DE4404792A1 - Absolute interferometric determn. method of accuracy of cylindrical surface - Google Patents
Absolute interferometric determn. method of accuracy of cylindrical surfaceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur absoluten Zylinderprüfung, bei dem die absoluten Abweichungen (Absolutabweichungen) einer unbekannten Zylinderfläche (Prüfling) von einer idealen mathematischen Zylinderfläche aus mehreren interferometrischen Relativmes sungen bestimmt werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Prüfung von Zylinderflächen erfolgt zum Beispiel durch Kontrolle mit Probegläsern (Picht, Mess- und Prüfmethoden der optischen Fertigung, Bd. I (1953)). Dadurch werden jedoch nur visuell (qualitativ) die Abweichungen des Prüflings gegenüber dem Probeglas bestimmt. Um quantitative Aussagen treffen zu können, können die Abweichungen zum Beispiel auch interferometrisch mit einem Twyman-Green-Interferometer mit einer zylin drischen Wellenfront gemessen werden. Über die tatsächliche Flächenform lassen sich aber in beiden Methoden keine Aussagen treffen, da es sich nicht um absolute Meßverfahren handelt.The invention relates to a method for absolute cylinder testing, in which the absolute Deviations (absolute deviations) of an unknown cylinder area (test specimen) from an ideal mathematical cylinder surface from several interferometric relative measurements Solutions are determined, as well as a device for performing the method. Cylinder surfaces are checked, for example, by checking them with test glasses (Picht, measurement and test methods of optical production, vol. I (1953)). This will however only visually (qualitatively) the deviations of the test object compared to the test glass certainly. In order to be able to make quantitative statements, the deviations from the Example also interferometric with a Twyman Green interferometer with a zylin wave front can be measured. However, the actual surface shape can be used make no statements in either method since it is not an absolute measurement method acts.
Zur absoluten Flächenprüfung sind bereits verschiedene Verfahren bekannt (Progress in Optics XIII, 93 [1976]). Bei diesen Verfahren werden aus mehreren Relativmessungen die Abweichungen vom Ideal des Flächentyps berechnet.Various methods are already known for absolute area testing (Progress in Optics XIII, 93 [1976]). In this method, several relative measurements are used Deviations from the ideal of the surface type are calculated.
In Progress in Optics XIII, 93 (1976) ist unter anderem ein Verfahren zur Absolutprüfung von Zylinderflächen beschrieben. Aus mehreren Relativmessungen dreier zylindrischer Prüflinge werden die Abweichungen der einzelnen Flächen von einem idealen mathemati schen Zylinder berechnet. Nachteilig ist hierbei, daß drei Prüflinge benötigt werden, von denen wenigstens zwei durchstrahlt werden müssen. Das stellt hohe Anforderungen an die Herstellung von bizylindrischen Linsen, deren Fertigung mit hoher optischer Qualität noch nicht so weit entwickelt ist wie bei sphärischen Flächen.Progress in Optics XIII, 93 (1976) includes, among other things, an absolute test procedure described by cylinder surfaces. From several relative measurements of three cylindrical ones Test objects are the deviations of the individual surfaces from an ideal mathemati calculated cylinder. The disadvantage here is that three test specimens are required by at least two of which must be irradiated. This places high demands on the Manufacture of bicylindrical lenses, their manufacture with high optical quality still is not as developed as with spherical surfaces.
Bei dem neuen Verfahren wird nur ein zylindrischer Prüfling in Reflexion verwendet, der also nicht durchstrahlt werden muß. Ferner werden zwei absolut geprüfte Planspiegel benötigt. Für deren Prüfung gibt es bereits mehrere Verfahren mit höchster Genauigkeit (G. Schulz, Applied Optics, Vol. 32, No.7 1055 [1993]; D. A. Ketelsen, Advances in Fabri cation and Metrology for Optics and Large Optics, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 966 [1988]).The new method uses only one cylindrical specimen in reflection, the so it does not have to be irradiated. Furthermore, two absolutely checked plan mirrors needed. There are already several methods with the highest accuracy for testing them (G. Schulz, Applied Optics, Vol. 32, No.7 1055 [1993]; D. A. Ketelsen, Advances in Fabri cation and metrology for optics and large optics, proc. Soc. Photo opt. Instrument. Closely. 966 [1988]).
Ziel der Erfindung ist die interferometrische Bestimmung der Abweichung nahezu zylin drischer Flächen von der mathematischen Zylinderfläche bei Vermeidung der Nachteile bekannter Verfahren.The aim of the invention is the interferometric determination of the deviation almost cylin of the mathematical cylinder surface while avoiding the disadvantages known methods.
Es wird ein Verfahren angegeben, mit dem die Absolutabweichungen eines nahezu zylin drischen Prüflings von der idealen Zylinderfläche unter Verwendung zweier Planflächen bestimmt werden, deren absolute Ebenheitsabweichungen bekannt sind. Hierzu werden drei Relativmessungen benötigt. In zwei der drei Messungen werden die Relativabweichungen des Prüflings gemessen, wobei der Prüfling in der zweiten Messung um 180° gegenüber der ersten Messung gedreht wird. Die Drehachse liegt dabei parallel zur optischen Achse des Interferometers - am besten wird die optische Achse selbst als Drehachse gewählt. In der dritten Relativmessung werden die Interferometerfehler unter Berücksichtigung der bekannten absoluten Ebenheitsabweichungen zweier in den Strahlengang gestellter Plan spiegel gemessen. Die absoluten Zylinderflächenabweichungen des Prüflings folgen dann aus der Auflösung eines, im folgenden am konkreten Ausführungsbeispiel dargestellten, den Messungen zugrunde liegenden Gleichungsystems.A method is specified with which the absolute deviations of an almost cylin test specimen from the ideal cylinder surface using two flat surfaces can be determined whose absolute flatness deviations are known. This will be three Relative measurements needed. In two of the three measurements, the relative deviations of the test object, with the test object in the second measurement being 180 ° opposite the first measurement is rotated. The axis of rotation is parallel to the optical axis of the interferometer - it is best to choose the optical axis itself as the axis of rotation. In The third relative measurement takes the interferometer errors into account known absolute flatness deviations of two plans placed in the beam path mirror measured. The absolute cylinder surface deviations of the test object then follow from the resolution of a, shown below on the specific embodiment, the system of equations on which the measurements are based.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In show the accompanying drawings
Fig. 1: die schematische Darstellung einer an sich bekannten Twyman-Green-Inter ferometer-Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1: the schematic representation of a per se known Twyman-Green Inter ferometer arrangement for performing the method according to the invention,
Fig. 2: Draufsicht und Seitenansicht des Prüfarms des Twyman-Green-Interferome ters in den drei Meßanordnungen und Fig. 2: Top view and side view of the test arm of the Twyman-Green interferometer in the three measuring arrangements and
Fig. 3: perspektivische Darstellung des Prüfarms in der dritten Meßanordnung. Fig. 3: perspective view of the test arm in the third measuring arrangement.
In der Anordnung nach Fig. 1 folgen einem Laser mit Aufweitungssystem (1), das die einfallende Wellenfront liefert, ein Teilerwürfel (2), im Referenzarm ein Planspiegel (3), im Prüfarm ein Zylinderobjektiv (6) zur Erzeugung einer Zylinderwelle und ein Prüfling (7) in den Meßanordnungen a) und b) bzw. eine absolut bekannte Planspiegeleinheit in der Meßanordnungen c) und im Interferenzarm ein Abbildungsobjektiv (4) gefolgt von einer Empfängermatrix (5).In the arrangement according to FIG. 1, a laser with an expansion system ( 1 ), which supplies the incident wavefront, is followed by a divider cube ( 2 ), a plane mirror ( 3 ) in the reference arm, a cylinder objective ( 6 ) for generating a cylinder shaft and a test object in the test arm ( 7 ) in measuring arrangements a) and b) or an absolutely known plane mirror unit in measuring arrangements c) and in the interference arm an imaging objective ( 4 ) followed by a receiver matrix ( 5 ).
In Fig. 2 sind die Verhältnisse im Prüfarm in Drauf- und Seitenansicht in den drei Meß anordnungen dargestellt. Die Elemente (1) bis (5) der Fig. 1 sind zu einem Element A zu sammengefaßt.In Fig. 2, the conditions in the test arm in top and side views in the three measuring arrangements are shown. The elements ( 1 ) to ( 5 ) of FIG. 1 are combined to form an element A.
In der Meßanordnung a) ist der rechts gezeichnete Prüfling so anzuordnen, daß seine Zylinderachse mit der Brennlinie des Zylinderobjektivs übereinstimmt.In the measuring arrangement a) the test specimen shown on the right is to be arranged so that its Cylinder axis coincides with the focal line of the cylinder lens.
Bei der Meßanordnung b) wird der Prüfling um 180° um eine zur optischen Achse des Interferometers parallelen Drehachse gedreht, die die Brennlinie des Zylinderobjektivs schneidet.In the measuring arrangement b), the test specimen is rotated by 180 ° about the optical axis of the Interferometer rotated parallel axis of rotation, which is the focal line of the cylinder lens cuts.
Statt des Prüflings werden bei Meßanordnung c) zwei senkrecht zueinander stehende Plan spiegel (8) mit bekannten Ebenheitsabweichungen so in den Strahlengang gestellt (s. Fig. 3), daß die Kante, an der die Spiegel aneinander stoßen, senkrecht zur Drehachse (11) und zur Brennlinie (9) der Wellenfront (10) steht. Die Position der Spiegelanordnung ist so zu wählen, daß sich die Spiegelkante am Kreuzungspunkt der Brennlinie (9) der Zylinderwel le (10) und der Drehachse (11) befindet. Die beiden Planspiegel können z. B. die Flächen eines Prismas sein (wie in Fig. 2), was eine höhere Stabilität gewährleistet.Instead of the test specimen, two perpendicular plan mirrors ( 8 ) with known flatness deviations are placed in the beam path (see FIG. 3) in the measuring arrangement c) such that the edge at which the mirrors abut one another perpendicular to the axis of rotation ( 11 ) and to the focal line ( 9 ) of the wavefront ( 10 ). The position of the mirror arrangement is to be chosen so that the mirror edge is at the intersection of the focal line ( 9 ) of the cylinder shaft ( 10 ) and the axis of rotation ( 11 ). The two plane mirrors can e.g. B. be the surfaces of a prism (as in Fig. 2), which ensures greater stability.
Die mit diesen drei Anordnungen erhaltenen Meßwerte sind Relativmeßwerte, wobei in Anordnung a) und b) jeweils unterschiedliche Punkte des Prüflings mit den gleichen Punk ten der Zylinderwelle verknüpft sind. Durch die Spiegel in Anordnung c) werden die Punkte der Zylinderwelle, die in den Meßanordnungen a) und b) zum gleichen Punkt des Prüflings gehören, miteinander verknüpft. Es läßt sich nun das im folgenden angegebene Gleichungssystem aufstellen. In der Lösungsgleichung stehen auf der einen Seite die be kannten Relativmeßwerte und die aus den absoluten Ebenheitsabweichungen der Plan spiegel berechenbaren Spiegelaberrationen, auf der anderen die zu bestimmenden absoluten Zylinderabweichungen des Prüflings.The measured values obtained with these three arrangements are relative measured values, wherein in Arrangement a) and b) different points of the test specimen with the same points ten of the cylinder shaft are linked. Through the mirrors in arrangement c) Points of the cylinder shaft in the measuring arrangements a) and b) at the same point of the DUT belong, linked together. The following can now be stated Set up a system of equations. On the one hand, the solution equation contains the be knew relative measurements and those from the absolute flatness deviations of the plan mirror-calculable mirror aberrations, on the other the absolute to be determined Cylinder deviations of the test specimen.
Bezeichnet man die Meßwerte aus den drei Messungen mit Wa(x, y), Wb(x, y) und Wc(x, y), die Aberrationen der einfallende Wellenfront mit WE(x, y), die Fehler des Interferometerre ferenzarms mit WR(x, y), die des Prüfarms mit W(x, y), die Aberrationen, die die Spiegelan ordnung erzeugt mit WS(x, y), und die zu bestimmende Prüflingsabweichung mit Wp(x, y), so gilt für Messung a die GleichungThe measured values from the three measurements are designated W a (x, y), W b (x, y) and W c (x, y), the aberrations of the incident wavefront with W E (x, y), the errors of the Interferometer reference arm with W R (x, y), that of the test arm with W (x, y), the aberrations that the mirror arrangement generates with W S (x, y), and the specimen deviation to be determined with W p (x, y), the equation applies to measurement a
Wa(x, y) = 2[W(x, y) + Wp(-x,-y) - WR(x, y)],W a (x, y) = 2 [W (x, y) + W p (-x, -y) - W R (x, y)],
für Messung bfor measurement b
Wb(x, y) = 2[W(x, y) + Wp(x, y) - WR(x, y)]W b (x, y) = 2 [W (x, y) + W p (x, y) - W R (x, y)]
und für Messung cand for measurement c
Wc(x, y) = WE(x, y) + W(x, y) + WS(x, y) + W(-x,-y) - WE(-x,-y) - 2 WR(x, y).W c (x, y) = W E (x, y) + W (x, y) + W S (x, y) + W (-x, -y) - W E (-x, -y) - 2 W R (x, y).
Für die Prüflingsabweichung folgt hierausFor the test specimen deviation follows from this
WP(x, y) = ¼[Wa(-x,-y) + Wb(x, y) - Wc(x, y) - Wc(-x,-y) + WS(x, y) + WS(-x,-y)].W P (x, y) = ¼ [W a (-x, -y) + W b (x, y) - W c (x, y) - W c (-x, -y) + W S (x , y) + W S (-x, -y)].
Die laterale Auflösung hängt von der Empfängermatrix des digitalen Interferometers ab.The lateral resolution depends on the receiver matrix of the digital interferometer.
Claims (3)
- - für eine erste Messung wird im Strahlengang vor dem Prüfling ein Zylinderobjektiv angeordnet, wobei die Brennlinie des Zylinderobjektivs und die Zylinderachse des Prüflings zusammenfallen,
- - für eine zweite Messung wird der Prüfling bei sonst gleicher Meßanordnung um 180° um eine zur optischen Achse des Interferometers parallele Achse, die die Brennlinie des Zylinderobjektivs schneidet, gedreht,
- - in einer dritten Messung werden anstelle des Prüflings im Strahlengang zwei Plan spiegel mit bekannten absoluten Ebenheitsabweichungen so angeordnet , daß die Spiegelflächen einen Winkel von 90° miteinander bilden und ihre Schnittgerade die Brennlinie des Zylinderobjektivs senkrecht kreuzt, und
- - durch mathematische Verknüpfung der drei Relativmessungen und der aus den bekannten absoluten Ebenheitsabweichungen berechenbaren Spiegelaberrationen werden die Absolutabweichungen des zylindrischen Prüflings bestimmt.
- a cylinder objective is arranged in the beam path in front of the test object, the focal line of the cylinder objective and the cylinder axis of the test object coinciding,
- - For a second measurement, the test specimen is rotated 180 ° around an axis parallel to the optical axis of the interferometer, which intersects the focal line of the cylinder lens, with otherwise the same measuring arrangement,
- - In a third measurement, two plane mirrors with known absolute flatness deviations are arranged in the beam path instead of the test specimen in such a way that the mirror surfaces form an angle of 90 ° with one another and their line of intersection perpendicularly crosses the focal line of the cylinder lens, and
- - The mathematical combination of the three relative measurements and the mirror aberrations that can be calculated from the known absolute flatness deviations determine the absolute deviations of the cylindrical test specimen.
Priority Applications (1)
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DE19944404792 DE4404792A1 (en) | 1994-02-08 | 1994-02-08 | Absolute interferometric determn. method of accuracy of cylindrical surface |
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DE4404792A1 true DE4404792A1 (en) | 1995-08-10 |
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DE (1) | DE4404792A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104296689B (en) * | 2014-11-06 | 2017-03-15 | 中国科学院光电技术研究所 | Method for detecting weightless surface shape of space reflector with supporting structure |
DE102017113997A1 (en) * | 2017-06-23 | 2018-12-27 | SmarAct Holding GmbH | Apparatus and method for interferometric measurement |
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1994
- 1994-02-08 DE DE19944404792 patent/DE4404792A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104296689B (en) * | 2014-11-06 | 2017-03-15 | 中国科学院光电技术研究所 | Method for detecting weightless surface shape of space reflector with supporting structure |
DE102017113997A1 (en) * | 2017-06-23 | 2018-12-27 | SmarAct Holding GmbH | Apparatus and method for interferometric measurement |
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