DE102013213599B4 - Method and device for spectrometric reflection measurement on spherical surfaces - Google Patents
Method and device for spectrometric reflection measurement on spherical surfaces Download PDFInfo
- Publication number
- DE102013213599B4 DE102013213599B4 DE102013213599.8A DE102013213599A DE102013213599B4 DE 102013213599 B4 DE102013213599 B4 DE 102013213599B4 DE 102013213599 A DE102013213599 A DE 102013213599A DE 102013213599 B4 DE102013213599 B4 DE 102013213599B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- axis
- spherical surface
- rotation
- sample holder
- optical component
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/005—Testing of reflective surfaces, e.g. mirrors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/02—Testing optical properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/02—Testing optical properties
- G01M11/0207—Details of measuring devices
- G01M11/0214—Details of devices holding the object to be tested
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
- G01N2021/8427—Coatings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
- G01N21/9515—Objects of complex shape, e.g. examined with use of a surface follower device
Abstract
Verfahren zur spektrometrischen Reflexionsmessung an einer sphärischen Fläche (2) eines optischen Bauteils (1), wobei zur Reflexionsmessung ein an der sphärischen Fläche (2) des optischen Bauteils reflektierter Messstrahl (4) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein senkrecht auf die sphärische Fläche (2) einfallender Messstrahlengang (14) mittels einer Fokussieroptik (11) auf die sphärische Fläche (2) fokussiert wird, wobei anschließend zur Reflexionsmessung an einem beliebigen Punkt auf der sphärischen Fläche (2) das optische Bauteil (1) um zwei zueinander senkrechte und durch den Krümmungsmittelpunkt (27) der sphärischen Fläche (2) verlaufende Drehachsen (5, 6) bewegt wird, wobei während der Bewegung des Bauteils (1) der Fokus des Messstrahlengangs (14) unverändert auf der sphärischen Fläche (2) des Bauteils (1) verbleibt.Method for the spectrometric reflection measurement on a spherical surface (2) of an optical component (1), wherein a measurement beam (4) reflected at the spherical surface (2) of the optical component is used for the reflection measurement, characterized in that a perpendicular to the spherical surface (2) focusing incident beam path (14) by means of focusing optics (11) on the spherical surface (2), wherein subsequently for reflection measurement at any point on the spherical surface (2) the optical component (1) by two mutually perpendicular and during the movement of the component (1), the focus of the measuring beam path (14) unchanged on the spherical surface (2) of the component (1 ) remains.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur spektrometrischen Reflexionsmessung an einer sphärischen Fläche eines optischen Bauteils, wie einer Linse, wobei zur Reflexionsmessung ein an der sphärischen Fläche des optischen Bauteils reflektierter Messstrahl verwendet wird. Mit solchen Reflexionsmessungen sollen Reflexionseigenschaften der meist beschichteten Oberfläche eines optischen Bauteils gemessen werden. The present invention relates to a method and a device for the spectrometric reflection measurement on a spherical surface of an optical component, such as a lens, wherein a measurement beam reflected at the spherical surface of the optical component is used for the reflection measurement. With such reflection measurements, reflection properties of the most coated surface of an optical component are to be measured.
Stand der Technik State of the art
Für die Messung der Reflexionseigenschaften von Oberflächen, speziell von optisch wirksamen Flächen, werden Spektrometer verschiedenster Bauart für verschiedene Anwendungen eingesetzt. In der optischen Industrie ist die Messung der Reflexion oder Transmission an optisch wirksamen Flächen erforderlich, um z. B. die Eigenschaften von Gläsern und Beschichtungen zu bestimmen. Dabei sind die Messergebnisse vom Polarisationszustand des Lichtes, vom Einfallswinkel des Messstrahls, von der Apertur des auf die Oberfläche treffenden Messstrahls, von der Beschaffenheit der Oberfläche (Rauigkeit, Topographie), der Beschaffenheit der Beschichtung sowie von weiteren Parametern abhängig. For measuring the reflection properties of surfaces, especially optically active surfaces, spectrometers of various types are used for various applications. In the optical industry, the measurement of the reflection or transmission of optically active surfaces is required to z. B. to determine the properties of glasses and coatings. The measurement results are dependent on the polarization state of the light, the angle of incidence of the measuring beam, the aperture of the measuring beam striking the surface, the nature of the surface (roughness, topography), the nature of the coating and other parameters.
In vielen Fällen sind die Spektrometer für die Messung an ebenen oder planen Oberflächen ausgelegt, da gekrümmte oder sphärische Flächen eine Größen- und gegebenenfalls eine Formänderung des Messstrahls bewirken und in Folge die Detektorfläche abweichend vom Referenzstrahl (Lichtstrahl der Lichtquelle ohne Bauteil) beleuchten, woraus Verfälschungen des Messwertes resultieren. Bei kleinen Krümmungsradien entsteht eine starke Streuung bzw. Sammlung des Lichtstrahls. Dies kann dazu führen, dass das von dem Bauteil reflektierte oder transmittierte Licht nicht mehr vollständig vom Detektor erfasst wird. Stellt das zu vermessende optische Bauteil eine Linse dar, liegen aufgrund der geringen Radien die genannten Probleme verstärkt vor. In many cases, the spectrometers are designed for measuring on flat or flat surfaces, as curved or spherical surfaces cause a change in size and possibly a change in the measuring beam and consequently illuminate the detector surface deviating from the reference beam (light beam of the light source without component), resulting in falsifications of the measured value. For small radii of curvature, there is a strong scattering or collection of the light beam. This can lead to the fact that the light reflected or transmitted by the component is no longer completely detected by the detector. If the optical component to be measured represents a lens, the problems mentioned are more pronounced due to the small radii.
Im Folgenden sollen bekannte Vorrichtungen zur Reflexionsmessung erläutert werden. In the following, known devices for reflection measurement will be explained.
Grundsätzlich werden zur Reflexionsmessung eine geeignete Einrichtung zur Projektion des Lichtes aus einer Lichtquelle auf die zu vermessende Oberfläche und eine geeignete Einrichtung für das Einsammeln des reflektierten Lichtes von der Oberfläche und für den Transport dieses Lichtes zu einem Detektor eingesetzt. Hierbei wird das Licht meist mittels Lichtfaserkabel zur Oberfläche bzw. zum Detektor transportiert. Zur Kompensation von divergenter Strahlung werden üblicherweise Ulbricht-Kugeln eingesetzt. Eine solche Ulbricht-Kugel ermöglicht es, stark divergente Strahlung zu sammeln und die Leistung oder den Gesamtlichtstrom zu messen, ohne dass durch die vorhandene Richtcharakteristik die Messung verfälscht würde. In principle, suitable means for projecting the light from a light source onto the surface to be measured and a suitable device for collecting the reflected light from the surface and for transporting this light to a detector are used for reflection measurement. Here, the light is usually transported by optical fiber cable to the surface or to the detector. Ulbricht spheres are usually used to compensate for divergent radiation. Such an integrating sphere makes it possible to collect strongly divergent radiation and to measure the power or the total luminous flux without the measurement being distorted by the existing directional characteristic.
Bei einer bekannten Ausführungsform werden die beiden genannten Einrichtungen zum Transport des Lichts auf die Oberfläche und zum Transport des reflektierten Lichts zum Detektor gemeinsam in einem Messkopf angeordnet. Dieser besitzt eine definierte Anschlagfläche, durch die der Abstand von Messkopf zur Oberfläche reproduzierbar ist. Die in dem Messkopf verwendeten Lichtleiter haben den Nachteil, einen Messstrahl mit einer festen, nicht variablen Apertur zu erzeugen. Dadurch liegt ein großes Winkelspektrum der Beleuchtung vor, das deutlich von einer gewünschten Anordnung mit kleinem Winkelspektrum abweicht. Außerdem sind Lichtaustritt (zur zu vermessenden Oberfläche) und Lichteintritt (zum Messdetektor) räumlich voneinander getrennt. Dies verhindert das Beleuchten und Messen mit Einfallswinkeln nahe 0°. Dieses Problem kann durch den Einsatz eines sogenannten "Y-Lichtleiters" umgangen werden, bei dem die Austritts- und Eintrittsfasern räumlich sehr eng beieinanderliegen. Bei dieser Lösung kann allerdings nicht die gesamte Lichtmenge, die von der Oberfläche reflektiert wird, gesammelt werden, wodurch wiederum die Messung verfälscht wird. In a known embodiment, the two devices mentioned are arranged to transport the light onto the surface and to transport the reflected light to the detector together in a measuring head. This has a defined stop surface through which the distance from the measuring head to the surface is reproducible. The optical fibers used in the measuring head have the disadvantage of producing a measuring beam with a fixed, non-variable aperture. As a result, there is a large angle spectrum of the illumination, which differs significantly from a desired arrangement with a small angle spectrum. In addition, light emission (to the surface to be measured) and light entry (to the measuring detector) are spatially separated from each other. This prevents lighting and measuring with angles of incidence near 0 °. This problem can be circumvented by the use of a so-called "Y-light guide", in which the exit and entry fibers are spatially very close together. In this solution, however, not all the amount of light reflected from the surface can be collected, which in turn falsifies the measurement.
Bekannt sind auch Mikroskop-Spektrometer, bei denen das einfallende Licht über eine Auflichtachse durch das Mikroskop-Objektiv auf die zu vermessende Oberfläche projiziert wird und das reflektierte Licht auf dem umgekehrten Weg wieder eingesammelt und auf ein Pinhole projiziert wird, das vor einer Lichtfaser sitzt, welche ihrerseits mit einem Spektrometer verbunden ist. Solche Mikroskop-Spektrometer können auch zur Messung von Reflexionen an sphärischen Oberflächen eingesetzt werden. Bei der Vermessung von Linsenoberflächen wird die Linse mit ihrer optischen Achse fluchtend zur optischen Achse des Mikroskop-Objektivs positioniert. Gemessen werden die Reflexionseigenschaften im Scheitel der Linse. Eine Messung an beliebigen Oberflächenpunkten der Linse ist jedoch nicht oder nur mit großem Aufwand eingeschränkt möglich. Microscope spectrometers are also known in which the incident light is projected onto the surface to be measured via an incident light axis through the microscope objective and the reflected light is collected again in the opposite way and projected onto a pinhole, which is located in front of an optical fiber. which in turn is connected to a spectrometer. Such microscope spectrometers can also be used to measure reflections on spherical surfaces. When measuring lens surfaces, the lens is positioned with its optical axis in alignment with the optical axis of the microscope objective. The reflection properties are measured in the apex of the lens. However, a measurement on any surface points of the lens is not possible or only with great effort limited.
Verfügbar sind auch Reflexionsmessgeräte, die nach Art eines Goniometers konzipiert sind und eine im Einfallswinkel flexible Beleuchtung der zu vermessenden Fläche ermöglichen. Trotz der Möglichkeit von winkelaufgelösten Messungen sind solche Geräte aber für Planflächen ausgelegt. Außerdem besteht auch hier das bereits oben genannte Problem der räumlichen Trennung von Sender und Empfänger. Also available are reflection gauges, which are designed in the manner of a goniometer and allow flexible illumination of the surface to be measured at the angle of incidence. Despite the possibility of angle-resolved measurements such devices are designed for flat surfaces. In addition, there is also the above-mentioned problem of the spatial separation of transmitter and receiver.
Schließlich sind auch Zweistrahl-Spektrometer bekannt, bei denen das Licht aus einer Lichtquelle in einen Referenzstrahl und einen Messstrahl aufgeteilt wird. Hier sind Kammern für die freie Anordnung zur beliebigen Beleuchtung von beliebigen Bauteilen möglich, bei denen der Detektor relativ frei im Raum zur Registrierung des von dem Bauteil reflektierten Lichtes bewegt werden kann. Zur Vermessung stark gekrümmter Oberflächen von optischen Bauteilen wie Linsen sind solche Zweistrahl-Spektralphotometer in der Praxis insbesondere dann wenig geeignet, wenn mit kleinen Einfallswinkeln beleuchtet werden soll. Dies wird aufgrund der üblichen Größe der dort verwendeten Ulbricht-Kugel verhindert. Außerdem ist durch die dort stattfindende Aufbereitung des Messstrahls ein astigmatischer Strahl vorhanden, der keine Homogenität besitzt (bezüglich Polarisationszuständen, Beleuchtungsstärke, Fokuspunkten) und dadurch eine undefinierte Beleuchtungssituation erzeugt. Finally, two-beam spectrometers are known in which the light from a Light source is divided into a reference beam and a measuring beam. Here are chambers for the free arrangement for arbitrary illumination of any components possible in which the detector can be moved relatively freely in the space for registration of the light reflected from the component. For surveying strongly curved surfaces of optical components such as lenses, such dual-beam spectrophotometers are in practice not particularly suitable when it is intended to illuminate with small angles of incidence. This is prevented due to the usual size of Ulbricht sphere used there. In addition, there is an astigmatic beam through the processing of the measuring beam there takes place, which has no homogeneity (with respect to polarization states, illuminance, focus points) and thereby generates an undefined lighting situation.
Aus der
Die
Ein weiteres Problem ergibt sich aus der Beschichtung gekrümmter Flächen: Derartige Beschichtungen sind in der Regel nicht über die gesamte gekrümmte Fläche hinweg gleichmäßig. Oftmals nimmt die Dicke der Beschichtung zur Peripherie einer sphärischen Linsenoberfläche hin ab. Hieraus ergibt sich für Randstrahlen ein unterschiedliches Verhalten im Vergleich zu Mittenstrahlen. Bei bisherigen Verfahren zur Reflexionsmessung werden üblicherweise nur die Beschichtungen am Scheitelpunkt einer Linse vermessen. Another problem arises from the coating of curved surfaces: such coatings are generally not uniform over the entire curved surface. Often, the thickness of the coating decreases toward the periphery of a spherical lens surface. This results in a different behavior for marginal rays compared to center rays. In previous methods for reflection measurement usually only the coatings are measured at the apex of a lens.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur spektrometrischen Messung von Reflexionseigenschaften einer sphärischen Fläche eines optischen Bauteils, wie einer Linse, anzugeben, welche insbesondere bei stark gekrümmten Oberflächen eine zuverlässige Messung an mehreren Punkten der Fläche auch bei kleinen Einfallswinkeln ermöglichen. It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device for the spectrometric measurement of reflection properties of a spherical surface of an optical component, such as a lens, which allow a reliable measurement at several points of the surface, even with small angles of incidence, especially in strongly curved surfaces.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. This object is achieved by a method and a device according to the independent patent claims. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
Erfindungsgemäß wird ein senkrecht auf die sphärische Fläche des optischen Bauteils einfallender Messstrahlengang mittels einer Fokussieroptik auf die sphärische Fläche fokussiert. Dies bedeutet, dass die Achse des Messstrahlengangs senkrecht auf die sphärische Fläche steht. Anschließend wird das Bauteil zur Reflexionsmessung an einem beliebigen Punkt der sphärischen Fläche um zwei zueinander senkrechte und durch den Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Fläche verlaufende Drehachsen bewegt, so dass während der Bewegung des Bauteils der einmal eingestellte Fokus des Messstrahlengangs unverändert auf der sphärischen Fläche des Bauteils verbleibt. Die Achse des Messstrahlengangs steht folglich während der Reflexionsmessung an jedem ausgewählten Punkt der sphärischen Fläche senkrecht auf diese. Eine entsprechende Vorrichtung weist einen Probenhalter zur Aufnahme des optischen Bauteils, eine eine Lichtquelle aufweisende Beleuchtungsoptik zur Erzeugung eines Messstrahlengangs und eine Fokussieroptik zum Fokussieren des senkrecht auf die sphärische Fläche einfallenden Messstrahlengangs auf die sphärische Fläche des optischen Bauteils auf. Der Probenhalter ist hierbei derart eingerichtet, dass das optische Bauteil um zwei zueinander senkrechte und durch den Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Fläche verlaufende Drehachsen bewegt wird, so dass während der Bewegung des Bauteils der einmal eingestellte Fokus des Messstrahlengangs unverändert auf der sphärischen Fläche des Bauteils verbleibt und die Achse des Messstrahlengangs unverändert senkrecht auf die sphärische Fläche steht. According to the invention, a measuring beam path incident perpendicular to the spherical surface of the optical component is focused onto the spherical surface by means of focusing optics. This means that the axis of the measuring beam path is perpendicular to the spherical surface. Subsequently, the component for reflection measurement at any point of the spherical surface is moved about two mutually perpendicular and through the center of curvature of the spherical surface extending axes of rotation, so that remains unchanged during the movement of the component of the once set focus of the measuring beam on the spherical surface of the component. Consequently, the axis of the measuring beam path is perpendicular to this at each selected point of the spherical surface during the reflection measurement. A corresponding device has a sample holder for receiving the optical component, a lighting optical system having a light source for generating a measurement beam path, and focusing optics for focusing the measurement beam path incident perpendicular to the spherical surface onto the spherical surface of the optical component. The sample holder is in this case arranged such that the optical component is moved about two mutually perpendicular and through the center of curvature of the spherical surface extending axes of rotation, so that during the movement of the component once set focus of the measuring beam path remains unchanged on the spherical surface of the component and the Axis of the measuring beam path is unchanged perpendicular to the spherical surface.
Als optische Bauteile kommen insbesondere Linsen in Frage, die zumindest zum Teil eine sphärische Linsenoberfläche aufweisen. Beispielsweise weist eine solche Linse folglich auf ihrer einen Seite eine Halbkugel oder ein Kugelsegment auf. Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für kleine Linsenradien, beispielsweise solche < 30 mm. Bei solchen Linsen weisen die eingangs genannten bekannten Systeme zur Reflexionsmessung folgende Nachteile auf: zu großer Messspot (beleuchtete Fläche auf der Linse); zu großer Beleuchtungswinkel (Apertur des Lichtstrahls); Detektor erfasst nicht gesamte von der Oberfläche der Linse reflektierte Strahlung; die Linsenoberfläche kann nicht zuverlässig lotrecht zum Messstrahl positioniert werden. Mit der vorliegenden Erfindung ist hingegen jeder Punkt der Oberfläche einer solchen Linse unter senkrechtem Einfall messbar. Die Erfindung eignet sich für Linsen mit beliebigem Radius, unabhängig vom Vorzeichen (konvex und konkav). Im Folgenden sei die Erfindung anhand von Linsen beschrieben, wobei dies nicht einschränkend verstanden werden soll. Vielmehr sind andere optische Bauteile mit (zumindest teilweise) sphärischer Oberfläche in gleicher Weise umfasst. Particularly suitable optical components are lenses which have at least in part a spherical lens surface. For example, such a lens thus has on its one side a hemisphere or a spherical segment. The present invention is particularly suitable for small lens radii, for example those <30 mm. In such lenses, the aforementioned known systems for reflection measurement have the following disadvantages: too large measuring spot (illuminated area on the lens); too large illumination angle (aperture of the light beam); Detector does not detect entire radiation reflected from the surface of the lens; The lens surface can not be reliably positioned perpendicular to the measuring beam. With the present invention, however, any point of the surface of such a lens is measured under normal incidence. The invention is suitable for lenses of any radius, regardless of the sign (convex and concave). In the following, the invention described with reference to lenses, which should not be understood as limiting. Rather, other optical components with (at least partially) spherical surface are included in the same way.
Die beiden durch den Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Fläche verlaufenden Drehachsen bewirken eine Bewegung des Fokus relativ zur sphärischen Fläche entlang von Längen- bzw. Breitengraden, so dass jeder Punkt der Oberfläche ansteuerbar ist. Der Fokus verbleibt hierbei unverändert auf der sphärischen Fläche, so dass eine Neueinstellung des Fokus oder ein Nachfokussieren nicht erforderlich ist. The two axes of rotation extending through the center of curvature of the spherical surface cause a movement of the focus relative to the spherical surface along latitudes and longitudes, so that each point of the surface can be controlled. The focus remains unchanged on the spherical surface, so that a readjustment of the focus or refocusing is not required.
Zur besseren Verständlichkeit der Bewegung um die beiden genannten Drehachsen sei im Folgenden von einer Ausgangsposition ausgegangen, bei der die Linse derart justiert ist, dass ihre durch den Scheitelpunkt verlaufende optische Achse mit der optischen Achse der Fokussieroptik übereinstimmt. Durch Bewegung der Linse um eine erste Drehachse, im Folgenden auch als Radialachse bezeichnet, wandert der Fokus entlang eines Längengrads der sphärischen Linsenfläche. Bei einer Bewegung der Linse um eine zweite Drehachse, im Folgenden auch als Azimutalachse bezeichnet, bewegt sich der Fokus des Messstrahlengangs entlang eines Breitengrads der sphärischen Linsenoberfläche. For a better understanding of the movement around the two aforementioned axes of rotation, it is assumed below from an initial position in which the lens is adjusted such that its optical axis extending through the vertex coincides with the optical axis of the focusing optics. By moving the lens about a first axis of rotation, hereinafter also referred to as a radial axis, the focus travels along a degree of longitude of the spherical lens surface. In a movement of the lens about a second axis of rotation, hereinafter also referred to as azimuthal axis, the focus of the measuring beam path moves along a latitude of the spherical lens surface.
Es kann zweckmäßig sein, die zweite Drehachse an die erste Drehachse dadurch zu koppeln, dass die zweite Drehachse ortsfest im optischen Bauteil liegt. Die Azimutalachse bildet dann die optische Achse der Linse, wobei diese Achse zusammen mit der Linse verkippt wird, wenn eine Bewegung um die Radialachse erfolgt. It may be expedient to couple the second axis of rotation to the first axis of rotation in that the second axis of rotation is stationary in the optical component. The azimuthal axis then forms the optical axis of the lens, which axis is tilted together with the lens when moving about the radial axis.
Im Folgenden sei die Justierung der Linse zur Reflexionsmessung beschrieben: Die Linse (oder allgemein das optische Bauteil) wird in einen in x-y-z-Richtung verschiebbaren Probenhalter eingelegt, wobei der Probenhalter solange verschoben wird, bis die optische Achse der Fokussieroptik durch den Scheitelpunkt der sphärischen Fläche des optischen Bauteils verläuft, also mit der optischen Achse der Linse übereinstimmt. Diese durch das Bauteil verlaufende Achse bildet die zweite Drehachse oder Azimutalachse. Diese Achse verbleibt ortsfest im Bauteil. In the following, the adjustment of the lens for reflection measurement is described: The lens (or in general the optical component) is placed in a displaceable in the xyz-direction sample holder, wherein the sample holder is moved until the optical axis of the focusing optics through the vertex of the spherical surface of the optical component, that is coincides with the optical axis of the lens. This axis passing through the component forms the second axis of rotation or azimuthal axis. This axis remains stationary in the component.
Zum Auffinden der Position der ersten Drehachse (Radialachse) ist eine mechanische Drehachse, im Folgenden als Drehachse F bezeichnet, vorgesehen, um die der Probenhalter gedreht werden kann, und die senkrecht zu einer z-Achse, die parallel zur optischen Achse der Fokussieroptik verläuft, gerichtet und in z-Richtung verschiebbar ist. Diese mechanische Drehachse F wird zunächst derart justiert, dass sie durch den Fokus der Fokussieroptik verläuft, wenn das optische Bauteil sich nicht im Probenhalter befindet. Hierzu wird beispielsweise zunächst als Probe eine Planreferenz in den Probenhalter eingelegt. Eine solche Planreferenz ist beispielsweise ein Glasplättchen, ein Spiegel oder Ähnliches mit ausreichend hoher Reflektivität. Die mechanische Drehachse F und/oder der in x-y-z-Richtung verstellbare Probenhalter werden in z-Richtung relativ zueinander verschoben, bis die mechanische Drehachse F durch die Oberfläche der in den Probenhalter eingelegten Planreferenz verläuft. Die Planreferenz dient folglich zur Positionierung des Fokus der Fokussieroptik auf ihre Oberfläche. Mittel zur Einstellung des Fokus sind an sich bekannt: So kann beispielsweise ein Autokollimationsfernrohr eingesetzt werden, das eine Maske (wie z.B. ein Fadenkreuz) auf die Planreferenz abbildet. Alternativ kann beispielsweise auch ein Autofokussierverfahren zum Einsatz kommen. Durch diese Justage kann ein optimale Anpassung an feine Änderungen von Toleranzabständen, beispielsweise nach einem Wechsel der Fokussieroptik oder Änderungen an dem Probenhalter, vorgenommen werden. To locate the position of the first axis of rotation (radial axis) a mechanical axis of rotation, hereinafter referred to as the axis of rotation F, is provided, about which the sample holder can be rotated, and perpendicular to a z-axis which is parallel to the optical axis of the focusing optics, directed and is displaceable in the z direction. This mechanical axis of rotation F is initially adjusted so that it passes through the focus of the focusing optics when the optical component is not in the sample holder. For this purpose, for example, first a sample reference is inserted into the sample holder as a sample. Such a plan reference is for example a glass plate, a mirror or the like with sufficiently high reflectivity. The mechanical axis of rotation F and / or the adjustable in x-y-z direction sample holder are moved in the z-direction relative to each other until the mechanical axis of rotation F passes through the surface of the inserted into the sample holder plan reference. The plan reference thus serves to position the focus of the focusing optics on its surface. Means for adjusting the focus are known per se: for example, an autocollimator can be used which images a mask (such as a crosshair) onto the plan reference. Alternatively, for example, an autofocusing method can also be used. By this adjustment, an optimal adaptation to fine changes of tolerance intervals, for example, after a change of the focusing optics or changes to the sample holder can be made.
Um die Justage der mechanischen Drehachse F auf die Oberfläche der Planreferenz zu vermeiden, ist ein vereinfachter Aufbau möglich. Dazu wird die mechanische Drehachse F werksseitig so vorjustiert, dass sie durch die Fokusebene einer feststehenden Fokussieroptik verläuft. Dies ist für den Benutzer einfacher, erlaubt aber keine Anpassung an Änderungen der Vorrichtung. In order to avoid the adjustment of the mechanical axis of rotation F on the surface of the plan reference, a simplified structure is possible. For this purpose, the mechanical axis of rotation F factory pre-adjusted so that it passes through the focal plane of a fixed focusing optics. This is easier for the user, but does not allow adaptation to changes in the device.
Nach diesem Kalibrierungsschritt, mit dem der Fokus auf die Oberfläche der Planreferenz und die mechanische Drehachse F durch den Fokus gelegt wird, wird das optische Bauteil in den Probenhalter eingelegt. Die räumliche Position des optischen Bauteils im Probenhalter entspricht derjenigen bei der späteren Reflexionsmessung. Zum Auffinden der ersten Drehachse (Radialachse) wird nunmehr bei festgehaltener mechanischer Drehachse F der Probenhalter in x-y-z-Richtung derart verschoben, dass der Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Fläche des optischen Bauteils in den Fokus der Fokussieroptik gebracht wird. Bei diesem Schritt wird folglich der Probenhalter relativ zur feststehenden Drehachse F verschoben, so dass die Drehachse F nach Abschluss dieses zweiten Justierschrittes wieder durch den Fokus der Fokussieroptik, nun mit eingelegtem Bauteil, verläuft. Bei diesem zweiten Justierschritt kann durch entsprechende x-y-Verschiebung des Probenhalters der Scheitelpunkt der sphärischen Fläche des optischen Bauteils in die optische Achse der Fokussieroptik gelegt werden, also die zweite Drehachse (Azimutalachse) festgelegt werden. Insofern erübrigt sich hierfür ein gesonderter Justiervorgang. After this calibration step, with which the focus is placed on the surface of the plan reference and the mechanical axis of rotation F through the focus, the optical component is inserted into the sample holder. The spatial position of the optical component in the sample holder corresponds to that in the later reflection measurement. In order to find the first axis of rotation (radial axis), the sample holder is now held in xy- while the mechanical axis of rotation F is held stationary. z-direction shifted so that the center of curvature of the spherical surface of the optical component is brought into the focus of the focusing optics. In this step, therefore, the sample holder is moved relative to the fixed axis of rotation F, so that the axis of rotation F after completion of this second adjustment step again through the focus of the focusing optics, now with inserted component runs. In this second adjustment step, the vertex of the spherical surface of the optical component can be placed in the optical axis of the focusing optics by appropriate xy displacement of the sample holder, ie the second axis of rotation (azimuthal axis) can be defined. In this respect, there is no need for a separate adjustment process.
In einem dritten Justierschritt wird die mechanische Drehachse F nunmehr zusammen mit dem Probenhalter und dem darin befindlichen Bauteil in z-Richtung derart verschoben, dass der Fokus der Fokussieroptik im Scheitelpunkt der sphärischen Fläche des optischen Bauteils liegt, wobei bei dieser Position in z-Richtung die mechanische Drehachse F als erste Drehachse für die anschließende Reflexionsmessung verwendet wird. Konkrete Möglichkeiten zum Auffinden der ersten und zweiten Drehachse sind weiter unten im Rahmen der Ausführungsbeispiele erläutert. Um beispielsweise bei einer Linse mit Öffnungswinkel von 180°, also einer Halbkugel, alle Punkte auf der Oberfläche messen zu können, muss die Bewegung der Linse um die erste Drehachse eine Verkippung von bis zu 90° erlauben. In a third adjustment step, the mechanical axis of rotation F is now moved together with the sample holder and the component therein in the z-direction such that the focus of the focusing optics lies at the apex of the spherical surface of the optical component, wherein at this position in the z-direction mechanical axis of rotation F is used as the first axis of rotation for the subsequent reflection measurement. Concrete possibilities for finding the first and second rotation axis are explained below in the context of the embodiments. For example, to be able to measure all points on the surface of a lens with an opening angle of 180 °, ie a hemisphere, the movement of the lens about the first axis of rotation must allow a tilting of up to 90 °.
Bei dem oben beschriebenen zweiten Justierschritt wird der Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Fläche in den Fokus der Fokussieroptik gelegt. Hierzu kann wiederum ein Autokollimationsfernrohr eingesetzt werden, wie es weiter unten im Rahmen der Ausführungsbeispiele näher erläutert werden wird. Alternativ kann ein Autofokussierverfahren zum Einsatz kommen. Gleiches gilt für den dritten Justierschritt, bei dem der Fokus der Fokussieroptik in den Scheitelpunkt der sphärischen Fläche gebracht wird. Bei diesem Schritt kann als weiteres alternatives Verfahren die Intensität des reflektierten Messstrahls gemessen werden, die im Scheitelpunkt ihr Maximum erreicht. Schließlich kann gemäß eines weiteren alternativen Verfahrens der Übergang von den zweiten zu dem dritten Justierschritt auch dadurch erfolgen, dass bei bekanntem Radius der sphärischen Fläche die mechanische Drehachse F zusammen mit dem Probenhalter um den Betrag dieses Radius in z-Richtung verschoben wird, so dass der Fokus der Fokussieroptik aus dem Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Fläche auf den Scheitelpunkt der sphärischen Fläche verschoben wird. In the second adjustment step described above, the center of curvature of the spherical surface is placed in the focus of the focusing optics. For this purpose, in turn, an autocollimation telescope can be used, as will be explained in more detail below in the context of the embodiments. Alternatively, an autofocusing method may be used. The same applies to the third adjustment step, in which the focus of the focusing optics is brought into the apex of the spherical surface. In this step, as a further alternative method, the intensity of the reflected measuring beam can be measured, which reaches its maximum at the apex. Finally, according to a further alternative method, the transition from the second to the third adjustment step can also take place in that with known radius of the spherical surface, the mechanical axis of rotation F is moved together with the sample holder by the amount of this radius in the z direction, so that the Focus of the focusing optics from the center of curvature of the spherical surface is moved to the apex of the spherical surface.
Die vorliegende Erfindung erlaubt nicht nur eine Reflexionsmessung bei lotrechtem Einfall des Messstrahls, sondern auch bei schrägem Lichteinfall und/oder bei einstellbarem Winkelspektrum. Dies lässt sich durch Einsetzen einer Aperturblende in den Messstrahlengang realisieren. Mittels einer Aperturblende kann die Apertur durch Verringerung des Durchmessers des Messstrahlengangs insbesondere verringert werden, so dass das Winkelspektrum des auf die sphärische Fläche auftreffenden Messstrahls entsprechend gering gehalten werden kann. Die Öffnung in einer Aperturblende kann zentral oder dezentral von der optischen Achse des Messstrahlengangs liegen, so dass mit Einfallswinkeln nahe 0° bzw. beliebigen anderen Einfallswinkeln gearbeitet werden kann. Beispielsweise kann auch mit einer ringförmigen Dunkelfeldblende eine Schräglichtbeleuchtung realisiert werden. Als Aperturblenden kommen auch variable innere Blenden oder LCD-Blenden in Frage. Letztere Blenden eignen sich insbesondere zur Realisierung beliebiger Blendenöffnungen und Blendenformen. Der hierdurch gewählte Einfallswinkel bleibt erfindungsgemäß für beliebige zu vermessende Punkte auf der sphärischen Fläche erhalten. Entsprechend bleibt bei Verwendung eines zentrierten Messstrahlengangs geringer Apertur ein Einfallswinkel nahe 0° während der Bewegung des optischen Bauteils, also über die gesamte Reflexionsmessung hinweg, erhalten. The present invention allows not only a reflection measurement at normal incidence of the measuring beam, but also at oblique incidence of light and / or adjustable angle spectrum. This can be realized by inserting an aperture stop in the measuring beam path. By means of an aperture diaphragm, the aperture can be reduced in particular by reducing the diameter of the measurement beam path, so that the angular spectrum of the measurement beam impinging on the spherical surface can be kept correspondingly low. The opening in an aperture stop can be located centrally or decentrally from the optical axis of the measurement beam path, so that it is possible to work with angles of incidence near 0 ° or any other angles of incidence. For example, oblique illumination can also be achieved with an annular dark-field diaphragm. Aperture apertures also include variable inner apertures or LCD apertures. The latter diaphragms are particularly suitable for the realization of any diaphragm openings and diaphragm shapes. The angle of incidence chosen hereby remains according to the invention for arbitrary points to be measured on the spherical surface. Accordingly, when using a centered measurement beam path with a small aperture, an angle of incidence near 0 ° is maintained during the movement of the optical component, ie over the entire reflection measurement.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn polarisiertes Licht für den Messstrahlengang verwendet wird. Die Reflexionseigenschaften hängen, wie bereits erwähnt, nicht nur von der Art des Lichteinfalls, sondern auch von den Polarisationseigenschaften des Lichtes ab. Beispielsweise kann bei Verwendung von linear zur Aperturblende polarisiertem Beleuchtungslicht durch Wahl der azimutalen Position der Aperturblende der Polarisationszustand relativ zur Probe eingestellt werden (p- oder s-Polarisierung). Nähere Erläuterungen zu dieser Ausführungsform finden sich in den entsprechenden Ausführungsbeispielen. It is also advantageous if polarized light is used for the measuring beam path. As already mentioned, the reflection properties depend not only on the type of light incidence but also on the polarization properties of the light. For example, by using the azimuthal position of the aperture diaphragm, the polarization state relative to the sample can be adjusted (p- or s-polarization) when the illumination light is polarized linearly with respect to the aperture diaphragm. Further explanations of this embodiment can be found in the corresponding embodiments.
Der oben beschriebene Justiervorgang zum Auffinden der ersten und der zweiten Drehachse lässt sich mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die wie folgt ausgestaltet ist, vorteilhaft umsetzen: Der Probenhalter zur Aufnahme des optischen Bauteils ist dabei für eine automatische Verschiebung in x-y-z-Richtung, also in allen drei Raumrichtungen, ausgebildet. Die z-Richtung soll dabei zweckmäßigerweise die Richtung der optischen Achse einer zu vermessenden Linse darstellen. Durch Verschiebung in x-y-z-Richtung kann die Linse derart justiert werden, dass ihre optische Achse mit der optischen Achse der Fokussieroptik übereinstimmt. Weiterhin ist vorteilhafterweise der Probenhalter mit einen in z-Richtung beweglichen ersten Trieb ortsfest verbunden, wobei dieser erste Trieb auf einem zweiten, ebenfalls in z-Richtung beweglichen Trieb befestigt ist. Der erste Trieb kann somit den Probenhalter in z-Richtung verfahren. Der zweite Trieb verfährt hingegen den ersten Trieb zusammen mit dem Probenhalter. The above-described adjustment process for finding the first and the second axis of rotation can be implemented advantageously with a device according to the invention, which is designed as follows: The sample holder for receiving the optical component is for an automatic displacement in the xyz direction, ie in all three Spatial directions, trained. The z-direction should expediently represent the direction of the optical axis of a lens to be measured. By displacement in the x-y-z direction, the lens can be adjusted so that its optical axis coincides with the optical axis of the focusing optics. Furthermore, advantageously, the sample holder is fixedly connected to a movable in the z-direction first drive, said first drive is mounted on a second, also movable in the z-direction drive. The first drive can thus move the sample holder in the z-direction. The second shoot, on the other hand, moves the first shoot together with the sample holder.
Eine solche Konstruktion erlaubt das bereits geschilderte Auffinden der ersten Drehachse in optimaler Weise. Der zweite Trieb besitzt hierbei eine vertikal verstellbare Drehachse (F), wobei diese Drehachse in einer x-y-Ebene liegt und in z-Richtung (also vertikal) verstellbar ist. Diese Drehachse F ist nach Justierung mit der ersten Drehachse (Radialachse) identisch. Der Probenhalter selbst ist zweckmäßigerweise in einer Achse drehbar gelagert. Nach Justierung stimmt die Achse, in der der Probenhalter drehbar gelagert ist, mit der zweiten Drehachse (Azimutalachse) überein. Such a construction allows the already described finding the first axis of rotation in an optimal manner. The second drive here has a vertically adjustable axis of rotation (F), said axis of rotation is in an x-y plane and in the z-direction (ie vertical) is adjustable. This rotation axis F is identical after adjustment with the first axis of rotation (radial axis). The sample holder itself is suitably rotatably mounted in an axis. After adjustment, the axis in which the sample holder is rotatably mounted coincides with the second axis of rotation (azimuthal axis).
Im Folgenden sei der bereits oben beschriebene Justiervorgang unter Verwendung der genannten Probenhalterkonstruktion näher erläutert: In einem ersten Kalibrierungsschritt wird die genannte Drehachse F des zweiten Triebs in z-Richtung verstellt, bis diese Drehachse F durch den Fokus der Fokussieroptik verläuft, wenn das optische Bauteil sich nicht im Probenhalter befindet. Wie oben bereits erläutert, kann hierzu eine in den Probenhalter eingelegte Planreferenz verwendet werden, mit deren Hilfe die richtige Fokusposition bestimmt werden kann. In the following, the adjustment procedure described above using the sample holder construction mentioned is explained in more detail: In a first calibration step, said rotation axis F of the second drive is in the z-direction adjusted until this axis of rotation F passes through the focus of the focusing optics when the optical component is not in the sample holder. As already explained above, for this purpose, a plan reference inserted in the sample holder can be used with the aid of which the correct focus position can be determined.
Ausgehend von dieser Position wird bei festgehaltener Drehachse F, also bei unveränderter z-Position des zweiten Triebs, der Probenhalter mittels des ersten Triebs derart verschoben, dass der Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Fläche des optischen Bauteils in den Fokus der Fokussieroptik gebracht wird. Hierbei kann unmittelbar nach Einlegen des optischen Bauteils in den Probenhalter eine x-y-Justierung derart erfolgen, dass der Scheitelpunkt der sphärischen Fläche in der optischen Achse der Fokussieroptik liegt. Diese durch den Scheitelpunkt der Linse verlaufende Achse kann dann für die anschließende Reflexionsmessung als zweite Drehachse (Azimutalachse) verwendet werden. Starting from this position, when the rotation axis F is fixed, ie when the second position of the second drive is unchanged, the sample holder is displaced by means of the first drive in such a way that the center of curvature of the spherical surface of the optical component is brought into the focus of the focusing optics. In this case, immediately after inserting the optical component into the sample holder, an x-y adjustment can take place such that the vertex of the spherical surface lies in the optical axis of the focusing optics. This axis running through the vertex of the lens can then be used for the subsequent reflection measurement as the second axis of rotation (azimuthal axis).
In einem dritten und letzten Justierschritt wird der zweite Trieb, der den ersten Trieb zusammen mit dem Probenhalter verfährt, in z-Richtung derart verschoben, dass der Fokus der Fokussieroptik in den Scheitelpunkt der sphärischen Fläche gebracht wird. Bei dieser z-Position der Drehachse F liegt diese im Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Fläche und kann somit für die anschließende Reflexionsmessung als erste Drehachse (Radialachse) verwendet werden. Dieser Justiervorgang ist im Einzelnen weiter unten in dem entsprechenden Ausführungsbeispiel erläutert. In a third and final adjustment step, the second drive, which moves the first drive together with the sample holder, is displaced in the z-direction in such a way that the focus of the focusing optics is brought into the vertex of the spherical surface. In this z-position of the rotation axis F, this lies in the center of curvature of the spherical surface and can thus be used for the subsequent reflection measurement as the first axis of rotation (radial axis). This adjustment process is explained in detail below in the corresponding embodiment.
Als Fokussieroptik kann ein Mikroskop-Objektiv oder eine Fokussierlinse verwendet werden. Als Fokussierlinse kann ein einfaches Objektiv oder eine achromatische Linse (unendlich korrigiert) verwendet werden. Bei einem Aufbau, wie er beispielsweise in den Ausführungsbeispielen beschrieben ist, ist die Fokussieroptik von Endlich im Objektraum nach Unendlich ausgelegt. As a focusing optics, a microscope objective or a focusing lens can be used. As a focusing lens, a simple lens or achromatic lens (infinitely corrected) can be used. In a construction as described, for example, in the exemplary embodiments, the focusing optics of Finally in the object space is designed to be infinite.
Die Fokussieroptik kann gemäß besonders bevorzugter Ausgestaltung auch zur Aufnahme des von der sphärischen Fläche reflektierten Lichts verwendet werden. Hierzu ist insbesondere der Fokussieroptik eine Tubuslinse nachgeschaltet, wodurch ein mikroskopischer Strahlengang definiert wird, wobei ein Detektor zur Reflexionsmessung in der Bildebene des mikroskopischen Strahlengangs angeordnet sein kann. The focusing optics can also be used according to a particularly preferred embodiment for receiving the reflected light from the spherical surface. For this purpose, in particular the focusing optics downstream of a tube lens, whereby a microscopic beam path is defined, wherein a detector for reflection measurement can be arranged in the image plane of the microscopic beam path.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung Teil eines Mikroskop-Spektrometers ist. Hierzu wird als Fokussieroptik ein Mikroskop-Objektiv verwendet. Diesem Mikroskop-Objektiv ist in üblicher Weise eine Tubuslinse in einem mikroskopischen Strahlengang nachgeordnet. Ein Detektor ist zur Reflexionsmessung in der Bildebene des mikroskopischen Strahlengangs angeordnet. Bei diesem Detektor handelt es sich üblicherweise um ein Spektrometer. Weiterhin kann über einen Strahlteiler ein Teil des mikroskopischen Strahlengangs als Beobachtungsstrahlengang in ein Okular ausgekoppelt werden. Ein weiterer Strahlenteiler kann zur Einkopplung des Messstrahlengangs in den mikroskopischen Strahlengang vorgesehen sein. Vom Probenhalter aus gesehen ist dieser Strahlenteiler dem Mikroskop-Objektiv nachgeordnet, so dass der Messstrahlengang durch das Mikroskop-Objektiv läuft und von diesem auf die sphärische Fläche des optischen Bauteils fokussiert wird. It is particularly advantageous if the device according to the invention is part of a microscope spectrometer. For this purpose, a microscope objective is used as focusing optics. This microscope objective is followed in the usual way by a tube lens in a microscopic beam path. A detector is arranged for reflection measurement in the image plane of the microscopic beam path. This detector is usually a spectrometer. Furthermore, part of the microscopic beam path can be coupled out as an observation beam path into an eyepiece via a beam splitter. Another beam splitter can be provided for coupling the measuring beam path in the microscopic beam path. Seen from the sample holder from this beam splitter is arranged downstream of the microscope objective, so that the measuring beam path passes through the microscope objective and is focused by this on the spherical surface of the optical component.
Der resultierende Aufbau eines solchen Mikroskop-Spektrometers entspricht somit im Wesentlichen dem Aufbau eines Auflicht-Mikroskops, wobei der Messstrahlengang über die Auflichtachse des Mikroskops auf das zu vermessende optische Bauteil fällt. The resulting structure of such a microscope spectrometer thus substantially corresponds to the construction of an incident-light microscope, wherein the measurement beam path falls over the incident light axis of the microscope on the optical component to be measured.
Es ist zweckmäßig, wenn die Beleuchtungsoptik eine Einrichtung zum Ändern der Blendenform einer Aperturblende aufweist. Hierdurch kann die bereits oben erläuterte Aperturänderung realisiert werden. Bei dieser Einrichtung zum Ändern der Blendenform einer Aperturblende kann es sich um eine Einrichtung zum Auswechseln und zum Einsetzen von Aperturblenden handeln, beispielsweise ein Blendenrad oder Blendenschieber. Alternativ handelt es sich bei dieser Einrichtung um ein LCD (Liquid Crystal Display). Mit solchen LCDs kann Form und Größe der Aperturblendenöffnung nahezu beliebig eingestellt werden. Auf diese Weise kann in besonders vorteilhafter Weise die bereits oben geschilderten Einstellungen von Polarisation, Einfallswinkel und Winkelspektrum für die Reflexionsmessung kontrolliert werden. It is expedient if the illumination optics has a device for changing the diaphragm shape of an aperture diaphragm. As a result, the aperture change already explained above can be realized. This device for changing the diaphragm shape of an aperture diaphragm may be a device for exchanging and inserting aperture diaphragms, for example a diaphragm wheel or diaphragm shutter. Alternatively, this device is an LCD (Liquid Crystal Display). With such LCDs, the shape and size of the aperture aperture can be set almost arbitrarily. In this way, the already described above settings of polarization, angle of incidence and angle spectrum for the reflection measurement can be controlled in a particularly advantageous manner.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Beleuchtungsoptik eine Einrichtung zum Ändern der Blendenform einer Feldblende aufweist. Wiederum kann es sich bei dieser Einrichtung um ein Blendenschieber oder Blendenrad handeln. Ebenfalls kann wiederum eine LCD zum Einsatz kommen. Es ist vorteilhaft, wenn mittels dieser Einrichtung eine Maske, beispielsweise ein Fadenkreuz, in die Feldblende eingebracht werden kann. Mit dieser Ausgestaltung kann das Mikroskop zu einem Autokollimationsfernrohr ausgestaltet werden. Diese Ausgestaltung eignet sich in besonders günstiger Weise für den bereits erläuterten Justiervorgang zum Auffinden der ersten und zweiten Drehachse. Nähere Erläuterungen hierzu finden sich wiederum im entsprechenden Ausführungsbeispiel. Furthermore, it is expedient if the illumination optics has a device for changing the diaphragm shape of a field stop. Again, this device may be a shutter or aperture wheel. Also, again, an LCD can be used. It is advantageous if by means of this device, a mask, such as a crosshair, can be introduced into the field stop. With this embodiment, the microscope can be configured to a Autokollimationsfernrohr. This embodiment is particularly suitable for the already explained adjustment process for finding the first and second axis of rotation. Further explanations can be found again in the corresponding embodiment.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorteilhaft folgende weitere Merkmale auf, insbesondere um die oben beschriebene Justierung der Drehachsen sowie die anschließende Reflexionsmessung weitgehend oder vollständig automatisieren zu können. The device according to the invention advantageously has the following further features, in particular the above-described adjustment of To be able to automate rotary axes as well as the subsequent reflection measurement largely or completely.
Es sind vorteilhafterweise Stellmittel vorhanden, um den Probenhalter um die erste und zweite Drehachse zu bewegen. Weiterhin sind für den ersten und zweiten z-Trieb und für eine x-y-Verschiebung des Probentisches Stellmittel vorhanden. Solche Stellmittel können manuell oder motorisch betrieben werden. Eine motorische Ansteuerung der Stellmittel ist für eine Automatisierung besonders vorteilhaft. There are advantageously adjusting means for moving the sample holder about the first and second axes of rotation. Furthermore, adjusting means are provided for the first and second z-drive and for an x-y displacement of the sample table. Such adjusting means can be operated manually or by motor. A motor control of the actuating means is particularly advantageous for automation.
Um bei der Justierung und/oder der Reflexionsmessung die Positionen der genannten Stellmittel erfassen zu können, sind zweckmäßigerweise Messmittel vorhanden, mit denen Rotationen und Translationen erfassbar sind. Zur Messung der Rotationslage des optischen Bauteils kann beispielsweise ein kreisförmiger Ring am Probenhalter mit außen liegender Markierung bzw. Codierung vorhanden sein, die optisch und/oder elektronisch ausgelesen wird, so dass aus dieser Information die Position des optischen Bauteils relativ zu einer Bezugsposition bestimmt werden kann. Auf diese Weise können Punkte auf der sphärischen Fläche des optischen Bauteils beispielsweise durch Angabe von Längen- und Breitengraden exakt angegeben und aufgefunden werden. Für eine translatorische Bewegung in x-y-z-Richtung des Probenhalters können bekannte Messmittel zur Positionsdetektion eingesetzt werden, wie Linearkoordinaten mit Markierungen bzw. Codierungen, die wiederum optisch und/oder elektronisch ausgelesen werden können. Auch andere Methoden der Positionserkennung, beispielsweise mittels optischer Erfassung von Markern auf einem Bauteil, sind bekannt. In order to be able to detect the positions of said adjusting means during the adjustment and / or the reflection measurement, measuring means are expediently provided with which rotations and translations can be detected. To measure the rotational position of the optical component, for example, a circular ring on the sample holder with external marking or coding may be present, which is read optically and / or electronically, so that the position of the optical component relative to a reference position can be determined from this information , In this way, points on the spherical surface of the optical component, for example, by specifying latitude and longitude can be accurately specified and found. For a translatory movement in the x-y-z direction of the sample holder known measuring means for position detection can be used, such as linear coordinates with markings or codes, which in turn can be read optically and / or electronically. Other methods of position detection, for example by means of optical detection of markers on a component are known.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung der genannten motorischen Stellmittel vorhanden ist. Die Steuervorrichtung steht in Wirkverbindung mit den Messmitteln, um feststellen zu können, wann die gewünschte Position erreicht ist. Weiterhin ist zweckmäßig, wenn die Steuervorrichtung mit einer Autofokuseinrichtung in Wirkverbindung steht. Auf diese Weise können beispielsweise die oben beschriebenen Scheitelpositionen und Konfokalpositionen bei der Justierung automatisch angefahren werden. Analoges gilt für die oben beschriebenen alternativen Messverfahren des Autokollimationsfernrohrs, der Intensitätsmessung mit ihrem Maximum im Scheitelpunkt sowie der mechanischen Verschiebung um den Krümmungsradius. Sämtliche Varianten können über eine Steuervorrichtung, die von entsprechenden Steuerprogrammen angesteuert wird, automatisiert werden. Schließlich kann auch das Einlegen einer Planreferenz und/oder das Einlegen des optischen Bauteils in den Probenhalter automatisiert werden, so dass der Justiervorgang und der anschließende Vorgang der spektrometrischen Reflexionsmessung vollständig automatisiert ablaufen können. Furthermore, it is advantageous if a control device for controlling said motor-driven actuating means is provided. The control device is in operative connection with the measuring means in order to be able to determine when the desired position has been reached. Furthermore, it is expedient if the control device is in operative connection with an autofocus device. In this way, for example, the vertex positions and confocal positions described above can be approached automatically during the adjustment. The same applies to the alternative measurement methods of the autocollimation telescope described above, the intensity measurement with its maximum at the apex and the mechanical displacement around the radius of curvature. All variants can be automated via a control device, which is controlled by corresponding control programs. Finally, the insertion of a plan reference and / or the insertion of the optical component can be automated in the sample holder, so that the adjustment process and the subsequent operation of the spectrometric reflection measurement can run completely automated.
Bei der spektrometrischen Reflexionsmessung können dann vorgegebene Messpositionen, also bestimmte Punkte auf der sphärischen Fläche des optischen Bauteils, angefahren und vermessen werden. Ein entsprechendes Steuerprogramm steuert beispielsweise den Ablauf eines vorgebbaren Messzyklus an ausgewählten Positionen auf der sphärischen Oberfläche. In the spectrometric reflection measurement, predetermined measurement positions, that is to say specific points on the spherical surface of the optical component, can then be approached and measured. A corresponding control program controls, for example, the course of a predeterminable measurement cycle at selected positions on the spherical surface.
Schließlich können die Messwerte der spektrometrischen Reflexionsmessung automatisch ausgewertet und beispielsweise gegen Sollwerte für optimale Reflexionsmesswerte verglichen werden. Auf diese Weise kann beispielsweise die sphärische Fläche oder ihre Beschichtung kartographiert werden, so dass die Qualität der Oberfläche bzw. der Beschichtung kartographisch dargestellt werden kann. Die genannten Sollwerte eignen sich auch für die Ableitung eines optischen, akustischen und/oder elektrischen Signals für den Fall einer Grenzwertüberschreitung eines Messwerts. Eine solche Grenzwertüberschreitung kann auf eine zu dünne oder nicht wirksame Beschichtung hinweisen. Finally, the measured values of the spectrometric reflection measurement can be automatically evaluated and compared, for example, with reference values for optimum reflection measured values. In this way, for example, the spherical surface or its coating can be mapped, so that the quality of the surface or the coating can be displayed cartographically. The stated nominal values are also suitable for the derivation of an optical, acoustic and / or electrical signal in the event of a limit value violation of a measured value. Such a limit violation may indicate a too thin or ineffective coating.
Im Folgenden seien die Vorteile, die sich aus der vorliegenden Erfindung ergeben, nochmals zusammengefasst:
In optischen Systemen treffen einfallende Lichtstrahlen auf jede Linsenoberfläche und dort an jeder Stelle unterschiedlich auf. Die Unterschiede liegen im Polarisationszustand, im Winkelspektrum und im Einfallswinkel des jeweiligen Lichtstrahls begründet. Insbesondere Interferenzschichten ändern ihre Reflexionseigenschaften mit zunehmendem Einfallswinkel deutlich. Eine Verschlechterung vieler optischer Eigenschaften des optischen Systems, wie Kontrast oder Transmission in Abhängigkeit der Feldposition, sind die Folge. Ortsaufgelöste, spektrometrische Messungen an Linsenoberflächen mit einer definierten Beleuchtung (bezüglich Polarisationszustand, Winkelspektrum und Einfallswinkel) insbesondere in Übereinstimmung mit den realen im optischen System vorliegenden Bedingungen sind erstmals durch die vorliegende Erfindung möglich. In the following, the advantages which result from the present invention are summarized again:
In optical systems, incident light rays strike every lens surface and there at each location in different ways. The differences are due to the polarization state, the angle spectrum and the angle of incidence of the respective light beam. In particular, interference layers change their reflection properties significantly with increasing angle of incidence. A deterioration of many optical properties of the optical system, such as contrast or transmission depending on the field position, are the result. Spatially resolved, spectrometric measurements on lens surfaces with a defined illumination (with respect to polarization state, angle spectrum and angle of incidence), in particular in accordance with the real conditions present in the optical system, are possible for the first time by the present invention.
Durch die vorliegende Erfindung wird es möglich, sphärische, optisch abbildende (polierte) Oberflächen an beliebigen aber definierten Stellen bei lotrechtem oder schrägem Lichteinfall, definierten Polarisationseigenschaften und einem einstellbaren Winkelspektrum spektrometrisch zu vermessen. Damit können erstmals verlässliche Daten über die Reflexionseigenschaften von insbesondere beschichteten Oberflächen ermittelt werden. Diese Daten werden im Rahmen immer hochwertigerer Optik-Systeme zur Optimierung von Beschichtungen oder zur Evaluierung bekannter und neuer Beschichtungsverfahren benötigt. By means of the present invention, it is possible to spectrometrically measure spherical, optically imaging (polished) surfaces at any but defined points in the case of perpendicular or oblique incidence of light, defined polarization properties and an adjustable angular spectrum. For the first time, reliable data on the reflection properties of, in particular, coated surfaces can be determined. These data are in the context of increasingly high-quality optical systems for optimizing coatings or for Evaluation of known and new coating processes needed.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Figurenbeschreibung figure description
Im Folgenden sollen die Figuren übergreifend erläutert werden. The figures will be explained below.
Die Vorrichtung
Der Probenhalter
Der übrige Aufbau der Vorrichtung
Reflektiertes Licht wird wiederum über das Mikroskop-Objektiv
Anhand der
Im dritten und letzten in
Ergänzend sei angemerkt, dass die beschriebenen Autokollimationsvorgänge auch mittels eines Autofokussystems automatisiert werden können. Auch die im allgemeinen Beschreibungsteil erläuterten alternativen Verfahren, Messung der reflektierten Intensität, die am Scheitelpunkt maximal wird, oder Verschieben um den Betrag des bekannten Linsenradius, können ergänzend oder alternativ zum Einsatz kommen. Weiterhin können alle Rotationsachsen sowie alle Lateralachsen motorisch und insbesondere in Verbindung mit einem Autofokussystem automatisiert werden. In addition, it should be noted that the described autocollimation processes can also be automated by means of an autofocus system. The alternative method explained in the general part of the description, measurement of the reflected intensity which becomes maximum at the vertex, or displacement by the amount of the known lens radius, can be used additionally or alternatively. Furthermore, all axes of rotation as well as all lateral axes can be automated by a motor and, in particular, in conjunction with an autofocus system.
Die Reflexionsmessung erfolgt wie folgt: Eine Drehung um die Radialachse
In beiden Fällen der
Hierzu wird mittels der Einrichtung
Eine andere Art der Blendenform wurde für
Aus den
Schließlich kann die Reflexionsmessung auch von dem Polarisationszustand des auf die Probe auffallenden Messstrahls abhängen. Entsprechende Erläuterungen seien im Folgenden anhand von
Wie anhand von
Der andere Extremfall ist durch die Wahl der y-z-Ebene als Einfallsebene in
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- optisches Bauteil, Linse optical component, lens
- 2 2
- sphärische Fläche spherical surface
- 3 3
- Probenhalter sample holder
- 4 4
- Messstrahl measuring beam
- 5 5
- erste Drehachse (Radialachse; Referenz für Fokusebene) first axis of rotation (radial axis, reference for focal plane)
- 6 6
- zweite Drehachse (Azimutalachse) second axis of rotation (azimuthal axis)
- 7 7
- Planreferenz plan reference
- 10 10
- Vorrichtung zur Reflexionsmessung Device for reflection measurement
- 11 11
- Fokussieroptik, Mikroskop-Objektiv Focusing optics, microscope objective
- 12 12
- Aperturblende aperture
- 13 13
- Beleuchtungsoptik illumination optics
- 14 14
- Messstrahlengang Measurement beam path
- 15 15
- Lichtquelle light source
- 16 16
- Feldblende field stop
- 17 17
- Maskeneinschwenkeinrichtung Maskeneinschwenkeinrichtung
- 18 18
- erster Trieb first shoot
- 19 19
- zweiter Trieb second shoot
- 20 20
- Tubuslinse tube lens
- 21 21
- Detektor, Spektrometer Detector, spectrometer
- 22 22
- Strahlenteiler beamsplitter
- 23 23
- Strahlenteiler beamsplitter
- 24 24
- Okular eyepiece
- 25 25
- Maskeneinschwenkeinrichtung Maskeneinschwenkeinrichtung
- 26 26
- Mikroskopaufbau microscope setup
- 27 27
- Krümmungsmittelpunkt Center of curvature
- F F
- mechanische Drehachse mechanical axis of rotation
- G G
- Fokusebene focal plane
- H H
- Drehachse des Probenhalters Rotary axis of the sample holder
Claims (19)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013213599.8A DE102013213599B4 (en) | 2013-07-11 | 2013-07-11 | Method and device for spectrometric reflection measurement on spherical surfaces |
PCT/EP2014/064883 WO2015004263A1 (en) | 2013-07-11 | 2014-07-11 | Method and device for spectrometric reflection measurement in the case of spherical surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013213599.8A DE102013213599B4 (en) | 2013-07-11 | 2013-07-11 | Method and device for spectrometric reflection measurement on spherical surfaces |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102013213599A1 DE102013213599A1 (en) | 2015-01-15 |
DE102013213599B4 true DE102013213599B4 (en) | 2016-05-04 |
Family
ID=51205369
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102013213599.8A Active DE102013213599B4 (en) | 2013-07-11 | 2013-07-11 | Method and device for spectrometric reflection measurement on spherical surfaces |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102013213599B4 (en) |
WO (1) | WO2015004263A1 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6346538B2 (en) * | 2014-10-02 | 2018-06-20 | オリンパス株式会社 | Shape measuring apparatus and shape measuring method |
CN107543830B (en) * | 2016-06-23 | 2022-02-22 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Detection device and detection method for surface defects of spherical optical element |
CN112229854B (en) * | 2020-09-03 | 2022-10-11 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Device and method for measuring surface defects of spherical optical element |
CN114034247A (en) * | 2021-11-18 | 2022-02-11 | 哈尔滨工业大学 | High-precision sphericity instrument based on spherical coordinate measuring principle |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10160671A (en) * | 1996-12-03 | 1998-06-19 | Nikon Corp | Reflection factor measuring device |
US20070247639A1 (en) * | 2004-05-10 | 2007-10-25 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Device and Method for Optical Precision Measurement |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010237189A (en) * | 2009-03-11 | 2010-10-21 | Fujifilm Corp | Three-dimensional shape measuring method and device |
-
2013
- 2013-07-11 DE DE102013213599.8A patent/DE102013213599B4/en active Active
-
2014
- 2014-07-11 WO PCT/EP2014/064883 patent/WO2015004263A1/en active Application Filing
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10160671A (en) * | 1996-12-03 | 1998-06-19 | Nikon Corp | Reflection factor measuring device |
US20070247639A1 (en) * | 2004-05-10 | 2007-10-25 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Device and Method for Optical Precision Measurement |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2015004263A1 (en) | 2015-01-15 |
DE102013213599A1 (en) | 2015-01-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19721112B4 (en) | autofocusing | |
DE112007000561B4 (en) | Method and optical system therefor for illuminating and imaging the inner diameter of a stent | |
DE102011119806B4 (en) | Method and device for making a marking on a spectacle lens visible | |
WO2015124648A1 (en) | Method and arrangement for light sheet microscopy | |
EP3410091B1 (en) | Method for detecting a modulation transfer function and a centring system of an optical system | |
DE19549048A1 (en) | Auto-internal-focussing telescope with focussing motor lens drive, for installation in e.g. automatic levelling appts. | |
EP2948732B1 (en) | System for determining the position of a test object | |
DE102013213599B4 (en) | Method and device for spectrometric reflection measurement on spherical surfaces | |
DE19803106A1 (en) | Confocal microspectrometer system | |
DE102011078833A1 (en) | Method of detecting mark on transparent object e.g. ophthalmic lens, involves directing the light beams reflected by imaging beam deflection and retro-reflective surface of retro-reflector surface, against each other for preset time | |
EP1918687B1 (en) | Method and device for determining the position of the symmetrical axis of an aspherical lens surface | |
EP3899424B1 (en) | Device and method for optical measurement of an internal contour of a spectacle frame | |
DE102019123324A1 (en) | LENS DISC MICROSCOPE WITH HIGH THROUGHPUT AND ADJUSTABLE ANGULAR LIGHTING | |
DE102009012293A1 (en) | Light auto-focusing method for use in microscope, involves arranging detector elements such that profiles of radiation property registered by detector elements are different and focus position is set based on profiles | |
WO2001088599A1 (en) | Autofocussing device for optical instruments | |
DE102009012248A1 (en) | Best focus position determining method for e.g. microscope, involves determining lateral distance of images of focus position, and determining minimum of lateral distance and associated focus position as best focus position | |
EP3303990A1 (en) | Lighting control when using optical measuring devices | |
WO2008052701A1 (en) | Method and device for determining the position of an axis of symmetry of an aspherical lens surface | |
EP1690122A1 (en) | Illumination module for evanescent illumination and microscope | |
DE10333445B4 (en) | Scanning confocal microscope | |
EP3867682A1 (en) | Method and microscope for determining a tilt of a cover slip | |
DE2633965B2 (en) | Device for parallel and centric adjustment of a laser beam that can be manipulated by means of a beam deflector | |
DE19741290B4 (en) | Autocollimator for aligning the bleed surfaces of histology blocks | |
DE102008028121A1 (en) | Lens's centering error determining method, involves measuring displacement of energy center of gravity of image of blind on sensor during rotation of lens, and determining error of lens from value of displacement of centre of gravity | |
DE10138656A1 (en) | Surface profile measuring device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: DEHNSGERMANY PARTNERSCHAFT VON PATENTANWAELTEN, DE |