Schnelle Formerfassung durch Messung der wechselseitigen Kohärenzfunktion mit einem Scher-Interferometer (Gamma-Profilometrie)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes Γ-Profilometrie wurde eine neue Messtechnik zur Formerfassung entwickelt und untersucht. Die Technik basiert auf der raum-zeitlichen Abtastung der Kohärenzfunktion von partiell kohärentem Licht, das zuvor an einer Prüflingsoberfläche reflektiert bzw. gestreut wurde. Eine Referenzwelle ist hierbei nicht erforderlich, was das Verfahren robust gegenüber mechanischen Schwingungen macht. Durch die eingeschränkte zeitliche Kohärenz sind, ähnlich wie bei der Weißlichtinterferometrie, Messungen über ausgedehnte Eindeutigkeitsbereiche mit Messunsicherheiten deutlich im Submikrometerbereich möglich. Folgende Ergebnisse wurden erzielt: • Ein Modell, das den Zusammenhang zwischen Höhendifferenzen auf der Prüflingsoberfläche und zeitlichen Verschiebungen der Kohärenzfunktion des reflektierten Lichtes beschreibt. • Der Nachweis, dass sich dieses Modell unter der Annahme, dass die Rauheit Ra den Grenzwert von 2 μm nicht deutlich übersteigt durch eine einfache Skalierung mit der Speckleamplitude auch für raue Oberflächen erweitern lässt. • Eine Versuchsanordnung zur raum-zeitlichen Abtastung der Kohärenzfunktion bestehend aus einem Scherinterferometer, das zusätzlich zur lateralen Verschiebung (Scherung) auch eine relative Verstimmung der optischen Wege der beiden zur Überlagerung gebrachten Bilder ermöglicht. Die Einstellung des optischen Weges geschieht dabei mit einem Soleil-Babinet-Kompensator (SBK). Als Lichtquelle dient eine Leuchtdiode, deren Licht eine Kohärenzlänge von ca. 20 μm aufweist. • Ein numerisches Integrationsverfahren mit dem auf Basis der ermittelten Höhendifferenzen die Form des Objektes ermittelt werden kann. • Der experimentelle Nachweis des Verfahrens anhand eines reflektierenden Stufenobjektes. Dabei konnte eine Messunsicherheit von σ = +/-84 nm über einem Eindeutigkeitsbereich von 60 μm erreicht werden. • Der experimentelle Nachweis des Verfahrens anhand eines Stufenobjektes an einer rauen Oberfläche mit Ra = 0.25 μm mit einer Messunsicherheit im Bereich der Rauheit.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Quantitative phase contrast im-aging using a Nomarski microscope with variable shear distance, Proc. SPIE, 9718, 97182I-1-7 (2016)
Falldorf, C; Agour, M; Kötter, J; Bergmann, R B
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Coherent imaging using the mutual intensity function, SPIE-Proc. Face2Phase 2017, 32 (2017)
Falldorf, C; Agour, M; Bergmann, R B
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Spatio-temporal sampling of the coherence function for step height measurements, Proc. SPIE, 10749, 107490Y-1-8 (2018)
Falldorf, C; Hyra, A; Simic, A; Bergmann, R B
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Γ-profilometry: A new paradigm for precise optical metrology, Opt. Exp. 29 (22), 36100-36110, (2021)
Falldorf, C.; Agour, M.; Bergmann, R. B.: Γ-profilometry
