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Physikalisch-Technische Bundesanstalt

FachabteilungenAbt. 4 Optik 4.2 Bild- und Wellenoptik4.21 Form- und Wellenfrontmetrologie > ESAD
Form- und Wellenfrontmetrologie
Arbeitsgruppe 4.21

Extended Shear Angle Difference (ESAD)-Messanlage zur hochgenauen Ebenheitsmessung

In der Arbeitsgruppe wurde ein auf der Winkelmessung beruhendes Shearing-Verfahren entwickelt, das die  hochgenaue und rückführbare Messung der Topographie planer und schwach gekrümmter optischer Flächen ermöglicht.

Bei dem sog. ESAD (Extended Shear Angle Difference) handelt es sich um ein scannendes Verfahren, das auf der Messung von Differenzen von Reflexionswinkeln basiert und damit die Deflektometrie mit der (z. B. aus der Interferometrie bekannten) Shearing-Technik kombiniert [1-4]. Im Gegensatz zur konventionellen Interferometrie ist die ESAD-Methode nicht auf eine externe Referenzfläche mit bekannter Topographie angewiesen. ESAD nutzt stattdessen die geradlinige Ausbreitung des Lichts als natürliche und hochgenaue Referenz. Das Verfahren stellt damit neben dem Dreiplattentest, einen prinzipiell unabhängigen Zugang zur hochgenauen Ebenheitsmessung dar.

In Abb. 1 ist u. a. die Shearing-Einheit für die Winkeldifferenzmessung der ESAD-Messanlage dargestellt. Die hochgenauen Winkelmessungen werden mit einem an der PTB kalibrierten hochpräzisen Autokollimator durchgeführt. Aus den Winkeldifferenz­messungen werden anschließend die lokalen Steigungswinkel rekonstruiert und durch Integration die Topographie bestimmt.

 

Abb. 1: Die ESAD-Messanlage

Die Abb. 2  zeigt exemplarisch Messungen der ESAD-Anlage an einem sehr ebenen Prüfling, der als Transfer-Standard für die Ebenheit dient. Es werden hier Standard-Messunsicherheiten für die Topographiewerte von besser als 0,5 nm bei einer Scanlänge von 130 mm erreicht.

Abb. 2: Messungen eines Transferstandards mit der ESAD-Anlage. (a) Rekonstruierte lokale Steigungswinkel; (b) resultierende Topographie (2.8 nm pv); (c) Abweichung individueller Topographiescans vom Mittel (Wiederholbarkeit 0.16 nm rms); (d) Foto des Ebenheits-Transferstandards.

Die ESAD-Methode ist somit optimal geeignet, eine ultrapräzise Primärapparatur für Geradheit und Ebenheit mit einer Messunsicherheit im Sub-nm-Bereich zu sein. Mit Hilfe sekundärer Transfernormale in Form stabiler Kalibrierflächen, die mit der ESAD-Methode hochgenau vermessen werden, ist dann die rückführbare Kalibrierung  z. B. von Interferometern möglich.

Die bestehende Anlage kann jedoch Prüflinge nur mit begrenzten Größen von 400 mm und begrenzten Massen von einigen Kilogramm aufnehmen. Darüber hinaus können mit dieser Anlage nur liegende Prüflinge gemessen werden. Deshalb wir zur Zeit ein neues Ebenheitsmesssystem u. a. mit deutlich verbesserten mechanischen Führungen, das dann sowohl liegende als auch stehende Prüflinge bis zu einer Länge von 1000 mm messen kann, aufgebaut (siehe „Neues Ebenheitsmesssystem DFR“).


Ansprechpartner

Dr.-Ing. Gerd Ehret
Tel.: 0531 592-4211
Fax: 0531 592-4218
E-Mail: Gerd Ehret
Dr. Michael Schulz
Tel.: 0531 592-4210
Fax: 0531 592-4218
E-Mail: Michael Schulz

© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2011-01-10, Webmaster Abteilung 4 Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF