DE2111700A1

DE2111700A1 - Device for measuring plane-parallel transparent plates, prisms or the like for angular errors

Info

Publication number: DE2111700A1
Application number: DE19712111700
Authority: DE
Inventors: Detlef Mallwitz
Original assignee: Spindler & Hoyer KG; SPINDLER AND HOYER KG WERK fur FEINMECHANIK und OPTIK
Current assignee: Spindler & Hoyer KG; SPINDLER AND HOYER KG WERK fur FEINMECHANIK und OPTIK
Priority date: 1971-03-11
Filing date: 1971-03-11
Publication date: 1972-09-14

Description

Vorrichtung zum Messen planparalleler durchsichtiger Platten, Prismen oder dergl. auf Winkelfehler Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen planparalleler durchsichtiger Platten, Prismen oder dergl. auf Winkelfehler, mit einer den Prüfling beaufschlagenden Lichtquelle, einer Einrichtung zum relativen Verschieben des Prüflings senkrecht zur Keilkante in Richtung des Keilwinkels und einer Strahlenteileinrichtung. Gleichzeitig wird das dabei zur Anwendung gelangende Meßverfahren aufgezeigt.Device for measuring plane-parallel transparent plates, prisms or the like. The invention relates to a device for measuring plane-parallel transparent plates, prisms or the like. For angular errors, with a light source acting on the test object, a device for the relative Move the test specimen perpendicular to the edge of the wedge in the direction of the wedge angle and a beam splitter. At the same time that is used Measuring method shown.

Es gibt bereits Verfahren, die eine verhältnismäßig große Genauigkeit in der Ausmessung planparalleler Platten zulas- -sen, Sie beruhen auf Interferenzmessungen im parallelen Licht.There are already methods that have a relatively high level of accuracy in the measurement of plane-parallel plates, they are based on interference measurements in parallel light.

Die Messungen werden dadurch realisiert, daß von der Vorderseite der Platte reflektiertes Leicht mit von der Rückseite reflektiertem Licht überlagert wird und so zur Interferenz gelangt. Auf dem Prüfling bildet sich eine Interferenzfigur, die beobachtet wird. Durch die ebenen Wellen liefert der Abstand der Interferenzstreifen bzw. die Anzahl der Interferenzstreifen nro Prüflinge eine maß für den Keilfehler der Platte Es handelt sich um Interferenzen gleicher Dicke. Die Meßgrenze dieser Methode ist dadurch festgelegt, daß mindestens zwei Interferenzstreifen zur Beurteilung des Fehlers vorhanden sein müssen. Steigungen des Keils kleiner als 1 2n können also nicht mehr gemessen werden. Dabei bedeutet 1 die Wellenlänge des zur Messung verwendeten Lichtes und n die Brechzahl der zu prüfenden Platte.The measurements are carried out in that from the front of the Panel reflected lightly overlaid with light reflected from the back and so comes to interference. An interference figure forms on the test item, which is observed. The distance between the interference fringes is provided by the plane waves or the number of interference fringes nro test items a measure of the wedge error the plate It is interference of the same thickness. the The measurement limit of this method is determined by the fact that at least two interference fringes must be available to assess the error. Gradients of the wedge smaller so no more than 1 2n can be measured. 1 means the wavelength of the light used for the measurement and n is the refractive index of the plate to be tested.

Ein weiteres Meßverfahren arbeitet mit der Abbildung einer flächenhaften Lichtquelle, in deren Strahlengang Streuzentren, zum Beispiel durch die Anordnung einer Mattglasscheibe, angeordnet sind. Es entstehen hier Interferenzen gleicher Neigung, die eine Verschiebung der Interferenzstreifen auf dem Prüfling zur Folge haben, wenn der Prüfling senkrecht zur Keilkante in Richtung des Keilwinkels verschoben wird. Diese Verschiebungen werden beobachtet. Auf diese Weise ist es möglich, Streifenverschiebungen von Bruchteilen eines Streifenabstandes festzustellen, wodurch die Meßgenauigkeit auf m 2n erhöht wird. Dabei bedeutet n die Streifenverschiebung in Bruchteilen des Streifenabstandes.Another measuring method works with the mapping of a flat Light source, in whose beam path scattering centers, for example due to the arrangement a frosted glass pane, are arranged. Interferences of the same kind arise here Inclination that causes the interference fringes to shift on the test object if the test specimen has moved perpendicular to the edge of the wedge in the direction of the wedge angle will. These shifts are observed. In this way it is possible to avoid stripe shifts of fractions of a strip distance to be determined, whereby the measuring accuracy is increased to m 2n. Here, n means the stripe displacement in fractions of the Strip spacing.

Beide Meßverfahren haben jedoch den Nachteil, daß mit weit geöffneten Lichtbündeln gearbeitet wird. Dadurch ist es zum Beispiel nicht möglich, Prüflinge mit strukturierten bzw.However, both measuring methods have the disadvantage that with wide open Light bundles is worked. As a result, it is not possible, for example, to test specimens with structured resp.

zerfurchten Oberflächen zu untersuchen, da dort die Interferenzerscheinungen so stark verrauscht werden, daß se nicht mehr beobachtbar sind. Ferner sind die verschiedenen Meßverfahren mit einem mehr oder weniger großen Lichtverlust verbunden, der eine Fernrohrbeobachtung oder Tubuseinblick erforderlich macht; eine Projektion der Interferenzstreifen auf einen Schirm ist nicht möglich, weil die Lichtquellen zu lichtschwach sind oder einen unangemessen hohen Aufwand erfordern würden. Durch die Ausdehnung der verwendeten Lichtbündel ist es ferner nicht möglich, den Prüfling bis zum Rande auszumessen. Weiter ist die Herstellung ei--ner flächenhaften kohärenten Lichtquelle schwierig.to examine furrowed surfaces, since there the interference phenomena are so noisy that they are no longer are observable. Furthermore, the various measuring methods are more or less lossy of light connected, which requires telescope observation or tube viewing; one Projection of the interference fringes onto a screen is not possible because the Light sources are too weak or require an inappropriately high effort would. Due to the expansion of the light bundles used, it is also not possible measure the test object to the edge. Next is the production of a flat one coherent light source difficult.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein handliches Gerät und ein Verfahren aufzuzeigen, das diese Nachteile in ihrer Gesamtheit vermeidet und somit die Prüfung strukturierter Oberflächen, auch bis zum Rand des Prüflings, in einfacher, ermüdungsfreier Weise mit geringem Aufwand gestattet.The invention is based on the object of a handy device and to show a method that avoids these disadvantages in their entirety and thus the testing of structured surfaces, also up to the edge of the test object, in in a simple, fatigue-free manner with little effort.

Die Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art kennzeichnet sich dadurch, daß die Lichtquelle ein Laser ist und im Strahlengang zwischen Lichtquelle und Prüfling eine Fokussieroptik vorgesehen ist, während senkrecht zum Ausfallswinkel der Strahlenteileinrichtung ein mit einem Maßstab versehener Schirm zur Abbildung und Ermittlung des Interferenzbildes bzw. seiner Veränderung beim Verschieben des Prüflings angeordnet ist. Damit ist es möglich, Platten, Prismen oder dergl., die im Wellenlängenbereich des verwendeten Laserlichts durchsichtig sind, auf Winkelfehler zu prüfen. Die für die Projizierung notwendige Lichtstärke wird durch den Einsatz des Lasers erreicht. Das Ablesen der Verschiebungen der Interferenzstreifen auf dem Schirm ist vergleichsweise zu einer Fernrohrbeobachtung ermüdungsfrei. Die Vorrichtung gestattet. es, regelmäßig oder unregelmäßig strukturierte bzw. zerfurchte Platten zu messen, da das Laserlicht im konvergenten Bereich benutzt wird und auf den Prüfling fokussiert wird. Die Fokussierbarkeit des Laserlichts auf wenige /um Durchmesser auf Prüflinge mit feinstrukturierter Oberfläche ist möglich.The device of the type described above is characterized in that that the light source is a laser and in the beam path between the light source and the test object a focusing optics is provided, while perpendicular to the angle of reflection of the beam splitting device a screen provided with a scale for mapping and determining the interference pattern or its change when moving the test object is arranged. So is It is possible to use plates, prisms or the like, which are in the wavelength range of the used Laser light are transparent to check for angle errors. The one for projection The required light intensity is achieved through the use of the laser. Reading the Displacements of the interference fringes on the screen is comparative to one Telescope observation fatigue-free. The device allows. it, regularly or to measure irregularly structured or furrowed plates, because the laser light is used in the convergent area and is focused on the test item. The focusability of the laser light to a few / um diameter on test objects with finely structured Surface is possible.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung ist auf der Einrichtung zum relativen Verschieben des Prüflings ein Maßstab angeordnet, der mit Hilfe einer Abbildungsoptik auf den Schirm projizierbar ist. Damit sind auf dem Schirm zwei Maßstäbe sichtbar, ein erster, an dem die Veränderung des Interferenzbildes und ein zweiter, an dem die zugehörige Verschiebung des Prüflings ablesbar sind.In a particular embodiment of the device is on the device for the relative displacement of the test specimen arranged a scale that with the help of a Imaging optics can be projected onto the screen. So there are two on the screen Scales visible, a first on which the change in the interference pattern and a second, from which the associated displacement of the test item can be read.

Erfindungswesentlich ist die Verwendung von fokussiertem Laserlicht im konvergenten Bereich für die Interferenzmessung des Keilwinkels im Wellenlängenbereich durchsichtiger Platten, Prismen oderdergl..The use of focused laser light is essential to the invention in the convergent range for the interference measurement of the wedge angle in the wavelength range transparent plates, prisms or the like.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren planparalleler durchsichtiger Platten, Prismen oder dergl. auf Winkel fehler, wobei von. der Vorder- und der Rückseite des Prüflings reflekviertes Licht zur Interferenz gelangt und die beim Verscilieben des Prüflings senkrecht zur Keilkante in Richtung des Keilwinkels sich ändernde Geometrie des Interferenzbildes als Maß für den Winkelfehler dient, ist dadurch gekennzeichnet> daß der Prüfling mit fokussiertem Laserlicht belichtet und das sich beim Verschieben des Prüflings ändernde Interferenzbild auf einen Schirm projiziert und beobachtet wird.The measuring method according to the invention of plane-parallel transparent plates, Prisms or the like. On angle errors, whereby from. the front and the back the light reflected from the test specimen arrives at interference and that during the versciliation of the specimen perpendicular to the edge of the wedge in the direction of the wedge angle changing The geometry of the interference pattern is used as a measure of the angle error marked> that the test object is exposed to focused laser light and that projected on a screen changing interference image when moving the test specimen and is observed.

Dabei kann zusätzlich die Verschiebung des Prüflings senkrecht zur Keilkante in Richtung des Keilwinkels auf den Schirm proJiziert werden.The displacement of the test item perpendicular to the The edge of the wedge can be projected onto the screen in the direction of the wedge angle.

Durch die große Intensität üblicher Lasergeräte ist es mit dem beschriebenen Verfahren zudem möglich, die Interferenzerscheinungen auf einen Schirm zu projizieren, wodurch ein ermüdender Fernrohreinblick vermieden wrd. Die Verwendung enger Laserbündel gestattet darüber hinaus die Gestaltung eines handlichen komnakten Gerites.Due to the high intensity of conventional laser devices, it is the same as the one described Process also possible to project the interference phenomena onto a screen, whereby a tiring telescope view is avoided. The use of tight laser beams also allows the design of a handy, compact device.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der beiliegenden Zeichnung erläutert.The structure of the device according to the invention is shown in the enclosed Drawing explained.

Als Lichtquelle dient der Laser 1. Ein Laserstrahl 2 gelangt in die Fokussieroptik 3, 49 5, die beispielsweise aus der Eintritts optik ), dem Kollimatorobjektiv 4 und der Fokussierlinse 5 bestehen kann. Hinter der Fokussieroptik 3, 4, 5 befindet sich die Strahlenteileinrichtung 6.The laser 1 serves as the light source. A laser beam 2 reaches the Focusing optics 3, 49 5, for example from the entrance optics), the collimator lens 4 and the focusing lens 5 can exist. Located behind the focusing optics 3, 4, 5 the beam splitter 6.

Uber den Umlenkspiegel 7 gelangt der Laserstrahl 2 auf den Prüfling 8, auf dem er fokussiert wird. Der Prüfling 8 befindet sich auf dem Meßtisch 9, der in Richtung des Pfeiles 10 verschiebbar ist. Auf dem Meßtisch 9 befindet sich ein Maßstab 11, auf dem die relative Verschiebung in Richtung des Pfeiles 10 ablesbar ist.The laser beam 2 reaches the test object via the deflecting mirror 7 8 on which it is focused. The test item 8 is on the measuring table 9, which can be moved in the direction of arrow 10. On the measuring table 9 is located a scale 11 on which the relative displacement in the direction of arrow 10 can be read is.

In Richtung des Austrittswinkels der Strshlenteileinrichtung 6 ist ein Aufweitungsobjektiv 12 angeordnet, hinter der sich der Schirm 15 befindet, der mit einem Maßstab 14 versehen ist.In the direction of the exit angle of the jet splitting device 6 is an expansion lens 12 is arranged, behind which the screen 15 is located, the is provided with a scale 14.

In einer besonderen Aus führungs form der Vorrichtung ist zusätzlich ein Objektiv 15 und ein Umlenkspiegel 16 vorgesehen die zur Projizierung des Maßstabes 11 auf den Schirm 13 dienen.In a special embodiment of the device is additionally an objective 15 and a deflecting mirror 16 are provided for projecting the scale 11 serve on the screen 13.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Der von dem Laser 1 erzeugte Laserstrahl 2 gelangt durch die Fokussieroptik ), 4, 5, durch die Strahlenteileinrichtung 6 und über den Umlenkspiegel 7 auf den PrUfling 8.The operation of the device is as follows: That of the laser 1 generated laser beam 2 passes through the focusing optics), 4, 5, through the beam splitter 6 and via the deflecting mirror 7 onto the test item 8.

Dort wird er mit Hilfe der Fokussieroptik 9, 4, 5 fokussiert.There it is focused with the help of the focusing optics 9, 4, 5.

Die von der Vorder- und Rückfläche des Prüflings 8 reflektierten Kugelwellen gelangen über den Umlenkspiegel 7 und die Strahlenteileinrichtung 6 in das Aufweitungsobjektiv 12. Dieses entwirft ein vergrößertes Bild der Interferenzstreiferl auf dem Schirm 1j.The spherical waves reflected from the front and back surfaces of the specimen 8 reach the expansion objective via the deflecting mirror 7 and the beam splitter device 6 12. This creates an enlarged image of the interference fringes on the screen 1y.

In bevorzugter Ausführungsform der Vorrichtung wird der Maßstab 11 durch das ObJektiv 15 und den Umlenkspiegel 16 ebenfalls auf den Schirm 15 projiziert.In a preferred embodiment of the device, the scale is 11 also projected onto the screen 15 by the objective 15 and the deflecting mirror 16.

Der Meßtisch 9 bzw. die entsprechende Einrichtung zum relativen Verschieben des Prüflings 8 senkrecht zur-Keilkantein Richtung des Keilwinkels bewegt den Prüfling 8 relativ unter dem Laserstrahl, so daß es zu einer Messung und Abtastung des Prüflings 8 in Richtung des Pfeiles 10 kommt.The measuring table 9 or the corresponding device for relative displacement of the specimen 8 perpendicular to the wedge edge in the direction of the wedge angle moves the specimen 8 relatively below the laser beam so that there is a measurement and scanning of the test object 8 comes in the direction of arrow 10.

Ist der Prüfling -8 nicht genau parallel, so ergibt sich eine Gangdifferenz der Kugelwellen und damit eine Streifenverschiebung im Interferenzbild, welches auf dem Schirm 15 sichtbar wandert-.If the test item -8 is not exactly parallel, there will be a gear difference of the spherical waves and thus a fringe shift in the interference pattern, which Visible on the screen 15 wanders.

Bei der Durchführung einer Messung wird auf dem Maßstab 14 die Streifenverschiebung m abgelesen, auf dem auf den Schirm 15 projizierten Maßstab 11 die zugehörige Verschiebung D des Prüflings. Die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts ist mit 1 bezeichnet; n ist die Brechzahl des Glases bzw. des Materials des Prüflings 8. Damit gilt für gerade oder annähernd für schwach gekrümmte Interferenzstreifen: 1 k = m .When a measurement is carried out, the strip displacement is shown on the scale 14 m read off, on the scale 11 projected onto the screen 15, the associated shift D of the test item. The wavelength of the laser light used is denoted by 1; n is the refractive index of the glass or of the material of the test object 8. This applies to straight or approximately for weakly curved interference fringes: 1 k = m.

2n . D k ist der Keilwinkel des Prüflings 8 im Bogenmaß. 2n. D k is the wedge angle of the test piece 8 in radians.

Claims

P = a t e n t a n 5 p r ü 0 h e

1. Device for measuring plane-parallel transparent plates, prisms or the like for angle errors, with a light source acting on the test object, a device for the relative displacement of the test specimen perpendicular to the edge of the wedge in the direction of the wedge angle and a beam dividing device, characterized in that that the light source is a laser (1) and in the beam path between the light source and Test object (8) a focusing optics (3,4,5) is provided while approximately perpendicular for the angle of failure of the beam splitter device (6), a scale provided with a scale (14) Screen (15) for mapping and determining the interference pattern or its change is arranged when moving the test item (8).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that on the Device for relative displacement of the test item (8) a scale (1-1) is arranged is, which can be projected onto the screen (13) with the aid of imaging optics (15, 16) is.

5. Use of focused laser light in the convergent area more transparent for the interference measurement of the wedge angle in the wavelength range Plates, prisms or the like.

4. Procedure for measuring plane-parallel transparent plates, prisms or the like. For angular errors, from the front and the rear of the test object reflected light arrives at interference and when the test object is moved perpendicular to the edge of the wedge in the direction of the wedge angle changing geometry of the Interference pattern serves as a measure for the angular error; characterized in that the test specimen is exposed to focused laser light and this is done when it is shifted of the test specimen changing interference pattern] (h on projected a screen and is observed.

5. The method according to claim 4, characterized in that the displacement of the test object perpendicular to the edge of the wedge in the direction of the wedge angle on the screen is projected.