DE19501158C1 - Homogeneity testing device for optical glass or crystal - Google Patents
Homogeneity testing device for optical glass or crystalInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Homogenitäts prüfung von optischen Gläsern und Kristallen, vorzugsweise bei kleinen Brechzahlgradienten mittels Laserwegmeßsystem.The invention relates to a device for homogeneity testing of optical glasses and crystals, preferably at small refractive index gradients using a laser path measurement system.
Zur Messung von Brechzahlinhomogenitäten mit großen Gradienten, wie Blasen und Schlieren, kommt vorwiegend das Schattenver fahren nach Dvorak zur Anwendung. Bei kleinen Gradienten, d. h. langsamer Änderung der Brechzahl im Prüflingsvolumen, hervorgerufen durch ungleichmäßige Abkühlung der Glasschmelze, sind bekannt die Messung mittels Fizeau- bzw. Michelsoninterferometer. Hierbei durchläuft die ebene Wellenfront den Prüfling zweimal und wird durch die Brechzahlinhomogenitäten verformt. Die rücklaufende Wellenfront wird mit einer an der Referenzfläche reflektierten Wellenfront zur Interferenz gebracht und das resultierende Interferenzbild numerisch ausgewertet. Nachteilig ist hierbei, daß aus technischen und finanziellen Gründen bei diesem Verfahren der Prüflingsdurchmesser auf meist < 200 mm begrenzt ist.For measuring refractive index inhomogeneities with large gradients, like bubbles and streaks, comes mainly the shadow ver drive to Dvorak for application. With small gradients, i.e. H. slow change in the refractive index in the sample volume, caused by uneven cooling of the glass melt, are known the measurement by means of Fizeau or Michelson interferometer. The level passes through here Wavefront the specimen twice and is through the Refractive index inhomogeneities deformed. The receding wavefront with a wavefront reflected on the reference surface brought to interference and the resulting interference image evaluated numerically. The disadvantage here is that technical and financial reasons for this procedure Test specimen diameter is usually limited to <200 mm.
Weiterhin bekannt sind Meßverfahren mit Autokollimatoren oder Beugungsinterferometern, bei denen die Prüflingsfläche abgerastert wird. Ein mehr oder weniger dickes Lichtbündel durchsetzt den Prüfling in verschiedenen Rasterpunkten. Durch die Brechzahlinhomogenitäten wird das Licht um sehr kleine Beträge in seiner Richtung abgelenkt, die Ablenkung detektiert und daraus die resultierende Brechzahlinhomogenität berechnet. Hierbei wirkt sich nachteilig aus, daß die Ablenkung dem Brechzahlgradienten direkt proportional ist. Bei sehr großen Prüflingen kann jedoch trotz großer Brechzahlunterschiede der Brechzahlgradient sehr klein sein, wodurch die Meßergebnisse ungenau werden. Des weiteren ist der Geräteaufbau kompliziert und kostenintensiv.Measuring methods with autocollimators or are also known Diffraction interferometers, in which the specimen area is scanned. A more or less thick beam of light penetrates the test object in different grid points. By the refractive index inhomogeneities, the light becomes very small Distracted amounts in its direction, the distraction is detected and from this the resulting refractive index inhomogeneity is calculated. This has the disadvantage that the distraction Refractive index gradient is directly proportional. With very large ones Despite the large refractive index differences, test specimens can Refractive index gradient be very small, which results in the measurement results become inaccurate. Furthermore, the device structure is complicated and expensive.
Aus Glass Technology Vol. 2 No. 5 Oktober 1961, S. 192-198 ist bekannt, daß die Konstanz des Brechungsindex als Qualitätskriterium für Glas eine bedeutende Rolle spielt und daß dementsprechend Methoden zur direkten Messung von Glasinhomogenitäten außerordentlich wichtig für die Qualitätskontrolle sind. Es werden hier die bekannten Verfahren wie Interferometrie, Schatten- und Schlieren-Verfahren genannt. Des weiteren wird ein Verfahren vorgestellt, welches aus der Änderung des Transmissionskoeffizienten der mit einer Imersionsflüssigkeit beschichteten Probe qualitative Aussagen über die Homogenität des Prüflings zuläßt. Dieses Verfahren ist jedoch nur auf relativ große Brechzahlschwankungen anwendbar und schwer zu quantifizieren.From Glass Technology Vol. 2 No. 5 October 1961, pp. 192-198 it is known that the constancy of the refractive index is as Quality criterion for glass plays an important role and accordingly methods for the direct measurement of Glass inhomogeneities extremely important for the Are quality control. Here are the known methods called interferometry, shadow and streak methods. Furthermore, a method is presented which results from the Change in the transmission coefficient with a Immersion liquid coated sample qualitative statements about the homogeneity of the test object. This procedure is however only applicable to relatively large fluctuations in the refractive index and difficult to quantify.
In EP 00 85 981 A1 wird der Brechzahlgradient von Lichtleit fasern mittels eines speziellen 2-Wellenlängen-Interferometers gemessen. Die Übertragung dieses Verfahrens auf die Homogenitätsmessung von Glaskörpern würde jedoch gegenüber den bekannten Verfahren mit kommerziellen Interferometern keine Vorteile bringen.EP 00 85 981 A1 describes the refractive index gradient of light guide fibers using a special 2-wavelength interferometer measured. The transfer of this procedure to the Homogeneity measurement of vitreous bodies would be compared to that known methods with commercial interferometers none Bring advantages.
In Translated from Steklo i Keramika, No. 1, pp. 14-16, January, 1993 wird des weiteren über eine Mikrowellen meßeinrichtung, die mittels einer Scannereinrichtung relativ zu einem Prüfling bewegt wird, um ortsaufgelöst Fehler zu suchen, berichtet. Bei den zu detektierenden Fehlern handelt es sich vornehmlich um Materialfehler wie Hohlräume, Poren, Gas- und sonstige Einschlüsse, Mikrorisse oder Fehler in der Kristallstruktur. Die Fehler werden erkannt durch Amplitudenänderungen der verwendeten UHF-Strahlung. Ein quantifizierbarer Zusammenhang zwischen der Amplitudenänderung und einer eventuellen Brechzahlinhomogenität wird nicht erwähnt, was den Einsatz zum Zweck der hochgenauen Vermessung von Brechzahlgradienten im Glaskörper als unmöglich erscheinen läßt.In Translated from Steklo i Keramika, No. 1, pp. 14-16, January, 1993 is also about microwaves measuring device relative to a scanner device a test object is moved to look for location-resolved errors, reported. The errors to be detected are primarily about material defects such as cavities, pores, gas and other inclusions, micro cracks or defects in the Crystal structure. The errors are recognized by Changes in the amplitude of the UHF radiation used. On quantifiable relationship between the change in amplitude and a possible refractive index inhomogeneity will not mentions what use for the purpose of highly accurate Measurement of refractive index gradients in the vitreous body as impossible lets appear.
Damit ist nach dem derzeitigen Erkenntnisstand kein weiteres Verfahren bekannt, mit dem das Ziel der Erfindung anders oder günstiger realisiert werden kann.According to the current state of knowledge, there is nothing more Method known with which the aim of the invention is different or can be realized cheaper.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Homogenitäts meßgerätes, welches die bisherigen Nachteile ausschließt und dessen Geräteaufbau gegenüber konventionellen Interferometern und anderen bekannten Geräteanordnungen kostengünstiger erfolgen kann.The aim of the invention is to create a homogeneity measuring device, which excludes the previous disadvantages and its construction compared to conventional interferometers and other known device arrangements cheaper can be done.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch den Einsatz einer Laserwegmeßvorrichtung beliebig große Prüflinge mit großer Genauigkeit vermessen zu können. Ein Nivelliersystem soll dabei stets eine senkrecht zum Strahlengang ausgerichtete Prüflingsoberfläche gewährleisten, wodurch Meßfehler weitestgehend vermieden werden.The invention is based, through use a laser path measuring device with test pieces of any size to be able to measure with great accuracy. A leveling system should always be aligned perpendicular to the beam path Ensure the surface of the test specimen, causing measurement errors are largely avoided.
Das Meßprinzip besteht darin, den durch die Prüflingsdicke d(x,y) und die Brechzahl n(x,y) bestimmten optischen Weg 1 = d(x,y) * n(x,y) zu bestimmen. X und y sind dabei die Ortskoordinaten.The measuring principle consists in determining the optical path 1 = d (x, y) * n (x, y) determined by the test specimen thickness d (x, y) and the refractive index n (x, y). X and y are the location coordinates.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen im Hauptanspruch gelöst. Weitere erfindungsgemäßen Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This task is carried out with a device with the features in Main claim solved. Further features according to the invention are characterized in the subclaims.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Prüflingsgröße nicht begrenzt ist, das Laserwegmeßsystem außerordentlich genau und kostengünstig herstellbar und auch bei sehr kleinen Brechzahlgradienten anwendbar ist. Des weiteren ist das Meßsystem gegenüber mechanischen Schwingungen unempfindlicher als ein Fizeauinterferometer. The advantage of the invention is that the specimen size is not limited, the laser path measuring system is extremely accurate and inexpensive to manufacture and even for very small ones Refractive index gradient is applicable. Furthermore, that is Measuring system less sensitive to mechanical vibrations as a Fizeau interferometer.
Gegenüber den genannten Literaturstellen besitzt das Verfahren den Vorteil der hochgenauen Quantifizierbarkeit der Meßergebnisse.Compared to the references mentioned, the method has the advantage of the highly precise quantifiability of the Measurement results.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention is described below based on the description of a Embodiment explained in more detail. In the associated Drawings show:
Fig. 1 Die Bezeichnung der optischen Wege bei der Homogenitäts messung mittels Laserwegmeßsystem. Fig. 1 The designation of the optical paths in the homogeneity measurement using a laser path measuring system.
Fig. 2 Die Anordnung der Baugruppen. Fig. 2 The arrangement of the modules.
Die Vorrichtung besteht aus dem eigentlichen Laserwegmeßsystem 1, welches über eine stabile Tragkonstruktion 2 mit dem Gegenspiegel 3 fest verbunden ist. Im Strahlengang 4 wird der Prüfling 5 nach einem zweckmäßigem Raster in x,y-Richtung verschiebbar angebracht und über Stellglieder, welche durch ein elektronisches Nivelliersystem 6 gesteuert werden, eine Prüflingsoberfläche senkrecht zum Laserwegmeßsystem 1 ausgerichtet.The device consists of the actual laser distance measuring system 1, which is fixedly connected via a stable support structure 2 with the mating mirror. 3 In the beam path 4 , the test specimen 5 is attached according to an expedient grid in the x, y direction, and a test specimen surface is aligned perpendicular to the laser path measuring system 1 via actuators, which are controlled by an electronic leveling system 6 .
Das Nivelliersystem besteht aus einem Kollimator 7 und einem Prüffernrohr 8 mit elektronischer Bildauswertung über einen PC 10, der auch die motorisch betriebenen Stellglieder ansteuert. Der Kollimator bildet eine geeignete Strichmarke nach "unendlich" ab. Das Lichtbündel wird an der Prüflingsoberfläche reflektiert und gelangt in das Prüffernrohr, so daß auf dem mit dem Prüffernrohr verbundenen optoelektronischen Empfänger das reelle Bild der Strichmarke entsteht. Die Lage des Strichmarkenbildes wird über die Auswerteeinheit 9 ausgewertet, so daß die Verkippung der Prüflingsoberfläche gegenüber Kollimator und Prüffernrohr berechnet werden kann. Aus den Meßergebnissen werden Signale für die Stellglieder gewonnen. Damit ist eine ständige senkrechte Positionierung der Prüflingsoberfläche zum Laserwegmeßsystem gewährleistet.The leveling system consists of a collimator 7 and a test telescope 8 with electronic image evaluation via a PC 10 , which also controls the motorized actuators. The collimator maps a suitable line mark to "infinity". The light beam is reflected on the surface of the test object and reaches the test telescope, so that the real image of the line mark is created on the optoelectronic receiver connected to the test telescope. The position of the line mark image is evaluated by the evaluation unit 9 so that the tilt of the test specimen surface relative to the collimator and test telescope can be calculated. Signals for the actuators are obtained from the measurement results. This ensures a constant vertical positioning of the test specimen surface to the laser path measuring system.
Das Laserwegmeßsystem mißt die optischen Wegunterschiede in den den einzelnen Rasterpunkten gegenüber einem festgelegten Bezugspunkt, so daß die Verteilung nach 2 (n(x,y) d(x,y) - n(x₀,y₀) d(x₀,y₀)) rekonstruiert werden kann.The laser displacement measuring system measures the optical path differences in the the individual halftone dots against a fixed one Reference point so that the distribution according to 2 (n (x, y) d (x, y) - n (x₀, y₀) d (x₀, y₀)) can be reconstructed.
BezugszeichenlisteReference list
1 Laserwegmeßsystem
2 stabile Tragkonstruktion
3 Gegenspiegel
4 Strahlengang
5 Prüfling
6 elektronisches Nivelliersystem
7 Kollimator
8 Prüffernrohr
9 Auswerteeinheit
10 PC
11 Stellglieder 1 laser displacement measuring system
2 stable supporting structure
3 mirror
4 beam path
5 candidate
6 electronic leveling system
7 collimator
8 test telescope
9 evaluation unit
10 pcs
11 actuators
Claims (4)
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
EP1376103A2 (en) * | 2002-06-19 | 2004-01-02 | Schott Glas | Method for determining local structures in optical crystals |
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EP0085981A1 (en) * | 1982-02-10 | 1983-08-17 | CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni S.p.A. | Method of and apparatus for determining the refractive-index profile of optical fibres and optical-fibre preforms |
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1995
- 1995-01-06 DE DE19501158A patent/DE19501158C1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
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Steklo i Keramika, No. 1, pp. 14-16, January 1993 (engl. Übers.) * |
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