Richtungen verschoben wird. Für jede eingestellte Position wird hierbei der Strahlverlauf nach Reflexion an dem Messobjekt 1' dadurch erfasst, dass das Sensorsystem 3 über die Verschiebeanordnung 5 in Richtung des Doppelpfeils A2 verschoben wird. Hierdurch wird – analog wie in der Ausführungsform der 1 – die Lage des Prüfstrahls über seine Intensitätsverteilung auf dem Sensor 3 erfasst und mit Hilfe des Computers 6a auf dem Monitor 6b sichtbar gemacht.
6 zeigt die Seitenansicht der Vorrichtung der 5. Der Aufbau der einzelnen Komponenten des Messsystems in 6 entspricht dem Aufbau der Komponenten in 2 und es werden wiederum die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Komponenten verwendet. Analog zu der Vorrichtung aus 2 ist ein Sockel 7 vorgesehen, auf dem die zu vermessende optische Einrichtung, welche in 6 das reflektierende Messobjekt 1' ist, angeordnet wird. Insbesondere ist aus 6 ersichtlich, dass das Positionierungssystem 4 für die Beleuchtungseinrichtung 2 eine Horizontalverfahrschiene 4a und eine Vertikalverfahrschiene 4b umfasst. Darüber hinaus erkennt man, dass die Verschiebeanordnung 5 für den Sensor 3 aus einer Horizontalverfahrschiene 5a besteht, welche auf einem Sockel 5b angeordnet ist.
7 verdeutlicht nochmals das Prinzip der Verschiebung der Detektionsebenen, welches im Vorangegangenen bereits im Bezug auf 4 erläutert wurde. Im Unterschied zur 4 bezeichnet die Ebene z = 0 nunmehr eine beliebige Ebene im Prüfstrahlverlauf P¹ _ij von der Beleuchtungseinrichtung hin zum Messobjekt 1'. Der an dem Messobjekt 1' reflektierte Prüfstrahl P² _ij wird dann in gleicher Weise wie in 4 durch mehrere Detektionsebenen z₀, z₁, ..., z_k erfasst.
8 zeigt in Draufsicht eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Analyse einer optischen Komponente. Analog zur zweiten Ausführungsform wird ebenfalls wieder ein reflektierendes Messobjekt 1' vermessen. Die Anordnung unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform dadurch, dass ein Strahlteiler 11 in dem Strahlengang P¹ _ij von der Beleuchtungseinrichtung 2 hin zum Messobjekt 1' angeordnet ist. Der Strahlteiler ist hierbei im 45° Winkel zur Richtung P¹ _ij positioniert. Hierdurch wird es ermöglicht, dass die Sensoreinrichtung 3 im Wesentlichen senkrecht zur Beleuchtungseinrichtung 2 und zum Messobjekt 1' positioniert werden kann. Der Sensor 3 wird in die durch den Doppelpfeil A2 angedeuteten Richtungen verschoben, um den Prüfstrahl in den verschiedenen Detektionsebenen z₀, z₁, z₂ bzw. z₃ zu erfassen. In der Ausführungsform der 8 ist der Strahlteiler 11 ein halbdurchlässiger Spiegel, welcher die von der Beleuchtungseinrichtung 2 ausgesendete Strahlung hin zum Messobjekt 1' durchlässt, wohingegen die vom Messobjekt reflektierte Strahlung am Strahlteiler hin zum Sensor 3 reflektiert wird. Analog zu den vorangegangenen Ausführungsformen wird das Messobjekt 1' durch die Bewegung der Beleuchtungseinrichtung 2 abgerastert, die durch den Doppelpfeil A1 angedeutet ist.
9 zeigt in Draufsicht eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche in ihren wesentlichen Komponenten der Ausführungsform der 8 entspricht. Es wird deshalb auf eine detaillierte Beschreibung der 9 verzichtet. Der Unterschied der 9 gegenüber der 8 besteht darin, dass zum Abrastern des reflektierenden Messobjekts 1' nicht die Beleuchtungsvorrichtung 2 verschoben wird, sondern das Messobjekt 1' selbst in unterschiedliche Positionen gebracht wird, wie durch den Doppelpfeil A1' angedeutet ist. In der Ausführungsform der 9 ist somit ein (nicht gezeigtes) Positionierungsmittel für das Messobjekt 1' vorgesehen, welches das Messobjekt in die Richtung des Doppelpfeils A1' sowie ggf. auch in Richtungen senkrecht zu A1' bewegen kann. Darüber hinaus ist es möglich, dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sowohl die Beleuchtungseinrichtung 2 als auch das Messobjekt 1' mit entsprechenden Positionierungsmitteln gegeneinander verschoben werden können.

Claims

Verfahren zur Analyse einer optischen Einrichtung (1, 1'), mit folgenden Schritten: a) eine Beleuchtungseinrichtung (2), welche einen Prüfstrahl (P_ij) erzeugt, die optische Einrichtung (1, 1') und eine ortsauflösende Sensoreinrichtung (3), welche den Prüfstrahl (P_ij) detektiert, werden in einer Referenzposition zueinander angeordnet, wobei die Referenzposition einen Referenzstrahlverlauf festlegt, der eine erste Richtung umfasst, welche die Richtung des in der Referenzposition von der Beleuchtungseinrichtung (2) ausgesendeten und auf die optische Einrichtung (1, 1') gerichteten Prüfstrahls (P_ij) ist, sowie eine zweite Richtung, welche die Richtung des in der Referenzposition von der Sensoreinrichtung (3) empfangenen Prüfstrahls (P_ij) nach Passieren der optischen Einrichtung (1, 1') ist; b) der von der Beleuchtungseinrichtung (2) ausgesendete Prüfstrahl (P_ij) wird in mehreren Relativpositionen in Bezug auf die Referenzposition derart angeordnet, dass die Richtung des Prüfstrahls (P_ij) in der jeweiligen Relativposition versetzt zur ersten Richtung ist und/oder die Beleuchtungseinrichtung (2) und die optische Einrichtung (1, 1') in der jeweiligen Relativposition gegenüber der Referenzposition zueinander versetzt sind, wobei der Prüfstrahl auf einen der jeweiligen Relativposition zugeordneten Messpunkt (x_i; y_j) auf der optischen Einrichtung (1, 1') trifft; c) für eine jeweilige Relativposition wird die Auftreffposition (SP_ij ⁰, SP_ij ¹, ..., SP_ij ^k) des Prüfstrahls (P_ij) nach Passieren der optischen Einrichtung (1, 1') auf einer oder mehreren, entlang der zweiten Richtung zueinander versetzten Detektionsebenen (z₀, z₁, ..., z_k) durch die Sensoreinrichtung (3) detektiert; d) aus den in Schritt c) detektierten Auftreffpositionen (SP_ij ⁰, SP_ij ¹, ..., SP_ij ^k) wird der Strahlverlauf des Prüfstrahls (P_ij) nach Passieren der optischen Einrichtung (1, 1') für jede Relativposition ermittelt und hieraus werden optische Eigenschaften der optischen Einrichtung (1, 1') berechnet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfstrahl (P_ij) durch die optische Einrichtung (1, 1') hindurchtritt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (1, 1') eine Linse umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfstrahl (P_ij) an der optischen Einrichtung gestreut und/oder reflektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (1, 1') ein reflektierendes Messobjekt (1') umfasst, insbesondere einen Wafer und/oder ein Blech und/oder ein Teil eines mikromechanischen Sensors.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Beleuchtungseinrichtung (2) und der optischen Einrichtung (1, 1') ein Strahlteiler (11) positioniert wird, welcher einen von der Beleuchtungseinrichtung (2) ausgesendeten Prüfstrahl (P¹ _ij) zumindest teilweise durchlässt und einen von der optischen Einrichtung (1, 1') reflektierten Prüfstahl (P² _ij) zumindest teilweise reflektiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die Richtung des von der Beleuchtungseinrichtung (2) ausgesendeten Prüfstrahls (P_ij) in der jeweiligen Relativposition parallel zur ersten Richtung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den in Schritt d) ermittelten Strahlverläufen der Prüfstrahlen (P_ij) das Gradientenfeld der optischen Wellenfront und/oder die optische Wellen front nach Passieren der optischen Einrichtung (1, 1') und/oder von der optischen Wellenfront abhängige Größen berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der optischen Wellenfront und/oder davon abhängiger Größen Zernicke-Polynome verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Strahlverlauf eines jeweiligen Prüfstrahls (P_ij) durch lineare Regression der Auftreffpositionen (SP_ij ⁰, SP_ij ¹, ..., SP_ij ^k) des jeweiligen Prüfstrahls (P_ij) auf den Detektionsebenen (z₀, z₁, ..., z_k) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Referenzposition der Referenzstrahlverlauf im Wesentlichen dem Verlauf der optischen Achse (O) der optischen Einrichtung (1, 1') entspricht und die erste Richtung mit der zweiten Richtung des Referenzstrahlverlaufs übereinstimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Prüfstrahls (P_ij) in mehreren Relativpositionen in Bezug auf die Referenzposition durch Verschieben der Beleuchtungseinrichtung (2) und/oder der optischen Einrichtung (1, 1') erreicht wird, insbesondere in einer zur ersten Richtung im Wesentlichen senkrechten Ebene.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den jeweiligen Prüfstrahlen (P_ij) zugeordneten Messpunkte (x_i; y_j) im Wesentlichen rasterförmig mit vorgegebenen Abständen zueinander auf der optischen Einrichtung (1, 1') positioniert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Detektionsebenen (z₀, z₁, ..., z_k) im Wesentlichen senkrecht zur zweiten Richtung angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehende Ansprüche, bei dem die Auftreffpositionen (SP_ij ⁰, SP_ij ¹, ..., SP_ij ^k) der jeweiligen Prüfstrahlen (P_ij) auf einer Detektionsebene (z₀, z₁, ..., z_k) durch Auswerten der von der Sensoreinrichtung (3) auf der Detektionsebene (z₀, z₁, ..., z_k) erfassten Intensitätsverteilung (8) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auswerten der Intensitätsverteilung der Schwerpunkt der Intensitätsverteilung bestimmt wird, wobei die Position dieses Schwerpunkts der Auftreffposition (SP_ij ⁰, SP_ij ¹, ..., SP_ij ^k) des jeweiligen Prüfstrahls (P_ij) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zueinender versetzten Detektionsebenen (z₀, z₁, ..., z_k) durch Verschieben der Sensoreinrichtung (3) entlang der zweiten Richtung eingestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung der Schritte b) und c) des Anspruchs 1 die einzelnen Detektionsebenen (z₀, z₁, ..., z_k) aufeinander folgend eingestellt werden, wobei nach Einstellung einer Detektionsebene (z₀, z₁, ..., z_k) der Prüfstrahl (P_ij) in im Wesentlichen allen Relativpositionen angeordnet wird, so dass im Wesentlichen alle Auftreffpositionen (SP_ij ⁰, SP_ij ¹, ..., SP_ij ^k) des Prüfstrahls (P_ij) in der eingestellten Detektionsebene detektiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Prüfstrahlen (P_ij) eine Beleuchtungseinrichtung (2) umfassend eine Lichtquelle, einen Kollimator und eine Apertur verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (2) eine Weißlichtquelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Spektralfilter in die Strahlverläufe der Prüfstrahlen (P_ij) eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schritte a) bis d) des Verfahrens nach Anspruch 1 für unterschiedliche Wellenlängen des Prüfstrahls (P_ij) wiederholt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Prüfstrahlen (P_ij) eine Beleuchtungseinrichtung (2) umfassend einen Laser verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoreinrichtung (3) zur Detektion der Auftreffpositionen (SP_ij ⁰, SP_ij ¹, ..., SP_ij ^k) der Prüfstrahlen (P_ij) eine CCD-Kamera und/oder eine Zeilenkamera und/oder eine Photodiodenanordnung verwendet werden.
Vorrichtung zur Analyse einer optischen Einrichtung (1, 1') mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: – eine Beleuchtungseinrichtung (2) zur Erzeugung eines Prüfstrahls (P_ij); – eine ortsauflösende Sensoreinrichtung (3) zum Detektieren des Prüfstrahls (P_ij) nach Passieren der optischen Einrichtung (1, 1'); – wobei die zu analysierende optischen Einrichtung, die Beleuchtungseinrichtung (2) und die Sensoreinrichtung (3) zueinander in einer Referenzposition anordenbar sind, wobei die Referenzposition einen Referenzstrahlverlauf festlegt, der eine erste Richtung umfasst, welche die Richtung des in der Referenzposition von der Beleuchtungseinrichtung (2) ausgesendeten und auf die optische Einrichtung (1, 1') gerichteten Prüfstrahls (P_ij) ist, sowie eine zweite Richtung, welche die Richtung des in der Referenzposition von der Sensoreinrichtung (3) empfangenen Prüfstrahls nach Passieren der optischen Einrichtung (1, 1') ist; – ein Positionierungsmittel (4) zum Anordnen des von der Beleuchtungseinrichtung (2) ausgesendeten Prüfstrahls (P_ij) in mehreren Relativpositionen in Bezug auf die Referenzposition derart, dass die Richtung des Prüfstrahls (P_ij) in der jeweiligen Relativposition versetzt zur ersten Richtung ist und/oder die Beleuchtungseinrichtung (2) und die optische Einrichtung (1, 1') in der jeweiligen Relativposition gegenüber der Referenzposition zueinander versetzt sind, wobei der Prüfstrahl auf einen der jeweiligen Relativposition zugeordneten Messpunkt (x_i; y_j) auf der optischen Einrichtung (1, 1') trifft; – wobei die Sensoreinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie für jede Relativposition die Auftreffposition (SP_ij ⁰, SP_ij ¹, ..., SP_ij ^k) des Prüfstahls (P_ij) nach Passieren der optischen Einrichtung (1, 1') auf einer oder mehreren entlang der zweiten Richtung zueinander versetzten Detektionsebenen (z0, z1, ..., zk) detektiert; – eine Rechnereinheit (6), welche derart ausgestaltet ist, dass sie aus den durch die Sensoreinrichtung (3) detektierten Auftreffpositionen (SP_ij ⁰, SP_ij ¹, ..., SP_ij ^k) den Strahlverlauf des Prüfstrahls (P_ij) nach Passieren der optischen Einrichtung (1, 1') für jede Relativposition ermittelt und hieraus optische Eigenschaften der optischen Einrichtung (1, 1') berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungsmittel (4) derart ausgestaltet ist, dass es die Beleuchtungseinrichtung (2) und/oder der optischen Einrichtung (1, 1') zum Anordnen des Prüfstrahls (P_ij) in verschiedenen Relativpositionen verschiebt, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung.
Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschiebemittel (5) zum Verschieben der Sensoreinrichtung (3) vorgesehen ist, um verschiedene Detektionsebenen (z₀, z₁, ..., z_k) einzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungsmittel (4) und/oder das Verschiebemittel (5) von der Rechnereinheit (6) gesteuert werden, so dass automatisiert die verschiedenen Relativpositionen und/oder Detektionsebenen (z₀, z₁, ..., z_k) eingestellt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Beleuchtungseinrichtung (2) und der optischen Einrichtung (1, 1') ein Strahlteiler (11) angeordnet ist, welcher einen von der Beleuchtungseinrichtung (2) ausgesendeten Prüfstrahl (P¹ _ij) zumindest teilweise durchlässt und einen von der optischen Einrichtung (1, 1') reflektierten Prüfstahl (P² _ij) zumindest teilweise reflektiert.