DE2264253A1

DE2264253A1 - METHOD OF FOCUSING A LENS RELATIVELY TO ROUGH OR SMOOTH SURFACES

Info

Publication number: DE2264253A1
Application number: DE19722264253
Authority: DE
Inventors: Joerg Dipl Ing Wilhelm
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1972-12-30
Filing date: 1972-12-30
Publication date: 1974-07-04
Also published as: FR2212556B3; FR2212556A1; JPS4999047A

Description

Um«-Zeichen: A 1901 /B 2768 633 Wetzlar,den 19· Dezember 1972To «sign: A 1901 / B 2768 633 Wetzlar, December 19, 1972

Pat Se/GGPat Se / GG

Verfahren zur Scharfeinstellung eines Objektivs relativ zu rauhen oder glatten FlächenMethod of focusing a lens relative to rough or smooth surfaces

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Scharfeinstellung eines Objektivs relativ zu rauhen oder glatten Flächen nebst Vorrichtungen zu seiner Durchführung.The invention relates to a method for focusing of a lens relative to rough or smooth surfaces together with devices for its implementation.

Es sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, optoelektronisch Entfernungen zu messen oder Objektive auf beliebige Entfernungen scharf einzustellen. Dabei werden mit Zusatzeinrichtungen versehene monobjektive Fernrohre oder Doppelfernrohre mit erweitertem Abstand der Ausblickachsen verwendet. Mittels einer fotoelektrischen Abtastvorrichtung wird die Koinzidenz der von den optischen Pupillen gelieferten Bilder oder der höchste Kontrast der Bildeinstellung registriert.Various methods are already known for optoelectronically measuring distances or aiming lenses at any desired Focus on distances. Monobjective telescopes or Dual telescopes with extended distance between the viewing axes used. Using a photoelectric scanning device becomes the coincidence of the images delivered by the optical pupils or the highest contrast of the image setting registered.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Scharfeinstellung eines Objektivs relativ zu einer Fläche, d.h. aber zur berührungslosen Antastung dieser Fläche sowie Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, die sowohl für spiegelnde strukturlose als auch für rauhe Flächen insbesondere in der Meßtechnik anwendbar sind«The object of the present invention is to provide a method for focusing a lens relative to a surface i.e. for contactless probing of this surface as well as Specify facilities for performing this process, both for specular structureless and for rough Surfaces are particularly applicable in metrology "

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Objekt über einen Weg, der die Strecke Objektiv-Meßobjekt einschließt, so abgebildet wird, daß auf mindestens einem Gitter für zwei unterschiedliche Meßobjektentfernungen ein scharfes Objektbild entsteht, daß die das oder die Gitter verlassenden Lichtflüsse am Gitter eine zeitveränderliche Helligkeitsmodulation erfahren und anschließend fotoelektrisch ausgewertet werdenThis object is achieved in a method of the type mentioned at the outset in that an object is via a path that the distance lens-measurement object includes, is imaged so that on at least one grid for two different Object distances a sharp object image is created that the light fluxes leaving the grid or grids experience a time-varying brightness modulation on the grating and then photoelectrically evaluated

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²² Λ 1901/B 2768Λ 1901 / B 2768

19.1^.1972.19.1 ^. 1972.

und daß die Objektiveinstellung in Abhängigkeit vom Auswertesignal so gesteuert wird, daß die Modulationsgrade der den beiden scharfen Objektbildern zugeordneten Signale ein vorbestimmtes Verhältnis aufweisen. Weitere Verfahrensvarianten und erfindungsgemäße Einrichtungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.and that the lens setting is dependent on the evaluation signal is controlled so that the degrees of modulation of the signals associated with the two sharp object images have a predetermined ratio. Further process variants and devices according to the invention are shown in Characterized subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown schematically in the drawings. Show it:

Fig. 1 eine Einrichtung mit zwei Objektbildern und zwei getrennten Gittern zur Antastung rauher Flächen,1 shows a device with two object images and two separate ones Grids for probing rough surfaces,

Fig. 2 eine Einrichtung zur Antastung rauher Flächen mit einer doppelbrechenden Platte zur Bildaufspaltung,2 shows a device for probing rough surfaces with a birefringent plate for image splitting,

Fig. 3 eine Einrichtung zur Antastung rauher Flächen mit einer doppelbrennweitigen Linse zur Bildaufspaltung,3 shows a device for probing rough surfaces with a double focal length lens for image splitting,

Fig. k eine Einrichtung zur Antastung rauher Flächen mit zwei hintereinanderliegenden zusammengefügten Gittern,Fig. K shows a device for probing rough surfaces with two consecutively joined grids,

Fig. 5 eine Einrichtung zur Antastung rauher Flächen mit zwei gestaffelt nebeneinanderliegenden Gittern,5 shows a device for probing rough surfaces with two staggered grids next to each other,

Fig. 6 eine Einrichtung zur Antastung rauher Flächen mit einem periodisch bewegten Gitter,6 shows a device for probing rough surfaces with a periodically moving grid,

Fig. 7 eine Einrichtung zur Antastung rauher Flächen mit einem Gitter ohne bevorzugte Beugungsrichtung,7 shows a device for probing rough surfaces with a grating without a preferred direction of diffraction,

Fig. 8 eine Einrichtung zur Antastung glatter Flächen mit aufeinanderfolgender Abbildung eines Gitters auf das Meßobjekt und auf ein zweites Gitter,8 shows a device for probing smooth surfaces with successive imaging of a grid the target and a second grid,

Fig. 9 eine Einrichtung zur Antastung glatter Flächen mit einem Wollastonprisma und einem Gitter,9 shows a device for probing smooth surfaces with a Wollaston prism and a grating,

Fig. 10 eine Einrichtung zur Antastung glatter Flächen mit einer beugenden Struktur mit weitgehender Unterdrückung der nullten Beugungsordnung,10 shows a device for probing smooth surfaces with a diffractive structure with extensive suppression the zeroth diffraction order,

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³ " A 1901/B 2766 ³ " A 1901 / B 2766

19·12ο1972.1912ο1972.

Fig.11 eine Einrichtung zur Antastung glatter Flächen mit zwei identischen Streuscheiben.11 shows a device for probing smooth surfaces with two identical lenses.

In Fig.1 wird ein anzumessendes statistisches Objekt 1 mit rauher Oberfläche mittels einer Optik-2 und eines Strahlenteilers 3 in zwei getrennte Bildebenen abgebildet, welche sich in der Nähe von zwei Gittern k und 5 befinden. Dabei kann die Optik so eingestellt werden, daß sich das eine Bild in Sttfahlrichtung kurz vor dem Gitter k und das andereIn FIG. 1, a statistical object 1 to be measured with a rough surface is imaged by means of an optical system 2 and a beam splitter 3 in two separate image planes which are located in the vicinity of two grids k and 5. The optics can be adjusted in such a way that one image is in the direction of the beam just before the grating k and the other

Bild kurz hinter dem Gitter 5 befindet oder umgekehrt. Mittels Sammeloptiken 22, 23 werden die an den Gittern k, gefilterten Lichtflüsse zwei fotoelektrischen Empfängern 6, 7 zugeführt. Durch eine transversale Relativbewegung zwischen den Objektbildern und den Gittern, beispielsweise infolge Zittern der Hand des Benutzers der Einrichtung, erfahren die Lichtflüsse an den Gittern, eine zeit veränderliche Modulation. Dabei ist der Modulationsgrad vom Abs cane! zwischen Bildebene und' G-xtterebene abhängig und durch läuft bei Deckung beider Ebenen ein Maximum,, Aufgrund der te schriebe tie η Anordnung ist klar, daß beim DurcüxOkuasieren der *ptik 2 die Modulationsgrade der Ausgangssignale der Empfänger c und 7 ihre Maxima zeitlich nacheinander durchlauf en. Die· Op^-CIk wird so fokxissiert, daß diese beiden Modulationsgrade ein vorbestimmtes Verhältnis zueinander aufweisen, beispielsweise gleich sind. Infolge der Flankensteilheit der i3isi£.rirainatorkurir ven ist die Fokussierung in diesem .Fall besonders smpfindlich und fein einstellbar. Aus dem gegensinnigen Verlauf der "beiden Kurven im Bereich des vorgegebenen Modulationsgrad^Terfcältnisses läßt sich das Vorzeichen der Ablage der augenblicklichen Fokussierung vom gewünschten Sollwert bestiitunen.»Image is located just behind the grid 5 or vice versa. The light fluxes filtered at the grids k 1 are fed to two photoelectric receivers 6, 7 by means of collecting optics 22, 23. Through a transversal relative movement between the object images and the grids, for example as a result of the trembling of the hand of the user of the device, the light fluxes on the grids experience a time-variable modulation. The degree of modulation of the Abs cane! between and 'G-xtterebene dependent and both levels through a maximum at cover ,, Because of te were writing tie η arrangement it is clear that when DurcüxOkuasieren the * ptik 2 c image plane, the modulation degree of the output signals of the receivers and 7 their maxima pass consecutively en. The · Op ^- CIk is focused in such a way that these two degrees of modulation have a predetermined relationship to one another, for example are the same. As a result of the steepness of the edge of the i3isi £ .rirainator curves, the focusing is particularly sensitive and finely adjustable in this case. The sign of the deviation of the current focus from the desired setpoint can be determined from the opposing course of the "two curves in the range of the specified modulation depth ^{T rcaltion."}

In Fig.2 ist eine Variante der beschriebenen Ei ar .1^h ^u ng gezeigt, bei der ein Objekt 1 nittel? -,iaer Optik "I /o^ie ciuer doppe !brechenden, wei korn ρ I «..neat =>.::. v'olariaierte Z.1-:"·': 1"JfI~"lsse erzeugenden Platte 2 in cwei uiohfc '':a'.^;ächbartIn Fig.2 a variant of the described egg ar .1 ^ h ^ u ng is shown, in which an object 1 nittel? - iaer look "!.. I / o ^ ie ciuer double rain-breaking, white grain ρ I" ..neat => :: v'olariaierte Z.1 - '·': 1 "JFI ~" ls se generating plate 2 in cwei uiohfc ': a'. ^; avenged

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A. 1901 /B 2768A. 1901 / B 2768

19.12.1972.December 19, 1972.

bildet wird. Zwischen den beiden Bildebenen ist ein Gitter k* angeordnet, dessen -1.Beugungsordnung durch eine innerhalb der Optik 2 angeordnete Ortsfrequenzfilterblende 9 ausgefiltert wird. Die komplementär polarisierten Lichtflüsse der beiden Bilder werden nach der Filterung am Gitter k* mittels eines polarisierenden Teilers 10 und einer Sammeloptik 11 je einer Gruppe fotoelektrischer Empfänger 6^f, 7^f zugeführt. Dabei sind die Empfänger jeder Gruppe derart angeordnet, daß durch am Gitter unterschiedlich gebeugte Lichtflußanteile gegenphasige elektrische Signale erzeugt werden. Diese werden in bekannter Weise, beispielsweise in Verbindung mit einem Gegentaktverstärker, zur Unterdrückung störender Gleichsignalanteile benutzt. Auch bei dieser Anordnung wird bei einer Relativbewegung Objekt-Optik eine transversale Relativbewegung zwischen dem Gitter und den beiden Bildern erzeugt. Die dabei an den Ausgängen der Empfänger 6, 7 entstehenden elektrischen Signale sind denen der Anordnung nach Fig.1 äquivalent und werden in analoger Weise ausgewertet.forms is. A grating k * is arranged between the two image planes, the -1th order of diffraction of which is filtered out by a spatial frequency filter diaphragm 9 arranged within the optics 2. The complementary polarized light fluxes of the two images are fed to ^{a group of photoelectric receivers 6 f} , 7 ^f after filtering on the grating k * by means of a polarizing splitter 10 and collecting optics 11. The receivers of each group are arranged in such a way that electrical signals in opposite phase are generated by the light flux components diffracted differently on the grating. These are used in a known manner, for example in connection with a push-pull amplifier, to suppress disruptive DC signal components. With this arrangement, too, a transversal relative movement is generated between the grating and the two images in the event of a relative movement of the object optics. The electrical signals produced at the outputs of the receivers 6, 7 are equivalent to those of the arrangement according to FIG. 1 and are evaluated in an analogous manner.

Bei der Einrichtung gemäß Fig.3 wird das Objekt 1 mittels einer doppelbrennweitigen Komponente 2' der Optik 2 in zwei einem Gitter 4' auf verschiedenen Seiten benachbarte Bildebenen abgebildet. Die polarisierende Teilung gemäß Fig.2 entfällt bei dieser Einrichtung, bei der die Lichtflüsse mittels einer Sammeloptik 11 direkt ihnen zugeordneten fotoelektrischen Empfängern 6, 7 zugeführt werden. Im übrigen ist diese Einrichtung der in Fig.2 dargestellten in Anordnung und Funktion äquivalent.In the device according to FIG. 3, the object 1 is imaged by means of a double focal length component 2 'of the optics 2 in two image planes adjacent to a grid 4' on different sides. The polarizing division according to FIG. 2 is omitted in this device, in which the light fluxes are fed to photoelectric receivers 6, 7 assigned directly to them by means of collecting optics 11. Otherwise, this device is equivalent in arrangement and function to that shown in FIG.

Die in Fig.k dargestellte Einrichtung ist für Meßobjekte vorgesehen, welche das Licht in mindestens vier Richtungen gleichmäßig beugen. Das Meßobjekt 1 wird hierbei nur einfach abgebildet. Dafür sind zwei Gitter k", 5" vorgesehen, welche unterschiedliche Teilungsrichtungen haben und der BildebeneThe device shown in Fig. K is provided for objects to be measured, which diffract the light uniformly in at least four directions. The object 1 to be measured is only shown simply here. Two grids k ″ , 5 ″ are provided for this, which have different dividing directions and the image plane

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auf verschiedenen Seiten benachbart sind. Innerhalb der abbildenden Optik 2 ist eine den Lagen der Beugungsordnungen der beiden Gitter 4", 5" angepaßte Ortsfrequenzfxlterblende 9^f angeordnet. Zwei fotoelektrische Empfängergruppen 6' und 7' zur Umwandlung der Modulationen der an den Gittern k", 5" gefilterten Lichtflüsse sind bei dieser Anordnung ineinander verschachtelt angeordnet, und sie werden über eine Sammellinse 11 mit Licht beaufschlagt. Auch bei dieser Einrichtung wird die Scharfeinstellung der Optik 2, wie bereits oben gesagt, z.B. durch Abgleich der beiden Gittern entsprechenden Diskriminatorkurven auf gleiche Signalmodulation erreicht.are adjacent on different sides. ^{A spatial frequency filter 9 f} adapted to the positions of the diffraction orders of the two gratings 4 ″, 5 ″ is arranged within the imaging optics 2. Two photoelectric receiver groups 6 'and 7' for converting the modulations of the light fluxes filtered at the gratings k " , 5" are nested in this arrangement, and light is applied to them via a converging lens 11. With this device, too, the focusing of the optics 2 is achieved, as already stated above, for example by comparing the discriminator curves corresponding to the two grids for the same signal modulation.

Mit der in Fig.5 dargestellten Variante der Einrichtung erhält man die oben erwähnten beiden phasenverschobenen Diskriminatorkurven dadurch, daß zwei Gitter k ·', 5^l' in Richtung der optischen Achse gestaffelt angeordnet sind. Den beiden Gittern ist je ein Kondensor 11', 11" und eine fotoelektrische Empfängergruppe 6, 7 und beiden Gittern gemeinsam eine Ortsfrequenzfxlterblende 9 zugeordnet. Die Funktion dieser Einrichtung ist die gleiche wie jene der schon beschriebenen Varianten der Einrichtung.With the variant of the device shown in FIG. 5, the above-mentioned two phase-shifted discriminator curves are obtained in that two grids k ', 5 ^l ' are staggered in the direction of the optical axis. A condenser 11 ', 11 "and a photoelectric receiver group 6, 7 are assigned to each of the two grids, and a spatial frequency filter 9 is assigned to both grids. The function of this device is the same as that of the variants of the device already described.

Mit einem einzigen Gitter k^l*ⁱ und einfacher Abbildung des Meßobjektes 1 kommt man aus, wenn man dieses Gitter k^lt1 bewegbar anordnet und z.B. einen Tauchspulenantrieb 12 vorsieht (Fig.6). Wirkt dieser Antrieb schräg zur optischen Achse periodisch oszillierend, so ist damit gleichzeitig die transversale Relativbewegung des Gitters k'* ⁱ zur Erzeugung der zeitvariablen Signalmodulation gesichert. Dent Gitter ist über einen Kondensor 11 ein einziger fotoelektrischer Empfänger 6" zugeordnet, dessen Ausgang phasenrichtig zu den Extremlaget) des Gitters 4^I!> abwechselnd zwei Diskriminatoren zugeordnet wird. Im übrigen ist diese Einrichtung der in Fig. 2 dargestellten in Anordnung und Funktion äquivalent. _^_One gets along with a single grid k ^l * ⁱ and a simple image of the measurement object 1 if this grid k ^{lt1 is arranged to be} movable and, for example, a moving coil drive 12 is provided (FIG. 6). If this drive has a periodically oscillating effect obliquely to the optical axis, the transversal relative movement of the grating k '* ⁱ for generating the time-variable signal modulation is thereby secured at the same time. Dent grating is assigned a single photoelectric receiver 6 ″ via a condenser 11, the output of ^{which is alternately assigned to two discriminators in phase with the extreme positions of the grating 4 I!>} . Otherwise, this device is equivalent in arrangement and function to that shown in FIG . _ ^ _

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^66th A 1901/B 276aA 1901 / B 276a

Die zeitvariable Signalmodulation kann außer dem schon Beschriebenen noch wie folgt erzeugt werden:The time-variable signal modulation can also do what has already been described can still be generated as follows:

a) durch transversale Eigenbewegung der Meßobjekte,a) by transversal proper movement of the objects to be measured,

b) durch mechanische Transversalbewegung des bzw. der liefere nzgi 11 er,b) by mechanical transversal movement of the delivering nzgi 11 er,

c) durch eine Querbewegung des Keferenzgitters durch dessen Ausbildung als laufende Ultraschallwelle in einer Flüssigkeit,c) by moving the reference grid transversely through it Training as a running ultrasonic wave in a liquid,

d) durch Verwendung einer Flüssigkristallzelle als lieferenzstruktur, an welche eine Kichtwechselspannung angelegt ist, d) by using a liquid crystal cell as a supply structure to which an alternating voltage is applied,

e) durch Bildverlagerung relativ zum Referenzgitter mittels eines oszillierenden Spiegels und/oder einer bewegten Planplatte im konvergenten Strahlengang, und/oder einer oszillierenden Linse,e) by shifting the image relative to the reference grid by means of an oscillating mirror and / or a moving plane plate in the convergent beam path, and / or a oscillating lens,

f) durch eine zeitabhängige Phasenverschiebung zwischen verschiedenen Strahlkomponenten in der Fourierebeue,f) by a time-dependent phase shift between different Ray components in the Fourier brow,

g) durch Verwendung eines Zweifrequenzlasers zur Objektbeleuchtung .g) by using a two-frequency laser for object illumination .

Die Verwendung eines Keferenzgitters, welches nur eine einkoordinatige Struktur zur Korrelation mit entsprechenden Meßstrukturen aufweist, bedingt zusammen mit der zugehörigen Ortsfrequenzfilterblende eine wenig ökonomische Ausnutzung der von der Meßstruktur ausgehenden Lichtmenge. Fig.7 zeigt daher eine der Anordnung nach Fig.2 analoge Anordnung, mit der Streulicht aller Azimute genutzt werden kann. Dabei ist das lieferenzgitter 20 als Beugungsgitter mit einheitlicher Gitterkonstante und rotationssymmetrischem Streukegel ausgebildet. Ein derartiges Gitter läßt sich beispielsweise Durch Verwendung kleiner Kügelchen einheitlichen Durchmessers realisieren, die statistisch verteilt auf eine Glasplatte aufgebracht werden. Das so gewonnene Gitter läßt sich sowohl als Original als auch als Mater verwenden» „ The use of a reference grating which has only a one-coordinate structure for correlation with corresponding measuring structures, together with the associated spatial frequency filter diaphragm, results in a less economical use of the amount of light emanating from the measuring structure. FIG. 7 therefore shows an arrangement analogous to the arrangement according to FIG. 2, with which scattered light of all azimuths can be used. The lying grating 20 is designed as a diffraction grating with a uniform grating constant and a rotationally symmetrical scattering cone. Such a grid can be realized, for example, by using small spheres of uniform diameter, which are applied to a glass plate in a statistically distributed manner. The grid obtained in this way can be used both as an original and as a material » "

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^77th A I 901/B 2768A I 901 / B 2768

V), 12.1972. V), 12.1972.

Die Ortsfrequenzfilterblende 21 und die fotoelektrischen Empfängergruppen 22, 23 sind an das Gitter 20 angepaßt und mit Hinggpalt bzw. mit ringfcirmigen Enfnfängerf lachen ausgebildet. The spatial frequency filter diaphragm 21 and the photoelectric Receiver groups 22, 23 are adapted to the grid 20 and formed with a hinged gap or with ring-shaped beginners' faces.

In Fig.8 ist eine Einrichtung zur Antastung spiegelnder Flächen gezeigt. Da diese Flächen als strukturlose Meßobjekte bei einer Abbildung auf ein Gitter selbst keine Meßsignale erzeugen, wird hierbei ein Hilfsgitter 1 * zunächst über eine Optik 2" und einen Strahlenteiler 3* auf die Meßfläche 1 und dann nach Reflexion wieder über diesen Teiler 3^S> eineIn Figure 8 a device for probing reflective surfaces is shown. Since these surfaces, as structureless objects to be measured, do not generate any measurement signals when they are mapped onto a grating, an auxiliary grating 1 * is first applied to the measuring surface 1 via optics 2 "and a beam splitter 3 * and then, after reflection, again via this splitter 3 ^S > a

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diesem nachgeschaltete Optik -1-4- sowie eine Quarzplatte 8 auf das Referenzgitter k¹ abgebildet. Dem Referenzgitter k¹ sind ein polarisierender Teiler 10, ein Kondensor 11 und eine fotoelektrische Empfängergruppe 6', 7¹ nachgeschaltet. Die Funktion dieser Einrichtung ist analog der in Fig»2 gezeigten. Die dem Teiler 3' nachgeschalteten Bauteile sind hier nur der Vollständigkeit halber mit dargestellt. Sie können jedoch durch jede der oben beschriebenen entsprechenden Anordnungen ersetzt werden. Abweichend von den oben beschriebenen/ 3
This downstream optics -1-4- and a quartz plate 8 mapped onto the reference grid k ^1. A polarizing splitter 10, a condenser 11 and a photoelectric receiver group 6 ', 7 ^{1 are} connected downstream of the reference grating k ^1. The function of this device is analogous to that shown in FIG. The components connected downstream of the divider 3 'are only shown here for the sake of completeness. However, they can be replaced by any of the corresponding arrangements described above. Different from those described above

Einrichtungen gemäß Fig. 1" bis Fig.7 fck kann man mit der in Figc8 dargestellten keine TransVersalgeschwindigkeit des Meßobjektes aus der Signalfrequenz bestimmen, da diese Frequenz hier von einer Bewegung des Hilfsgitters 1* abhängt. Es ist zu erwähnen, daß man die gezeigte Einrichtung dadurch abändern kann, daß man im Strahlengang einen rotierenden Polarisator vorsieht, der wechselweise den Meßstrahlengang auf unterschiedliche Polarisationsrichtungen umschaltet. InDevices according to Fig. 1 "to Fig.7 fck can be used with the in Figc8 does not show any transverse velocity of the measurement object from the signal frequency, since this frequency depends on a movement of the auxiliary grid 1 *. It is to mention that the device shown can be modified by placing a rotating polarizer in the beam path provides that alternately switches the measuring beam path to different polarization directions. In

10 diesem Fall kann der polarisierende Teiler entfallenIn this case, the polarizing splitter can be omitted

Die in Fig.9 gezeigte Einrichtung zur Antastung glatter Flächen weist im Gegensatz zur Einrichtung nach Fig.8 nur ein Gitter auf. Das Objekt 1 wird mittels einer seitlich des Hauptstrahlenganges angeordneten Lampe 14 über einen Kondensor 151 einen Umlenkspiegel 16, eine Optik 2^lff und einThe device shown in FIG. 9 for probing smooth surfaces has, in contrast to the device according to FIG. 8, only one grid. ^{By means of a lamp 14 arranged to the side of the main beam path, the} object 1 becomes, via a condenser 151, a deflecting mirror 16, an optical system 2 lff and a

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poiarisationsabharigig strahlaufspaltendes Prisma 17 beleuchtet. Die am Objekt 1 reflektierten Strahlenbündel durchsetzen erneut das Prisma 17 und die Optik 2^ffi, laufen am Umlenkspiegel 16 seitlich vorbei und durch die Offnungen einer nachgeordneten Filterblende 9"» Diesen Öffnungen ist je ein unter +45 bzw. -45 zum Prisma 17 orientiertes τ~ Plättchen nachgeschaltet, welche die lineare Polarisation der einfallenden Lichtbündel in zirkuläre Polarisation umsetzen. Mittels einer weiteren Optik I3 gelangen die abbildenden Lichtbündel unter Aufspaltung durch eine unter 45 zum Prisma 17 orientierte Quarzplatte 8 zum Referenzgitter 4'. Die dabei entstehenden modulierten Lichtflüsse werden in schon beschrfebener Weise (siehe Fig.2) mittels eines polarisierenden Teilers 10, einer Sammeloptik 11 und zwei fotoelektrischen Empfängergruppen 6^f, 7¹ ausgewertet. Die relativ zum Keferenzgitter 4^! unterschiedlich gelegenen Schärfeebenen entstehen auch bei dieser Anordnung durch die Quarzplatte d>. Poiarization-dependent beam-splitting prism 17 illuminated. The bundles of rays reflected on the object 1 again ^pass through the prism 17 and the optics 2 ffi, run laterally past the deflecting mirror 16 and through the openings of a downstream filter diaphragm 9 ″. These openings are each oriented at +45 or -45 to the prism 17 ~ Platelets connected downstream, which convert the linear polarization of the incident light bundles into circular polarization. By means of a further optics I3, the imaging light bundles reach the reference grid 4 'with splitting by a quartz plate 8 oriented at 45 to the prism 17 2) evaluated by means of a polarizing divider 10, a collecting optics 11 and two photoelectric receiver groups 6 ^f , 7 ^1. The planes of sharpness that are different relative to the reference grid 4 ^! are also created in this arrangement by the quartz plate d>.

In Fig.10 ist eine Einrichtung dargestellt, bei der ein Gitter 4" mittels einer Afokaloptik 2 über das Objekt 1 und eine Quarzplatte Ö auf sich selbst abgebildet wird. Das Gitter 4" kann dabei ein regelmäßiges Gitter sein oder eine Mattscheibe, bei der zur Auslöschung der nullten Beugungsordnung die — -Bedingung möglichst erfüllt ist. Im gemeinsamen Brennpunkt der beiden Komponenten der Afokaloptik 2 kann zur besseren Unterdrückung der nullten Ordnung noch eine Stopperblende 24 vorgesehen sein. Auch hier sind zur Auswertung der modulierten Lichtflüsse wieder ein polarisierender Teiler 10, eine Sammeloptik 11 und zwei fotoelektrische Empfängergruppen 6, 7 vorgesehen.In Fig.10 a device is shown in which a Grid 4 ″ is imaged onto itself by means of an afocal optics 2 over the object 1 and a quartz plate Ö Grating 4 ″ can be a regular grating or a ground glass screen, in which the - condition is fulfilled as far as possible in order to cancel out the zeroth diffraction order The focal point of the two components of the afocal optics 2 can also be one for better suppression of the zeroth order Stopper panel 24 may be provided. Here, too, there are polarizing fluxes for evaluating the modulated light fluxes Divider 10, a collecting optics 11 and two photoelectric Recipient groups 6, 7 provided.

Die in Fig.11 dargestellte Anordnung entspricht derjenigen gemäß Fig.8, nur sind hier an Stelle der Gitter 1' und 4^! (Fig.8) zwei identische Mattscheiben 1¹, 4¹ vorgesehen.The arrangement shown in FIG. 11 corresponds to that according to FIG. 8, only here are instead of the grids 1 'and 4 ^! (Fig.8) two identical focusing screens 1 ¹ , 4 ^{1 are} provided.

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Die Abstände zwischen den Komponenten der Optik 2" und den Bauelementen 1', 1, 3" und h^% sollen den Brennweiten dieser Komponenten entsprechen.The distances between the components of the optics 2 "and the components 1 ', 1, 3" and h ^% should correspond to the focal lengths of these components.

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Claims

¹⁰¹⁰ A 1901/B 276dA 1901 / B 276d

AnsprücheExpectations

■■~N
\■■ ~ N
\

.y Verfahren zur Scharfeinstellung eines Objektivs relativ zu rauhen oder glatten Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Objekt (1, 1^f, h\, 17) über einen Weg, der die Strecke Objektiv-Meßobjekt einschließt, so abgebildet wird, daß auf mindestens einem Gitter (k, 5» ^'» 5¹» **■"> 5"; k ^f · ', 20) für zwei unterschiedliche Meßobjektentfernungen ein scharfes Objektbild entsteht, daß die das oder die Gitter verlassenden Lichtflüsse am Gitter eine zeitveränderliche Helligkeitsmodulation erfahren und anschließend fotoelektrisch ausgewertet werden und daß die Objektiveinsteilung in Abhängigkeit vom Auswertesignal so gesteuert wird, daß die Modulationsgrade der den beiden scharfen Objektbildern zugeordneten Signale ein vorbestimmtes Verhältnis zueinander aufweisen. .y method for focusing a lens relative to rough or smooth surfaces, characterized in that an object (1, 1 ^f , h \ , 17) is imaged over a path that includes the distance lens-measurement object so that on at least a grating (k, 5 »^ '» 5 ¹ »** ■"> 5 "; k ^f ·', 20) for two different measuring object distances a sharp object image is created that the light fluxes leaving the grating (s) have a time-varying brightness modulation on the grating learned and then photoelectrically evaluated and that the lens adjustment is controlled as a function of the evaluation signal so that the degrees of modulation of the signals associated with the two sharp object images have a predetermined ratio to one another.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitveränderliche Helligkeitsmodulation der Lichtflüsse durch eine relative Transversalbewegung zwischen Objektbild und dazugehörigem Gitter erzeugt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the time-varying brightness modulation of the light fluxes is generated by a relative transverse movement between the object image and the associated grid.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitveränderliche Helligkeitsmodulation der Lichtflüsse durch Verwendung einer Beleuchtung mit rotierender Polarisationsebene erzeugt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the time-varying brightness modulation of the light fluxes is generated by using an illumination with a rotating plane of polarization.

k. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3» zur Antastung rauher Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Objekt 1 in zwei unterschiedliche Bildebenen abbildende, einen vorzugsweise parallelen Strahlengang aufweisende Optik (2) mit in ihr angeordnetem Strahlenteiler (3) vorgesehen ist, daß in Richtung des Strahlenganges kurz vor der einen und kurz hinter der anderen Bildebene je ein Gitter (k, 5) angeordnet ist und daß jedem Gitter mindestens k. Device for carrying out the method according to one of Claims 1 to 3 »for probing rough surfaces, characterized in that an optical system (2) which images the object 1 in two different image planes and has a preferably parallel beam path with a beam splitter (3) arranged in it is provided is that in the direction of the beam path just before the one and just behind the other image plane a grating (k , 5) is arranged and that each grating at least

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"' ¹ A 1901/B 2768 "' ¹ A 1901 / B 2768

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ein fotoelektrischer Empfänger (6, 7ί ό'₅ 7^!) zugeordnet ist.a photoelectric receiver (6, 7ί ό ' ₅ 7 ^! ) is assigned.

Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Antastung rauher Flächen₅ dadurch gekennzeichnet, daß eine in Kombination mit einer doppelbrechenden Platte (8) das Objekt (i) in zwei dicht hititereinanderliegende Bildebenen abbildende, vorzugsweise parallelen Strahlengang aufweisende Optik (2) vorgesehen ist, daß zusätzlich innerhalb dieser Optik (2) eine angepaßte Ortsfrequenzfilterblende (9, 9') angeordnet ist, daß zwischen den beiden Bildebenen ein Gitter (4^!) vorgesehen und daß den Bildebenen ein polarisierender Teiler (1OJ nachgeordnet ist, dessen beiden Ausgängen über eine Sammeloptik (11) mindestens ein fotoelektrischer Empfänger (6^f, 7') zugeordnet ist.Device for carrying out the method according to one of Claims 1 to 3 for probing rough surfaces _5, characterized in that optics (2 ) it is provided that an adapted spatial frequency filter diaphragm (9, 9 ') is additionally arranged within this optics (2), that a grid (4 ^! ) is provided between the two image planes and that the image planes are followed by a polarizing splitter (10J, both of which At least one photoelectric receiver (6 ^f , 7 ') is assigned to outputs via collecting optics (11).

Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Antastung rauher Flächen dadurch gekennzeichnet, daß eine einen vorzugsweise parallelen Strahlengang aufweisende, das Objekt (1) in zwei dicht hintereinanderliegende Bildebenen abbildende Optik (2) vorgesehen ist, welche ein doppelbrennweitiges Bauelement (2^f) aufweist, daß innerhalb der Optik eine angepaßte Ortsfrequenzfilterblende (9) angeordnet ist, daß zwischen den beiden Bildebenen ein Gitter (4^J) vorgesehen HHctsixatÄ und daß jeder Bildebene über eine Sammeloptik (11) eine fotoelektrische Empfängergruppe (6,7) zugeordnet ist.Device for carrying out the method according to one of Claims 1 to 3 for probing rough surfaces, characterized in that an optical system (2) is provided which has a preferably parallel beam path and images the object (1) in two image planes lying close behind one another, which is a double focal length component ( 2 ^f ) has that an adapted spatial frequency filter diaphragm (9) is arranged within the optics, that a grid (4 ^J ) is provided between the two image planes and that each image plane is assigned a photoelectric receiver group (6, 7) via a collecting optics (11) is.

Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3 und 5 oder 6 zur Antastung rauher Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß am Ort der Bildebenen dicht hintereinander zwei Gitter (4", 5") mit nicht parallel zueinander orientierten Teilungsrichtungen angeordnet sind.Device according to Claims 1 to 3 and 5 or 6 for probing rough surfaces, characterized in that two grids close behind one another at the location of the image planes (4 ", 5") are arranged with dividing directions that are not oriented parallel to one another.

-12-xJbsa:-12-xJbsa:

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A 1901/B 2768A 1901 / B 2768

ft. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Antastung rauher Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Objekt (i) mittels eines vorzugsweise parallelen Strahlenganges in eine Bildebene abbildende Optik (2) vorgesehen ist, daß am Ort der Bildebene transversal zu beiden Seiten der optischen Achse je ein Gitter (4'¹, 5 ^fl) so angeordnet ist, daß deren Gitterebenen, die Bildebene einschließend, dicht hintereinander liegen, daß innerhalb der Optik (2) eine den beiden Gittern (k", 5") angepaßte Ortsfrequenzfilterblende (9¹) vorgesehen und daß jedem Gitter (4^f, 5') über eine getrennte Sammeloptik (11', 11") mindestens ein fotoelektrischer Empfänger (6, 7) zugeordnet ist.ft. Device for carrying out the method according to one of Claims 1 to 3 for probing rough surfaces, characterized in that an optical system (2) which images the object (i) into an image plane by means of a preferably parallel beam path is provided at the location of the image plane transversely on both sides of the optical axis a grating (4 ' ¹ , 5 ^fl ) is arranged in such a way that their grating planes, including the image plane, lie closely behind one another so that within the optics (2) one of the two grids (k " , 5 ") adapted spatial frequency ^{filter diaphragm (9 1} ) is provided and that ^{at least one photoelectric receiver (6, 7) is assigned to each grating (4 f} , 5 ') via separate collecting optics (11', 11").

y. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Antastung rauher Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Objekt (i) mittels eines vorzugsweise parallelen Strahlenganges in eine Bildebene abbildende Optik (2) vorgesehen ist, daß am Ort der Bildebene ein Gitter (^*¹¹) angeordnet ist, welches mittels eines mechanischen Antriebs (12) periodisch abwechselnd in zwei dicht benachbarte Ebenen bewegbar ist, und daß dem Gitter über eine Sammeloptik mindestens ein zur Gitterbewegung phasenrichtig abgefragter fotoelektrischer Empfänger (6") nachgeordnet ist.y. Device for carrying out the method according to one of Claims 1 to 3 for probing rough surfaces, characterized in that an optical system (2) is provided which images the object (i) into an image plane by means of a preferably parallel beam path, and that a grid is provided at the location of the image plane (^ * ¹¹ ) is arranged, which by means of a mechanical drive (12) can be moved periodically alternately in two closely adjacent planes, and that the grating is followed by at least one photoelectric receiver (6 ") interrogated in phase for the grating movement via a collecting optics.

10. Einrichtung nach Anspruch y, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Gitter (^¹¹') gleichzeitig längs und quer zur optischen Achse bewegende Antriebsvorrichtung vorgesehen ist.10. Device according to claim y, characterized in that a ^{drive device which moves the grating (^ 11} ') simultaneously longitudinally and transversely to the optical axis is provided.

11. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die doppelbrechende Platte (8) außer dem Tiefenversatz der Objektbilder auch noch einen zur optischen Achse11. Device according to claim 5 »characterized in that the birefringent plate (8) apart from the depth offset of the object images also one to the optical axis

transversalen Versatz um ■* r *- Perioden (n ganze Zahltransversal offset by ■ * r * periods (n whole number

des Gitters (k·) bewirkt und daß an die fotoelektrischenof the grating (k ·) and that to the photoelectric

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¹³ " A 1901/B 2763 ¹³ "A 1901 / B 2763

.12.1972..12.1972.

Empfänger (6, 7) eine Phasenauswertestufe angeschlossen ist, mittels welcher Informationen über Große und Richtung einer Transversa!bewegung des Objektes (i) gewonnen werden.Receiver (6, 7) connected to a phase evaluation stage is by means of what information about size and direction a transverse movement of the object (i) will.

12. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 7> dadurch gekennzeichnet, daß in der Ortsfrequenzfilterblende optische, zwischen den einander zugeordneten öffnungen der Ortsfrequenzfilterbletide (9i 9^f) eine polarisationsabhängige Phasenverschiebung von j der verwendeten12. Device according to claim 5 or 7> characterized in that in the spatial frequency filter diaphragm optical, between the associated openings of the spatial frequency filter bletide (9i 9 ^f ) a polarization-dependent phase shift of j of the used

Lichtwellenlänge Xerzeugende Bauelemente vorgesehen sind und daß an die fotoelektrischen Empfänger (ό, 7> 6¹, 7¹) eine Phasenauswertestufe angeschlossen ist, mittels welcher zusätzlich Informationen über Größe und Richtung einer Transversalbewegung des Objektes (1) gewonnen werden.Components generating light wavelength X are provided and that a phase evaluation stage is connected to the photoelectric receiver (ό, 7> 6 ¹ , 7 ¹ ), by means of which additional information about the size and direction of a transverse movement of the object (1) can be obtained.

13· Einrichtung nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (20) ohne bevorzugte Beugungsrichtung ausgebildet ist und daß demgemäß die Ortsfrequenzfilterblende (21) einen Ringspalt passenden Durchmessers und die fotoelektrischen Empfänger (22, 23) ringförmige Empfängerflächen haben.13 · Device according to claim 5j, characterized in that the grating (20) is formed without a preferred diffraction direction and that accordingly the spatial frequency filter diaphragm (21) an annular gap of suitable diameter and the photoelectric receiver (22, 23) annular Have receiver surfaces.

14. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ^zur Antastung glatter Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß eine ein Gitter (i') auf das Meßobjekt (1) abbildende, vorzugsweise parallelen Strahlengang aufweisende Optik (2") vorgesehen ist, daß im Strahlengang zwischen Gitter und Objekt ein Teiler (3¹) vorgesehen ist und daß in dem Objekt abgekehrter Richtung dem Teiler eine Projektions- und Auswerteeinrichtung beispielsweise gemäß einem der Ansprüche 5> 6> 9, 10 nachgeschaltet ist.14. Device for performing the method according to one of claims 1 to 3 ^for probing smooth surfaces, characterized in that a grid (i ') is provided on the measurement object (1) imaging, preferably having a parallel beam path optics (2 "), ^{that a splitter (3 1} ) is provided in the beam path between the grating and the object and that a projection and evaluation device, for example according to one of claims 5>6> 9, 10, is connected downstream of the splitter in the direction facing away from the object.

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^ff A 1901/B 2768A 1901 / B 2768

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15» Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Antastung glatter Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines vorzugsweise parallelen Strahlenganges eine Lichtquelle (1*0, ein Kondensor (15)» ein Umlenkspiegel (i6) und eine Optik (2¹¹¹) vorgesehen sind, daii ein diesen Strahlengang auf die Meßfläche (i) führendes, polarisationsabhängig strahlaufspaltendes Prisma (17) angeschlossen ist, dem vorzugsweise über einen Autokollimationsstrahlengang über das Prisma (17) und die Optik (2^tfl) eine Ortsfrequenzfilterblende (9") folgt, daß sich der Umlenkspiegel (i6) auf der optischen Achse der Optik (2^!f!) befindet, daß den beiden Durchlässen der Filterblende (9") je ein unter +k5 bzw. unter -k$ zum Prisma (17) orientiertes τ- -Plättchen (1Ö, 19) nachgeschaltet ist, daß eine weitere die Meßfläche (i) in Verbindung mit einer doppelbrechenden Platte (8) in xigsx dicht hintereinanderliegende Bildebenen abbildende Optik (13) vorgesehen ist, daß zwischen den beiden Bildebenen ein Gitter (k') vorgesehen und daß den Bildebenen ein polarisierender Teiler (io) ntchgeordnet ist, dessen beiden Ausgängen über eine Sammeloptik (ii) je eine fotoelektrische Empfängergruppe (6, 7) zugeordnet ist.15 »Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 3 for probing smooth surfaces, characterized in that a light source (1 * 0, a condenser (15)» a deflecting mirror (i6) and optics (2 ¹¹¹ ) are provided that a polarization-dependent beam-splitting prism (17) leading this beam path onto the measuring surface (i) is connected to which a spatial frequency ^{filter diaphragm (9) is preferably provided via an autocollimation beam path via the prism (17) and the optics (2 tfl)} ") it follows that the deflecting mirror (i6) is on the optical axis of the optics (2 ^{! f!} ), that the two passages of the filter diaphragm (9") each have one below + k5 or below -k $ to the prism (17 ) oriented τ- plate (10, 19) is connected downstream that a further the measuring surface (i) in connection with a birefringent plate (8) in xigsx closely spaced image planes imaging optics (13) is provided that A grid (k ') is provided between the two image planes and that a polarizing splitter (io) is arranged in the image planes, the two outputs of which are each assigned a photoelectric receiver group (6, 7) via a collecting optics (ii).

16. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Antastung glatter Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß eine die beugende Struktur (U¹') mit weitgehender Unterdrückung der nullten Beugungsordnung über eine doppelbrechende Platte (8) und die Meßfläche (i) in Autokollimation in zwei ihr auf verschiedenen Seiten dicht benachbarte Bildebenen abbildende Afokaloptik (2) vorgesehen ist, der ein polarisierender Teiler (1O) aachgeordnet ist, dessen beiden Ausgängen über eine Sammeloptik (11) je eine16. Device for performing the method according to one of claims 1 to 3 for probing smooth surfaces, characterized in that a diffractive structure (U ¹ ') with extensive suppression of the zeroth diffraction order via a birefringent plate (8) and the measuring surface (i ) is provided in autocollimation in two image planes closely adjacent to it on different sides depicting afocal optics (2), which a polarizing splitter (10) is arranged, the two outputs of which each have a collecting optics (11)

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fotoelektrische Empfängergruppe (ö¹, 7⁸) zugeordnet ist.Photoelectric receiver group (ö ¹ , 7 ⁸ ) is assigned.

17· Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Afokaloptik (2) eine Blende (24) zur Unterdrückung der nullten Beugungsordnung vorgesehen ist.17 · Device according to claim 16, characterized in that that within the afocal optics (2) a diaphragm (24) is provided to suppress the zeroth diffraction order.

18. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Antastung glatter Flächen, gekennzeichnet durch eine Optik ^2") zur Abbildung einer beugenden Struktur (1') unter Verwendung eines teildurchlässigen Umlenkspiegels (3") über das Meßobjekt (1) vorzugsweise in Autokollimation und über eine doppelbrechende Platte (S) in zwei Ebenen mit dazwischenliegender zweiter, der Struktur (I¹) identischer beugender Struktur (4^!)» denen über einen polarisierenden Teiler (10) und eine Sammeloptik (11) je18. Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 3 for probing smooth surfaces, characterized by optics ^ 2 ") for imaging a diffractive structure (1 ') using a partially transparent deflecting mirror (3") over the measurement object (1 ) preferably in autocollimation and via a birefringent plate (S) in two planes with an intermediate second diffractive structure (4 ^! ^{) identical to the structure (I 1} ) »those via a polarizing splitter (10) and a collecting optics (11) each

• eine fotoelektrische Empfängergruppe (ö¹, 7¹) zugeordnet ist.• a photoelectric receiver group (ö ¹ , 7 ¹ ) is assigned.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 8 b'is 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur doppelten Abbildung eine Optik mit starker Farblängsabweichung in Verbindung mit einem Farbteiler anstelle der doppelbrechenden Platte und des polarisierenden Teilers verwendet ist.19. Device according to one of claims 3 and 8 to 16, characterized in that an optical system with a strong longitudinal deviation in connection with the double image with a color splitter used in place of the birefringent plate and polarizing splitter.

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