DE102005018787A1

DE102005018787A1 - Messung der Form kugelförmiger und fast kugelförmiger optischer Oberflächen

Info

Publication number: DE102005018787A1
Application number: DE102005018787A
Authority: DE
Inventors: Vivek G. Badami; John H. Bruning
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2005-12-29
Also published as: US20050235507A1; US7140119B2; JP2005326402A; WO2005108911A1

Abstract

Ein Gerät zum Messen von Oberflächen von optischen Elementen mit einer Nennsymmetrieachse weist eine Vorrichtung zum Befestigen eines optischen Elements, welches eine optische Oberfläche mit einer Nennsymmetrieachse aufweist, einen Verschiebungsmessfühler mit einer zum Messen der Verschiebungen im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des optischen Elements ausgerichteten Messachse, einen ersten Drehantrieb, welcher den Verschiebungsmessfühler in Bezug auf die Vorrichtung relativ um eine erste Drehachse dreht, welche ausgerichtet ist, um sich mit der Nennsymmetrieachse der optischen Oberfläche zu schneiden, einen zweiten Drehantrieb, welcher die Vorrichtung in Bezug auf den Verschiebungsmessfühler relativ um eine zweite Drehachse dreht, welche entlang der Nennsymmetrieachse der optischen Oberfläche ausgerichtet ist, wobei die Messachse des Verschiebungsmessfühlers durch einen Ablenkradius von der ersten Drehachse versetzt ist, so dass die relative Drehung des Verschiebungsmessfühlers um die erste Drehachse dem Verschiebungsmessfühler sowohl eine lineare als auch eine winkelförmige Bewegung in Bezug auf die Vorrichtung erteilt und eine Steuerung, welche sich auf die Bewegungen des ersten und zweiten Drehantriebs bezieht, so dass die Relativbewegung des Verschiebungsmessfühlers in Bezug auf die Vorrichtung einer Bezugsfläche folgt, in Abhängigkeit von welcher der Verschiebungsmessfühler Abweichungen der optischen Oberfläche entlang der Messachse misst, auf.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Innerhalb des Gebiets des Messtechnik erwägt die Erfindung die Messung von kugelförmigen und fast kugelförmigen optischen Oberflächen mit der auf Geräten basierenden Oberflächenabtastung.

BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK

Die Herstellung optischer Präzisionsflächen erfordert Messungen einer Oberflächenform mit einer hohen Genauigkeit. Allgemein weisen sowohl reflektierende als auch lichtbrechende optische Präzisionsflächen eine kugelförmige Form auf. Viele moderne optische Systeme, wie z.B. jene, welche für Anwendungen der Mikrolithografie verwendet werden, beinhalten asphärische optische Oberflächen, welche etwas von der kugelförmigen Form abweichen, um optische Verarbeitungen einer höheren Ordnung zu liefern.

Eine Anzahl von Systemen wurde zum Messen solcher fast kreisförmigen optischen Oberflächen in der erforderten Genauigkeit entwickelt. Diese beinhalten sowohl optische als auch nicht optische Systeme. Die optischen Systeme verwenden üblicherweise Interferenzmessverfahren, welche das Vergleichen einer Bezugswellenfläche mit der Nennform einer optischen Prüffläche mit einer ähnlich geformten Abfragewellenfläche beinhalten, welche von der optischen Prüffläche reflektiert wird. Die Abfragewellenfläche nimmt Eigenschaften der optischen Prüffläche an, welche innerhalb der mit der Bezugswellenfläche gebildeten Interferenzmuster offenbart sind. Schwierigkeiten entstehen beim genauen Herstellen der zwei Wellenflächen und beim Anordnen der Abfragewellenfläche zum Annähern an die optische Prüffläche mit einem senkrechten Einfall. Die Messung asphärischer Prüfflächen unter Verwendung kugelförmiger Bezugs- und Abfragewellenflächen ist durch Probleme der Randdichte beschränkt, welche aus einer Fehlanpassung zwischen den lokalen Formen der einfallenden Abfragewellenfläche und der optischen Prüffläche entstehen. Probleme, wie z.B. Aliasing bzw. Aliasing-Fehler und ein Kontrastverlust an einem Detektor, können sich ergeben. Zusätzliche optische Elemente können verwendet werden, um die Bezugs- und Prüfwellenflächen besser an die asphärische Prüffläche anzupassen. Das Erzielen der erforderten Genauigkeit für diese Nullelemente kann jedoch problematisch sein. Die Genauigkeit ist beschränkt, da die Leistung der Nullelemente eher abgeleitet als tatsächlich gemessen wird.

Die Interferometrie mit zwei Wellenlängen wurde auch verwendet, um die aus hohen Randdichten entstehenden Unklarheiten zu lösen. Diese Verfahren opfern allgemein jedoch die Auflösung für den Bereich. Die Wellenflächenheftung bzw. das Wellenflächen-Stitching kann zum Messen größerer Flächen durch das Zusammensetzen begrenzter Messgebiete über einer optischen Prüffläche verwendet werden, beispielsweise erfordern erweiterte Formen, wie z.B. Hyperhalbkugeln, üblicherweise, dass die Prüfflächen von verschiedenen Positionen beleuchtet werden, um teilweise überlappende Interferogramme der Oberfläche zu erhalten, welche dann aneinander geheftet werden müssen, um eine Abbildung der gesamten Oberfläche zu bilden. Diese Verfahren sind zeitaufwendig, rechenintensiv und unterliegen Positionierungsfehlern.

Die punktweise Profilometrie wird auch zum Messen optischer Prüfflächen durch das Verfolgen der Verschiebungen des Messfühlers über die Oberflächen verwendet. Dieser Ansatz umfasst zwei Probleme. Erstens unterliegt die Wiedergabetreue der durch die mechanischen Bewegungen verfolgten Bezugsflächen einem Fehler. Zweitens verschlechtert sich die Leistung des Messfühlers, da der Messfühler von einer zur Prüffläche senkrechten Ausrichtung abweicht.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung sorgt für das Vornehmen von Präzisionsmessungen von kugelförmigen und fast kugelförmigen optischen Oberflächen durch das Bewegen eines Verschiebungsmessfühlers um zwei Drehachsen zum Erzeugen einer genauen Bezugsfläche und durch das Halten des Verschiebungsmessfühlers im Wesentlichen senkrecht zur optischen Oberfläche zum Vornehmen von Vergleichsmessungen an der Bezugsfläche. Die Drehachsen erteilen eine Bewegung mit hoher Genauigkeit und die restlichen Fehler sind gewöhnlich leicht wiederholbar. Die Drehachsen halten zudem den Verschiebungsmessfühler in einer fast senkrechten Ausrichtung, was das Verwenden mehrerer Messfühlerarten ermöglicht. Es können sowohl konvexe als auch konkave Oberflächen gemessen werden und in einer einzelnen Einrichtung kann eine größere Winkeldeckung der Oberflächen gemessen werden, wie z.B. Hyperhalbkugeln.

Der Verschiebungsmessfühler kann relativ um eine erste von zwei Drehachsen gedreht werden, welche einem Kreis im Raum folgt, und der Verschiebungsmessfühler kann zusammen mit der ersten Drehachse relativ um eine zweite der zwei Drehachsen gedreht werden, welche eine kugelförmige Oberfläche im Raum erzeugt. Die erzeugte kugelförmige Oberfläche kann als Bezugsfläche zum Bezug nehmen auf Messungen der Verschiebungsmessfühlers verwendet werden. Der Verschiebungsmessfühler wird vorzugsweise um die erste Drehachse gedreht und eine optische Prüffläche wird vorzugsweise um die zweite Drehachse gedreht, so dass der Verschiebungsmessfühler durch das Kombinieren der zwei Umdrehungen eine kugelförmige Bezugsfläche erzeugt.

Die Messachse des Verschiebungsmessfühlers wird vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur kugelförmigen Bezugsfläche gehalten. Dies kann durch das Neigen der Messachse des Verschiebungsmessfühlers in Bezug auf die erste Drehachse durch den gleichen Neigungswinkel vollbracht werden, in welchem die erste und zweite Drehachse zueinander geneigt sind.

Die optische Prüffläche ist vorzugsweise derart montiert, dass sich der Krümmungsmittelpunkt derselben an der Schnittstelle der zwei Drehachsen befindet. Die Umdrehung der Messachse um die erste Drehachse lenkt vorzugsweise einen Kegel nach außen ab, welcher seinen Scheitelpunkt am Krümmungsmittelpunkt der Prüffläche aufweist. Es ist das Messende oder die Messspitze des Verschiebungsmessfühlers, welche einem Kreis folgt, welcher auf der konischen Oberfläche liegt. Die relative Drehung der ersten Drehachse um die zweite Drehachse erzeugt eine kugelförmige Bezugsfläche, welche einen mit dem Krümmungsmittelpunkt der Prüffläche übereinstimmenden Krümmungsmittelpunkt aufweist. Eine am besten geeignete kugelförmige Bezugsfläche liefert allgemein eine ausreichende Annäherung an eine asphärische Prüffläche zum Beschränkten des vom Verschiebungsmessfühler erforderten Messbereiches. Kleine Abweichungen vom senkrechten Einfall (d.h. die Neigung der Messachse zur Senkrechten der Oberfläche) zusammen mit einem beschränkten Bereich der Verschiebungsmessungen entlang der Messachse können durch die Auswahl des Verschiebungsmessfühlers angepasst werden. Zusätzliche Bewegungsachsen können komplexere Bezugsflächen erzeugen.

Die Erfindung ist insbesondere auf Messungen von optischen Elementen mit Oberflächen anwendbar, welche eine Nennsymmetrieachse aufweisen. Eine Ausführungsform der Erfindung zeigt ein Gerät, welches eine Vorrichtung zum Befestigen eines optischen Elements beinhaltet, welches eine optische Prüffläche mit einer Nennsymmetrieachse aufweist. Ein eine Messachse aufweisender Verschiebungsmessfühler ist zum Messen von Verschiebungen ausgerichtet, welche im Wesentlichen senkrecht zur Prüffläche sind. Ein erster Drehantrieb dreht den Verschiebungsmessfühler relativ in Bezug auf die Vorrichtung um eine erste Drehachse, welche zum Schneiden der Nennsymmetrieachse der Prüffläche ausgerichtet ist. Ein zweiter Drehantrieb dreht die Vorrichtung relativ in Bezug auf den Verschiebungsmessfühler um eine zweite Drehachse, welche entlang der Nennsymmetrieachse der Prüffläche ausgerichtet ist. Die Messachse des Verschiebungsmessfühlers ist von der ersten Drehachse durch einen Ablenkradius (sweep radius) versetzt, so dass die relative Drehung des Verschiebungsmessfühlers um die erste Drehachse dem Verschiebungsmessfühler in Bezug auf die Vorrichtung sowohl lineare als auch winkelförmige Bewegungen erteilt. Eine Steuerung bezieht sich auf Bewegungen des ersten und zweiten Drehantriebs, so dass die Relativbewegung des Verschiebungsmessfühlers in Bezug auf die Vorrichtung einer Bezugsfläche folgt, in Abhängigkeit von welcher der Verschiebungsmessfühler die Abweichungen der Prüffläche entlang der Messachse misst.

Drehwertgeber oder andere Winkelmessvorrichtungen können zum Überwachen der Winkelpositionen der Drehachsen zum Abbilden der Bezugsfläche verwendet werden. Verschiebungsmessungen, welche durch den Messfühler durchgeführt wurden, sind mit den Koordinaten der Bezugsfläche in Beziehung gebracht, jede als eine Abweichung von der Bezugsfläche an einer bestimmten Stelle auf der Oberfläche.

Die Genauigkeit der Messung der Prüffläche basiert teilweise auf der Genauigkeit der Bezugsfläche, welcher durch die Spitze des Verschiebungsmessfühlers im Raum gefolgt wird. Die Erfindung sorgt für das Verbessern der Genauigkeit der Bezugsfläche auf verschiedene Weisen. Erstens verbessert das Verwenden von Drehachsen, welche genauer und wiederholbarer als entsprechende Paare geradliniger Achsen sind, die Genauigkeit. Zweitens sind die Fehler der Drehachsen gewöhnlich leicht wiederholbar und solche systematischen Fehler können gemessen und verwendet werden, um die Bezugsfläche genauer zu definieren. Drittens können Sensoren an den Drehachsen während der Verwendung zum Erfassen dynamischer Fehler zum weiteren Definieren der Bezugsfläche angebracht sein. Viertens können Probleme der Zentrierung und andere Befestigungsprobleme der Prüffläche überwacht werden und entsprechende Korrekturen durch das Vornehmen redundanter Messungen überlappender Bereiche der Prüffläche von verschiedenen Winkelpositionen der Drehachsen vorgenommen werden. Beispielsweise können die Messungen der gleichen Stellen auf der Prüffläche von gegenüberliegenden Seiten der Montagevorrichtung durchgeführt werden.

Vorzugsweise beinhaltet der erste Drehantrieb eine Messfühlerspindel, welche den Verschiebungsmessfühler um die erste Drehachse dreht, und der zweite Drehantrieb eine Arbeitsspindel, welche die Vorrichtung um die zweite Drehachse dreht. Eine Anzahl von Einrichtungseinstellungen können zum Anpassen eines Bereiches von Prüfflächen mit einer unterschiedlichen Größe und Form vorgenommen werden. Beispielsweise verändert ein erster Winkelversteller die Winkelausrichtung zwischen der ersten und zweiten Drehachse durch einen Kopfwinkel bzw. Steuerwinkel (head angle). Ein zweiter Winkelversteller verändert die Winkelausrichtung der Messachse in Bezug auf die erste Drehachse durch einen Messfühlerwinkel. Vorzugsweise sind der Steuerwinkel und der Messfühlerwinkel gleiche Winkel, so dass die Messachse die erste und zweite Drehachse an einem Nennkrümmungsmittelpunkt der Prüffläche schneidet. Der Steuerwinkel ist vorzugsweise ein spitzer Winkel zum Messen eines Bereiches der Prüfflächen, welcher sowohl konvexe als auch konkave Krümmungen aufweist.

Andere Achsen der Einrichtung beinhalten drei Linearversteller. Ein erster Linearversteller verändert relativ die Position der Vorrichtung in Bezug auf den Verschiebungsmessfühler entlang einer ersten Verstellachse, welche ein wesentliches Bauteil in Richtung der zweiten Drehachse aufweist. Ein zweiter Linearversteller ver ändert relativ die Position der Vorrichtung in Bezug auf den Verschiebungsmessfühler entlang einer zweiten Verstellachse, welche ein wesentliches Bauteil senkrecht zur ersten Drehachse aufweist. Die erste und zweite lineare Verstellachse sorgen für ein entsprechendes Positionieren der optischen Prüffläche in Bezug auf die erzeugte Bezugsfläche. Ein dritter Linearversteller (Versatz-Versteller) verändert einen Versatzabstand zwischen der Messachse und der ersten Drehachse durch einen Ablenkradius, welcher die Größe des Kreises einstellt, welchem durch die Spitze des Verschiebungsmessfühlers gefolgt wird.

Verschiedene Krümmungsradien der Prüffläche werden durch das Verändern von entweder einem oder beiden Winkeln des Steuerwinkels zwischen den Drehachsen und Ablenkradius des Verschiebungsmessfühlers von der ersten Drehachse angepasst. Beispielsweise können Vergrößerungen im Krümmungsradius der Prüffläche durch das Verkleinern des Steuerwinkels oder Vergrößern des Ablenkradius angepasst werden. Vorzugsweise ist die Messachse zusammen mit dem Steuerwinkel angepasst, um die Messachse nominell senkrecht zur Prüffläche zu halten.

Die Steuerung kann für das synchrone Betätigen des ersten und zweiten Drehantriebs durch eine Winkelverwandtschaft oder ein zeitlich abgestimmtes Verhältnis der relativen Position oder Geschwindigkeit sorgen. Beispielsweise kann der zweite Drehantrieb (Arbeitsspindel) mit einer konstanten Geschwindigkeit zum Drehen der Prüffläche um ihre Symmetrieachse gedreht werden, wohingegen der erste Drehantrieb (Messfühlerspindel) in einem zeitlich abgestimmten Verhältnis mit dem zweiten Drehantrieb gedreht wird, um eine systematische Erzeugung der Bezugsfläche herzustellen. Der Verschiebungsmessfühler kann durch volle kreisförmige Ablenkungen oder durch beschränkte Winkelwerte gedreht werden.

Wenn beide Drehachsen mit einer vollen Umdrehung in Synchronisation wirksam sind, wird eine vollständige Deckung der Prüffläche allgemein über mehrere Umdrehungen der Arbeitsspindel und Messfühlerspindel erhalten. Auf diese Weise können große Datensätze mit beachtlich redundanten Daten erhalten werden. Das Ermitteln des Durchschnitts über diese großen Datensätze kann verwendet werden, um statistische Abweichungen und systematische Fehler bei der Messung, einschließlich Fehlerbewegungen der Drehachsen und Winkelpositionsfehlern, zu verringern. Die zwei Drehachsen können auch auf verschiedene Weisen zeitlich aufeinander abgestimmt werden, wie z.B. wenn weniger als eine volle Umdrehung der Messfühlerspindel gemacht wird. Beispielsweise kann die erste Drehachse (Messfühlerspindel) periodisch durch ein vorbestimmtes Winkelinkrement für jede oder mehrere Umdrehungen der zweiten Drehachse (Arbeitsspindel) mit einem Index versehen werden. Redundante Daten können über mehrere Umdrehungen der Arbeitsspindel erfordert werden, während die Messfühlerspindel feststehend bleibt. Der Datensatz ist aus einer Reihe konzentrischer Kreisprofile auf der Prüffläche zusammengesetzt. Alternativ kann die erste Drehachse (Messfühlerspindel) kontinuierlich mit einer beträchtlich geringeren Rate als der Umdrehung der zweiten Drehachse (Arbeitsspindel) mit einem Index versehen werden, so dass der Verschiebungsmessfühler einer Spirale auf der Prüffläche folgt. Auf diese Weise kann die gesamte Prüffläche durch weniger als eine einzige Umdrehung des Verschiebungsmessfühlers um die erste Drehachse (Messfühlerspindel) gemessen werden. Beide Drehachsen können periodisch mit einem Index versehen werden, wie z.B. durch das Einstellen des Steuerwinkels auf 90 Grad und durch das Durchführen meridionaler Ablenkungen des Verschiebungsmessfühlers über die Prüffläche.

Das bevorzugte Gerät zum Messen kugelförmiger und asphärischer Oberflächen beinhaltet eine Erzeugungsvorrichtung mit zwei relativ schrägen Drehachsen, welche einen Verschiebungsmessfühler relativ in Bezug auf eine optische Prüffläche zum Erzeugen einer Bezugsfläche drehen, in Abhängigkeit von welcher auf die Verschiebungsmessungen zwischen dem Verschiebungsmessfühler und der optischen Prüffläche Bezug genommen wird. Der Verschiebungsmessfühler weist eine Messachse auf, welche in Bezug auf eine der Drehachsen zum Halten der Messachse des Verschiebungsmessfühlers im Wesentlichen senkrecht zur optischen Prüffläche linear versetzt und winkelig geneigt ist, während sie eine Bezugsfläche erzeugt. Vorzugsweise ist der Verschiebungsmessfühler ein kontaktloser Messfühler, welcher einen beschränkten Bereich an Ausrichtungen anpassen kann, welche von der Senkrechten zur Prüffläche abweichen. Solche Ausrichtungen beinhalten sowohl Abweichungen der Bezugsfläche von der erwünschten Bezugsfläche und Abweichungen der Ist-Prüffläche von der erwünschten Prüffläche.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Messen optischer Prüfflächen mit einer Nennsymmetrieachse beinhaltet das relative Drehen eines Verschiebungsmessfühlers in Bezug auf eine optische Prüffläche um zwei relativ geneigte Drehachsen, so dass die Relativbewegung des Verschiebungsmessfühlers einer Bezugsfläche folgt, in Abhängigkeit von welcher die optische Prüffläche gemessen werden kann. Die Messachse des Verschiebungsmessfühlers ist in Bezug auf eine der zwei Drehachsen derart ausgerichtet, dass die Messachse im Wesentlichen senkrecht zur optischen Prüffläche bleibt, während sie der Bezugsfläche folgt. Vorzugsweise sind die zwei relativ geneigten Drehachsen in Bezug aufeinander und in Bezug auf die optische Prüffläche ausgerichtet, so dass sich die zwei Drehachsen an einem Nennkrümmungsmittelpunkt der Prüffläche schneiden. Eine der zwei Drehachsen ist vorzugsweise entlang der Nennsymmetrieachse der Prüffläche ausgerichtet. Die andere Drehachse scheidet die Nennsymmetrieachse am Krümmungsmittelpunkt der Prüffläche. Ein Bereich der Prüfflächen mit verschiedenen Krümmungsradien kann entweder durch das Versetzen der Messachse des Verschiebungsmessfühlers von der einen Drehachse durch einen Ablenkradius oder das winkelförmige Verstellen der zwei Drehachsen in Bezug aufeinander um eine orthogonale Verstellachse durch einen Steuerwinkel angepasst werden. Die Winkelpositionen der Drehachsen werden zum Abbilden der Bezugsfläche und zum Bezug nehmen der Verschiebungsmessungen des Verschiebungsmessfühlers auf die Bezugsfläche gemessen.

KURZE BESCHREIBUNG VERSCHIEDENER ANSICHTEN DER ZEICHNUNG(EN)
1 ist ein Diagramm, welches eine Seitenansicht eines Geräts zum Ausüben der Erfindung im Querschnitt zeigt, welche eine Erzeugungsvorrichtung mit zwei operativen Drehachsen als Hauptmerkmal besitzt.
2 ist ein Diagramm, welches an die Erzeugungsvorrichtung der 1 eine Kombination von winkelförmigen und linearen Einrichtungsachsen anhängt, welche zur Messung einer konvexen optischen Prüffläche in einem Erzeugungsmodus angeordnet ist.
3 ist ein ähnliches Diagramm, welches eine Anordnung von Einrichtungsachsen zum Messen einer konkaven optischen Prüffläche in einem Erzeugungsmodus zeigt.
4 ist ein Diagramm, welches eine Querschnittsansicht einer Anordnung von Einrichtungsachsen zum Messen einer flachen optischen Prüffläche zeigt.
Die 5A und 5B sind orthogonale Seitenansichten des Geräts im Querschnitt, welches in einem Schwenkhebel-Profilkorrektureinrichtungsmodus zum Messen einer konvexen optischen Prüffläche angeordnet ist.
6 ist ein Diagramm, welches eine Querschnittsansicht eines Geräts zeigt, welches in einem optischen Generatorbetrieb zum Messen hyperhalbkugelförmiger optischer Oberflächen angeordnet ist.
Die 7A und 7B zeigen orthogonale Querschnittsansichten, in welchen die Einrichtungsachsen in einem Schwenkhebel-Profilkorrektureinrichtungsmodus zum Messen einer hyperhalbkugelförmigen optischen Oberfläche angeordnet sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein beispielhaftes Gerät 10 zum Ausüben der Erfindung wird in den Figuren der Zeichnungen in verschiedenen Konfigurationen und Betriebsmoden zum Messen eines Bereiches kugelförmiger und asphärischer optischer Oberflächen gezeigt. In 1 ist ein optisches Element 12 mit einer konvexen optischen Prüffläche 14 auf einer Vorrichtung 16 an einem Ende der Arbeitsspindel 18 befestigt. Die Arbeitsspindel 18 ist ein Teil eines Drehantriebs 20 zum Drehen des optischen Elements 12 um eine Drehachse 22. Die optische Prüffläche 14 ist derart befestigt, dass der Krümmungsmittelpunkt C derselben entlang der Drehachse 22 liegt und die Nennsymmetrieachse 24 derselben mit der Drehachse 22 übereinstimmend ist.
Die die Prüffläche 14 befestigende Vorrichtung 16 ist vorzugsweise eine Spannvorrichtung, wie z.B. eine Unterdruckspannvorrichtung oder eine mechanische Spannvorrichtung, welche Zentrierungs- und Winkelausrichtungsverstellungen des optischen Elements 12 in Bezug auf die Drehachse 22 der Arbeitsspindel 18 zulässt. Zudem ist das optische Element 12 vorzugsweise innerhalb der Vorrichtung 16 schwenkbar bzw. drehbar, um die Implementierung herkömmlicher Umkehrungsverfahren zum Entfernen von Fehlerbeiträgen der Arbeitsspindel 18 zuzulassen.
Eine Verstellvorrichtung 28 trägt einen Verschiebungsmessfühler 30 auf einer Messfühlerspindel 32, welche ein Teil des Drehantriebs 26 ist, welcher den Verschiebungsmessfühler 30 zusammen mit der Messfühlerspindel 32 um eine Drehachse 34 dreht. Die Drehachse 34 liegt in der gleichen Ebene wie die Drehachse 22 und schneidet die Drehachse 22 am Krümmungsmittelpunkt C der optischen Prüffläche 14.
Der Verschiebungsmessfühler 30 weist eine Messachse 36 und eine Messfühlerspitze 38 zum Vornehmen von Messungen entlang der Messachse 36 auf. Zwar wurde ein mechanischer Verschiebungsmessfühler dargestellt, aber es kann eine Vielfalt von berührenden und kontaktlosen Verschiebungsmessfühlern zur Ausübung der Erfindung verwendet werden. Die Kontaktmessfühler können Nadel- und Abtastmessfühlervorrichtungen beinhalten und die kontaktlosen Messfühler können optische Messfühler (sowohl interferometrische als auch konfokale) und andere Messfühler beinhalten, welche auf Kapazität, Wirbelstrom und anderen messbaren Eigenschaften der Verschiebung basieren. Die Auswahl des Messfühlers kann auf solchen Faktoren basieren, wie der Oberflächengüte, dem Material des Elements, dem Bereich, der Auflösung und Unsicherheiten der Messung. Es können auch Verschiebungsmessfühler, welche mechanische und optische kombinieren, oder andere Gerätarten verwendet werden, wie z.B. Messfühler, welche die mechanischen Verschiebungen interferometrisch messen. Linear veränderbare Differentialtransformatoren können für diesen Zweck auch in Erwägung gezogen werden.
Die Verstellvorrichtung 28 sorgt für das lineare und winkelförmige Verstellen einer Messachse 36 des Verschiebungsmessfühlers 30 in Bezug auf die Drehachse 34. Die Messfühlerspitze 38 ist linear von der Drehachse 34 durch einen Ablenkradius R_S versetzt und die Messachse 36 ist durch einen Messfühlerwinkel zur Drehachse 34 geneigt. Vorzugsweise ist der Messfühlerwinkel, durch welchen die Messachse 36 geneigt ist, gleich einem Steuerwinkel, durch welchen die Drehachse 34 in Bezug auf die Drehachse 22 geneigt ist, damit die Messachse 36 auch durch den Krümmungsmittelpunkt C der optischen Prüffläche 14 geht. Folglich lenkt die Umdrehung der Messachse 36 um die Drehachse 34 eine konische Oberfläche ab, welche ihren Scheitelpunkt am Krümmungsmittelpunkt C der Prüffläche 14 aufweist. Die Messfühlerspitze 38 folgt einem auf dem Kegel liegenden Kreis.
Das Drehen der optischen Prüffläche 14 um die Drehachse 22 in Bezug auf den Verschiebungsmessfühler 30 ist das kinematische Äquivalent zum Drehen des Verschiebungsmessfühlers 30 zusammen mit der Drehachse 34 um die Drehachse 32 in Bezug auf die Prüffläche 14. Die entstehende Relativbewegung zwischen der Messfühlerspitze 38 und der Prüffläche 14 folgt einer kugelförmigen Bezugsfläche, deren Mitte mit dem Krümmungsmittelpunkt C der optischen Prüffläche 14 übereinstimmend ist. Auf die unmittelbare Position der Messfühlerspitze 38 auf der Bezugsfläche kann durch Winkelmaße Bezug genommen werden, welche durch die Drehwertgeber 42 und 44 der Drehantriebe 20 und 26 gemessen wurden.
Der Radius R_P der erzeugten kugelförmigen Bezugsfläche ist eine Funktion des Steuerwinkels und des Ablenkradius R_S sowie des Radius r der Messfühlerspitze, wie folgt:
wobei r für konvexe Oberflächen positiv und für konkave Oberflächen negativ ist.
2 zeigt zusätzliche Achsen der Einrichtung, welche insbesondere zum Messen einer konvexen optischen Prüffläche 48 in einem optischen Generatorbetrieb angeordnet sind. Beispielsweise wird die Verstellvorrichtung 28 des Messfühlers mit einer linearen Verstellachse 50 zum Einstellen des Ablenkradius R_S und eine Winkelverstellachse 52 zum Einstellen des Messfühlerwinkels gezeigt. Ein Winkelversteller 54 sorgt für das Neigen der Drehachse 34 der Messfühlerspindel 32 durch den Steuerwinkel. Alternativ könnte die Drehachse 22 der Arbeitsspindel 18 durch einen entgegengesetzten Steuerwinkel zur Drehachse 34 der Messfühlerspindel 32 zum Erzielen des gleichen kinematischen Effekts geneigt werden.
Zwei lineare Achsen der Einrichtung sind auch zum Positionieren des Verschiebungsmessfühlers 30 in unmittelbarem Kontakt mit der optischen Prüffläche 48 vorgesehen. Diese beinhalten zwei Linearversteller 56 und 58 mit den orthogonalen Achsen Z und X, welche in der gemeinsamen Ebene der Drehachsen 22 und 34 liegen. Der Linearversteller 56 bewegt die Drehachse 34 der Messfühlerspindel 32 in Bezug auf die Arbeitsspindel 18 entlang der Achse Z, welche mit der Drehachse 22 der Arbeitsspindel 18 übereinstimmend ist. Der Linearversteller 58 bewegt die Drehachse 22 der Arbeitsspindel 18 in Bezug auf die Messfühlerspindel 32 entlang der orthogonalen Achse X innerhalb der gleichen Ebene XZ, auf welche Bezug genommen wird.
Wenn sie in einem Generatorbetrieb arbeiten, werden die Drehantriebe 20 und 26 der Arbeitsspindel 18 und der Messfühlerspindel 32 synchron angetrieben. Die Umdrehungsraten der Arbeitsspindel 18 und der Messfühlerspindel 32 können in Bezug aufeinander verändert werden, während sie die gleiche kugelförmige Bezugsfläche definieren. Die Raten sind vorzugsweise jedoch zum Sammeln von Daten in einer vorgeschriebenen Reihenfolge optimiert. Nur eine einzige (oder sogar teilweise) Umdrehung einer der Spindeln 18 oder 32 kann in Kombination mit einer Vielzahl von Umdrehungen der anderen Spindel 18 oder 32 zum Definieren der Stellen der Bezugsfläche verwendet werden, auf welche zur Messung Bezug genommen wird. Mehrere Umdrehungen beider Spindeln 18 und 32 können zum Sammeln redundanter Daten zum Messen nicht nur der Fehler in der Prüffläche 48 sondern auch von systematischen Fehlern der optischen Erzeugungsvorrichtung verwendet werden.
Der Verschiebungsmessfühler 30 misst lokale Verschiebungen der Prüffläche 14 in Bezug auf die Bezugsfläche, welche durch die Relativbewegungen des Verschiebungsmessfühlers 30 und der Prüffläche 14 erzeugt wurde. Die gemessenen Verschiebungen messen nicht nur die Abweichung der Prüffläche 14 von einer erwünschten Bezugsfläche, sondern auch die Abweichung der erzeugten Bezugsfläche von der erwünschten Bezugsfläche. Unbeabsichtigte Abweichungen der erzeugten Bezugsfläche von der erwünschten Bezugsfläche beinhalten systematische Fehler. Um solche systematischen Fehler auf ein Minimum zu verringern, sorgt die Erfindung für das Erzeugen der Bezugsfläche unter Verwendung der Drehachsen und durch das Minimieren der Anzahl von Achsen, welche erfordert werden, um die erforderte Bewegung zu erteilen. Bevorzugte Drehantriebe zum Erteilen der erforderten Bewegungen beinhalten entsprechend entkoppelte Motorantriebe. Solche Drehantriebe werden aufgrund ihrer hohen Genauigkeit und Wiederholbarkeit bevorzugt. Systematische Fehler in den Drehantrieben können gemessen und Kompensationen für ihre vorhersagbaren Auswirkungen auf die Bezugsfläche vorgenommen werden.
Zusätzliche Sensoren (nicht gezeigt) können mit den zwei Spindeln 18 und 32 verbunden werden, um auch dynamische Veränderungen zu überwachen. Die dynamischen Sensoren (Messgeräte) können zum Messen von Fehlern angeordnet sein, welche mit jedem der Freiheitsgrade assoziiert werden, welche durch jede der zwei Spindeln 18 und 32 vorgebracht werden – d.h., zwei radiale Fehlerbewegungen, eine axiale Fehlerbewegung und zwei Neigungsfehlerbewegungen. Ein Minimum von fünf Sensoren wird erfordert, um all diese Freiheiten zu überwachen, welche durch jede Spindel 18 und 32 vorgebracht werden. Es kann jedoch vorgezogen werden, die Freiheiten zu überwachen, von welchen festgestellt wurde, dass sie eine direkteste Auswirkung auf die Erzeugung der Bezugsfläche haben. Beispielsweise wird von Fehlern senkrecht zur Bezugsfläche erwartet, dass sie viel bedeutender als Fehler sind, welche auf der Bezugsfläche liegen.
Eine Konfiguration des Messgeräts 10 zum Messen einer konkaven optischen Oberfläche 64 eines Prüfelements 62 wird in 3 gezeigt. Vor allem wird die Drehachse 34 der Messfühlerspindel 32 in Richtung der x-Achse versetzt und kreuzt die Drehachse 22 auf einer gegenüberliegenden Seite der Prüfelements 62. Ein ähnlicher Effekt könnte durch das Drehen der Drehachse 34 zusammen mit einer geeigneten Translation zum Kreuzen der Drehachse 22 und 34 am gleichen Krümmungsmittelpunkt C der optischen Prüffläche 64 erzielt werden. Entsprechende Winkelverstellungen werden an der Messachse 36 vorgenommen, so dass die Messachse 36 auch den Krümmungsmittelpunkt C schneidet. Ähnlich zur vorangehenden Ausführungsform ist die Prüffläche 62 auf der Vorrichtung 16 der Arbeitsspindel 18 befestigt, so dass die Nennsymmetrieachse derselben mit der Drehachse 22 der Arbeitsspindel 18 axial ausgerichtet ist. An der in 3 gezeigten Drehposition des Verschiebungsmessfühlers 30 ist die Messachse 36 mit sowohl der Drehachse 22 als auch der Nennsymmetrieachse der konkaven Prüffläche 64 übereinstimmend. Die Umdrehung des Verschiebungsmessfühlers 30 um die Drehachse 34 zusammen mit der Umdrehung der optischen Prüffläche 64 um die Drehachse 22 definiert an der Spitze 38 des Messfühlers 30 eine kugelförmige Bezugsfläche, in Abhängigkeit von welcher auf die Messungen des Verschiebungsmessfühlers 30 Bezug genommen wird. Zum Halten der Messachse 36 senkrecht zur Bezugsfläche, wird die Messachse 36 durch den gleichen Winkel in Bezug auf die Drehachse 34 geneigt, wie die Drehachse 22 durch den Steuerwinkel zur Drehachse 34 geneigt wird.
Das Messgerät 10 kann auch, wie in 4 gezeigt, zum Messen einer flachen optischen Oberfläche 74 eines Prüfelements 72 eingerichtet sein. Hier verlaufen beide Drehachsen 22 und 34 parallel zueinander. Die Messachse 36 verläuft zum Ablenken einer zylindrischen Oberfläche parallel zu den zwei Drehachsen 22 und 34. Die Umdrehung der Messfühlerspitze 38 um die Drehachse 34 folgt einem Kreis. Die Drehachse 22 der Arbeitsspindel 18 verläuft zu diesem Kreis senkrecht, so dass die Ablenkung des Kreises durch einen Raum relativ zur Prüffläche 14 einer Ebene oder Kugel mit einem unendlichen Krümmungsradius folgt. Folglich kann die Erzeugungsvorrichtung durch ihre zwei Umdrehungen eine ebene Bezugsfläche als ein Beispiel einer kugelförmigen Bezugsfläche mit einem unendlichen Krümmungsradius definieren.
Ähnlich zu den vorangehenden Ausführungsformen können die Raten der relativen Drehung zwischen der Arbeitsspindel 18 und der Messfühlerspindel 32 ausgewählt werden, um ein Muster der Datenerfassung über der optischen Prüffläche 74 zu optimieren. Im bevorzugten Erzeugungsmodus werden zwar beide Drehachsen 22 und 34 synchron, aber mit unterschiedlichen Raten angetrieben. Vorzugsweise wird die Arbeitsspindel 18 mit einer konstanten Geschwindigkeit mit einer erheblich höheren Rate als der Rate gedreht, mit welcher die Messfühlerspindel gedreht wird. Zum Erfassen von Daten auf systematische Weise kann der Drehantrieb 26 der Messfühlerspindelachse 32 mit dem Drehantrieb 20 einer konstanten Geschwindigkeit der Arbeitsspindel 18 in einem Master-Slave-Verhältnis verbunden werden. Mit dieser oder irgendeiner der anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen könnte jedoch die eine oder die andere der Spindeln 18 oder 32 auf intermittierende Weise angetrieben werden, um Daten aus einer Folge vorbestimmter Indexpositionen zu sammeln. Beispielsweise könnte die Messfühlerspindel 34 durch eine vorgeschriebene Menge, welche einer oder mehreren Umdrehungen der Arbeitsspindel 18 folgt, mit einem Index versehen werden. Die Prüffläche 74 betreffende Daten könnten auf diese Weise als eine Folge gleichmäßig beanstandeter Bögen gesammelt werden.
Ein anderer Betriebsmodus, auf welchen sich als Schwenkhebel-Profilkorrektureinrichtungsmodus bezogen wird, wird in den 5A und 5B gezeigt. Hier ist die Drehachse 34 der Messfühlerspindel 32 bei 90 Grad zur Drehachse 22 der Arbeitsspindel 18 ausgerichtet. Die Messachse 36 ist auch durch 90 Grad in Bezug auf die Drehachse 34 der Messfühlerspindel 32 geneigt. Ähnlich den vorhergehenden Ausführungsformen nimmt der Winkelversteller 54 eine Winkelverstellung zwischen der Drehachse 22 und 34 zum Einstellen des Steuerwinkels auf 90° vor.
Im Schwenkhebelmodus ist keine vollständige Umdrehung des Verschiebungsmessfühlers 30 um die Drehachse 34 der Messfühlerspindel 32 aufgrund der Interferenzeffekte zwischen dem Verschiebungsmessfühler 30 und der Arbeitsspindel 18 möglich. Der Schwenkhebelmodus ermöglicht dem Verschiebungsmessfühler jedoch in unmittelbaren Kontakt mit der optischen Prüffläche, welche hier als eine konvexe Prüffläche 84 gezeigt ist, während der ganzen Messoperation zu bleiben. Daten können von der gesamten Prüffläche 84 durch das Ablenken des Verschiebungsmessfühlers entlang einem einzelnen Meridian bzw. Höhepunkt gesammelt werden. Ein intermittierendes oder kontinuierliches Indexieren des Verschiebungsmessfühlers 30 kann in Verbindung mit der Umdrehung der Prüffläche 84 zum Sammeln der Daten verwendet werden. Das intermittierende Indexieren sammelt Daten entlang im Voraus definierter Breitengrade, wohingegen das kontinuierliche Indexieren einer ununterbrochenen Spirale über die Prüffläche 84 folgt. Alternativ könnte der Verschiebungsmessfühler 30 entlang einer Reihe von Meridianen in Verbindung mit einem kontinuierlichen oder intermittierenden Indexieren der Prüffläche 84 abgelenkt werden.
Der Schwenkhebel-Profilkorrektureinrichtungsmodus ist auch gut zur Sammlung redundanter Daten insbesondere aus unterschiedlichen Winkelpositionen der Arbeits- und Werkzeugsspindeln 18 und 32 adaptiert. Beispielsweise kann der Verschiebungsmessfühler 30 in eine erste Richtung, welche am Polarbreitengrad zum Sammeln eines Datensatzes beginnt, und in eine entgegengesetzte Richtung vom Polarbreitengrad zum Sammeln eines redundanten Datensatzes gedreht werden. Natürlich kann der entsprechende Bereich an Winkeln mit der gleichen Richtung der Messfühlerdrehung gemessen werden, welche auf einer Seite der Vorrichtung 16 beginnt und durch den Polarbreitengrad zur anderen Seite der Vorrichtung 16 geht. Dies ermöglicht die Ausrichtung der zwei Drehachsen 22 und 34 während der Einrichtung der Maschine und ermöglicht auch die Verwendung von Umkehrungstechniken zur Fehlertrennung.
Die Messung hyperhalbkugelförmiger optischer Oberflächen in einem Generatormodus wird in 6 gezeigt. Die Drehachse 34 der Messfühlerspindel 32 ist zur Drehachse 22 der Arbeitsspindel 18 durch eine Steuerwinkel geneigt, welcher mindestens ein Viertel der Winkelspanne der hyperhalbkugelförmigen optischen Oberfläche 94 bedeckt. Die Menge der Steuerwinkelneigung, welche angepasst werden kann, während die vollständige Umdrehung des Verschiebungsmessfühlers 30 um die Drehachse 34 (d.h. durch die mit E und E' bezeichneten Positionen) beibehalten wird, ist durch die Interferenz mit der Arbeitsspindel 18 beschränkt. Zum Messen von hyperhalbkreisförmigen Prüfflächen, welche sich über einen größeren Winkelbereich erstrecken, kann der Schwenkhebel-Profilkorrektureinrichtungsmodus verwendet werden, wie in den 7A und 7B gezeigt. Die zwei Drehachsen 22 und 34 sind in rechten Winkeln zueinander ausgerichtet, um zuzulassen, dass der Verschiebungsmessfühler 30 durch einen erweiterten Winkelbereich einer hyperhalbkreisförmigen Prüffläche 98 ablenkt ohne die Arbeitsspindel 18 zu berühren.
Zum Messen kugelförmiger und nominell kugelförmiger asphärischer Optiken werden nur zwei Bewegungsachsen erfordert, um eine angemessene Bezugsfläche zu erzeugen. Die Erfindung zieht auch asphärische Optiken in Erwägung, welche eine Nennsymmetrieachse aufweisen, aber von der kugelförmigen Form abweichen. Abweichungen der Bezugsfläche von der erwünschten Form der Prüffläche sind in zwei wichtigen Hinsichten offensichtlich, räumlich (d.h. radiale Abweichungen) und winkelförmig. Die räumliche Abweichung vergrößert den erforderten Messbereich des Verschiebungsmessfühlers 30. Dies kann allgemein durch eine geeignete Auswahl der Messfühlerart angepasst werden. Winkelförmige Abweichungen neigen die Messachse 36 von den Senkrechten der Oberfläche weg. Solche Neigungen können den Maßstab der Messung und die Auflösung derselben ändern, wohingegen größere Abweichungen die Toleranz des Verschiebungsmessfühlers 30 übersteigen können. Beispielsweise erfordern einige optische Messfühler die Retroreflektion von Licht zur Sammlung desselben. Oberflächen mit Senkrechten, welche im Wesentlichen zur Messachse 36 geneigt sind, reflektieren Licht in eine andere Richtung. Ähnliche Arten von Beschränkungen betreffen die mechanischen Messfühler, bei welchen die Messfühlerverschiebung eine Komponente beinhaltet, welche sich nicht in der Messrichtung befindet.
Zwar sorgt die Erfindung üblicherweise für das Ausrichten der Messachse 36 durch den Nennkrümmungsmittelpunkt C der optischen Prüffläche, aber die Messachse 36 kann auch durch andere Messfühlerwinkel geneigt sein, welche ausgewählt werden, um die maximale Winkelabweichung der Messachse 36 über die gesamte Bezugsfläche zu minimieren. Zusätzlich zum Verstellen dieser oder einer anderen der Einrichtungsachsen zum Anpassen von Veränderungen in der Prüffläche können zusätzliche Bewegungsachsen verwendet werden. Beispielsweise könnte die Winkelverstellachse 54 synchron mit den Drehachsen 22 und 34 betrieben werden, um eine komplexere Bezugsfläche zu erzeugen, welche besser zur Prüffläche passt. Zudem können intermittierende Verstellungen an jeder der Einrichtungsachsen einschließlich der Winkelverstellung der Messachse selbst vorgenommen werden, um die gleiche Prüffläche unter Verwendung von zwei oder mehreren unterschiedlichen Einrichtungen zu messen.
Zwar ist es gemäß der Erfindung möglich zusätzliche Bewegungen zu erteilen oder während der Messung Zwischenverstellungen vorzunehmen, aber die höchste Genauigkeit wird durch das Minimieren der Anzahl von Messachsen und das Verwenden von nur Drehachsen mit einer hohen Leistung erzielt, um sich auf die erwünschte Bewegung auszuwirken. Mit nur den zwei Bewegungsachsen kann das Gerät die Prüffläche mit Grundkrümmungsradien messen, welche von unendlich bis zu ein paar Millimetern in entweder einer konvexen oder einer konkaven Form reichen. Prüfflächen, wie z.B. Hyperhalbkreise, welche große Winkelbereiche des Raums bedecken, können von einer einzelnen Einrichtung gemessen werden. Das Gerät passt auch eine breite Vielfalt von Messfühlern durch das Verringern von Unbestimmtheiten an, welche sich aus einem unüblichen Betrieb solcher Messfühler ergeben.
Die verschiedenen Konfigurationen und Operationsmoden der Erfindung sorgen auch für die Ansammlung redundanter Daten zum Identifizieren und Beseitigen von systematischen Fehlern, welche in den Messdaten auftauchen. Der Erzeugungsmodus ist insbesondere gut für die Ansammlung von großen Mengen redundanter Daten geeignet. Der Schwenkhebelmodus ist insbesondere zum Sammeln von Daten von den gleichen Stellen auf der Prüffläche aber anderen Winkelpositionen der Drehachsen geeignet. Fehler, wie z.B. Messgerätedrift bzw. Nullpunktverschiebung, während der Messung aufgrund von Effekten, wie z.B. eine Wachstumsspindel, können auch durch das wiederholte Messen des Scheitelpunktes der optischen Prüffläche während der ganzen Messung beseitigt werden. Redundante Daten, welche an anderen Stellen gesammelt wurden, können zum Beseitigen anderer Fehlerarten, einschließlich Fehlerbewegungen der Drehachsen und Winkelpositionierungsfehlern, zum Messen der optischen Prüfflächen mit einer verbesserten Genauigkeit und Zuverlässigkeit umgewandelt werden. Die redundanten Daten tragen auch zum Minimieren statistischer Abweichungen bei.

Claims

Gerät zum Messen von Oberflächen von optischen Elementen mit einer Nennsymmetrieachse mit: einer Vorrichtung zum Befestigen eines optischen Elements, welches eine optische Oberfläche mit einer Nennsymmetrieachse aufweist; einem Verschiebungsmessfühler mit einer zum Messen der Verschiebungen im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des optischen Elements ausgerichteten Messachse; einem ersten Drehantrieb, welcher den Verschiebungsmessfühler in Bezug auf die Vorrichtung relativ um eine erste Drehachse dreht, welche ausgerichtet ist, um sich mit der Nennsymmetrieachse der optischen Oberfläche zu schneiden; einem zweiten Drehantrieb, welcher die Vorrichtung in Bezug auf den Verschiebungsmessfühler relativ um eine zweite Drehachse dreht, welche entlang der Nennsymmetrieachse der optischen Oberfläche ausgerichtet ist; wobei die Messachse des Verschiebungsmessfühlers durch einen Ablenkradius von der ersten Drehachse versetzt ist, so dass die relative Drehung des Verschiebungsmessfühlers um die erste Drehachse dem Verschiebungsmessfühler sowohl eine lineare als auch eine winkelförmige Bewegung in Bezug auf die Vorrichtung erteilt; und einer Steuerung, welche sich auf die Bewegungen des ersten und zweiten Drehantriebs bezieht, so dass die Relativbewegung des Verschiebungsmessfühlers in Bezug auf die Vorrichtung einer Bezugsfläche folgt, in Abhängigkeit von welcher der Verschiebungsmessfühler Abweichungen der optischen Oberfläche entlang der Messachse misst.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem sich die erste und zweite Drehachse innerhalb einer gemeinsamen Ebene schneiden.
Gerät nach Anspruch 2, bei welchem der erste Drehantrieb eine Messfühlerspindel, welche den Verschiebungsmessfühler um die erste Drehachse dreht, und der zweite Drehantrieb eine Arbeitsspindel beinhaltet, welche die Vorrichtung um die zweite Drehachse dreht.
Gerät nach Anspruch 1, welches zudem einen ersten Winkelversteller zum Verändern einer Winkelausrichtung zwischen der ersten und zweiten Drehachse durch einen Steuerwinkel aufweist.
Gerät nach Anspruch 4, bei welchem die erste und zweite Drehachse durch einen Bereich von Steuerwinkeln zum Messen von sowohl konvexen als auch konkaven optischen Oberflächen verstellbar sind.
Gerät nach Anspruch 4, bei welchem die erste und zweite Drehachse in Bezug aufeinander durch einen spitzen Steuerwinkel geneigt sind.
Gerät nach Anspruch 4, welches zudem einen zweiten Winkelversteller zum Verändern einer Winkelausrichtung der Messachse in Bezug auf die erste Drehachse durch einen Messfühlerwinkel aufweist.
Gerät nach Anspruch 7, bei welchem der Steuerwinkel gleich dem Messfühlerwinkel ist.
Gerät nach Anspruch 8, bei welchem sowohl der Steuerwinkel als auch der Messfühlerwinkel rechte Winkel sind.
Gerät nach Anspruch 1, welches zudem einen ersten Linearversteller aufweist, welcher die Vorrichtung in Bezug auf den Verschiebungsmessfühler entlang einer ersten linearen Verstellachse verstellt, welche ein wesentliches Bauteil entlang der zweiten Drehachse aufweist.
Gerät nach Anspruch 10, welches zudem einen zweiten Linearversteller zum relativen Verstellen der Vorrichtung in Bezug auf den Verschiebungsmessfühler entlang einer zweiten linearen Verstellachse aufweist, welche ein wesentliches Bauteil senkrecht zur zweiten Drehachse aufweist.
Gerät nach Anspruch 1, welches zudem einen Versatz-Versteller zum Verstellen eines Radialabstands zwischen der Messachse und der ersten Drehachse aufweist.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem die Steuerung für das synchrone Betätigen des ersten und zweiten Drehantriebs sorgt.
Gerät nach Anspruch 13, bei welchem die Steuerung für das Drehen des Verschiebungsmessfühlers durch vollständige Umdrehungen um die erste Drehachse sorgt.
Gerät nach Anspruch 14, bei welchem die erste und zweite Drehachse durch einen spitzen Steuerwinkel relativ geneigt sind und die Messachse und die zweite Drehachse durch einen spitzen Messfühlerwinkel relativ geneigt sind.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem die Steuerung für das relative Indexieren des Verschiebungsmessfühlers in Bezug auf die Vorrichtung um die erste Drehachse sorgt, während sie die Vorrichtung in Bezug auf den Verschiebungsmessfühler kontinuierlich und relativ um die zweite Drehachse dreht.
Gerät nach Anspruch 16, bei welchem die erste und zweite Drehachse in Bezug aufeinander durch einen Steuerwinkel von 90 Grad geneigt sind.
Gerät nach Anspruch 17, bei welchem die Messachse in Bezug auf die erste Drehachse durch einen Messfühlerwinkel von 90 Grad geneigt ist.
Gerät nach Anspruch 16, bei welchem die Steuerung für das intermittierende Indexieren des Verschiebungsmessfühlers in Bezug auf die Vorrichtung um die erste Drehachse sorgt.
Gerät zum Messen von kugelförmigen und asphärischen optischen Oberflächen mit: einer optischen Erzeugungsvorrichtung mit zwei relativ geneigten Drehachsen, welche einen Verschiebungsmessfühler in Bezug auf eine optische Prüffläche zum Erzeugen einer Bezugsfläche relativ drehen, in Abhängigkeit von welcher auf die Verschiebungsmessungen zwischen dem Verschiebungsmessfühler und der Prüffläche Bezug genommen wird; und dem Verschiebungsmessfühler, welcher eine Messachse aufweist, welche linear versetzt und in Bezug auf eine der Drehachsen zum Halten der Messachse des Verschiebungsmessfühlers im Wesentlichen senkrecht zur Prüffläche während dem Erzeugen einer Bezugsfläche geneigt ist.
Gerät nach Anspruch 20, bei welchem sich die zwei Drehachsen innerhalb einer gemeinsamen Ebene schneiden.
Gerät nach Anspruch 20, welches zudem eine erste Winkelverstellachse zum winkelförmigen Verstellen der zwei Drehachsen in Bezug aufeinander aufweist.
Gerät nach Anspruch 22, welches zudem eine zweite Winkelverstellachse zum winkelförmigen Verstellen des Verschiebungsmessfühlers in Bezug auf eine der zwei Drehachsen zum Ausrichten der Messachse senkrecht zur Prüffläche aufweist.
Gerät nach Anspruch 23, welches zudem eine erste lineare Verstellachse zum linearen Verstellen der zwei Drehachsen in Bezug aufeinander in eine erste Richtung aufweist.
Gerät nach Anspruch 24, welches zudem eine zweite lineare Verstellachse zum linearen Verstellen einer der zwei Drehachsen zusammen mit dem Verschiebungsmessfühler in Bezug auf die andere der zwei Drehachsen in eine zweite Richtung aufweist.
Gerät nach Anspruch 20, bei welchem die Bezugsfläche eine Symmetrieachse aufweist und eine der zwei Drehachsen mit der Symmetrieachse der Bezugsfläche axial ausgerichtet ist.
Gerät nach Anspruch 24, bei welchem die Messachse zu einer der Drehachsen durch im Wesentlichen den gleichen Betrag geneigt ist, wie die zwei Drehachsen zueinander geneigt sind.
Gerät nach Anspruch 20, bei welchem eine Steuerung für das relative Drehen eines Verschiebungsmessfühlers um eine der Drehachsen in einem vorbestimmten Verhältnis mit einer relativen Drehung der Prüffläche um die andere der Drehachsen sorgt.
Gerät nach Anspruch 20, bei welchem eine Steuerung für das intermittierende Indexieren des Verschiebungsmessfühlers um eine der Drehachsen während dem relativen Drehen der Prüffläche um die andere der Drehachsen sorgt.
Gerät nach Anspruch 20, welches zudem Sensoren aufweist, welche Fehlerbewegungen von mindestens einer der Drehachsen überwachen, um Abweichungen in der erzeugten Bezugsfläche von einer erwünschten Bezugsfläche auszugleichen.
Gerät nach Anspruch 20, welches zudem eine dritte Drehachse zum zusätzlichen relativen Drehen des Verschiebungsmessfühlers in Bezug auf eine Prüffläche aufweist.
Gerät nach Anspruch 31, bei welchem die dritte Drehachse senkrecht zur ersten und zweiten Drehachse verläuft.
Gerät nach Anspruch 20, bei welchem der Verschiebungsmessfühler ein optischer Messfühler ist.
Gerät nach Anspruch 33, bei welchem der optische Messfühler mit einem Interferometer zum Messen der Weglängenänderungen zwischen dem Messfühler und der Prüffläche verbunden ist.
Verfahren zum Messen optischer Prüfflächen mit einer Nennsymmetrieachse, welches die Folgenden Schritte aufweist: relatives Drehen eines Verschiebungsmessfühlers in Bezug auf eine optische Prüffläche um zwei relativ geneigte Drehachsen, so dass die Relativbewegung des Verschiebungsmessfühlers einer Bezugsfläche folgt, in Abhängigkeit von welcher die optische Prüffläche gemessen wird; und Ausrichten einer Messachse des Verschiebungsmessfühlers in Bezug auf eine der zwei Drehachsen, so dass die Messachse im Wesentlichen senkrecht zur optischen Prüffläche während dem Folgen der Bezugsfläche bleibt.
Verfahren nach Anspruch 35, welches zudem den Schritt des Ausrichtens der zwei relativ geneigten Drehachsen in Bezug aufeinander und die optische Prüffläche beinhaltet, so dass sich die zwei Drehachsen an einem Nennkrümmungsmittelpunkt der optischen Prüffläche schneiden.
Verfahren nach Anspruch 35, welches einen Schritt des Ausrichtens von einer der zwei Drehachsen entlang einer Nennsymmetrieachse der optischen Prüffläche beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 37, welches einen Schritt des Ausrichtens von der anderen der zwei Drehachsen beinhaltet, welche die Nennsymmetrieachse der optischen Prüffläche schneiden.
Verfahren nach Anspruch 35, welches einen Schritt des winkelförmigen Verstellens der zwei Drehachsen in Bezug aufeinander um eine orthogonale Verstellachse zum Messen eines Bereiches der optischen Prüfflächen beinhaltet, welche unterschiedliche Nennkrümmungsradien aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 39, welches einen Schritt des winkelförmigen Verstellens der Messachse des Verschiebungsmessfühlers in Bezug auf die eine Drehachse zum Ausrichten der Messachse im Wesentlichen senkrecht zum Bereich der optischen Prüfflächen beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 40, bei welchem der Schritt des winkelförmigen Verstellens der Messachse das Neigen der Messachse in Bezug auf die eine Drehachse durch den gleichen Winkel beinhaltet, in welchem die zwei Drehachsen zueinander geneigt sind.
Verfahren nach Anspruch 35, welches einen Schritt des Versetzens der Messachse der Verschiebungsmessfühlers von der einen Drehachse beinhaltet, so dass die relative Drehung des Verschiebungsmessfühlers sowohl lineare als auch winkelförmige Verschiebungen in Bezug auf die optische Oberfläche beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 42, welches einen Schritt des linearen Verstellens des Versatzes der Messachse zum Messen eines Bereiches der optischen Prüfflächen beinhaltet, welche unterschiedliche Nennkrümmungsradien aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 35, welches den Schritt des Antreibens der zwei Drehachsen in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 44, bei welchem eine der Drehachsen mit einer konstanten Geschwindigkeit angetrieben wird und die andere der Drehachsen angetrieben wird, um ein vorbestimmtes Winkelverhältnis mit der Drehachse mit der konstanten Geschwindigkeit beizubehalten.
Verfahren nach Anspruch 35, welches zudem einen Schritt des Messens der Drehpositionen der zwei Drehachsen zum Definieren der Bezugsfläche beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 46, welches zudem einen Schritt des intermittierenden Indexierens einer der Drehachsen durch vorgeschriebene Winkelmaße während dem kontinuierlichen Drehen der anderen der Drehachsen beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 35, welches zudem den Schritt des Messens überlappender Bereiche der optischen Prüffläche von verschiedenen Drehpositionen der Drehachsen beinhaltet, um redundante Daten zum Erfassen von systematischen Fehlern zu sammeln.
Verfahren nach Anspruch 35, welches zudem einen Schritt des Messens überlappender Bereiche der optischen Prüffläche aus verschiedenen Drehpositionen der Drehachsen beinhaltet, um redundante Daten zum Minimieren statistischer Fehler zu sammeln.