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DE2016529C - Method of measuring the unevenness of the surface of an object - Google Patents

Method of measuring the unevenness of the surface of an object

Info

Publication number
DE2016529C
DE2016529C DE2016529C DE 2016529 C DE2016529 C DE 2016529C DE 2016529 C DE2016529 C DE 2016529C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light beam
interference
point
wedge
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
Other languages
German (de)
Inventor
Tadao Ito Yoshinobu Tokio Tsuruta
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nippon Kogaku KK
Publication date

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Description

In die Brennebene 4 des Objektivs 3 wird ein Punktbild 8 mit Hilfe des am Spiegel H reflektierten Lichtstiahlbündels 7 fokussiert. Das Punktbild 8 kann von der Punktbildgruppe 6 durch entsprechendes Kippen des reflektierenden Spiegels 9 einen ausreichenden Abstand erhalten.A point image 8 is focused in the focal plane 4 of the objective 3 with the aid of the light beam 7 reflected on the mirror H. The point image 8 can be spaced sufficiently from the point image group 6 by tilting the reflecting mirror 9 accordingly.

Eine Trockenplatte 10 (Hologramm) wird in einem Gebiet angeordnet, wo sich die Lichtstrahlbündel 5 und 7 räumlich überlagern, und wird belichtet. Nach der Entwicklung wird das Hologramm wieder in die gleiche Lage gebracht und nun durch das Lichtstrahlbündel7 allein beleuchtet. Dann wird bekanntlich nach dem Prinzip der Holografie das Lichtstrahlbündel 5 wiedergewonnen, so daß man die Punktbildgruppe 6 erhalten kann. 'A dry plate 10 (hologram) is placed in an area where the light beam 5 and 7 overlay spatially, and is exposed. After the development, the hologram is put back into the brought the same position and now illuminated by the light beam7 alone. Then it will be known the light beam 5 recovered according to the principle of holography, so that the point image group 6 can get. '

Wenn der Luftkeil als Ganzes um einen Winkel Φ gedreht wird, wird die Punktbildgruppe 6 des Lichtstrahlbündels 5 um 2/Φ verschoben. Durch geeignete Wahl des Winkels Φ kann das /n-te Punktbild vollständig in Übereinstimmung mit dem wiedergewon- ao nenen η-ten Punktbild gebracht werden. Dabei sind m und η jeweils positive ganze Zahlen und bedeuten die Anzahl der Reflexionen zwischen den Gegenständen 1 und 2. Das heißt, bei einer Beleuchtung des Hologramms mit der durch die Drehung Φ ge- as änderten Objektivinformation entsteht bei der Rekonstruktion die Differenzinformation, was bedeutet, daß die Unvollkommenheiten des gesamten Meßsystems herausfallen. Andere Bilder mit Ausnahme dieser beiden, die aus dem /η-ten Punktbild und dem wiedergewonnenen n-Punktbild bestehen, werden an der Brennebene durch die Spaltblende 11 abgeschirmt. Wenn der Keil beobachtet wird, sieht man die Interferenzstreifen. Das Bild der Interferenzsireifen gibt die Konturen der Unebenheit zwischen den ebenen Oberflächen 1 und 2 an, wobei die Differenz zwischen dem erhabenen und dem vertieften Teil der Oberflächen, die durch benachbarte Streifen gegeben ist, durchIf the air wedge is rotated as a whole by an angle Φ , the point spread group 6 of the light beam 5 is shifted by 2 / Φ. By suitable selection of the angle Φ , the / n-th point spread can be brought completely into agreement with the recovered η-th point spread. Here, m and η are positive integers and mean the number of reflections between objects 1 and 2. That is, if the hologram is illuminated with the lens information changed by the rotation Φ as, the reconstruction results in the difference information, which means that the imperfections of the entire measuring system fall out. Other images other than these two, consisting of the / η-th point image and the recovered n-point image, are shielded by the slit 11 at the focal plane. When the wedge is observed, the interference fringes can be seen. The image of the interference tires indicates the contours of the unevenness between the flat surfaces 1 and 2, the difference between the raised and the depressed part of the surfaces, which is given by adjacent strips, through

angegeben wird, wobei λ die Wellenlänge des verwendeten Lichts ist.where λ is the wavelength of the light used.

Beim Ausführungsbeispiel nach F1 g. 1 ist es unmöglich, die Sichtbarkeit der Interferenzstreifen dadurch zu erhöhen, daß die Intensität beider Lichtstrahlen, die miteinander interferieren, gleichgemacht wird.In the embodiment according to F1 g. 1 it is impossible to increase the visibility of the interference fringes by increasing the intensity of both light rays, that interfere with each other is made equal.

Dies wird mit der Ausführungsform nach F i g. 2 erreicht. In den einen der beiden optischen Wege wird eine Halbwellenlängenplatte 12 eingesetzt, wenn das Bild wiedergewonnen wird, so daß die Schwingungsebene des Lichts um einen Winkel von 90' im Verhältnis zur Ebene des anderen Lichts gedreht wird. In das optische System wird ein Polarisator 13 zur Beobachtung der Interferenzstreifen eingesetzt. Er wird so gedreht, daß die Interferenzstreifen mit einem hohen Grad an Sichtbarkeit beobachtet werden können. Wenn die Oberfläche 1 eine vollständig ebene Referenzoberfläche hat, kann sie durch einen Gegenstand ersetzt werden, dessen Oberfläche gemessen werden soll, so daß die Gegenstände mit der Referenzoberfläche verglichen werden können, ohne daß die Gegenstände in Berührung mit der Referenzeberfläche kommen.This is done with the embodiment according to FIG. 2 reached. In one of the two optical paths a half-wave plate 12 is inserted when the image is retrieved so that the plane of vibration of the light rotated 90 'relative to the plane of the other light will. A polarizer 13 is used in the optical system to observe the interference fringes. It is rotated so that the interference fringes are observed with a high degree of visibility be able. If the surface 1 has a completely flat reference surface, it can be replaced by a Object to be replaced, the surface of which is to be measured, so that the objects with the reference surface can be compared without the objects in contact with the Reference surface come.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

2016 52S2016 52S 1 21 2 I960 S 304 und 305 dargestellte InterferometerI960 S 304 and 305 interferometers shown Patentanspruch: nach Fabry-Perot. Es verwendet einen Referenz-Claim: according to Fabry-Perot. It uses a reference und einen Prüfstrahl, dessen Weg über den zu pru-and a test beam whose path over the Verfahren zum Messen der Unebenheit der fenden Gegenstand läuft. Bei der Überlagerung von Oberfläche eines Gegenstandes unter Verwen- 5 Referenz- *md Prüfstrahl entsteht em Interterenzbild. dung des Interferometers von Fizeau, bei dem Die beschriebenen Verfahren zum Prüfen einer sich zwischen der zu prüfenden Oberfläche und Fläche haben den Nachteil, daß eine völlig ebene einer gegenüberliegenden Referenzoberfläche ein Referenzebene benötigt wird, die nicht herstellbar is,. schwacher Luftkeil befindet und die Interferenz- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, streifen gemessen werden, die durch die an der io ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaf-Prüffläche und der Referenzfläche reflektierten fen, durch das die Genauigkeit der Messung von Lichtstrahlen gebildet werden, dadurch ge- Oberflächenunebenheiten gegenüber den herkornmk e η η ζ e i c h η e t, daß durch direktes Beleuch- liehen Jnterferometern wesentlich verbessert wird ten der beiden gegenüberliegenden Oberflächen Dies wird erfindungsgemaß dadurch gelost, dab eine Gruppe von Punktbildera (6) der Vielfach- υ durch direktes Beleuchten der beiden gegenuberreflexion des Lichtstrahlbündels (5) an den beiden liegenden Oberflächen eine Gruppe von Funktbildei<i Keilflächen (1, 2) auf die Brennebene (4) eines der Vielfachreflexion des Lichtstrahlbundels an den Objektivs (3) fokussiert wird, daß durch ein einen beiden Keilflächen auf die Brennebene eines Objekzweiten optischen Weg (7, 9) durchlaufendes tivs fokussiert wird, daß durch ein einen zweiten Lichtstrahlbündel (7) ein Punktbild (8) auf der ao optischen Weg durchlaufendes Lichtstrahlbundel ein Brennebene des Objektivs fokussiert wird, wel- Punktbild auf der Brennebene des Objektivs foku< ches von einem ausgewählten Punktbild der siert wird, welches von einem ausgewählten Punkt-Punktbildgruppe (6) einen gewissen räumlichen bild der Punktbildgruppe einen gewissen räumlichen Abstand hat, daß sodann in den Strahlengang der Abstand hat, daß sodann in den Strahlengang der beiden überlagerten Lichtstrahlbündel (5, 7) eine »5 beiden überlagerten Lichtstrahlbündel eine HoIo-Hologrammplatte (10) eingebracht, belichtet und grammplatte eingebracht, belichtet und entwickelt entwickelt wird und anschließend in der gleichen wird und anschließend in der gleichen Lage vom Lage vom Lichtstrahlbündel (7) allein beleuchtet Lichtstrahlbündel altein beleuchtet wird, so daß wird, so daß wieder die Punktbildgruppe (6) wieder die Punktbildgruppe gewonnen wird, und daß gewonnen wird, und daß durch geringes Ver- 30 durch geringes Verdrehen des von beiden Oberdrehen des von beiden Oberflächen (1,2) ein- flächen eingeschlossenen Keiles die beiden ausgeschlossenen Keiles die beiden ausgewählten gewählten Punktbilder in Übereinstimmung gebracht Punktbilder in Übereinstimmung gebracht werden. werden.Method for measuring the roughness of the fender object is in progress. When overlaying The surface of an object using 5 reference * md test beam creates an interference image. tion of the Fizeau interferometer, in which the methods described for testing a between the surface to be tested and the surface have the disadvantage that a completely flat an opposing reference surface requires a reference plane that cannot be produced. weak air wedge is and the interference The invention is therefore based on the object Stripes are measured, which are applied to the io a method of the type mentioned above to the sheep test area and the reference surface reflected fen, by which the accuracy of the measurement of Light rays are formed, thereby surface unevenness compared to the herkornmk e η η ζ e i c h η e t that is significantly improved by direct lighting borrowed interferometers th of the two opposite surfaces. This is achieved according to the invention in that a group of point images (6) of the multiple υ by directly illuminating the two opposite reflection of the light beam (5) on the two lying surfaces a group of radio images <i Wedge surfaces (1, 2) on the focal plane (4) of one of the multiple reflections of the light beam to the Objective (3) is focused that through one of two wedge surfaces on the focal plane of an object optical path (7, 9) traversing tivs is focused that through a second Light beam (7) a point image (8) on the ao optical path traversing light beam Focal plane of the lens is focused, which point image on the focal plane of the lens focus ches of a selected point spread that is sated, which of a selected point spreadsheet group (6) a certain spatial image of the point spread group a certain spatial Has a distance that then in the beam path has the distance that then in the beam path of two superimposed light beam bundles (5, 7) one »5 two superimposed light beam bundles a HoIo hologram plate (10) inserted, exposed and gram plate inserted, exposed and developed is developed and then in the same position and then in the same position from Location of the light beam (7) illuminated alone light beam is illuminated altein, so that is, so that the point image group (6) again the point image group is obtained, and that is obtained, and that by slight twisting by slight twisting of the two upper turning the wedge enclosed by both surfaces (1, 2) excludes the two Keiles brought the two selected point spreadsheets into agreement Point spreads are matched. will. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wirdBy the measures according to the invention 35 der Vorteil erzielt, daß infolge der Verwendung der35 achieved the advantage that as a result of the use of Holografie die Empfindlichkeit des MeßverfahrensHolography the sensitivity of the measurement process um ein Vielfaches gegenüber den herkömmlichen interferometrischen Verfahren verbessert ist, so daß auch sehr genau polierte Oberflächen mit sehr gerin-is improved many times over the conventional interferometric method, so that also very precisely polished surfaces with very little Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen 40 ger Unebenheit gemessen werden können. AußerdemThe invention relates to a method for measuring 40 ger unevenness can be measured. Besides that der Unebenheit der Oberfläche eines Gegenstandes können Fehler im optischen System der Meßanord-the unevenness of the surface of an object can cause errors in the optical system of the measuring unter Verwendung des Interferometers von Fizeau, nung das Meßergebnis nicht schädlich beeinflussen,using the Fizeau interferometer, do not adversely affect the measurement result, bei dem sich zwischen der zu prüfenden Oberfläche Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Aus-in which there is between the surface to be tested. und einer gegenüberliegenden Referenzoberfläche ein führungsbeispiel an Hand der Zeichnung beschrieben,and an opposite reference surface, an example of a management described on the basis of the drawing, schwacher Luftkeil befindet und die Interferenz- 45 Es zeigtweak air wedge is located and the interference 45 It shows streifen gemessen werden, die durch die an der F i g. 1 eine schematische Ansicht einer erstenstrips are measured, which by the at the F i g. 1 is a schematic view of a first Prüffläche und der Referenzfläche reflektierten Licht- Ausführung der Erfindung undTest surface and the reference surface reflected light embodiment of the invention and strahlen gebildet werden. F i g. 2 eine schematische Ansicht einer zweitenrays are formed. F i g. Figure 2 is a schematic view of a second Wie in »Optik in der Längenmeßtechnik«, 1966, Ausführung, die zur Verbesserung der SichtbarkeitAs in "Optik in der Längenmeßtechnik", 1966, execution designed to improve visibility S. 253 ff. dargestellt ist, entstehen bei vorhandenem 5° der Interferenzstreifen dient.P. 253 ff. Is shown, when 5 ° is present, the interference fringe is used. Licht Interferenzstreifen, wenn eine völlig ebene Es sollen die einander gegenüberstehenden ebenenLight interference fringes, if a completely plane It should be the opposite planes Glasplatte und ein völlig ebener Gegenstand zuein- Oberflächen der Gegenstände 1 und 2 vermessenGlass plate and a completely flat object to one- surfaces of objects 1 and 2 measured ander so angeordnet sind, daß zwischen ihnen ein werden. Sie haben spiegelartigen Charakter, wobeiothers are arranged in such a way that one becomes one between them. They have mirror-like character, being schmaler Luftkeil entsteht. Ist der Gegenstand völlig der Gegenstand 2, durch den das Licht hindurchgeht,a narrow air wedge is created. If the object is completely the object 2 through which the light passes, eben, so sind die Interferenzstreifen linear und par- 55 halbdurchlässig ist. Die gegenüberliegenden Ober-just like that, the interference fringes are linear and partially semipermeable. The opposite upper allel zueinander. Gekrümmte Interferenzstreifen flächen von 1 und 2 sind unter einem Winkel ψ allele to each other. Curved interference fringe areas of 1 and 2 are at an angle ψ weisen auf nicht völlig ebene Oberflächen hin. Wird geneigt, schließen also einen Luftkeil zwischen sichindicate surfaces that are not completely flat. If you incline, you close an air wedge between you die Glasplatte als völlig ebene Referenzoberfläche ein. Die gegenüberliegenden Oberflächen könnenthe glass plate as a completely flat reference surface. The opposing surfaces can benutzt, kann aus dem Interferenzbild auf die Eben- auch gekrümmt sein.used, can also be curved from the interference image on the plane. heit oder Unebenheit der Oberfläche des Gegen- 60 Die Meßeinrichtung ähnelt dem Michelson-Inter-unevenness or unevenness of the surface of the counter 60 The measuring device is similar to the Michelson inter- standes geschlossen werden. ferometer. Eine Gruppe von Punktbildern 6 wird instand to be closed. ferometer. A group of point spreads 6 is shown in Beim Interferenzmikroskop nach Michelson oder die Brennebene 4 eines Objektivs 3 infolge einer amIn the Michelson interference microscope or the focal plane 4 of an objective 3 as a result of an am Linnik wird diese Erscheinung ausgewertet. Refe- Luftkeil zwischen 1 und 2 auftretenden Vielfach-Linnik will evaluate this phenomenon. Refe- air wedge between 1 and 2 occurring multiple renz- und Prüfebene sind zwar räumlich getrennt, reflexion des Lichtstrahlbündels 5 abgebildet. DasThe reference and test levels are spatially separated, but the reflection of the light beam 5 is shown. The zeigen jedoch die gleiche Wirkung wie zwei einen 65 Lichtstrahlbündel 5 ist die von einem halbdurch-however, show the same effect as two one 65 light beam 5 is that of a half-through Luftkeil bildende, sich berührende Oberflächen, wenn lässigen Spiegel durchgelassene Komponente. DerContacting surfaces that form air wedges, components let through if the mirror is allowed to pass through. the sie nicht exakt rechtwinklig zueinander stehen. Abstand zwischen den Punktbildgruppen beträgtthey are not exactly at right angles to each other. Distance between the point spread groups is Ähnlich arbeitet das in »Optik für Konstrukteure«, 2 t/»/, wobei / die Brennweite des Objektivs 3 ist.It works similarly in "Optics for Constructors", 2 t / "/, where / is the focal length of the lens 3.

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