CH638040A5 - Method for interferometric testing of a virtually right angle between two optical surfaces, and device for carrying it out - Google Patents

Method for interferometric testing of a virtually right angle between two optical surfaces, and device for carrying it out Download PDF

Info

Publication number
CH638040A5
CH638040A5 CH534479A CH534479A CH638040A5 CH 638040 A5 CH638040 A5 CH 638040A5 CH 534479 A CH534479 A CH 534479A CH 534479 A CH534479 A CH 534479A CH 638040 A5 CH638040 A5 CH 638040A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
angle
interference fringes
interference
error
component
Prior art date
Application number
CH534479A
Other languages
German (de)
Inventor
Walter Zuercher
Original Assignee
Kern & Co Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kern & Co Ag filed Critical Kern & Co Ag
Priority to CH534479A priority Critical patent/CH638040A5/en
Publication of CH638040A5 publication Critical patent/CH638040A5/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

For the purpose of testing the dimensional accuracy of right angles (3) between optical surfaces (1, 2), a coherent collimated light bundle (5) is irradiated centrally and perpendicular to the angle edge (4) into the angle (3) and onto the two surfaces (1, 2) of the object via a transparent plane plate (8). Parts of the light bundle (5) are deflected and superimposed by the plane plate (8) after reflection at the object (1, 2), a non-localised interference field being produced. An error of the angle (3) is expressed in a component of the interference fringes in the field which alters their angular position. Defocusing the incident collimated light bundle (5) achieves elimination of the error component, and thus a specific desired angular position of the interference fringes in the field, the magnitude of the defocusing at the objective of a beam-expanding telescope (7) that is required for the error compensation directly specifying the error of the angle (3) to be tested. This shearing interferometer arrangement requires for the purpose of producing the interferences only a simple glass plate (8), and is largely insensitive with respect to small displacements of the object (1, 2) during testing. <IMAGE>

Description

       

  
 

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

 



      PATENTANSPRÜCHE   
1. Verfahren zum interferometrischen Prüfen eines nahezu rechten Winkels zwischen zwei optischen flächen, dadurch gekennzeichnet, dass ein kohärentes Lichtbündel (5) senkrecht zur Winkelkante (4) auf der Winkelinnenseite (3) eingestrahlt wird, dass von der einen (1) und von der anderen (2) optischen Fläche zurückgestrahlte Teilbündel einander derart überlagert werden, dass ein nicht lokalisiertes Interferenzfeld (18) entsteht, dass im Interferenzfeld Interferenzstreifen beobachtet werden, dass der Konvergenzgrad oder Divergenzgrad des eingestrahlten kohärenten Lichtbündels (5) verändert wird bis eine durch einen Winkelfehler zwischen den optischen Flächen (1, 2) verursachte Komponente der Interferenzstreifen verschwindet und dass aus dieser Veränderung die Abweichung des Winkels (3) vom Sollwert bestimmt wird.



   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Interferenzfeld (18) zusätzlich eine von der durch den Winkelfehler erzeugten unabhängige Komponente der Interferenzstreifen erzeugt wird und dass als Kriterium für das Verschwinden der Fehlerkomponente das Vorliegen einer bestimmten Richtung der Interferenzstreifen verwendet wird.



   3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (6, 7, 11) zur Erzeugung eines kohärenten Lichtbündels mit einstellbarem Konvergenzgrad, durch eine transparente Platte (8) mit planen Oberflächen (9, 10) zur Überlagerung der von den optischen Flächen (1, 2) zurückgestrahlten Teilbündel und durch Mittel (13, 14, 15) zur Beobachtung der Interferenzstreifen im Interferenzfeld (18).



   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Platte (8) zur Erzeugung einer vom Fehler des zu prüfenden Winkels (3) unabhängigen Komponente der Interferenzstreifen einen Keil mit zur Prismenkante (4) senkrechter Kante aufweist und dass die Mittel zur Beobachtung der Interferenzstreifen eine Strichplatte (13) zur Beurteilung der Winkellage der Interferenzstreifen umfassen.



   5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung eines kohärenten Lichtbündels mit einstellbarem Konvergenzgrad einen Gaslaser (6) mit einstellbarem Strahlaufweitungsfernrohr (7) umfassen und dass zur Beobachtung der Interferenzstreifen ein Abschwächungsfilter (15) vorgesehen ist.



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum interferometrischen Prüfen von nahezu rechten Winkeln zwischen Flächen, insbesondere zum Prüfen von optischen Prismen, sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung.



   Interferometer zum Prüfen von Winkeln an Prismen sind bekannt. Beim Hilger-Prismeninterferometer wird ein mittels Blende und Kondensorlinse aufgeweiteter Parallelstrahl an einer Planparallelplatte geteilt. Die eine Strahlkomponente wird an einem ersten Planspiegel in sich reflektiert. Die andere Stahlkomponente wird durch das zu prüfende   Würfeleckenprisma    auf einen zweiten Planspiegel umgelenkt. Bei fehlerfreiem Prisma wird die andere Strahlkomponente am zweiten Planspiegel in sich reflektiert, durchläuft das Prisma nochmals und wird an der Planparallelplatte mit der vom ersten Planspiegel reflektierten Strahlkomponente überlagert. Die interferierenden Strahlkomponenten werden über eine weitere Linse und Blende beobachtet (vgl. F. Twyman:  Prism and Lens making , Hilger  & BR< Watts, London 1952, Seiten 426 ff. und 446 ff.).



   Weist ein Winkel des Würfeleckenprismas Fehler auf, d.h.



  weicht er von   90"    ab, so erhalten an den Flächen dieses Winkels reflektierte Strahlkomponenten eine Richtungsabweichung gegenüber dem einfallenden Strahl, d.h. der Winkel zwischen einfallendem und reflektiertem Strahl ist nicht genau   1800.    Im Gebiet der interferierenden Strahlkomponenten beobachtet man in diesem Fall hinter der zweiten Blende geradlinige Interferenz streifen, die dem Bild des Würfeleckenprismas überlagert sind und parallel zur Kante des fehlerhaften Winkels erscheinen.



   Durch Nacharbeit dieses Winkels vergrössert man den Abstand der Interferenzstreifen bis keine Streifen mehr auftreten.



   Abgesehen von dem relativ hohen Aufwand für Herstellung und Justierung der Planspiegel ist die Genauigkeit dieser Prüfmethode durch Unsicherheiten in der Beurteilung des Vorliegens der Streifenbreite  Unendlich  beschränkt.



   Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum interferometrischen Prüfen rechtwinkliger Prismen anzugeben, welches mit einfachen Vorrichtungen realisierbar ist und mit geringem Messaufwand genaue Prüfungen erlaubt.



   Die Lösung dieser Aufgabe bringt ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches sich dadurch auszeichnet, dass ein kohärentes Lichtbündel senkrecht zur Winkelkante auf der Winkelinnenseite eingestrahlt wird, dass von der einen und von der anderen optischen Fläche zurückgestrahlte Teilbündel einander derart überlagert werden, dass ein nicht lokalisiertes Interferenzfeld entsteht, dass im Interferenzfeld Interferenzstreifen beobachtet werden, dass der Konvergenzgrad oder Divergenzgrad des eingestrahlten kohärenten Lichtbündels verändert wird bis eine durch einen Winkelfehler zwischen den optischen Flächen verursachte Komponente der Interferenzstreifen verschwindet und dass aus dieser Veränderung die Abweichung des Winkels vom Sollwert bestimmt wird.



   Besonders einfache Messungen erreicht man dabei dadurch, dass im Interferenzfeld zusätzlich eine von der durch den Winkelfehler erzeugten unabhängige Komponente der Interferenzstreifen erzeugt wird und dass als Kriterium für das Verschwinden der Fehlerkomponenten das Vorliegen einer bestimmten Richtung der Interferenzstreifen verwendet wird.



   Eine zweckmässige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung eines kohärenten Lichtbündels mit einstellbarem Konvergenzgrad, durch eine transparente Platte mit planen Oberflächen zur Überlagerung der von den optischen Flächen zurückgestrahlten Teilbündel und durch Mittel zur Beobachtung der Interferenzstreifen im Interferenzfeld.



   Weitere erfindungsgemässe Varianten sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.



   Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum interferometrischen Prüfen von rechten Winkeln an Prismen,
Fig. 2 die Entstehung eines Interferenzfeldes an einer Planplatte und
Fig. 3 Interferenzbilder, wie sie mit der Vorrichtung gemäss Fig. 1 beobachtet werden.



   Gemäss Fig. 1 schliessen zwei Glasplatten 1 und 2 einen Winkel 3 mit der senkrecht zur Zeichenebene liegenden Scheitelkante 4 ein. Der Winkel 3 soll auf eine Abweichung von   90"    geprüft werden. Zu diesem Zweck wird er durch ein Lichtbündel 5 beleuchtet, das in einem Gaslaser 6 erzeugt, von einem Strahlaufweitungsfernrohr 7 auf einen passenden Querschnitt aufgeweitet wird und eine Glasplatte 8 mit ebenen Grenzflächen 9, 10 durchlaufen hat. Das Bündel 5 ist durch das Fernrohr 7 kollimiert, kann aber mittels Fokussierung am Stellring 11 divergent oder konvergent gemacht werden. Die Grenzflächen 9, 10 der Glasplatte 8 bilden mit der Achse 12 des Bündels 5 einen Winkel von   45"    und schliessen einen schwachen Zusatzkeil ein, dessen Kante senkrecht zur Objektscheitelkante 4, d.h.

 

  parallel zur Zeichenebene liegt.



   Das Lichtbündel 5 fällt etwa symmetrisch zur Scheitelkante 4 auf das Prüfobjekt   1,2    ein und wird dabei in an sich bekannter Weise in sich reflektiert. Das reflektierte Bündel wird nun von  der Glasplatte 8 durch Reflexion und Brechung um etwa   45"    nach oben umgelenkt und dabei so in sich geschert, dass von den Objektplatten 1, 2 abgestrahlte Teilbündel einander überlagert werden, wie dies zu Fig. 2 im Einzelnen erläutert ist. Das umgelenkte Bündel   5'    enthält daher ein nicht lokalisiertes Interferenzfeld, dessen Teilbündel nach Durchlaufen einer Strichplatte 13 durch ein Okular 14 und ein aus zwei Polarisationsfiltern zusammengesetztes Abschwächungsfilter 15 beobachtet werden.

  Infolge des Zusatzkeils der Glasplatte 8 werden die Achsen der einander überlagerten Teilbündel in einer senkrecht zur Zeichenebene liegenden Ebene gegeneinander geneigt.



   Den Strahlengang zwischen Glasplatte 8 und Prüfobjekt 1, 2 zeigt Fig. 2 im Einzelnen. Das Lichtbündel 5 fällt vom Laser 6 her auf die Glasplatte 8, wird von dieser parallel versetzt und fällt dann senkrecht und symmetrisch zur Scheitelkante 4 auf das Objekt 1, 2. Ist der Objektwinkel 3 ein Rechter, so wird das Bündel 5 derart reflektiert, dass das der Achse 12 benachbarte Teilbündel 16 an der Objektplatte 2 und 1 jeweils um   90"    umgelenkt wird und das Teilbündel 17 an der Objektplatte 1 und 2.



  Das Teilbündel 16 läuft also nach Reflexion auf dem Weg des Bündels 17 und das Teilbündel 17 auf dem Weg des einfallenden Bündels 16 zurück. Nun trifft das Bündel 17 wieder auf die Platte 8 und wird an dessen Fläche 10 geteilt, wobei ein erster Teil durch Reflexion um   45"    umgelenkt wird. Ein zweiter Anteil des Bündels 17 wird an der Fläche 10 gebrochen, an der Fläche 9 reflektiert, an der Fläche 10 nochmals gebrochen und fällt parallel und dem ersten Anteil des Bündels 17 benachbart wieder aus. Das Teilbündel 17 ist also an der Platte 8 durch Scherung in zwei parallele Anteile zerlegt worden. Das gleiche geschieht mit dem Teilbündel 16 und weiteren achsenferneren Teilbündeln, wobei sich im Gebiet 18 der erste Anteil des Bündels 16 und der zweite Anteil des Bündels 17 überlagern.



   Der Abstand der genannten beiden parallelen Anteile eines Teilbündels voneinander ergibt sich zu
EMI2.1     
 wenn der Einfallswinkel des Bündels 16 oder 17 auf die Platte 8   45"    beträgt, wie in Fig. 2 dargestellt, wobei d die Dicke der Platte 8 und n deren Brechzahl bedeuten. Die Dicke der Bündel 16, 17 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel gerade gleich S gewählt. Weicht die Bündeldicke von S ab, so weisen die gescherten Anteile nur unvollständige Überdeckung auf. Ist z.B.



  infolge eines zu kleinen Objektes 1, 2 die Bündeldicke kleiner als   $    S, so überdecken sich die gescherten Anteile überhaupt nicht und können daher nicht miteinander interferieren.



   Im soweit   beschriebenen    Beispiel sind die Bündel 5, 16, 17 kollimiert und parallel und der Winkel 3 beträgt   90".    In diesem Fall überdecken sich im Interferenzgebiet 18 ebene Wellen mit parallelen Richtungen, man beobachtet in diesem Gebiet am Okular 14 ein gleichmässig helles Feld, es liegt  Streifenbreite Unendlich  vor.



   Weicht nun der Winkel 3 von   90"    ab, so sind die Ausbreitungsrichtungen der ebenen Wellen im Gebiet 18 nicht mehr parallel, und es treten geradlinige, zur Ojektscheitelkante 4 parallele Interferenzstreifen auf. Defokussiert man nun das vom Laser 6 kommende Lichtbündel 5 am Stellring 11 des Fernrohres 7, so gehen die ebenen Wellen im Interferenzgebiet 18 in
Ausschnitte von Kugelwellen über, deren Achsen mit den Aus    breitungsrichtungen    der ebenen Wellen übereinstimmen und deren Radien mit zunehmender Defokussierung abnehmen.



   Der in diesem Fall auf das Objekt 1, 2 einfallende Kugelwellen ausschnitt 5 wird also durch den Fehler des   90 -Winkels    3 in zwei Kugelwellenausschnitte mit nicht parallelen Achsen reflek tiert, welche samt ihren Kugelzentren an der Platte 8 quer zur
Achse 12' um S aufgeschert und einander überlagert werden.



   Der Winkel zwischen den Achsen der interferierenden Ku gelwellenausschnitte im Gebiet 18 ist dem Fehler des Winkels 3 proportional, er ist also gleichzeitig mit diesem Null. Es ist klar, dass in diesem Fall diese Kugelwellen mit parallelen Achsen aber nicht zusammenfallenden Kugelzentren Interferenzstreifen erzeugen. Die Kugelzentren liegen auf den Wellenachsen in ei ner Ebene senkrecht zur Objektscheitelkante 4. Schneiden sich infolge eines Winkelfehlers des Objektes 1, 2 die Wellenachsen, so erreicht man durch Fokussieren am Ring 11, dass die Kugel zentren in den Schnittpunkt der Achsen wandern.

  Ist die Brenn 'weite des Objektives des Fernrohres 7 f, so erreicht man das
Zusammenfallen der Kugelzentren bei einem Fehler a des
Winkels 3 durch eine Objektiwerschiebung
EMI2.2     

Eicht man die Objektivverschiebung durch Markierung des jeweiligen Winkelfehlers a am Ring 11, so kann man den Winkelfehler   o    direkt am Objektiv 7 ablesen.



   Als Kriterium für die Defokussierung kann man ein Verschwinden der Interferenzstreifen verwenden, welche natürlich beim Zusammenfallen der Zentren der Teilkugelwellen und damit der Wellenfronten selbst nicht mehr auftreten. Da die Beurteilung des Verschwindens bei  Streifenbreite Unendlich  schwierig ist, schert man die an sich koinzidierenden Kugelzentren nochmals parallel zur Objektkante 4 auseinander, indem die Grenzflächen 9, 10 der Glasplatte 8 einen Keil mit zur Kante 4 senkrecht liegender Kante aufweisen. Dadurch sind im Bereich 18 unabhängig vom Winkelfehler a stets Interferenzstreifen beobachtbar, deren Winkellage sich bei einem Abstand der Kugelzentren senkrecht zur Kante 4 infolge eines Winkelfehlers a ändert.

 

   Das Einstellkriterium für die Defokussierung AS ist daher durch das Auftreten einer bestimmten Winkellage der Interferenzstreifen gegeben, die mittels der Strichplatte 13 im Okular 14 beobachtet wird. Die Interferenzbilder zeigt Fig. 3. In Fig. 3a liegen die Streifen im Bereich 18 infolge eines Winkelfehlers des Winkels 3 schräg, in Fig. 3b nach Defokussierung am Ring 11 hingegen waagerecht.



   Die Verwendung der soweit beschriebenen erfindungsgemässen Vorrichtung zum Prüfen oder Messen von rechten Winkeln zwischen optischen Flächen dürfte klar sein. Von besonderem Vorteil ist dabei die von Shearing-Interferometern her bekannte Eigenschaft, dass sich die Lage der Interferenzstreifenbilder bei kleineren Objektbewegungen relativ zur Vorrichtung kaum ändert, da beide Interferenzspiegel 1 und 2 objektfest sind und sich stets gemeinsam bewegen. 



  
 

** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.

 



      PATENT CLAIMS
1. Method for interferometric testing of an almost right angle between two optical surfaces, characterized in that a coherent light beam (5) is irradiated perpendicular to the angular edge (4) on the inside of the angle (3), that one (1) and one other (2) optical surfaces of the partial beams reflected back are superimposed on one another in such a way that a non-localized interference field (18) arises, that interference fringes are observed in the interference field, that the degree of convergence or degree of divergence of the incident coherent light bundle (5) is changed until an angle error between The component of the interference fringes caused by the optical surfaces (1, 2) disappears and that the deviation of the angle (3) from the target value is determined from this change.



   2. The method according to claim 1, characterized in that an additional component of the interference fringes generated by the angle error is generated in the interference field (18) and that the presence of a specific direction of the interference fringes is used as a criterion for the disappearance of the error component.



   3. Device for performing the method according to claim 1, characterized by means (6, 7, 11) for generating a coherent light beam with an adjustable degree of convergence, by a transparent plate (8) with flat surfaces (9, 10) for superimposing the optical surfaces (1, 2) and part (13, 14, 15) for the observation of the interference fringes in the interference field (18).



   4. The device according to claim 3, characterized in that the transparent plate (8) for generating a component of the interference fringes independent of the error of the angle to be tested (3) has a wedge with an edge perpendicular to the prism edge (4) and that the means for observation the interference fringes comprise a reticle (13) for assessing the angular position of the interference fringes.



   5. The device according to claim 3, characterized in that the means for generating a coherent light beam with an adjustable degree of convergence comprise a gas laser (6) with an adjustable beam expansion telescope (7) and that an attenuation filter (15) is provided for observing the interference fringes.



   The invention relates to a method for interferometric testing of almost right angles between surfaces, in particular for testing optical prisms, and a device for carrying it out.



   Interferometers for checking angles on prisms are known. In the Hilger prism interferometer, a parallel beam expanded by means of an aperture and a condenser lens is split on a plane parallel plate. One beam component is reflected on a first plane mirror. The other steel component is deflected by the cube corner prism to be tested to a second plane mirror. If the prism is free of defects, the other beam component is reflected in itself on the second plane mirror, passes through the prism again and is overlaid on the plane parallel plate with the beam component reflected by the first plane mirror. The interfering beam components are observed via a further lens and aperture (cf. F. Twyman: Prism and Lens making, Hilger & BR <Watts, London 1952, pages 426 ff. And 446 ff.).



   Has an angle of the cube corner prism error, i.e.



  If it deviates from 90 ", then beam components reflected at the surfaces of this angle receive a directional deviation from the incident beam, ie the angle between the incident and reflected beam is not exactly 1800. In the area of the interfering beam components, one observes behind the second aperture in this case streak rectilinear interference overlaid on the image of the cube corner prism and appear parallel to the edge of the faulty angle.



   By reworking this angle, the distance between the interference fringes is increased until there are no more fringes.



   Apart from the relatively high expenditure for the production and adjustment of the plane mirror, the accuracy of this test method is infinitely limited by uncertainties in the assessment of the presence of the strip width.



   The object of the invention is to provide a method for interferometric testing of right-angled prisms, which can be implemented with simple devices and allows precise tests with little measurement effort.



   The solution to this problem is achieved by a method of the type mentioned at the outset, which is characterized in that a coherent light beam is irradiated perpendicular to the angular edge on the inside of the angle, that partial beams reflected back from one and from the other optical surface are superimposed on one another in such a way that a non- Localized interference field arises that interference fringes are observed in the interference field, that the degree of convergence or degree of divergence of the incident coherent light beam is changed until a component of the interference fringes caused by an angular error between the optical surfaces disappears and that the deviation of the angle from the target value is determined from this change.



   Particularly simple measurements can be achieved in that an additional component of the interference fringes that is generated by the angle error is generated in the interference field and that the presence of a specific direction of the interference fringes is used as a criterion for the disappearance of the error components.



   An expedient device for carrying out the method according to the invention is characterized by means for generating a coherent light bundle with an adjustable degree of convergence, by a transparent plate with flat surfaces for superimposing the partial bundles retroreflected by the optical surfaces, and by means for observing the interference fringes in the interference field.



   Further variants according to the invention are characterized in the dependent claims.



   The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown schematically in the drawing. Show it
1 shows an inventive device for interferometric testing of right angles on prisms,
Fig. 2 shows the emergence of an interference field on a plane plate and
Fig. 3 interference images, as observed with the device of FIG. 1.



   1, two glass plates 1 and 2 enclose an angle 3 with the apex edge 4 lying perpendicular to the plane of the drawing. The angle 3 is to be checked for a deviation of 90 ″. For this purpose, it is illuminated by a light beam 5, which is generated in a gas laser 6, expanded by a beam expansion telescope 7 to a suitable cross-section, and a glass plate 8 with flat interfaces 9, The bundle 5 is collimated through the telescope 7, but can be made divergent or convergent by focusing on the adjusting ring 11. The interfaces 9, 10 of the glass plate 8 form an angle of 45 "with the axis 12 of the bundle 5 and close a weak additional wedge, the edge of which is perpendicular to the object apex edge 4, ie

 

  is parallel to the drawing plane.



   The light beam 5 is incident approximately symmetrically to the apex edge 4 on the test object 1, 2 and is reflected in a manner known per se. The reflected bundle is now deflected upwards by about 45 "from the glass plate 8 by reflection and refraction, and sheared in such a way that partial bundles emitted by the object plates 1, 2 are superimposed on one another, as is explained in detail with reference to FIG. 2 The deflected bundle 5 'therefore contains a non-localized interference field, the partial bundles of which are observed after passing through a graticule 13 through an eyepiece 14 and an attenuation filter 15 composed of two polarization filters.

  As a result of the additional wedge of the glass plate 8, the axes of the partial bundles superimposed on one another are inclined in a plane perpendicular to the plane of the drawing.



   2 shows the beam path between glass plate 8 and test object 1, 2 in detail. The light bundle 5 falls from the laser 6 onto the glass plate 8, is offset by this in parallel and then falls perpendicularly and symmetrically to the apex edge 4 onto the object 1, 2. If the object angle 3 is a right one, the bundle 5 is reflected such that the sub-bundle 16 adjacent to the axis 12 on the object plate 2 and 1 is deflected by 90 "in each case and the sub-bundle 17 on the object plate 1 and 2.



  The sub-bundle 16 thus runs back after reflection on the path of the bundle 17 and the sub-bundle 17 on the path of the incident bundle 16. Now the bundle 17 hits the plate 8 again and is divided on its surface 10, a first part being deflected by reflection by 45 ". A second portion of the bundle 17 is broken on the surface 10, reflected on the surface 9 the surface 10 is broken again and falls out again parallel and adjacent to the first portion of the bundle 17. The sub-bundle 17 has thus been broken down into two parallel portions by shear 8. The same happens with the sub-bundle 16 and further sub-bundles remote from the axis, whereby the first portion of bundle 16 and the second portion of bundle 17 overlap in area 18.



   The distance between the two parallel parts of a sub-bundle mentioned above results from
EMI2.1
 if the angle of incidence of the bundle 16 or 17 on the plate 8 is 45 ", as shown in FIG. 2, where d is the thickness of the plate 8 and n is its refractive index. The thickness of the bundles 16, 17 is just equal to S in the exemplary embodiment shown If the bundle thickness deviates from S, the sheared portions show only incomplete coverage



  due to an object 1, 2 that is too small and the bundle thickness is less than $ S, the sheared portions do not overlap at all and therefore cannot interfere with one another.



   In the example described so far, the bundles 5, 16, 17 are collimated and parallel and the angle 3 is 90 ". In this case, plane waves overlap in the interference area 18 with parallel directions, one observes a uniformly bright field at the eyepiece 14 in this area, strip width is infinite.



   If the angle 3 now deviates from 90 ", the directions of propagation of the plane waves in the region 18 are no longer parallel, and rectilinear interference fringes occur parallel to the apex edge 4 of the object. Now defocus the light beam 5 coming from the laser 6 on the adjusting ring 11 of the Telescope 7, so the plane waves in the interference area 18 in
Excerpts from spherical waves whose axes coincide with the directions of propagation from the plane waves and whose radii decrease with increasing defocusing.



   The incident on the object 1, 2 spherical wave section 5 is thus reflected by the error of the 90 angle 3 in two spherical wave sections with non-parallel axes, which together with their ball centers on the plate 8 transversely
Axis 12 'sheared around S and superimposed on each other.



   The angle between the axes of the interfering Ku gelwelle sections in the area 18 is proportional to the error of the angle 3, so it is zero at the same time. It is clear that in this case these spherical waves with parallel axes but not coincident spherical centers produce interference fringes. The spherical centers lie on the shaft axes in a plane perpendicular to the object apex edge 4. If the shaft axes intersect due to an angular error of the object 1, 2, focusing on the ring 11 means that the spherical centers migrate to the intersection of the axes.

  If the focal length of the objective of the telescope 7 f, this is achieved
Collapse of the ball centers in the event of an error a des
3 angle through a lens shift
EMI2.2

If you calibrate the lens shift by marking the respective angle error a on the ring 11, you can read the angle error o directly on the lens 7.



   As a criterion for defocusing, one can use a disappearance of the interference fringes, which of course no longer occur when the centers of the partial spherical waves and thus the wave fronts themselves collapse. Since it is infinitely difficult to assess the disappearance at the width of the strip, the spherical centers, which coincide per se, are sheared apart again parallel to the object edge 4 by the interfaces 9, 10 of the glass plate 8 having a wedge with an edge perpendicular to the edge 4. As a result, interference fringes can always be observed in the region 18, regardless of the angle error a, the angular position of which changes when the spherical centers are perpendicular to the edge 4 as a result of an angle error a.

 

   The setting criterion for the defocusing AS is therefore given by the occurrence of a certain angular position of the interference fringes, which is observed in the eyepiece 14 by means of the graticule 13. The interference images are shown in FIG. 3. In FIG. 3a, the stripes in region 18 are inclined due to an angular error of angle 3, in FIG. 3b, however, after defocusing on ring 11, they are horizontal.



   The use of the inventive device for checking or measuring right angles between optical surfaces described so far should be clear. Of particular advantage is the property known from shearing interferometers that the position of the interference fringe images hardly changes with smaller object movements relative to the device, since both interference mirrors 1 and 2 are object-fixed and always move together.


    

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum interferometrischen Prüfen eines nahezu rechten Winkels zwischen zwei optischen flächen, dadurch gekennzeichnet, dass ein kohärentes Lichtbündel (5) senkrecht zur Winkelkante (4) auf der Winkelinnenseite (3) eingestrahlt wird, dass von der einen (1) und von der anderen (2) optischen Fläche zurückgestrahlte Teilbündel einander derart überlagert werden, dass ein nicht lokalisiertes Interferenzfeld (18) entsteht, dass im Interferenzfeld Interferenzstreifen beobachtet werden, dass der Konvergenzgrad oder Divergenzgrad des eingestrahlten kohärenten Lichtbündels (5) verändert wird bis eine durch einen Winkelfehler zwischen den optischen Flächen (1, 2) verursachte Komponente der Interferenzstreifen verschwindet und dass aus dieser Veränderung die Abweichung des Winkels (3) vom Sollwert bestimmt wird.     PATENT CLAIMS 1. A method for interferometric testing of an almost right angle between two optical surfaces, characterized in that a coherent light beam (5) is radiated perpendicular to the angle edge (4) on the inside of the angle (3), that one (1) and one other (2) optical surfaces of the partial beams reflected back are superimposed on one another in such a way that a non-localized interference field (18) arises, that interference fringes are observed in the interference field, that the degree of convergence or degree of divergence of the incident coherent light bundle (5) is changed until one is caused by an angle error between The component of the interference fringes caused by the optical surfaces (1, 2) disappears and that the deviation of the angle (3) from the target value is determined from this change. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Interferenzfeld (18) zusätzlich eine von der durch den Winkelfehler erzeugten unabhängige Komponente der Interferenzstreifen erzeugt wird und dass als Kriterium für das Verschwinden der Fehlerkomponente das Vorliegen einer bestimmten Richtung der Interferenzstreifen verwendet wird.  2. The method according to claim 1, characterized in that an additional component of the interference fringes generated by the angle error is generated in the interference field (18) and that the presence of a specific direction of the interference fringes is used as a criterion for the disappearance of the error component. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (6, 7, 11) zur Erzeugung eines kohärenten Lichtbündels mit einstellbarem Konvergenzgrad, durch eine transparente Platte (8) mit planen Oberflächen (9, 10) zur Überlagerung der von den optischen Flächen (1, 2) zurückgestrahlten Teilbündel und durch Mittel (13, 14, 15) zur Beobachtung der Interferenzstreifen im Interferenzfeld (18).  3. Device for performing the method according to claim 1, characterized by means (6, 7, 11) for generating a coherent light beam with an adjustable degree of convergence, by a transparent plate (8) with flat surfaces (9, 10) for superimposing the optical surfaces (1, 2) and part (13, 14, 15) for the observation of the interference fringes in the interference field (18). 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Platte (8) zur Erzeugung einer vom Fehler des zu prüfenden Winkels (3) unabhängigen Komponente der Interferenzstreifen einen Keil mit zur Prismenkante (4) senkrechter Kante aufweist und dass die Mittel zur Beobachtung der Interferenzstreifen eine Strichplatte (13) zur Beurteilung der Winkellage der Interferenzstreifen umfassen.  4. The device according to claim 3, characterized in that the transparent plate (8) for generating a component of the interference fringes independent of the error of the angle to be tested (3) has a wedge with an edge perpendicular to the prism edge (4) and that the means for observation the interference fringes comprise a reticle (13) for assessing the angular position of the interference fringes. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung eines kohärenten Lichtbündels mit einstellbarem Konvergenzgrad einen Gaslaser (6) mit einstellbarem Strahlaufweitungsfernrohr (7) umfassen und dass zur Beobachtung der Interferenzstreifen ein Abschwächungsfilter (15) vorgesehen ist.  5. The device according to claim 3, characterized in that the means for generating a coherent light beam with an adjustable degree of convergence comprise a gas laser (6) with an adjustable beam expansion telescope (7) and that an attenuation filter (15) is provided for observing the interference fringes. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum interferometrischen Prüfen von nahezu rechten Winkeln zwischen Flächen, insbesondere zum Prüfen von optischen Prismen, sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung.  The invention relates to a method for interferometric testing of almost right angles between surfaces, in particular for testing optical prisms, and a device for carrying it out. Interferometer zum Prüfen von Winkeln an Prismen sind bekannt. Beim Hilger-Prismeninterferometer wird ein mittels Blende und Kondensorlinse aufgeweiteter Parallelstrahl an einer Planparallelplatte geteilt. Die eine Strahlkomponente wird an einem ersten Planspiegel in sich reflektiert. Die andere Stahlkomponente wird durch das zu prüfende Würfeleckenprisma auf einen zweiten Planspiegel umgelenkt. Bei fehlerfreiem Prisma wird die andere Strahlkomponente am zweiten Planspiegel in sich reflektiert, durchläuft das Prisma nochmals und wird an der Planparallelplatte mit der vom ersten Planspiegel reflektierten Strahlkomponente überlagert. Die interferierenden Strahlkomponenten werden über eine weitere Linse und Blende beobachtet (vgl. F. Twyman: Prism and Lens making , Hilger & BR< Watts, London 1952, Seiten 426 ff. und 446 ff.).  Interferometers for checking angles on prisms are known. In the Hilger prism interferometer, a parallel beam expanded by means of an aperture and a condenser lens is split on a plane parallel plate. One beam component is reflected on a first plane mirror. The other steel component is deflected by the cube corner prism to be tested to a second plane mirror. If the prism is free of defects, the other beam component is reflected in itself on the second plane mirror, passes through the prism again and is overlaid on the plane parallel plate with the beam component reflected by the first plane mirror. The interfering beam components are observed via a further lens and aperture (cf. F. Twyman: Prism and Lens making, Hilger & BR <Watts, London 1952, pages 426 ff. And 446 ff.). Weist ein Winkel des Würfeleckenprismas Fehler auf, d.h.  Has an angle of the cube corner prism error, i.e. weicht er von 90" ab, so erhalten an den Flächen dieses Winkels reflektierte Strahlkomponenten eine Richtungsabweichung gegenüber dem einfallenden Strahl, d.h. der Winkel zwischen einfallendem und reflektiertem Strahl ist nicht genau 1800. Im Gebiet der interferierenden Strahlkomponenten beobachtet man in diesem Fall hinter der zweiten Blende geradlinige Interferenz streifen, die dem Bild des Würfeleckenprismas überlagert sind und parallel zur Kante des fehlerhaften Winkels erscheinen. If it deviates from 90 ", then beam components reflected at the surfaces of this angle receive a directional deviation from the incident beam, ie the angle between the incident and reflected beam is not exactly 1800. In the area of the interfering beam components, one observes behind the second aperture in this case streak rectilinear interference overlaid on the image of the cube corner prism and appear parallel to the edge of the faulty angle. Durch Nacharbeit dieses Winkels vergrössert man den Abstand der Interferenzstreifen bis keine Streifen mehr auftreten.  By reworking this angle, the distance between the interference fringes is increased until there are no more fringes. Abgesehen von dem relativ hohen Aufwand für Herstellung und Justierung der Planspiegel ist die Genauigkeit dieser Prüfmethode durch Unsicherheiten in der Beurteilung des Vorliegens der Streifenbreite Unendlich beschränkt.  Apart from the relatively high expenditure for the production and adjustment of the plane mirror, the accuracy of this test method is infinitely limited by uncertainties in the assessment of the presence of the strip width. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum interferometrischen Prüfen rechtwinkliger Prismen anzugeben, welches mit einfachen Vorrichtungen realisierbar ist und mit geringem Messaufwand genaue Prüfungen erlaubt.  The object of the invention is to provide a method for the interferometric testing of right-angled prisms, which can be implemented with simple devices and allows precise tests with little measurement effort. Die Lösung dieser Aufgabe bringt ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches sich dadurch auszeichnet, dass ein kohärentes Lichtbündel senkrecht zur Winkelkante auf der Winkelinnenseite eingestrahlt wird, dass von der einen und von der anderen optischen Fläche zurückgestrahlte Teilbündel einander derart überlagert werden, dass ein nicht lokalisiertes Interferenzfeld entsteht, dass im Interferenzfeld Interferenzstreifen beobachtet werden, dass der Konvergenzgrad oder Divergenzgrad des eingestrahlten kohärenten Lichtbündels verändert wird bis eine durch einen Winkelfehler zwischen den optischen Flächen verursachte Komponente der Interferenzstreifen verschwindet und dass aus dieser Veränderung die Abweichung des Winkels vom Sollwert bestimmt wird.  The solution to this problem is achieved by a method of the type mentioned at the outset, which is characterized in that a coherent light beam is irradiated perpendicular to the angular edge on the inside of the angle, that partial beams reflected back from one and from the other optical surface are superimposed on one another in such a way that a non- Localized interference field arises that interference fringes are observed in the interference field, that the degree of convergence or degree of divergence of the incident coherent light beam is changed until a component of the interference fringes caused by an angular error between the optical surfaces disappears and that the deviation of the angle from the target value is determined from this change. Besonders einfache Messungen erreicht man dabei dadurch, dass im Interferenzfeld zusätzlich eine von der durch den Winkelfehler erzeugten unabhängige Komponente der Interferenzstreifen erzeugt wird und dass als Kriterium für das Verschwinden der Fehlerkomponenten das Vorliegen einer bestimmten Richtung der Interferenzstreifen verwendet wird.  Particularly simple measurements are achieved in that an additional component of the interference fringes that is generated by the angle error is generated in the interference field and that the presence of a specific direction of the interference fringes is used as a criterion for the disappearance of the error components. Eine zweckmässige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung eines kohärenten Lichtbündels mit einstellbarem Konvergenzgrad, durch eine transparente Platte mit planen Oberflächen zur Überlagerung der von den optischen Flächen zurückgestrahlten Teilbündel und durch Mittel zur Beobachtung der Interferenzstreifen im Interferenzfeld.  An expedient device for carrying out the method according to the invention is characterized by means for generating a coherent light bundle with an adjustable degree of convergence, by a transparent plate with flat surfaces for superimposing the partial bundles retroreflected by the optical surfaces, and by means for observing the interference fringes in the interference field. Weitere erfindungsgemässe Varianten sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.  Further variants according to the invention are characterized in the dependent claims. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum interferometrischen Prüfen von rechten Winkeln an Prismen, Fig. 2 die Entstehung eines Interferenzfeldes an einer Planplatte und Fig. 3 Interferenzbilder, wie sie mit der Vorrichtung gemäss Fig. 1 beobachtet werden.  The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown schematically in the drawing. Show it 1 shows an inventive device for interferometric testing of right angles on prisms, Fig. 2 shows the emergence of an interference field on a plane plate and Fig. 3 interference images, as observed with the device of FIG. 1. Gemäss Fig. 1 schliessen zwei Glasplatten 1 und 2 einen Winkel 3 mit der senkrecht zur Zeichenebene liegenden Scheitelkante 4 ein. Der Winkel 3 soll auf eine Abweichung von 90" geprüft werden. Zu diesem Zweck wird er durch ein Lichtbündel 5 beleuchtet, das in einem Gaslaser 6 erzeugt, von einem Strahlaufweitungsfernrohr 7 auf einen passenden Querschnitt aufgeweitet wird und eine Glasplatte 8 mit ebenen Grenzflächen 9, 10 durchlaufen hat. Das Bündel 5 ist durch das Fernrohr 7 kollimiert, kann aber mittels Fokussierung am Stellring 11 divergent oder konvergent gemacht werden. Die Grenzflächen 9, 10 der Glasplatte 8 bilden mit der Achse 12 des Bündels 5 einen Winkel von 45" und schliessen einen schwachen Zusatzkeil ein, dessen Kante senkrecht zur Objektscheitelkante 4, d.h.  1, two glass plates 1 and 2 enclose an angle 3 with the apex edge 4 lying perpendicular to the plane of the drawing. The angle 3 is to be checked for a deviation of 90 ″. For this purpose, it is illuminated by a light beam 5, which is generated in a gas laser 6, expanded by a beam expansion telescope 7 to a suitable cross-section, and a glass plate 8 with flat interfaces 9, The bundle 5 is collimated through the telescope 7, but can be made divergent or convergent by focusing on the adjusting ring 11. The interfaces 9, 10 of the glass plate 8 form an angle of 45 "with the axis 12 of the bundle 5 and close a weak additional wedge, the edge of which is perpendicular to the object apex edge 4, ie   parallel zur Zeichenebene liegt. is parallel to the drawing plane. Das Lichtbündel 5 fällt etwa symmetrisch zur Scheitelkante 4 auf das Prüfobjekt 1,2 ein und wird dabei in an sich bekannter Weise in sich reflektiert. Das reflektierte Bündel wird nun von **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.  The light beam 5 is incident approximately symmetrically to the apex edge 4 on the test object 1, 2 and is reflected in a manner known per se. The reflected bundle is now from ** WARNING ** End of CLMS field could overlap beginning of DESC **.
CH534479A 1979-06-08 1979-06-08 Method for interferometric testing of a virtually right angle between two optical surfaces, and device for carrying it out CH638040A5 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH534479A CH638040A5 (en) 1979-06-08 1979-06-08 Method for interferometric testing of a virtually right angle between two optical surfaces, and device for carrying it out

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH534479A CH638040A5 (en) 1979-06-08 1979-06-08 Method for interferometric testing of a virtually right angle between two optical surfaces, and device for carrying it out

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH638040A5 true CH638040A5 (en) 1983-08-31

Family

ID=4292005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH534479A CH638040A5 (en) 1979-06-08 1979-06-08 Method for interferometric testing of a virtually right angle between two optical surfaces, and device for carrying it out

Country Status (1)

Country Link
CH (1) CH638040A5 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2605729A1 (en) * 1986-09-26 1988-04-29 Us Energy ROTARY SHEAR BLADE INTERFEROMETER
DE4235832B4 (en) * 1991-10-24 2006-04-20 Pentax Corp. Apparatus and method for checking a roof angle of an optical element
CN105157573A (en) * 2015-10-14 2015-12-16 中国人民解放军国防科学技术大学 High precision static pressure guide rail geometrical error holographic detection method
CN117516882A (en) * 2023-11-08 2024-02-06 上海市第一人民医院 Portable visual optical prism degree detection device and method

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2605729A1 (en) * 1986-09-26 1988-04-29 Us Energy ROTARY SHEAR BLADE INTERFEROMETER
US4786175A (en) * 1986-09-26 1988-11-22 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Rotatable shear plate interferometer
DE4235832B4 (en) * 1991-10-24 2006-04-20 Pentax Corp. Apparatus and method for checking a roof angle of an optical element
CN105157573A (en) * 2015-10-14 2015-12-16 中国人民解放军国防科学技术大学 High precision static pressure guide rail geometrical error holographic detection method
CN105157573B (en) * 2015-10-14 2017-08-25 中国人民解放军国防科学技术大学 A kind of high-precision static pressure guide rail Form and position error holographic measuring method
CN117516882A (en) * 2023-11-08 2024-02-06 上海市第一人民医院 Portable visual optical prism degree detection device and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0370229B1 (en) Interferometric process for testing optical elements producing aspherical wave fronts
EP0045321A2 (en) Method and device for optical distance measurement
EP3084344B1 (en) Method for measuring a spherical-astigmatic optical area
DE2758149C2 (en) Interferometric method with λ / 4 resolution for distance, thickness and / or flatness measurement
DE102008049159A1 (en) Method and device for the optical measurement of long radii of curvature of optical functional surfaces
DE102006055070B4 (en) Method and device for interferometrically measuring a shape of a test object
DD282371A7 (en) METHOD AND ARRANGEMENT FOR MEASURING THE MICROSTRUCTURE OF TECHNICAL SURFACES
DE2206520A1 (en) METHOD FOR ELIMINATING A SYSTEMATIC MEASUREMENT ERROR IN OPTICAL ANEMOMETERS
DE2602158A1 (en) LIGHT INTERFERENCE DEVICE
CH638040A5 (en) Method for interferometric testing of a virtually right angle between two optical surfaces, and device for carrying it out
DE10325601B3 (en) Switchable point light source array and its use in interferometry
DE102022209651A1 (en) Method of editing a reference element for an interferometer
DE2447889A1 (en) INTERFEROMETER FOR MEASURING WAVE FRONT SECTIONS OF GENERAL IMAGING SYSTEMS, IN PARTICULAR OF THE HUMAN EYE
DE10309586A1 (en) Shape measurement method and device using an interferometer
DE19545369C1 (en) Surface distance and contour measurement by triangulation
DE2528818C3 (en) Lensmeter
DD219565A1 (en) ARRANGEMENT FOR INTERFEROMETIC QUALITY TESTING OF TECHNICAL SURFACES
DE4242882C2 (en) Method for testing aspherically curved surfaces and interferometer arrangement therefor
DE102021202820B3 (en) Interferometric measurement method and interferometric measurement arrangement
EP3571465B1 (en) Device and method for calibrating a measuring apparatus by means of projected patterns
DE4432313C2 (en) Device for examining surface topographies using strip triangulation
DD300046A7 (en) Projection interferometer
DE102020102959A1 (en) Surface measuring system for measuring a surface of a test object
DD282512A5 (en) Two-beam interferometer
DE102023203568A1 (en) Interferometric measuring device for measuring the roughness of a test surface

Legal Events

Date Code Title Description
PL Patent ceased