DD282512A5 - Two-beam interferometer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zweistrahl-Interferometer zur Messung der Gestalt, insbesondere ultrapraezisionsbearbeiteter Oberflaechen, nach dem Interferenzprinzip. Erfindungsgemaesz begrenzen am Ausgang eines Interferometers mit einer zur Referenzstrahlenbuendelachse geneigten Prueflingsstrahlenbuendelachse zwei teilverspiegelte Flaechen einen Raum, die im Winkelbereich 1 Grad keilfoermig zueinander angeordnet sind, wobei der Neigungswinkel der Buendelachsen und der Winkel zwischen den beiden teilverspiegelten Flaechen, die die Auszenflaechen eines quer verschiebbaren Glaskeiles bilden koennen, so aufeinander abgestimmt sind, dasz zwischen der zweiten teilverspiegelten Flaeche und einem Objektiv durch eine Zickzack-Reflexion zwischen den beiden teilverspiegelten Flaechen und durch eine Transmission dieser von jeweils einem Teilstrahlenbuendel, Teilstrahlenbuendel-Paare bestehen, die genau aus je einem Teilreferenz-Strahlenbuendel und einem Teilprueflings-Strahlenbuendel gebildet sind. Durch Verschiebung des Glaskeiles wird es moeglich, die Phase im Interferogramm definiert zu verstellen. Durch eine geeignete Teilverspiegelung des Glaskeiles wird ein hoher Kontrast im Interferogramm erreicht. Fig. 1{Interferometer; Oberflaechenpruefung; Ultrapraezisionstechnik; Zweistrahl-Interferometer; Luftkeil; Referenzflaeche; teilverspiegelte Schicht; Phasenkeil; CCD-Empfaenger}The invention relates to a two-beam interferometer for measuring the shape, in particular ultrapraezisionsbearbeiteter surfaces, according to the interference principle. According to the invention, at the exit of an interferometer with a test beam axis inclined to the reference beam axis, two partially mirrored surfaces define a space which are wedge-wise angularly spaced from each other, the angle of inclination of the axis axes and the angle between the two partially mirrored surfaces forming the surfaces of a transversely displaceable glass wedge can, are so matched to each other, that between the second partially mirrored surface and a lens by a zigzag reflection between the two partially mirrored surfaces and by a transmission of this one Teilstrahlenbuendel, Teilstrahlenbuendel pairs consisting of exactly one Teilreferenz Strahlenbuendel and formed a Teilprueflings-Strahlenbuendel. By shifting the glass wedge, it is possible to adjust the phase defined in the interferogram. A suitable partial mirroring of the glass wedge achieves a high contrast in the interferogram. Fig. 1 {interferometer; Oberflaechenpruefung; Ultrapraezisionstechnik; Two-beam interferometer; Air wedge; plane of reference; partially-coated layer; Phase V; CCD recipients}

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft oin Zweistrahl-Interferometer zur Messung der Gestalt insbesondere technischer Oberflächen, vor allem ultrapräzisionsbearbeiteter Oberflächen, nach dem Interferenzprinzip.The invention relates to a two-beam interferometer for measuring the shape of particular technical surfaces, especially ultraprecision machined surfaces, according to the interference principle.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es sind optische Anordnungen bekannt, bei denen mit Hilfe eines Fizeau-Interferometers die Abweichung einer Prüflingsoberfläche von der Ebenheit bestimmt wird. Um eine reine Zweistrahl-Ini3rferenzverteiiung für die Anwendung des vorteilhaften Phase-Sampling-Verfahrenszu erhalten, ist nach DD-PS 219 565 bekannt, zwischen der Prüfüngsoberfläche und der Teilerplatte des rizeau -Interferometers einen Luftkeil einzujustieren und dem Fiezau-Interforometer ein Keplersches Teleskop folgen zu lassen, in dessen Fokusebene eine Spaltblende die störenden Mehrfachreflexionen tiusblendet, so daß nur ein Referenz-Strahlenbündel und ein einmal an der Prüfüngsoberfläche reflektiertes Strahlerbündel des Teleskop passieren können. In der am Ausgang des Teleskops zur Prüfüngsoberfläche konjugierten Ebene befindet sich ein senkrecht zu seinen Gitterlinien verschiebbares Transmissionsgitter als Phasensteiler.Optical arrangements are known in which the deviation of a specimen surface from the flatness is determined with the aid of a Fizeau interferometer. In order to obtain a pure two-beam interference distribution for the application of the advantageous phase sampling method, it is known from DD-PS 219 565 to adjust an air wedge between the test surface and the divider plate of the rizeau interferometer and to follow a Kepler telescope to the Fiezau interforometer let in whose focal plane a slit diaphragm tiusblendet the disturbing multiple reflections, so that only a reference beam and a once reflected on the Prüfüngsoberfläche beam of the telescope can happen. In the plane conjugate to the test surface at the exit of the telescope there is a transmission grating displaceable perpendicularly to its grating lines as a phase splitter.

Nachteilig zum einen ist bei dieser Anordnung jedoch, daß die mittels Teleskop und Spaltblende vor dem Gitter erfolgende Raumfrequenz-Filterung unver?^:chtbar ist, damit zwischen den mehrfachreflektierten Strahlenbündeln und den Strahlenbündeln in den Beugungsordnungen des Gitters in einer dem Gitter nachgeordneten Fokusenene keine Vermischung der Bündel auftritt und so eine Zweistrahl-Interferenz gegeben ist. Dies bedeutet, daß stets zwei Fokussierungen benötigt werden, die mindestens zwei Teleskope bis zur Abbildung auf einem Bildempfänger erforderlich machen.A disadvantage of this arrangement, however, is that the spatial frequency filtering effected by means of the telescope and the slit diaphragm in front of the grating is unaffected. ^: it is possible to ensure that no mixing of the bundles occurs between the multiply reflected bundles of rays and the bundles of rays in the diffraction orders of the grating in a field of focus downstream of the grating and so there is a two-beam interference. This means that it always requires two focusses, which require at least two telescopes to be imaged on an image receiver.

Andererseits ist experimentell nachweisbar, daß es bei diesem Fizeau-Interferometer mit nachgeschaltetem Gitter nicht mö jlich ist, für Prüflinge mit stark unterschiedlichen Reflexionsgraden wie z. B. einerseits Aluminium- und andererseits Glasflächen gleichermaßen gut sichtbare und damit kontrastreiche Interferenzen zu erhalten. Dies ist dann begründet, daß die Lichtintensität in den verschiedenen Beugungsordnungen des Gitters, z. B. in der nullten und ersten für ein gegebenes Liniengitter niclii optimal an den Reflexionsgrad des Prüflings angepaßt ist. Das Herstellen von Gittern mit jeweils angepaßten Intensitätsverhältnis zwischen nullter und erster Beugungsordnung ist technologisch sehr schwierig, so daß eine Anpassung an Prüflinge mit unterschiedlichen Reflexionsvermögen aufwendig ist.On the other hand, it can be experimentally demonstrated that it is not possible in this Fizeau interferometer with downstream grating, for specimens with very different reflectivities such. B. on the one hand aluminum and glass surfaces equally well visible and thus high-contrast interference. This is then justified that the light intensity in the various diffraction orders of the grating, z. B. in the zeroth and first niclii for a given line grid is optimally adapted to the reflectance of the specimen. The production of gratings, each with an adapted intensity ratio between zeroth and first diffraction order is technologically very difficult, so that an adaptation to specimens with different reflectivities is expensive.

Bei der Prüfung von Oberflächen mit einem Twyman-Green-Interferometer entsteht immer die benötigte Zweistrahl-Interferenzverteilung und auch die Amplitudenanpassung in den interferierenden Strahlenbündeln aufgrund unterschiedlicher Reflexionsgrade der Prüflinge ist vergleichsweise einfach realisierbar. Jedoch stellen die Twyman-Green-Interferometer bekannterweise stets sehr hohe Anforderungen an die Optik im Prüflingsstrahlengang, da Prüflings- und Referenzstrahlengang völlig voneinander getrennt sind (siehe Merkel u. a. in Feingerätetechnik 37 (1988) 8. S. 344). Diese Tatsache erklärt die Empfindlichkeit gegenüber dem Einfluß von Vibrationen. Wegen des großen optischen Gangunterschiedes in den beiden Strahlengk' gen muß ein frequenzstabilisierter Laser verwendet werden (Prospekt Fa. Wyko-Corporation/USA, 1986, Digital-Interferometer-Systems). Bei den nach US-PS 4201437 und US-PS 4594003 bekannten Fizeau-Interferometern sind die für Twymann-Green-Interferometer aufgeführten Nachteile überwuv ^en, jedoch sind keine Maßnahmen getroffen, um störende Mehrfachreflexionen zu unterbinden. Diese beeinflussen die für die Phase-Sampling-Technik erforderliche Zweistrahl-Struktur besonders bei metallischen Prüflingen sehr wesentlich und provozieren Meßfehler, die z.T. nicht erkannt werden können und auch numerisch nicht zu eliminieren sind.When testing surfaces with a Twyman-Green interferometer, the required two-beam interference distribution always arises and also the amplitude matching in the interfering beam bundles due to different reflectivities of the test pieces is relatively easy to implement. However, the Twyman-Green interferometers are known to always place very high demands on the optics in Prüflingsstrahlengang because Prüflings- and reference beam path are completely separated from each other (see Merkel et al in Feingerätetechnik 37 (1988) 8. p 344). This fact explains the sensitivity to the influence of vibrations. Because of the large optical path difference in the two Strahlengk 'gene a frequency-stabilized laser must be used (Prospect Fa. Wyko Corporation / USA, 1986, Digital Interferometer System). In the Fizeau interferometers known from US-PS 4201437 and US-PS 4594003 the disadvantages listed for Twymann-Green interferometers are overwhelmed, but no measures are taken to prevent disturbing multiple reflections. These influence the required for the phase sampling technique two-beam structure, especially for metallic specimens very much and provoke measurement errors that z.T. can not be recognized and also numerically can not be eliminated.

Das Stellen der Phase mit piezoelektrischen Phasenstellern, z.B. im Mark IV-lnterferometer der Fa. Zygo Corp./USA (Prospekt SB-0132,1986-1186-5 M) direkt im F'zeau-Interferometer erfordert eine besonders hohe Präzision, wenn für die großen optischen Elemente mit z.B. 100mm Durchmesser mehrere Piezosteller, z. B. drei, verwendet werden müssen. Außerdem muß bei diesem Interferometer zur Anpassung an das Reflexionsvermögen des Prüflings die Referenzfläche ausgetauscht werden, so daß z. B. eine 90% aufweisende Referenzfläche bei Metall eingesetzt wird und eine 4%-Referenzfläche bei Glas.Positioning the phase with piezoelectric phasors, e.g. in the Mark IV interferometer from the company Zygo Corp./USA (brochure SB-0132, 1986-1186-5 M) directly in the F'zeau interferometer requires a particularly high precision, if for the large optical elements with e.g. 100mm diameter several Piezosteller, z. B. three, must be used. In addition, in this interferometer to adapt to the reflectivity of the specimen, the reference surface must be replaced, so that z. B. a 90% reference surface is used in metal and a 4% reference surface in glass.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, einen kostengünstigen mechanisch-optischen Aufbau und eine Verbesserung der Meßgenauigkeit bei der Gestaltsmessung technischer Oberflächen zu erreichen.The aim of the invention is to achieve a cost-effective mechanical-optical design and an improvement in the measurement accuracy in the shape measurement of technical surfaces.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Volumen der Meßanordnung zu verringern und durch die Gewährleistung eines stets hohen Interferenz-Kontrastes für Zweistrahl-Interferenzen weitgehend unabhängig vom Reflexionsgrad des Prüflings die Meßgenauigkeit zu erhöhen.The invention has for its object to reduce the volume of the measuring arrangement and to increase the accuracy of measurement by ensuring a high interference contrast for two-beam interference largely independent of the reflectance of the specimen.

Erfindungsgemäß wird dies durch ein Zweistrahl-Interferometer mit einer Prüflingsoborfläche und einer teilverspiegelten Referenzfläche erreicht, wobei das Interferometer eine monochromatische Lichtquelle besitzt und so ein auf die teilverspiegelte Referenzfläche treffendes Eingangs-Strahlenbündel, ein an dieser reflektiertes Referenzstrahlenbündel und mindestens ein in der Prüflingsoberfläche reflektiertes Prüflings-Strahlenbündel mit zur Referenzstrahlenbündelachse geneigter Achse vorhanden ist, indem am Ausgang des Interferometers zwei voneinander getrennte, teilverspiegelte Flächen einen Raum begrenzen und diese im Winkeibereich < 1 Grad keilförmig zueinander angeordnet sind. Dabei sind der Neigungswinkel zwischen den Achsen von Referenz- und Prüflingsstrahlenbündel und der Winkel zwischen den beiden teilverspiegelten Flächen so aufeinander abgestimmt, daß zwischen der zweiten teilverspiegelten Fläche und einem Objektiv Teilstrahlenbündel-Paare bestehen, die genau aus je einem Teilreferenzstrahlenbündel und einem Teilprüflings-Strahlenbündel gebildet sind, wobei zwischen diesen Parallelität besteht, und dem Objektiv in seiner Brennebene eine Spaltblende nachgeordnet ist, deren Spaltbreite näherungsweise dem Abstand der Foki der Teilstrahlenbündel-Paare in der Fokusebene des Objektivs entspricht.According to the invention this is achieved by a two-beam interferometer with a Prüflingsoborfläche and a partially mirrored reference surface, the interferometer has a monochromatic light source and so a striking the partially mirrored reference surface input beam, reflected at this reference beam and at least one reflected in the Prüflingsoberfläche Prüflings- Beam bundle is provided with the axis of the reference beam axis inclined by two separate, partially mirrored surfaces define a space at the output of the interferometer and these are wedge-shaped in the angular range <1 degree to each other. The angle of inclination between the axes of reference and Prüflingsstrahlenbündel and the angle between the two partially mirrored surfaces are coordinated so that exist between the second partially mirrored surface and a lens partial beam pairs consisting of exactly one partial reference beam and a Teilprüflings beam are, between these parallelism, and the objective in its focal plane, a slit is arranged downstream of the gap width approximately corresponds to the distance of the Foki of the partial beam pairs in the focal plane of the lens.

Zweckmäßigerweise ist der Abstand zwischen den teilversiegelten Flächen variierbar gestaltet. Dadurch ist es möglich, den Abstand so einzustellen, daß die Referenz- und die Prüfungsoberfläche auch bei unterschiedlicher Prüflingslage in eine gemeinsame Ebene abgebildet werden. Außerdem kann hierdurch die Phase im Interferenzsignal verändert und so die vorteilhafte Phase-Sampling-Methode benutzt werden.Conveniently, the distance between the partially sealed surfaces is designed to be variable. This makes it possible to adjust the distance so that the reference and the test surface are mapped in a common plane even with different Prüflingslage. In addition, this can change the phase in the interference signal and thus the advantageous phase-sampling method can be used.

Anderer-eits können die beiden teilverspiegelten Flächen die Außenflächen eines Keiles aus refraktivem Material bilden.Alternatively, the two semi-mirrored surfaces may form the outer surfaces of a wedge of refractive material.

Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung im optischen Aufbau.This results in a particularly compact arrangement in the optical structure.

Vorteilhafterweise ist bzw. sind ein odur mehrere Keile aus refraktivem Material quer zur Strahlrichtung verschiebbar angeordnet und der Keil bzw. die Keile mit einem motorischen, steuerbaren Antrieb und einem Rechner verbunden, wobei sich im gemeinsamen Strahlraum jeweils nur ein Keil bzw. ein aus mehreren Keilen ausgewählter Keil befindet. Datsi können die mit dem Antrieb verbundenen Keile i'.itereinander jeweils unterschiedliche Reflexionsgrade der teilverspiegelten Schichten aufweisen.Advantageously, one or more wedges of refractive material are or are slidably arranged transversely to the beam direction and the wedge or wedges are connected to a motorized, controllable drive and a computer, wherein only one wedge or one of a plurality of wedges is provided in the common beam space selected wedge is located. Datsi, the wedges connected to the drive i'.iteinander each have different reflectivities of teilverspiegelten layers.

Eine Verschiebbarkeit des Keils quer zur Strahlrichtung bewirkt, daß so die Phase im Interferenzsignal auf sehr einfache Weise zwischen 0 und 2Pi verstellt und damit das sehr geeignete Phase-Sampling-Verfahren angewendet werden kann.A displacement of the wedge transversely to the beam direction causes so that the phase in the interference signal in a very simple manner between 0 and 2Pi adjusted and thus the very suitable phase-sampling method can be applied.

Der Einsatz von verschiedenen Keilen unterschiedlicher Reflexionsgrade der teilverspiegelten Schichten ermöglicht es, so für den zu untersuchenden Prüfling den Keil mit dem für einen maximalen Kontrast bestangepaßten Reflexionsgrad einsetzen zu können.The use of different wedges of different reflectivities of the partially mirrored layers makes it possible to use for the test specimen to be examined the wedge with the best possible for a maximum contrast reflectance.

Um einen Interferenikontrast nahe 100% für metallische, also hochreflektierende, Prüflinge zu erreichen, sind bei einem Reflexions- und Transmissionsgrad der teilverspiegelten Referenzfläche von jeweils etwa 50% die teilverspiegelten Schichten des Keiles mit jeweils etwa 70% Reflexionsgrad ausgelegt. Dagegen sind für unverspiegelte Glas-Prüflinge dio teilverspiegelten Schichten auf dem Keil mit etwa 15% Reflexionsgrad hergestellt.In order to achieve an interference contrast close to 100% for metallic, ie highly reflective, specimens, with a reflectance and transmittance of the partially mirrored reference surface of about 50% each partially mirrored layers of the wedge are designed with about 70% reflectance. In contrast, for non-mirrored glass specimens dio teilverspiegelten layers are made on the wedge with about 15% reflectance.

Für Prüflinge von entspiegelten Glasflächen mit einem Restreflexionsgrad von 0,5% wird der Keil als unverspiegelter Glaskeil gestaltet. Es ist aber auch möglich, ungleiche Schichten auf die Keile aufzubringen. So kann der Keil für unverspiegelte Glasoberflächen auch eine Nacktfläche mit 4% Reflexionsgrad und eine mit etwa 40% Reflexionsgrad teilverspiegelte Schicht aufweisen.For specimens of anti-reflective glass surfaces with a residual reflectance of 0.5%, the wedge is designed as a non-mirrored glass wedge. But it is also possible to apply uneven layers on the wedges. Thus, the wedge for non-mirrored glass surfaces also have a nude surface with 4% reflectance and a partially mirrored with about 40% reflectance layer.

Um eine Angleichung der Helligkeit der Interferenzbilder, wie sie bei verschiedenen teilverspiegelten Keilen entstehen, können die hochreflektierenden Schichten mit absorbierenden Teilerschichten versehen sein.In order to approximate the brightness of the interference images, as they arise in different partially mirrored wedges, the highly reflective layers may be provided with absorbing splitter layers.

Nach dem Raum, den die teilverspiegelten Flächen bilden, ist vorteilhafterweise ein Objektiv mit einer Spaltblende angeordnet, um durch die Raumfrequenzfilterung der Spaltblende die Zweistrahlinterferenz zu gewährleisten.After the space formed by the partially mirrored surfaces, an objective with a slit diaphragm is advantageously arranged in order to ensure the two-beam interference by the spatial frequency filtering of the slit diaphragm.

Der Spaltblende kann ein Abbildungsobjektiv folgen und diesem ein Bildempfänger, der mit einem Rechner gekoppelt ist.The slit diaphragm can follow an imaging lens and this an image receiver, which is coupled to a computer.

Das Interferometer ist vorzugsweise ein Fizeau-Interferometer, wobei das auf die Referenzfläche treffende Eingangs-Strahlenbündel als plane oder gekrümmte Wellenfront entsprechend der planen oder gekrümmten Prüflingsoberfläche ausgebildet ist. Die Referenzfläche kann plan ausgeführt und zur Achse des Eingangs-Strahlenbündels leicht gekippt im gemeinsamen Strahlraum angeordnet sein, so daß ein Luftkeil besteht, oder die Krümmungsmittelpunkte eines sphärischen Eingangs-Strahlenbündels und einer sphärischen Referoni'fläche sind dicht zusammengelegt, wobei jedoch keine Koinzidenz besteht.The interferometer is preferably a Fizeau interferometer, wherein the incident on the reference surface input beam is formed as a plane or curved wavefront corresponding to the flat or curved Prüflingsoberfläche. The reference surface may be planar and disposed slightly tilted with respect to the axis of the input beam in the common beam space to form an air wedge, or the centers of curvature of a spherical input beam and a spherical referential surface are densely packed, but there is no coincidence.

Die Krümmungsmittelpunkte von Prüflinpsoberfläche und sphärischem Eingangs-Strahienbündel sind vorteilhafterweise näherungsweise zur Koinzidenz gebrach; ozw. bei einem planen Prüfling näherungsweise senkrecht zur Achse eines planen Eingangs-Strahlenbündels angeordnet. Dies führt dazu, daß das Prüflingsstrahlenbündel unabhängig von der Lage der Prüflingsoberfläche in sich zurückreflektiert wird und so kein unerwünschtes Auswandern der Prüflingsstrahlenbündel auftritt.The centers of curvature of Prüflinpsoberfläche and spherical input beam bundle are advantageously approximated to coincidence; OZW. arranged at a planned Prüfling approximately perpendicular to the axis of a plane input beam. This results in the specimen beam is reflected back regardless of the position of the specimen surface in itself and so no unwanted emigration of Prüflingsstrahlenbündel occurs.

Die plane Referenzfläche kann weiterhin am Ausgang eines Kollimator-Objektivs angeordnet sein.The plane reference surface can furthermore be arranged at the exit of a collimator objective.

Die gekrümmte Referenzfläche kann als Fläche auf einem Meniskus oder als letzte Linsenfläche eines Fokussierobjektivs sein. So ist der Abstand zwischen der Prüflingsoberfläche und der Referenzfläche ein Miniumum.The curved reference surface may be as an area on a meniscus or as the last lens surface of a focusing lens. Thus the distance between the surface of the specimen and the reference surface is a minimum.

Zwischen dem Raum, den die teilverspiegelten Flächen bilden, und der Referenzfläche, kann eine Abbildungsstufe angeordnet sein, die als Prismenanamorphot oder als Teleskop ausgebildet sein kann. Dadurch wird die Divergenz zwischen den Achsen des Prüflings- und Referenzstrahlenbündels dem Winkel des Keils aus refraktivem Material so angepaßt, daß parallele Teilstrahlenbündelpaare bestehen.Between the space that form the partially mirrored surfaces, and the reference surface, an imaging stage may be arranged, which may be formed as Prismenanamorphot or as a telescope. Thereby, the divergence between the axes of Prüflings- and reference beam is adapted to the angle of the wedge of refractive material so that there are parallel partial beam pairs.

Zwischen dem Raum, den die beiden te! /erspiegelten Flächen bilden, und der Referenzfläche kann eine teilverspiegelte Schicht angeordnet sein. Dies dient entweder zur Einkopplung des Eingangs-Strahlenbündels oder zur Auskopplung von Referenz- und Prüflingsstrahlenbündeln, um diese vom Ausgangs-Strahlenbündel zu trennen.Between the room, the two te! form / mirrored surfaces, and the reference surface may be arranged a partially mirrored layer. This serves either to couple in the input beam or to extract reference and test beam bundles to separate them from the output beam.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below by exemplary embodiments. The accompanying drawings show:

Fig. 1: ein Fizeau-Interferometer mit streifendem Lichteinfall und einjustiertem Luftkeil und Abbildungssystem für BildempfängerFig. 1: a Fizeau interferometer with grazing light and einjustiertem air wedge and imaging system for image receiver

Fig. 2 a: wie Fig. 1, aber mit um 90" gedrehtem Luftkeil Fig. 2 b: eine Draufsicht auf das Meßprisma der Fig. 2 aFIG. 2 a: as in FIG. 1, but with the air wedge rotated by 90 ° FIG. 2 b: a plan view of the measuring prism of FIG. 2 a

Fig. 3: ein Fizeau-Interferometer mit senkrechtem Lichteinfall und einjustiertem Luftkeil Fif 4: den Strahlenverlauf im PhasenkeilFig. 3: a Fizeau interferometer with normal incidence of light and adjusted air wedge Fif 4: the beam path in the phase wedge

1. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Interferometer dargestellt, welches besonders für die Prüfung technischer Oberflächen wie z. B. von diamantbearbeiteten Präzisionsoberflächen geeignet ist.1. In this embodiment, an interferometer is shown, which is particularly suitable for testing technical surfaces such. B. of diamond-machined precision surfaces is suitable.

Ein Eingangs-Strahlenbündel 1 einer hier nicht näher dargestellten monochromatischen Lichtquelle durchsetzt ein Meßprisma 2 mit einer teilverspiegelten Referenzfläche 3 und wird hierbei in bekannter Weise in ein Referenzstrahlenbündel R und ein erstes Prüflingsstrahlenbündel P aufgespalten, welches an einer der Referenzfläche 3 gegenüberliegenden Prüflingsoberfläche 4 reflektiert wird. Zwischen der Referenzfläche 3 und der Prüflingsoberfläche 4 ist ein Luftkeil 5 von 0,5 Grad einjustiert. Beide Strahlenbündel R und P durchsetzen zueinander geneigt, unter Verkleinerung ihres Querschnittes und Vergrößerung ihres Neigungswinkels zueinander eine Abbildungsstufe 6, hier als anamorphotisches Abbildungssystem ausgeführt, und treten in einen quer verschiebbaren Phasenkeil 7 aus Glas ein, dessen Begrenzungsflächen teilverspiegelt und keilförmig zueinander angeordnet sind. Dabei durchsetzen das Referenzstrahlenbündel R und das Prüflingsstrahlenbündel P den Phasenkeil 7 und erfahren dabei Zickzack-Reflexionen, wobei Teilstrahlenbündel entstehen. Dereinjustierte Luftkeil 5 von 0,5 Grad und der Winkel zwischen den beiden teilverspiegelten Flächen 8; 9 des Phasenkeils 7 sind so aufeinander abgestimmt, daß zwischen derzweiten teilverspiegelten Fläche 9 und einem Objektiv 10 Teilstrahlenbündel-Paare bestehen, die genau aus je einem Teilreferenz-Strahlenbündel und einem Teilprüflings-Strahlenbündel gebildet sind, z. B. aus den Teilstrahlenbündeln R1 und PO, welche sich parallel zueinander ausbreiten. Dem Objektiv 10 ist eine Spaltblende 11 nachgeordnet, deren Spaltbreite so bemessen ist, daß nur die Foki der Teilstrahlenbündel R1 und PO hindurch gelassen werden. Alle übrigen Teilstrahlenbündel werden durch die Spaltblende 11 gesperrt.An input beam 1 of a monochromatic light source, not shown here, passes through a measuring prism 2 with a partially mirrored reference surface 3 and is split in a known manner into a reference beam R and a first specimen beam P, which is reflected on a test surface 4 opposite the reference surface 3. Between the reference surface 3 and the specimen surface 4, an air wedge 5 of 0.5 degrees is adjusted. Both bundles of rays R and P pass through each other in an inclined manner, reducing their cross-section and increasing their angle of inclination relative to each other by an imaging stage 6, here embodied as an anamorphic imaging system, and enter a transversely displaceable phase wedge 7 of glass whose boundary surfaces are partially mirrored and wedge-shaped relative to one another. In this case, the reference beam R and the Prüflingsstrahlenbündel P enforce the phase key 7 and thereby experience zigzag reflections, partial beams arise. Dereinjustierte air wedge 5 of 0.5 degrees and the angle between the two partially mirrored surfaces 8; 9 of the phase wedge 7 are coordinated so that between the second partially mirrored surface 9 and a lens 10 partial beam pairs exist, which are formed exactly from a respective sub-reference beam and a Teilprüflings beam, z. B. from the partial beams R1 and PO, which propagate parallel to each other. The objective 10 is followed by a slit diaphragm 11 whose gap width is dimensioned so that only the foci of the partial beams R1 and PO are allowed to pass therethrough. All other partial beams are blocked by the slit 11.

Durch ein Abbildungsobjektiv 12 wird die Prüflingsoberfläche 4 auf einen Bildempfänger 13 Γη Form einer CCD-Kamera abgebildet, der mit einem kompletten Rechner 14 verbunden istBy means of an imaging objective 12, the specimen surface 4 is imaged onto an image receiver 13 .mu. Form of a CCD camera, which is connected to a complete computer 14

Der Phasenkeil 7 wird durch einen Antrieb 15, vom Rechner 14 gesteuert, definiert bewegt (Fig. 1). The phase wedge 7 is controlled by a drive 15, controlled by the computer 14 moves (Fig. 1).

2. Fig.2a zeigt, daß der Luftkeil 5 um 90 Grad gedreht einjustiert sein kann, wodurch gleichfalls der Phasenkeil 7 mit den nachfolgenden Abbildungselementen um 90 Grad gedreht ist.2. Fig.2a shows that the air wedge 5 can be adjusted rotated by 90 degrees, whereby also the phase key 7 is rotated with the following imaging elements by 90 degrees.

Fig. 2 b zeigt eine Draufsicht auf das Meßprisma 2 und die Prüflingsoberfläche 4 gemäß Fig. 2 a. Diese Anordnung ist vorteilhaft, wenn der Prüfling spaltförmig ausgeleuchtet wird.Fig. 2 b shows a plan view of the measuring prism 2 and the Prüflingsoberfläche 4 of FIG. 2 a. This arrangement is advantageous if the specimen is illuminated in a gap shape.

3. Fig.3 zeigt ein Fizeau-Interferometer mit senkrechtem Lichteinfall.3. Figure 3 shows a Fizeau interferometer with normal incidence of light.

Ein Eingangs-Strahlenbündel 1 durchsetzt einen Teilerwürfel 16 und wird durch ein Teleskop 17, bestehend aus den Objektiven 17a und 17 b, auf die Größe des Prüflings aufgeweitet. Es gelangt auf eine Referenzfläche 19, an der das Referenzstrahlenbündel R reflektiert wird. Das hindurchgelassenen Strahlenbündel trifft auf die Prüflingsoberfläche 4 und es entsteht das Prüflingsstrahlenbündel P. Beide Strahlenbündel R und P passieren dasTeleskop 17, wobei durch Zickzack-Reflexion entstehende Strahlenbündel durch eine Spaltblende 18 gesperrt werden.An input beam 1 passes through a splitter cube 16 and is expanded by a telescope 17, consisting of the lenses 17 a and 17 b, to the size of the specimen. It reaches a reference surface 19, at which the reference beam R is reflected. The transmitted beam impinges on the specimen surface 4 and the specimen beam P. is formed. Both beams R and P pass through the telescope 17, whereby bundles of rays resulting from zigzag reflection are blocked by a slit diaphragm 18.

Über den Teilerwürfel 16 werden das Referenzstrahlenbündel R und das Prüflingsstrahlenbündel P ausgekoppelt. Diese gelangen auf den verschiebbaren Phasenkeil 7 mit den-teil verspiegelten Begrenzungsflächen 8 und 9, wobei der Phasenkeil 7 mit seiner toilverspiegeiten Schicht näherungsweise in einer zur Prüflingsoberfläche 4 konjugir 3n Ebene steht. Die übrige Gestaltung entspricht dem Ausführungsbeispiel 1.About the splitter cube 16, the reference beam R and the Prüflingsstrahlenbündel P are decoupled. These reach the displaceable phase wedge 7 with the part-mirrored boundary surfaces 8 and 9, wherein the phase wedge 7 with its toilverspiegeiten layer is approximately in a konjugir to Prüflingsoberfläche 4 3n plane. The rest of the design corresponds to the embodiment 1.

In Fig.4 ist der Phasenkeil 7 mit dem auftreffenden Prüflingsstrahlenbündel P unc¹ dem auftreffenden Referenzstrahlenbündel R dargestellt, wobei das Prüflingsstrahlenbündel P die beiden tei verspiegelten Flächen 8 und 9 als PO passiert und das Referenzstrahlenbündel R die teilverspiegelte Fläche 8 passiert, anschließend an den teilverspiegelten Flächen 9 und 8 eine Zickzack-Reflexion erfährt und die teilverspiegelte Schicht 9 als R1 passiert, wodurch sich das Teilrefersnz- und das Teilprüflingsstrahlenbündel R1 und PO parallel zueinander ausbreiten und ein Teilstrahlenbündel-Paar R1PO bilden. Die weiteren vi Mfach auftretenden Teilstrahlenbündel z.B. R2, R3... undP1, P2 .. werden durch die nachfolgende Spaltblende 11, wie in Fig. 3 dargestellt, gesperrt.4 shows the phase wedge 7 with the incident specimen beam P unc ¹ the incident reference beam R, the specimen beam P passes through the two tei mirrored surfaces 8 and 9 as PO and the reference beam R passes the partially mirrored surface 8, then to the teilverspiegelten Areas 9 and 8 undergoes a zigzag reflection and the partially mirrored layer 9 passes as R1, whereby the Teilrefersnz- and Teilprüflingsstrahlenbündel R1 and PO propagate parallel to each other and form a partial beam pair R1PO. The further vi Mfach occurring partial beams eg R2, R3 ... and P1, P2 .. are blocked by the subsequent slit 11, as shown in Fig. 3.

Claims (15)

1. Zweisirahl-Inferferometer mit einer Prüflingsoberfläche und einer teilverspiegelten Referenzfläche, wobei das Interferometer eine monochromatische Lichtquelle besitzt, ein auf die tailverspiegelte Referenzfläche treffendes Eingangs-Strahlenbündel, ein an dieser reflektiertes Referenzstrahlenbündel (R) und mindestens ein an der Prüflingsoberfläche reflektiertes Prüflings-Strahlenbündel (P) mit zur R^ferenzstrahlenbündelachse geneigter Achse vorhanden ist, gekennzeichnet dadurch, daß am Ausgang des Interferometers zwei voneinander getrennte, teilverspiegelte Flächen (8; 9) einen Raum begrenzen und diese im Winkelbereich < 1 Grad keilförmig zueinander angeordnet sind, wobei der Neigungswinkel zwischen den Achsen von Referenz- und Prüflingsstrahlenbündel und der Winkel zwischen den beiden teilverspiegelten Flächen (8; 9) so aufeinander abgestimmt smd, daß zwischen der zweiten teilverspiegelten Fläche (8) und einem Objektiv (10) Teilstrahlenbündel-Paare bestehen, die genau aus je einem Teilreferenz-Strahlenbündel (R, + _}) und einem Teilprüflings-Strahlenbündel (P,) gebildet sind, wobei zwischen diesen Parallelität besteht, und dem Objektiv (10) in seiner Brennebene eine Spaltblende (11) nachgeordnet ist, deren Spaltbreite näherungsweise dem Abstand der Foki der Teilstrahlenbündel-Paare in der Fokusebene des Objektivs (10) entspricht.1. Zweisirahl inferferometer with a Prüflingsoberfläche and a teilverspiegelten reference surface, wherein the interferometer has a monochromatic light source, an incident on the tailverspiegelte reference surface input beam, reflected at this reference beam (R) and at least one reflected on the Prüflingsoberfläche specimen beam ( P) is provided with axis inclined to the reference beam axis, characterized in that at the output of the interferometer two separate, partially mirrored surfaces (8; 9) define a space and these are arranged wedge-shaped in the angular range <1 degree, the angle of inclination between the axes of reference and Prüflingsstrahlenbündel and the angle between the two teilverspiegelten surfaces (8; 9) so matched to one another smd that exist between the second partially mirrored surface (8) and a lens (10) partial beam pairs, the precisely of one part of the reference beams (R, _+}) and a Teilprüflings-beams (P,) are formed, between these parallel, and the lens (10) is arranged downstream in its focal plane, a slit diaphragm (11) whose gap width approximately corresponds to the distance of the foci of the partial beam pairs in the focal plane of the lens (10). 2. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden teilverspiegelten Flächen (8; 9) variierbar ist.2. Two-beam interferometer according to claim 1, characterized in that the distance between the two partially mirrored surfaces (8; 9) is variable. 3. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden teilverspiegelten Flächen (8; 9) die Außenflächen eines Keiles (7) aus refraktivem Material bilden.3. Two-beam interferometer according to claim 1, characterized in that the two partially mirrored surfaces (8; 9) form the outer surfaces of a wedge (7) of refractive material. <*. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Keile (7) aus refraktivem Material quer zur Strahlrichtung verschiebbar angeordnet ist/sind und der Keil oder die Keile (7) mit einem motoriscl ien, steuerbaren Antrieb (15) und einem Rechner (14) verbunden ist/sind, wobei sich im gsmeinsamen Strahlraurr ieweils nur ein Keil (7) bzw. ein aus mehreren Keilen (7) ausgewählter Keil (7) befindet. <*. Two-beam interferometer according to Claims 1 and 3, characterized in that one or more wedges (7) of refractive material are displaceably arranged transversely to the beam direction and the wedge or wedges (7) are provided with a motorized, controllable drive (15). and a computer (14) is / are connected, wherein in gsmeinsamen Strahlraurr iewe only a wedge (7) or a plurality of wedges (7) selected wedge (7) is located. 5. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Antrieb 05) verbundenen Keile (7) untereinander jeweils unterschiedliche Reflexionsgrade der teilverspiegelten Schichten (8; 9) autweisen.5. Two-beam interferometer according to claim 1, 3 and 4, characterized in that the wedges (7) connected to the drive 05) have mutually different reflectivities of the partially-mirrored layers (8, 9). 6. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Raum, den die teilverspiegelten Flächen (8; 9) bilden, ein Objektiv (10) mit einer Spaltblende (11) ar.'v ordnet ist.6. Two-beam interferometer according to claim 1 to 5, characterized in that after the space which form the partially mirrored surfaces (8; 9), a lens (10) with a slit diaphragm (11) ar.'v is arranged. 7. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltblende (11) ein Abbildungsobjektiv (12) folgt und diesem ein Bildempfänger (13), der mit einem Rechner gekoppelt ist, nachgeordnet ist.7. Two-beam interferometer according to claim 1 and 6, characterized in that the slit diaphragm (11) an imaging objective (12) follows and this is followed by an image receiver (13) which is coupled to a computer. 8. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferometer ein Fizeau-Interferometer ist und daß das auf die Referenzfläche (3) treffende Eingangs-Strahlent ündel (1) bei einer planen Prüflingsoberfläche (4) als plane und bei einer gekrümmten Prüflinasoberfläche (4) als gekrümmte Wellenfront ausgebildet ist.8. Two-beam interferometer according to claim 1 and 7, characterized in that the interferometer is a Fizeau interferometer and that on the reference surface (3) hitting input Strahlent bundle (1) at a planned Prüflingsoberfläche (4) as plane and at a curved Prüflinasoberfläche (4) is designed as a curved wavefront. 9. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfläche (3) bei einer planen Prüflingsoberfläche (4; plan, bei einer konvexen Prüflingsoberfläche (4) konkav und bei einer konkaven Prüflingsoberfläche (4) konvex ausgeführt ist.9. Two-beam interferometer according to claim 1 to 8, characterized in that the reference surface (3) in a plan Prüflingsoberfläche (4; is flat, concave at a convex Prüflingsoberfläche (4) and concave at a concave Prüflingsoberfläche (4) is executed. 10. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die plane Referenzfläche (3) zur Achse des Eingangs-Strahlenbündels (1) leicht gekippt im gemeinsamen Strahlraum angeordnet ist, so daß ein Luftkeil (5) besteht oder die Krümmungsmittelpunkte eines sphärischen Eingangs-Strahlenbündels (1) und einer sphärischen Referenzfläche (7) dicht zusammengelegt sind, wobei jedoch keine Koinzidenz besteht.10. Two-beam interferometer according to claim 1 to 9, characterized in that the flat reference surface (3) to the axis of the input beam (1) slightly tilted in the common beam space is arranged so that an air wedge (5) or the centers of curvature of a Spherical input beam (1) and a spherical reference surface (7) are densely packed, but there is no coincidence. 11. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsmittelpunkte von Prüflingsoberfläche (4) und einem sphärischen Eingangs-Strahlenbündel (1) näherungsweise zur Koinzidenz gebracht sind, bzw. bei einem planen Prüfling dieser näherungsweise senkrecht zur Achse eines planen Eingangs-Strahienbündels angeordnet ist.11. Two-beam interferometer according to claim 1 to 10, characterized in that the centers of curvature of Prüflingsoberfläche (4) and a spherical input beam (1) are brought approximately to coincidence, or in a planned Prüfling this approximately perpendicular to the axis of a plane Input beam bundle is arranged. 12. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die plane Referenzfläche am Ausgang eines Kollimator-Objektivs angeordnet ist.12. Two-beam interferometer according to claim 1 to 11, characterized in that the planar reference surface is arranged at the output of a collimator lens. 13. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Referenzfläche (3) als Fläche auf einem Meniskus oder als Linsenfläche eines Fokussierobjektivs ausgebildet ist.13. Two-beam interferometer according to claim 1 to 12, characterized in that the curved reference surface (3) is designed as a surface on a meniscus or as a lens surface of a focusing lens. 14. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Raum, den die teilverspiegelten Flächen (8; 9) bilden und der Referenzfläche (3) eine Abbildungsstufe (6) angeordnet ist.14. Two-beam interferometer according to claim 1 to 13, characterized in that between the space formed by the partially mirrored surfaces (8; 9) and the reference surface (3) an imaging stage (6) is arranged. 15. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsstufe (6) als Prismenanamorphot oder als Teleskop ausgebildet ist.15. Two-beam interferometer according to claim 1 to 14, characterized in that the imaging stage (6) is designed as Prismenanamorphot or as a telescope. 16. Zweistrahl-Interferometer nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Raum, den die beiden teilverspiegelten Flächen (8; 9) bilden und der Referenzfläche (3) eine teilverspiegelte Schicht angeordnet ist.16. Two-beam interferometer according to claim 1 to 15, characterized in that between the space, the two partially mirrored surfaces (8; 9) form and the reference surface (3) is arranged a partially mirrored layer.