DE2015220A1

DE2015220A1 - Optical test method

Info

Publication number: DE2015220A1
Application number: DE19702015220
Authority: DE
Inventors: Kazuya; Suzuki Takashi; Tokio Matsumoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1969-03-31
Filing date: 1970-03-31
Publication date: 1970-10-08
Also published as: GB1311525A; FR2036009B1; FR2036009A1

Description

Anmelderin: Canon Kabushiki Kaisha, No. 30-2, 3-chome, Shimomaruko, Ota-ku, Tokio, Japan ';'".-''■-■--- Applicant: Canon Kabushiki Kaisha, No. 30-2, 3-chome, Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo, Japan ';'".-'' ■ - ■ ---

Optisches PrüfverfahrenOptical test method

Die Erfindung betrifft ein optisches Prüfverfahren zum Prüfen polierter Oberflächen von Linsen oder dergleichen optischen Elementen und zur Prüfung auf Schlieren oder dergleichen Eigenschaften der optischen Güte.The invention relates to an optical test method for testing polished surfaces of lenses or similar optical elements and for checking for streaks or like properties of optical quality.

Eine Prüfung der polierten Oberfläche einer Linse kann bekanntlich mit Hilfe eines Probeglases erfolgen, indem Newtonsche Ringe zwischen dem Probeglas und der Linse beobachtet werden. Durch dieses bekannte Verfahren kann festgestellt werden, welche Abweichungen die polierte Oberfläche gegenüber derjenigen des Probeglases aufweist. Es besteht jedoch die Schwierigkeit, daß das Probeglas sehr schwierig herzustellen ist, wenn die polierte Fläche nicht sphärisch ausgebildet ist. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, diese Schwierigkeit zu vermeiden.As is well known, an examination of the polished surface of a lens can be carried out with the aid of a Sample glasses are made by placing Newton's rings between the sample glass and the lens to be observed. This known method can be used to determine which The polished surface has deviations from that of the test glass. However, there is a problem that the sample glass is very difficult to manufacture, when the polished surface is not spherical. It is therefore the task of Invention to avoid this difficulty.

Ein optisches R-üfverfahren der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Bezugs lieh tstrom und ein durch das Prüföbjekt hindurchgetretener Teillichtstrom auf eine künstlich hergestellte holographische Testplatte projeziert werden, und daß durch die Testplatte hindurchgetretene Wellen ausgefilterf werden, um die geeigneten Wellen zu erhalten. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.An optical R-üf method of the type mentioned is according to the invention characterized in that a reference lent current and one that has passed through the test object Partial luminous flux can be projected onto an artificially produced holographic test plate, and that waves which have passed through the test plate are filtered out in order to reduce the to get suitable waves. Advantageous further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Die Bezeichnung "künstlich hergestellte holographische Testplatte" bedeutet dabei eine Testplatte, welche interferenzstreifen aufweist, die Informationen vorbestimmterThe term "artificially produced holographic test plate" means a test plate which has interference fringes, the information of predetermined

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Konstruktionswerte eines optischen Elements enthalten.Contain design values of an optical element.

Die Bezeichnung "holographische Testplatte inform einer Fresnel-Plarte" bedeutet bei der vorliegenden Erfindung, daß die Tesfplatte rotationssymmetrisch achsbezogen ist mit einer der folgenden drei Bedingungen:The term "holographic test plate in the form of a Fresnel plate" means in the present invention that the Tesfplatte is axially symmetrical in terms of rotation with one of the following three conditions:

1.) eine ebene Welle, welche durch berechnete Werte wie die Aberration eines optischen Elements deformiert wird, interferriert mit einer sphärischen Bezugswelle,1.) a plane wave, which by calculated values such as the aberration of a optical element is deformed, interferes with a spherical reference wave,

und
2.) eine sphärische Welle, welche durch berechnete Werte eines optischen Elementsand
2.) a spherical wave, which by calculated values of an optical element

deformiert wird, interferriert mit einer ebenen Bezugswelle, 3.) eine sphärische Welle, welche durch berechnete Werfe eines optischen Elements deformiert wird, interferriert mit einer sphärischen Bezugswelle unterschiedlicher Intensität.is deformed, interferes with a plane reference wave, 3.) a spherical wave, which by calculated throw of an optical element is deformed, interferes with a spherical reference wave of different Intensity.

In diesem Falle ist die holographische Testplatte eine übliche, FresneIsche Zonen aufweisende Platte hinsichtlich der Gestalt, unterscheidet sich aber hinsichtlich der Abstände.In this case the holographic test plate is a common Fresnel zone having plate in terms of shape, but differs in terms of Distances.

Der besondere Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung ist darin zu sehen, daß eine Abweichung eines optischen Elements von einem vorherbestimmten oder berechneten Wert in einfacher Weise beobachtet werden kann.The particular advantage of the method according to the invention can be seen in the fact that a deviation of an optical element from a predetermined or calculated one Value can be observed in a simple manner.

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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden . Es zeigen: ■The invention is based on the exemplary embodiments shown in the drawing are explained in more detail. It show: ■

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung zur Durchführung des Prüfverfahrens gemäß der Erfindung-1 shows a schematic representation of an optical arrangement for implementation of the test method according to the invention

Fig. 2 ein Ausfuhrungsbeispiel einer holographischen Testplatte gemäß der Erfindung;2 shows an exemplary embodiment of a holographic test plate according to the invention;

Fig. 3 eine sehe notische Darstellung einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Ausfuhr ungsform; undFIG. 3 shows a noticeable representation of a variant embodiment compared to FIG. 1; FIG. and

Fig. 4 eine schematische Darstellung der zerlegten Teil lichtströme hinter einer holographischen Testplatte gemäß der Erfindung, die als Fresnel-Platte ausgebildet ist.Fig. 4 is a schematic representation of the disassembled part of the luminous flux behind a holographic test plate according to the invention, which is designed as a Fresnel plate.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird ein kohärenter Lichtstrom von einem Laser 1 durch einen Halbspiegel 3 in zwei Teil lichtströme geteilt. Der von dem Halb- ■ spiegel 3 reflektierte Teillichtstrom 4 tritt in ejn mikroskopisches Objektiv 5 ein, während der andere Teillichtstrom 6, der von dem Halbspiegel 3 durchgelassen wird,.in ein mikroskopisches Objektiv 8 nach Umlenkung durch einen Spiegel 7 eintritt. Die aus dem Objektiv 5 austretende sphärische Wellenform wird durch einen Kollimator 10 in eine als Bezugslichtstrom dienende ebene Wellenform umgewandelt, weiche durch einen Halbspiegel 13 nach Umlenkung durch einen Spiegel 12 durchtritt und dann auf die holographische Testplatte A auftrifft. Die sphärische Wellenform von dem Objektiv 8 trifft auf die zu prüfende Linse 14 und wird wegen der Aberration der Linse 14 in eine sphärische Wellenform 15 umgewandelt. Diese Wellenform 15 wird von dem Halbspiegel reflektiert und fällt ebenfalls auf die Testplatte A.In the arrangement shown in Fig. 1, a coherent luminous flux from a Laser 1 divided by a half mirror 3 into two parts of luminous fluxes. The one from the half- ■ Mirror 3 reflected partial luminous flux 4 enters a microscopic objective 5, while the other partial luminous flux 6, which is transmitted by the half mirror 3, enters a microscopic objective 8 after being deflected by a mirror 7. The ones from the Objective 5 exiting spherical waveform is converted by a collimator 10 into a The plane waveform serving as a reference luminous flux is converted, which passes through a half mirror 13 after being deflected by a mirror 12 and then impinges on the holographic test plate A. The spherical waveform from the lens 8 hits on the lens 14 to be inspected and, because of the aberration of the lens 14, is turned into a spherical waveform 15 converted. This waveform 15 is generated by the half mirror reflects and also falls on test plate A.

Von den beiden auf die Testplatte A auffallenden Wellen formen 14 und 15 wird die ebene Wellenform U in eine Anzahl von Wellenformen unterteilt, wie die ebene Wellenform 0-ter Ordnung, die direkt durch die Testplatte A hindurchtritt, eine Wellenform 1-ter Ordnung sowie Wellenformen höherer Ordnung unterteilt, welche von der Platte gebrochen werden, und deren betreffende Welenformen mit den Wellenformen 1-ter und höherer Ordnung konjugieren, wenn die Testplatte A nichtlineare Eigenschaften hat, ο indem sie zum Beispiel eine rechteckförmige Dichteverteilung aufweist. Die Wellenform ist nach dem Durchtritt durch die Testplatte A ebenfalls in Wellenform O-ter Ordnung, _j. 1-ter Ordnung und höherer Ordnungen unterteilt, sowie in mit den Wellenformen 1-ter ._» und höherer Ordnung konjugierte Wellenformen. Von den oben erwähnten Wellenformen κ, wird die Wellenform 1-ter Ordnung als eine ebene Welle gebrochen, die äquivalent zu der Wellenform 11 ist, wenn die Linse 14 die berechneten Eigenschaften aufweist.Of the two striking waves on the test plate A 14 and 15 is the plane waveform U is divided into a number of waveforms such as the 0-th order plane waveform which directly passes through the test panel A, a waveform 1st order as well as higher order waveforms divided by the plate are broken, and their respective waveforms with the waveforms 1-th and conjugate higher order if test panel A has nonlinear properties, ο by having a rectangular density distribution, for example. The waveform is also in the O-th order waveform after passing through test plate A, _j. 1st order and higher orders, as well as with the 1st order waveforms ._ »and higher order conjugate waveforms. From the waveforms mentioned above κ, the 1st order waveform is refracted as a plane wave equivalent to of waveform 11 when lens 14 has the calculated properties.

Fig. 1 zeigt diesen Fall. Von den vielen oben erwähnten Wellenformen sollten zum Beispiel die Welle 0-ter Ordnung, das ist die ebene Welle von dem Kollimator 10, welche durch die Testplatte A hindurchtritt, und die Welle 1-ter Ordnung zur Interferenz gebracht werden, welche letztere von der Wellenform 15 stammt und durch die Testplatte A gebrochen wird. Um die anderen Wellenformen, außer den beiden zu überlagernden Wellenformen, abzusondern, ist hinter der Testplatte A ein Kollimator 16 vorgesehen und eine Lochblende 17 mit einer kleinen Öffnung. Die Lochblende 17 ist beispielsweise im Brennpunkt des Kollimators 16 angeordnet, so daß die ebene Wellenform und diejenigen Wellenformen, die sehr geringfügig davon abweichen, von der Testplatte A hindurchtreten. ^ Deshalb interferrieren die beiden gewünschten Wellenformen miteinander und bilden einFig. 1 shows this case. Of the many waveforms mentioned above, should for example the 0th order wave, that is the plane wave from the collimator 10, which passes through the test plate A, and the 1st order wave to interference which latter comes from waveform 15 and through test plate A. is broken. To view the other waveforms, apart from the two waveforms to be superimposed, to separate, a collimator 16 is provided behind the test plate A and a pinhole 17 with a small opening. The perforated diaphragm 17 is, for example, in the focal point of the collimator 16 so that the plane waveform and those waveforms which differ very slightly therefrom pass from the test plate A. ^ Therefore, the two desired waveforms interfere with each other and form a

InterferenzbiId auf der Beobachtungsebene 18. Die Testplatte A wird hinter dem Halbspiegel 13 angeordnet, um Einflüsse auf das Prüfergebnis auszuschalten, die sich durch einen Unterschied der optischen Weglängen ergeben könnten, wenn die Testplatte A in einer anderen Lage angeordnet ist. Dies ist der Fall, weil sowohl die ebene Welle 11 von dem Kollimator 10 als auch die Welle 15 durch dieselbe Testplatte A hindurchtreten.Interference image on the observation plane 18. The test plate A is behind the half mirror 13 arranged in order to eliminate influences on the test result which could result from a difference in the optical path lengths if the test plate A in is arranged in a different position. This is the case because both the plane shaft 11 from the collimator 10 and the shaft 15 pass through the same test plate A.

Wenn die zu prüfende Linse 14 und die Testplatte A den betreffenden berechneten Werten entsprechen und wenn die Anordnung geeignet einjustiert ist, sind in der Beobachtungsebene 18 die beiden Wellen sphärische Wellen aufgrund des Kollimators 16, weshalb bei einer gering geneigten Anordnung der Spiegel 13 parallele Beugungsmuster mit gleichen Abständen auftreten. Wenn die Linse 14 geringe Abweichungen von den k berechneten Werten aufweist, während die Testplatte A genau den berechneten WertenWhen the lens under test 14 and the test plate A calculated the relevant Values correspond and if the arrangement is adjusted appropriately, are in the Observation plane 18 the two waves spherical waves due to the collimator 16, therefore, with a slightly inclined arrangement of the mirrors 13, parallel diffraction patterns occur at equal intervals. If the lens 14 deviates slightly from the k has calculated values, while the test plate A exactly the calculated values

entspricht, wird das Interferenzbild verzerrt, wodurch ein Polierfehler der Linse 14 nachgewiesen werden kann.corresponds to, the interference pattern is distorted, whereby a polishing error of the lens 14 can be proven.

Bei der oben beschriebenen Anordnung trifft ein paralleler Laserstrahl auf das Objektiv 5. Wenn der Brennpunkt, auf welchen der Lichtstrom durch das Objektiv 8 konzentriert wird, dem Brennpunkt der Linse 14 entspricht, wird die aus der Linse 14 austretende Welle eine ebene Welle oder eine mindestens nahezu ebene Welle, weshalb es schwierig ist, die gewünschten Wellen durch die Testplatte A beispielsweise durch eine Lochblende 17 mit einer kleinen Öffnung abzutrennen. Im folgenden sollen die Gründe dafür erläutert werden. Während die Welle 15 durch die Testplatte A in verschiedene Wellen gebrochen wird, können diese Wellen nahezu ebene Wellen sein. Um zu ermöglichen, daßIn the arrangement described above, a parallel laser beam hits the Lens 5. If the focal point on which the luminous flux through the lens 8 is concentrated, corresponds to the focal point of the lens 14, the emerging from the lens 14 becomes Wave a plane wave or at least an almost plane wave, which is why it is difficult to determine the desired waves through the test plate A, for example by a Separate perforated diaphragm 17 with a small opening. The following are the reasons for this are explained. While the shaft 15 through the test plate A in different waves is broken, these waves can be almost flat waves. To enable that

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die interessierenden Wellen durch die Lochblende 17 ausgewählt werden, kann der Brennpunkt des Laserstrahls durch das Objektiv 8 etwas von dem Brennpunkt der Linse 14 defokusiert werden, so daß die Welle von der Linse 14 angenähert eine sphärische Welle wird. In dieser Weise können alle Wellen durch die Testplatte A nahezu sphärische Wellen sein, mit Ausnahme der erforderlichen Wellen, wenn eine Anordnung entsprechend Fig. 1 Verwendung findet. In diesem Falle ist der Brennpunkt, auf den diese Weilen durch den Kollimator 16 konzentriert werden, unterschiedlich von dem Brennpunkt des Kollimators Deshalb erfolgt eine Abschirmung bestimmter Wellen durch die Lochblende 17 im Brennpunkt des Kollimators 16. Ein Verfahren zur Defokusierung kann ebenfalls Anwendung finden, indem eine Anzahl von Interferenzstreifen durch die Testplatte A reduziert wird, um die Herstellung der holographischen Testplatte zu vereinfachen.the waves of interest are selected through the pinhole 17, the focal point of the laser beam through the objective 8 are somewhat defocused from the focal point of the lens 14, so that the wave from the lens 14 approximates a spherical wave will. In this way, all waves through the test plate A can become almost spherical waves be, with the exception of the required waves, if an arrangement according to Fig. 1 Is used. In this case it is the focus on which this while by the Collimator 16 are concentrated, different from the focal point of the collimator For this reason, certain waves are shielded by the perforated diaphragm 17 at the focal point of the collimator 16. A method of defocusing can also be used, by reducing a number of interference fringes through test panel A by the To simplify manufacture of the holographic test plate.

Je größer das Ausmaß der Defokusierung ist, umso größer wird die Anzahl der Interferenzstreifen. Wenn andererseits das Ausmaß der Defokusierung kleiner wird, werden die Wellen von der Linse 14 weitergehend ebene Wellen. Auf diese Weise wird die Anzahl der Interferenzstreifen kleiner.The greater the amount of defocus, the greater the number of Interference fringes. On the other hand, if the amount of defocus becomes smaller, will the waves from the lens 14 continue to be plane waves. This way the number becomes the interference fringes smaller.

Fig. 2 zeigt schematisch die Konstruktion von zwei holographischen Testplatten A und B, die als FresneIsche Platten ausgebildet sind. Die doppelte Anzahl der Streifen wird als die Anzahl der Zone bezeichnet, welche Anzahl von Zonen künstlich entsprechend ungeraden Zahlen reduziert werden kann, wie beispielsweise ein Drittel, ein Fünftel, ... Das Muster der Fresnelschen Platte B, dessen Anzahl von Zonen auf ein Drittel der Anzahl von Zonen der Platte A reduziert ist, ist teilweise in Fig. 2 dargestellt. Jede Zone der Platte B entspricht den drei schmalen Zonen der Platte A. Es wird angenommen, daß das durch die beiden angrenzenden Zonen der drei Zonen hindurchtretende Licht sich auslöscht, und daß das durch die verbleibende eine Zone der drei Zonen hindurchtretende Licht verbleibt. Die verbleibende Zone entspricht einer der Zonen der Testplatte A einer gewissen Fresnelschen Platte, deren Anzahl von Zonen nicht reduziert ist. Deshalb werden in diesem Falle die Lichtquelle 1, die Linse 14 und die Testplatte B, die als Fresne Ische Platte ausgebildet ist, in einer solchen relativen Lage angeordnet, daß die Fresne Ische Testplatte A die gleichen Effekte zeigt, wie im Falle der Verwendung einer platte A/ .2 shows the construction of two holographic test plates A schematically and B, which are designed as Fresnel plates. Double the number of strips is referred to as the number of zone, which number of zones is artificially corresponding odd numbers can be reduced, such as a third, a fifth, ... The pattern of the Fresnel plate B, whose number of zones is based on a third of the number of zones of the plate A is reduced, is partially shown in FIG. Each zone of plate B corresponds to the three narrow zones of plate A. It becomes assumed that the one passing through the two adjacent zones of the three zones Light extinguishes itself, and that through the remaining one zone of the three Light passing through zones remains. The remaining zone corresponds to one of the Zones of the test plate A of a certain Fresnel plate, the number of zones is not reduced. Therefore, in this case, the light source 1, the lens 14 and the test plate B, which is designed as a Fresne's plate, in such a relative Positioned so that the Fresne's test plate A shows the same effects as in Case of using a plate A /.

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Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung können in einfacher Weise einige Abwandlungen erfolgen, so daß eine direkt durch die Testplatte A von dem Teillichtstrom Π herrührende pfeile und eine Welle höherer Ordnung interferrieren, die von dem Teillichtstrom 15 herrührt und in der Testplatte A gebrochen wird. Zur Erzielung einer höheren Genauigkeit können die relativen Lagen der Testplatte A und der Linse 14 zu der Anordnung entlang einer optischen Achse für die Linse 14 verschoben werden. Eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, wobei der Kollimator 16 in Fig. 1 weggelassen ist. Dabei wird eine holographische Testplatfe A', welche eine Fresnelsche Platte ist, in der entsprechenden Lage der Platte A in Fig. T vorgesehen, um eine Abtrennung der gewünschten Wellenformen zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist die Testplatte A' so ausgebildet, daß eine Interferenz zwischen einer sphärischen Bezugswelle und einer Welle durch ein optisches Element mit einer Wellenform'entsprechend dem berechneten Wert erfolgt. Fig. 4 zeigt die gebrochenen Welienformen hinter der Testplatte A' in Fig. 3.In the arrangement shown in Fig. 1, some modifications can be made in a simple manner take place so that a directly through the test plate A of the partial luminous flux Π arrows and a higher order wave interfere with the partial luminous flux 15 originates and is broken in the test plate A. To achieve a higher accuracy, the relative positions of the test plate A and the lens 14 to the arrangement can be shifted along an optical axis for the lens 14. A modified embodiment of the invention is illustrated in FIG. 3, the collimator 16 in FIG. 1 being omitted. A holographic test plate A ', which is a Fresnel Plate is provided in the corresponding position of plate A in Fig. T to provide a separation of the desired waveforms. For this purpose, the test plate A 'is designed so that there is interference between a spherical reference wave and a wave through an optical element having a waveform 'corresponding to the calculated value takes place. Fig. 4 shows the broken waveforms behind the test panel A 'in Fig. 3.

In Fig. 4 kennzeichnen die Brennpunkte An - 1, An und An + 1 Konzentrationspunkte der gebrochenen sphärischen Wellen der Ordnung An - T, An und An Hl- 1 einer ebenen Bezugswelle, wobei η eine ganze Zahl sein kann.In Fig. 4, the focal points An-1, An and An + 1 indicate concentration points of the broken spherical waves of the order An - T, An and An Hl- 1 of a plane Reference wave, where η can be an integer.

Da das Interferenzbild aufgrund der zu Prüfzwecken verwandten Wellenform künstlich entsprechend dem berechneten Wert der polierten Oberfläche eines optischen Elements und aufgrund einer geeigneten Bezugswelle gebildet wird, wobei also ein Muster einer holographischen Testplatte künstlich vorgesehen wird, ergibt sich durch die Erfindung der Vorteil, daß die Herstellung einer TestpEatte entsprechend einem optischen Vorlageelement nicht erforderlich ist, und daß die Ausbitdung einer holographischen Testplatte einfach ist, so daß selbst bei einer komplizierten Gestalt einer polierten Oberfläche eines optischen Elements , beispielsweise bei einer sphärischen Ausbildung, die Prüfung in einfacher Weise erfolgen kann, wobei eine genaue und einfache Auswertung der ermittelten Daten erfolgen kann.Because the interference pattern is due to the waveform used for test purposes artificial according to the calculated value of the polished surface of an optical Element and is formed on the basis of a suitable reference shaft, thus a Pattern of a holographic test plate is artificially provided, results from the Invention, the advantage that the production of a test plate according to an optical Template element is not required, and that the design of a holographic test plate is simple so that even with a complicated shape of a polished surface an optical element, for example in the case of a spherical design, the test can be done in a simple manner, with a precise and simple evaluation of the determined Data can be done.

Die beschriebene holographische Testplatte besteht aus einem transparenten Material. Sie kann jedoch auch aus irgendeinem anderen geeigneten Material bestehen.The holographic test plate described consists of a transparent material. However, it can also consist of any other suitable material.

PatentansprücheClaims

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Claims

-T--T- 25. März3iWMarch 25th 3W

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Claims

(\ J optical test method, characterized in that a reference luminous flux and a through trodden by the test object partial luminous flux to be projected on an artificially forth asked holographic test plate, whereby hidden by the test plate having passed waves to obtain the desirable waves.

2. The method according to claim 1, characterized in that the test plate is a plate with FresneI zones .

3. The method according to claim 1, characterized in that the test plate broken waves of higher order are used as desirable waves.

4th Method according to claim !, Characterized in that a 0th order from the test plate from the reference luminous flux and a wave from the partial luminous flux passing through the test object in the direction of the 0th order wave for the reference luminous flux are used as the desirable waveforms Find.

5. The method according to claim 1, characterized in that a wave 0-er order from the test plate for the partial luminous flux passing through the test object and a waveform are used as the desired waves, which through the test plate from the reference luminous flux in the direction of the wave 0 -th order is broken from the test waveform.

6. The method according to claim 1, characterized in that the filtering takes place through a perforated diaphragm, the opening of which is at the focal point of the desired waves.

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