DE2750832A1

DE2750832A1 - Vorrichtung und verfahren zum quantitativen bestimmen von unregelmaessigkeiten in einem geometrischen testbild

Info

Publication number: DE2750832A1
Application number: DE19772750832
Authority: DE
Inventors: Ronald L Gecewicz; George C Hunter
Original assignee: Zygo Corp
Current assignee: Zygo Corp
Priority date: 1977-02-14
Filing date: 1977-11-14
Publication date: 1978-08-17
Also published as: JPS53124471A; US4141038A

Description

/r-

Vorrichtung und Verfahren zum quantitativen Bestimmen von Unregelmäßigkeiten in einem geometrischen

Testbild

SS=BSSS=SS=S S SSSS=SSSSS

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum quantitativen Bestimmen von Unregelmäßigkeiten in Interferenz-Streifenbildern, Üie gewöhnlich bei der optischen Meßtechnik auftreten. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einem einfarbigen Standard-Industrie-Fernsehsystem zum Erzeugen, Anzeigen und Manipulieren geometrischer Muster auf dem Schirm eines Fernsehmonitors, um quantitativ Unregelmäßigkeiten in einem Interferenzmuster zu bestimmen, das auf dem Schirm des Fernsehmonitors dargestellt wird.

Die interferometrische Prüfung wird seit langem in der opti-

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sehen Meßtechnik benutzt. Die Weiterentwicklung der Lasertechnik hat nicht nur die Benutzung von Interferone tern einfacher gemacht, sondern auch ihren Bereich der Anwendungsmöglich-r keiten ausgedehnt. Die Interferometrie wird als Möglichkeit bei der Fabrikation, der Endprüfung und der Systemabstimmung verwandt, wie es beispielsweise in C.Zanoni "Interferometry", The Optical Industry and Systems Directory Encyclopedia, Bd.2, E137 (1977) dargestellt ist.

Bei den meisten interferometrischen Prüfungen ist das Ergebnis der Prüfung entweder ein Interferenz-Streifenmuster oder ein Interferogramm. Die Art des Bildes wird gewöhnlich durch die jeweilige Meßanordnung bestimmt, obwohl in manchen Fällen auch die Fehler des zu prüfenden Gegenstandes die Art des Bildes vorschreiben können. Unabhängig .davon basiert die quantitative Analyse eines Interferenz-Streifenbildes gewöhnlich darauf, die relative Abweichung des Interferenz-Streifenbildes von irgendeinem idealen, an besten passenden Bild festzustellen. Der Nennwert der relativen Abweichung ist gewöhnlich der mittlere Abstand zwischen zwei Interferenzstreifen im idealen Bild oder Muster.

Der Nutzen eines Interferenzmusters zur quantitativen Analyse hängt davon ab, daß ein Verfahren Zur Informationsentnahme und -ableitung zur Verfügung steht. Die Interferenzmuster-Analyse kann, was ihre Kompliziertheit anbetrifft, von einer einfachen visuellen Abschätzung bis zu einer aufwendigen Ableitung der Informationen reichen, die durch ein automatisches Mikrodensitometer mit einem großen Computer entnommen werden, wie es beispielsweise aus R.A* Jones und P.L.Kadakia "An Automated Interferogram Technique", Appl.Opt. 7» 1477 (1968) zu entnehmen ist· Zwischen diesen Extremen gibt es eine große Vielzahl verschiedener Möglichkeiten der Handanalyse, wie es beispielsseise in R.Berggren "Analysis Of Interferograms", Optical Spectra, Dezember 1970, S. 22, dargestellt ist.

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Eine gewöhnliche Technik der Handanalyse von Interferogrammen verwendet eine Vorrichtung, die aus einem gelenkig verbundenen Parallelogramm mit einer Anzahl von gleichbeabstandeten, gelenkig verbundenen Elementen besteht, um ein Gitter aus parallelen, gleichbeabstandeten geraden Linien mit veränderbarem Abstand zu erzeugen. Obwohl diese Technik für eine gelegentliche Abschätzung zweckmäßig ist, ist es mit dieser Technik außerordentlich zeitraubend und langweilig, quantitative Ergebnisse zu gewinnen.

Die Analyse von Interferogrammen von Hand aus ist weiterhin dann kompliziert, wenn ein Fehler in der Energieversorgung oder in der Bildschärfe auftritt, der eine Krümmung in den Interferenzstreifen erzeugt. Das Ochsenaugemuster mit nicht gleichmäßig beabstandeten konzentrischen Kreisen ist ein bekanntes Beispiel dafür. Die Handanalyse von derartigen komplexen Strei-.fenraustern ist extrem lästig und zeitraubend.

Weiterentwickelte teure Interferometer wurden für die automatische Präzisionsanalyse von Interferogrammen entworfen und gebaut. Ein derartiges Instrument ist beispielsweise in der US-PS 3 694 088 dargestellt. Ein weiteres hochentwickeltes Digital-Interferometer wird in J.H.Bruning et al. "Digital Wavefront Measuring Interferometer for Testing Optical Surfaces and Lenses" Appl.Opt. 13» 2693 (1974) beschrieben.

Bei manchen industriellen Anwendungsformen ist es wünschenswert, Interferogramme schnell auf einfache wirtschaftliche Weise zu analysieren. Beispielsweise bei der Massenfertigung von optischen Präzisionsbauteilen müssen Interferogramme und Interferenzmuster von Interferometern in einer großen Anzahl und mit einer hohen Geschwindigkeit mittels einer erschwinglichen Instrumentierung gemessen werden.

Obwohl die bekannten Verfahren für manche Anwendungszwecke

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geeignet sind, können sie bei vielen industriellen Anwendungen, die ähnlich der oben erwähnten Anwendung sind, nicht benutzt werden.

Ziel der Erfindung sind daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von Unregelmäßigkeiten in Interferenzmustern.

Erfindungsgemäß"werden die Unregelmäßigkeiten in einem geometrischen Testbild, beispielsweise einem Interferenz-Streifenmuster, quantitativ mittels einer Einrichtung zum Anzeigen des Testbildes auf einem Fernsehbeobachtungsschirm, einer Einrichtung, die ein Meßbild, das mit dem Testbild in Übereinstimmung gebracht werden kann, erzeugt und auf demselben Beobachtungsschirm anzeigt, einer Einrichtung zum Bewegen des Meßbildes und des Testbildes relativ zueinander von einer Stellung aus, in der das Meßbild vollständig auf einer Seite dos Testbildes liegt, während es an einer oder mehreren Stellen durch die Mitte des Interferenzstreifens in dem Bereich des Testbildes geht, der am weitesten von dieser Seite versetzt ist und zum anschließenden Bewegen des Meßbildes oder Erzeugen eines zweiten Meßbildes, das sich auf der anderen Seite des Testbildes in der gleichen Weise befindet, und einer Einrichtung zum Messen des Abstandes zwischen den beiden Stellungen des Meßbildes bzw. der Meßbilder und zum Vergleich dieses Abstands mit einem mittleren Abstand zwischen den Linien des Meßbildes bestimmt, wodurch die Maximum-Minimum'-Unregelmäßigkeit im Testbild bestimmt wird. Wenn zwei Meßbilder verwandt werden, haben sie vorzugsweise entgegengesetzte Farbe, d.h., daß dann, wenn das eine Bild weiß ist, das andere Bild schwarz ist.

Durch die Erfindung werden somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung in Verbindung mit einem einfarbigen Standard-Industriefernsehsystem zum Erzeugen, Anzeigen und

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Manipulieren geometrischer Muster auf dem Schirm des Fernsehmonitors geliefert, um Unregelmäßigkeiten in einem auf dem Schirm des Fernsehmcnitars angezeigten Interferenzmuster quantitativ zu bestimmen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt eine Steuereinheit, die zwischen die Fernsehkamera und den Fernsehmonitor einer Standard-Industriefernsehanlage geschaltet ist. Die Steuereinheit enthält eine Steuereinrichtung, Schalter und eine elektronische Schaltung zum Erzeugen, Manipulieren und Steuern von Videosignalen, die mit Videosignalen von der Kamera überlagert werden und dann auf dem Schirm des Fernsehmonitors angezeigt werden. Durch eine Änderung des geometrischen Musters, das durch die Steuereinheit erzeugt wird, derart, daß es mit den Interferenzstreifenmustern übereinstimmt, die durch die Fernsehkamera übermittelt werden, können die Fehler, die als Unregelmäßigkeiten in den Interferenzstreifenmustern auftreten, gemessen werden.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 erläutert in einer bildlichen Darstellung die Hauptbauteile eines Ausführungsbeispiels der Erfindung einschließlich einer Industrie-Fernsehkamera, einem Fernsehmonitor und einer Steuereinheit, wobei Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, bei dem ein einziges Muster erzeugt wird, das dazu verwandt wird, die Interferenzmuster von einem Interferometer zu analysieren.

Fig. 2 erläutert in einer bildlichen Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das dazu verwandt wird, eine Photographie eines Interferenzmusters zu analysieren.

Fig. 3 zeigt die Bilder auf dem Schirm eines"Industrie-Fernsehmonitors.

Fig. 4 zeigt in einer Skizze, wie die Muster auf dem Schirm

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des Fernsehmonitors gebildet werden.

Fig. 5 zeigt das Blockschaltbild der Einrichtung zum Erzeugen und Manipulieren eines einzigen Masters, das durch die Steuereinheit auf den Schirm des Fernsehmonitors erzeugt wird.

Fig. 6 zeigt das Blockschaltbild eines bevorzugten Ausf Uhrungsbeispiels der Einrichtung zur quantitativen Analyse eines.Interferenzmustere mit Hilfe eines einzigen, durch die Steuereinheit erzeugten Husters.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zwei Muster erzeugt werden, die dazu benutzt werden, das Interferenzauster von einem Interferometer zu analysieren.

Fig. 8 zeigt in einer Skizze, wie zwei MeSbilder, die durch die Steuereinheit erzeugt werden, auf dem Schirm des Fernsehmonitors verwandt werden.

Fig. 9 zeigt das Blockschaltbild eines bevorzugten Ausf Uhrungsbeispiels der Einrichtung zum Erzeugen und Manipulieren von zwei Mustern», die durch die Steuereinheit auf dem Schirm des Fernsehmonitors erzeugt werden.

Fig.10 zeigt das Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur quantitativen Analyse eines Interferenzmusters mit Hilfe von zwei Mustern, die durch die.Steuereinheit erzeugt werden.

Die Hauptbauteile eines AusfUhrungSbeispiels der Erfindung sind in Flg. 1 dargestellt. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, fällt der Meßstrahl 11 des Interferometers 10 »of den zu prüfenden Gegenstand 12. Die Ausgabe des Interferometers 10 ist ein Lichtstrahl 15» der ein InterfefenzetreJLfenauster liefert. Dieses Interferenzstreifenmueter enthalt eine Information über die Prüfparameter sowie fiber de» geprt»» Gegenstand. Das Interferenzauster des I4cht*$rahle8 13 fcann auf verschiedene . Welse verarbeitet werden» B» kann beispielsweise dadurch betrachtet werden, da» ein M&tlicheibenschira in deft Lichtstrahl

13 gebracht wird. Wenn eine dauerhafte Aufzeichnung des Interferenzmusters erwünscht ist, kann von dem Lichtstrahl 13 eine Photographie hergestellt werden. Der Lichtstrahl 13 kann auch über ein Objektiv 14 auf die lichtempfindliche Abbildungseinrichtung einer Industrie-Fernsehkamera 15 abgebildet werden, deren Videοausgangssignal 24 über ein Koaxialkabel an einen Industriefernsehmonitor 21 gelegt werden kann. In dieser Weise erscheint das Interferenzstreifenmuster auf dem Schirm des Fernsehmonitors 21. Die Industrie-Fernsehkamera 15 und der Fernsehmonitor 21 können irgendein käuflich erhältliches einfarbiges Standardmodell sein, das allgemein verwandt wird. Das einzige technische Erfordernis ist eine Toleranz der geometrischen Verzerrung im Objektiv 14 der Kamera 15 und dem Monitor 21, die auf der gewünschten Genauigkeit der Anlage basiert.

Erfindungsgemäß empfängt eine Steuereinheit 16 das Videoausgangssignal 24 der Kamera 15 und liefert die Steuereinrichtung 16 ein Eingangssignal 25 für den Fernsehmonitor 21. Die Steuereinheit 16 erzeugt ein Muster, das auf dem Fernsehmonitor das Interferenzstreifenmuster überlagernd erscheint. Die Steuereinheit 16 weist Steuerknöpfe 17,18 und 19 auf, mit denen eine Bedienungsperson die Schlüsselparameter des durch die Steuereinheit erzeugten und auf dem Schirm des Monitors 21 sichtbaren Musters manipulieren kann.

Die Funktionen der Knöpfe 22 und 23 werden anhand der Beschreibung der Fig. 3 und 6 erläutert.

Fig. 2 zeigt die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit einer Photographie eines Interferenzmusters. Das Interferogramm 30 ist eine Photographie eines Interferenzstreifenmusters. Lichtquellen 26 und 27 liefern die Strahlungsenergie zur Beleuchtung des Interferogramms 30. Ein Objektiv 14 bildet das Interferogramm 30 auf die lichtempfindliche Fläche einer Kamera 15 ab. Der restliche Teil der Vorrichtung arbeitet

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so, wie es anhand von Fig. 1 beschrieben vmrde.

Fig. 3 zeigt eine bildliche Darstellung der Bilder auf dem Schirm des Fernsehmonitors 21. Dem Bild des Interferenzstreifenmuster 35 ist das· Muster 36 überlagert, das durch die Steuereinheit 16.erzeugt.wird. Die Achsen des Cartesischen Koordinatensystems liefern einen Bezug für die geometrischen Parameter der Muster. Das Interferenzmuster 35» das in Fig. 3 dargestellt ist, resultiert aus der Interferenz von zwei schrägen, nahezu planen Wellenfronten. Dieses spezielle Muster dient lediglich zur Darstellung, es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf diesen Mustertyp beschränkt ist.

Das Muster 36 besteht aus einer Gruppe paralleler, gleichbeabstandeter gerader Linien. Drei Parameter kennzeichnen dieses Muster vollständig, nämlich: (1) der Linienabstand d, (2) die Winkelorientierung 0 und (3) die Versetzung D. Dio Steuerknöpfe 17,18 und 19 in Fig. 1 und 2 sind diejenigen Einrichtungen, durch die die Bedienungsperson unabhängig Jeden dieser drei Parameter des durch die Steuereinheit 16 erzeugten Musters ändern kann. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Fall bedient die Bedienungsperson zuerst die Knöpfe 17,18 und 19» bis das Muster 36 optimal, d.h. im Sinne der kleinsten Fehlerquadrate, auf das Muster 35 paßt.

Um die Unregelmäßigkeiten im Muster 35 quantitativ zu bestimmen, bedient die Bedienungsperson den Steuerknopf 19 für den Versetzungsparameter D, bis das Muster 36 vollständig auf einer Seite, beispielsweise auf der linken Seite, des Musters 35 liegt, Jedoch immer noch mit der Streifenmitte des Musters 35 in Berührung steht. Die Bedienungsperson drückt anschließend den Knopf 22, damit die Steuereinheit den Wert des Versetzungsparameters für diese Stellung speichert. Die Bedienungsperson bedient anschließend den Steuerknopf für den Versetzungsparameter D, um das Muster 36 soweit zu verschieben, bis es vollständig auf der anderen Seite, beispielsweise auf der rechten Seite,

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liegt, jedoch immer noch mit der Streifenmitte des Musters 35 in Berührung steht. Die Bedienungsperson drückt nun den Knopf 23, damit die Verschiebung des Musters 36 gemessen und durch den Abstand d dividiert wird, um einen Ausgangswert zu erhalten, der die Maximum-Minimum-Unregelmäßigkeit im Interferenzstreifenmuster 35 in Bruchteilen des Streifenabstandes wiedergibt.

Fig. 4 zeigt in einer Skizze, wie die Muster auf dem Schirm des Fernsehmonitors ausgebildet werden. Im folgenden werden die Grundlagen der Erzeugung von Mustern bei einer Industrie-Fernsehanlage beschrieben.

Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, befindet sich zm Zeitpunkt Null der Elektronenstrahl des Fernsehmonitors an einer Stelle oben links auf dem Schirm 39. Er beginnt sich schnell nach rechts und langsam nach unten zu bewegen. 63,5 Mikrosekundcr» später bewirkt ein 5 Mikrosekunden-Synchronimpuls,daß der Strahl schnell auf dem Schirm nach links rückläuft. Der Strahl bewegt sich dann 63,5 Mikrosekunden lang nach rechts, bis der nächste Horizontalsynchronimpuls den nächsten Rücklauf nach links bewirkt. Nach etwa 250 derartigen horizontaler, Abtastungen oder Zeilen hat sich der Strahl bis zur Unterseite des Schirmes bewegt und ein Halbbild erzeugt. Ein Vertikalsynchronimpuls bewirkt einen schnellen vertikalen Rücklauf über 1 Millisekunde zur Oberseite des Schirmes, so daß ein weiterer, ein Halbbild erzeugender Zyklus beginnt. Die Gesamtzeit pro Halbbild beträgt 16,6 Millisekunden.

In Fig. 4 sei angenommen,daß der größte Teil des Schirmes, außer an dem schräg schraffierten Segment der dargestellten horizontalen Linie.dunkel, d.h. ausgetastet ist. Eine Sichtmarkierung wird dadurch erzeugt, daß ein positives Helltastvideosignal dem Fernsehmonitor· dann und nur dann geliefert wird, wenn der Strahl über das schräg schraffierte Segment geht.

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Die Helltast-Videosignale, die für den Markierungsgeber erforderlich sind, werden mit Hilfe von Fig. 4 beschrieben. Es sei angenommen, daß zur Erzeugung der Markierung ein Impuls mit der Breite Wj, Tj, Millisekunden nach dem Auftreten jedes Horizontalsynchronimpulses erzeugt wird. Diese neuen Impulse seien als Impulse Pj₁, d.h. Horizontal-Videoimpulse, bezeichnet. Wenn die Impulse P_H als Helltastimpulse in dem Fernsehmonitor verwandt werden, wird das Bild auf dem Schirm des Fernsehmonitors immer dann aufgehellt, wenn es sich von der linken Seite des Schirmes aus um eine Strecke bewegt hat, die äquivalent Tjj ist. Es bleibt für eine Dauer hell, die äquivalent Wj₁ ist und wird dann dunkel getastet. Das tritt Über die gesamte vertikale Abtastung auf, so daß 250 helle kurze Zeilenstücke der Breite W„ dem Auge als eine vertikale Linie erscheinen werden.

Wenn nun statt eines einzigen Horizontalimpulses Pj, pro horizontaler Zeile N gleichbeabstandete horizontale Impulse Pj, pro horizontaler Zeile an den Videosignaleingang des Monitors gelegt werden, wird ein Muster aus N gleichbeabstandeten vertikalen Linien der Breite Wjj dem Auge auf dem Schirm des Fernsehmonitors erscheinen.

Durch eine Änderung des Zeitintervalls zwischen den Horizontalimpulsen Pj₁ pro horizontaler Zeile für alle horizontalen Zeilen kann der Abstand zwischen den Linien des Musters auf dem Schirm des Fernsehmonitors verändert werden. Durch eine gleichförmige Änderung des Zeitintervalls zwischen dem Horizontalsynchronimpuls und dem Beginn der P_H Impulskette für ,jede horizontale Zeile kann die Versetzung oder die Stellung des Linienmusters auf dem Schirm des Fernsehmonitors unabhängig vom Linienabstand verändert werden. Wenn zusätzlich das Zeitinterval zwischen dem Horizontalsynchronimpuls und dem Beginn der Pj₁ Impulskette für Jede horizontale Zeile verändert wird, kann die Winkelorientierung des Linienmusters auf dem Schirm des Fernsehiflonitors verändert werden«

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Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Erzeugen und Beeinflußen eines einzigen Musters, das durch die Steuereinheit erzeugt und auf dem Schirm des Fernsehmonitors sichtbar wird.

Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, werden die Zeilen und Halbbildsynchronimpulse über den Synchronsignaltrenner 40 von den Ausgangssignalen 24 der Industrie-Fernsehkamera getrennt und dann voneinander über den Synchronsignalseparator 41 getrennt. Die Zeilensynchronimpulse 42 werden dazu verwandt, einen Sägezahngenerator 44 in Gang zu setzen und zu synchronisieren, und die Halbbildsynchronimpulse 43 werden dazu benutzt, einen Integrator

45 jedes Halbbild rückzusetzen und in Gang zu setzen. Die Steuerung 19 für die Versetzung liefert das Eingangssignal 53

^Voffset ^^r ^^{en An}f^anS^szus"t^and im Integrator 45 und die Steuerung 18 für die Winkelorientierung ist das Eingangssignal 54 V. , das integriert wird. Das Ausgangssignal 46 V . des Integrators 45 als Funktion der Zeit ist somit

ν - ν 4. ^ ν ή+ι
^vout ~ ^voffset ⁺ J₀ ^νϊη^ατ *

Die Folge von Punkten auf einer Zeile oder die Linien auf einem Halbbild werden in der folgenden Weise erzeugt. Der Sägezctbngenerator 44 beginnt am Anfang einer Zeile. Wenn das Ausgangcsignal 47 des Sägezahngenerators 44 größer als das Ausgangssignal

46 des Integrators 45 ist, schaltet der Komparator 471 seinen Zustand um und setzt einen torgesteuerten Oszillator 48 in Betrieb. Für jeden Zyklus des Oszillators wird ein Univibrator 49 ausgelöst. Das Ausgangssignal 50 des Univibrators 49 wird mit dem Videosignal 24 in einem Videosummierungsverstärker 51 summiert. Das bewirkt eine Austastung oder erforderlichenfalls Verstärkung des Videosignals 25 an jedem Punkt zu dem Zeitpunkt, zu dem der Univibrator ausgelöst wird. Somit wird eine Reihe von Punkten auf einer Zeile oder werden Linien auf einem Teilbild auf dem Fernsehmonitor· 21 erzeugt. Wenn am Eingang des Integrators 45

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V. β O, dann ist V_u+ = ^offset ¹^¹*¹ werden sich die Punkte an derselben Stelle auf 3eder Zeile befinden, so daß das gebildete Muster eine Gruppe von gleichbeabstandeten vertikalen Linien ist. Der Beginn der Versetzung D der Zeilen wird durch die Versetzungssteuerung 19 gesteuert, die das Eingangssignal 53 ^v _Off_set ^für den Integrator 45 steuert. Wenn ^v _off_se^ 53 zunimmt, wird es länger dauern, bis der Sägezahngenerator diesen Wert erreicht, so daß die Reihe der Punkte oder Linien nach rechts bewegt sein wird. Eine Erniedrigung von ^v _Qff_set ^{nat die} entgegengesetzte Wirkung. Wenn nun das Eingangssignal 54 V^_n oder das Eingangssignal 54 für die Winkelorientierung von Null verschieden gemacht wird, wird das Ausgangssignal des Integrators 45 linear in Abhängigkeit von der Polarität von V_1n von V_offset in Phase mit jeder Erzeugung eines Halbbildes auf oder ab moduliert. Das bewirkt, daß die Reihe der Punkte auf (Jeder Zeile zu einem anderen Zeitpunkt beginnt. Der Fernsehmonitor 21 wird somit eine Gruppe von schrägverlaufenden Linien »it einer Winkelorientierung 0 zeigen. . .

Der Abstand d der Linien wird durch die Steuerung 17 für den Linienabstand gesteuert, die die Frequenz des torgesteuerten Oszillators ändert. Eine höhere Frequenz führt zu mehr Punkten auf jeder Zeile.

Fig. 6 zeigt das Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Einrichtung zur quantitativen Analyse eines Interferenzmusters mittels eines einzigen Musters, das durch die Steuereinheit erzeugt wird. Wie ee bei der Erläuterung von Fig. 2 dargestellt wurde, werden zwei versetzte Stellungen des Gittermusters auf beiden Selten des Interferenzmusters in einer Tastspeicherschaltung φ1 61 .Über die Betätigung des Druckknopfes 23 und in einer Tastspeicherschaltung φ2 62 über die Betätigung des Druckknopfes 23 gespeichert. Die Ausgangssignale der beiden Tastspeichereinheiten 67 und 68 liegen an einem Differeaizver-.stärker 63, dessen Ausgangssignal 69 an einem Absolutwertvorstärker 64 liegt. Dessen Ausgangssignal 70 wird danti als Zählorein-

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gangssignal für einen -Analogteiler 65 verwandt. Das Nennereingangssignal 60 wird dadurch erhalten, daß das Ausgangssignal 52 des torgesteuerten Oszillators 48 an einen Frequenzspannungr.wandler 72 gelegt wird. Das Ausgangssignal 71 des Teilers 65 ist nun der Bruchteil der Abweichung des Interferenzmusters vom Abstand d des Gittermusters auf dem Schirm. Dieses Ausgangssignal 71 kann an einem Digital- oder Analogschalttafel-Meßinstrument 66 angezeigt werden.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zwei erzeugte Muster dazu verwandt werden, das Interferenzmuster von einem Interferometer zu analysieren.

Fig. 8 zeigt in einer Skizze, wie zwei Meßmuster, die durch die Steuereinheit erzeugt werden, auf dem Schirm des Fernsehmonitors verwandt werden.

In Fig. 7 sind dieselben Bauteile wie in Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen versehen, außer, daß in Fig. 7 die Steuereinheit mit 16O bezeichnet ist. Die Steuereinheit 16O weist Knöpfe 170, 180 und 190 auf, die in gleicher Weise wie die Knöpfe 17,18 und 19 in Fig. 1 wirken, indem sie das Meßmuster erzeugen, um das Ausgangssignal 250 zu liefern, das dem Monitor 21 zugeführt wird. Die Funktion der Steuerungen 220 und 222 wird im folgenden beschrieben.

In Fig. 8 liegt das gestrichelte Meßmuster 137 links von der Mitte eines Streifens des Testmusters 135, jedoch in Berührring damit, und liegt ein zweites Meßmuster 138 rechts von der Mitte eines Streifens des Testmusters 135, jedoch in Berührung damit. Mit Δ ist die Versetzung zwischen den beiden Meßmustern bezeichnet.

Während sich die Steuerung 220 in der ausgeschalteten Stellung befindet, bedient dio Bedienungsperson den Steuerknopf 190 für den Versetzungsp'-tratneter D, bis das eine Muster 137 vollständig

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auf einer Seite, beispielsweise der linken Seite, liegt, jedoch immer noch in Kontakt mit der Mitte eines Streifens des Musters 135 ist. Die Bedienungsperson bringt dann den Steuerknopf 220 in die eingeschaltete Stellung, um ein zweites Muster 138 zu erzeugen, das verschoben werden kann, bis es vollständig auf der anderen Seite, beispielsweise der rechten Seite, liegt, jedoch immer noch mit dem Muster 135 in Kontakt steht. Durch die Erzeugung und Beeinf jussunj des zweiten Musters wird das erste Muster nicht beeinflußt. Weiterhin haben die beiden Muster vorzugsweise eine entgegengesetzte Farbe, d.h. sollte das eine Muster schwarz und das andere Muster weiß sein. Die Bedienungsperson drückt nun den Knopf 222 in Fig. 7, damit die Verschiebung -Δ des zweiten Musters relativ zum ersten Muster gemessen und durch den Abstand d dividiert wird, um ein Ausgangssignal zu erhalten, das die Maximumi-Minimum -Unregelmäßigkeit in dem Interferenzstreifennmster 135 in Bruchteilen des Streifenabstandes liefert.

Fig. 9 zeigt das Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Einrichtung zum Erzeugen und Beeinflussen der durch die Steuereinheit erzeugten und auf dem Schirm des Fernsehmonitors sichtbaren Muster.

Wie es in Fig. 9 dargestellt ist, werden die Zeilen und Halbbildsynchronimpulse von den Ausgangssignalen 24 der Industrie-Fernsehkamera durch den Synchronsignaltrenner 40 abgetrennt und dann voneinander über den Synchronsignalseparator 41 getrennt. Die Zeilensynchroniropulse 42 werden dazu benutzt, einen Sägezahngenerator 44 in Gang zu setzen und zu synchronisieren, und die Halbbildsynchronimpulse 43 werden dazu benutzt, jedes Halbbild einen Integrator 45 rückzusetzen und in Gang zu setzen. Die Versetzungssteuerung 190 liefert das Eingangssignal 53 ^v _Off_set für den Ausgangszustand dem Integrator, und die Steuerung 180 für die Winkelorientierung liefert das Eingangssignal V. , das integriert wird. Das Ausgangssignal V_Qut des Integrators 46 als Funktion der Zeit ist daher V_Qut « V_offset + f* ^v _indt'.

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Die Folge der Punkte auf einer Zeile oder die Linien auf einem Halbbild werden in der folgenden Weise erzeugt. Der Sägezahngenerator 44 beginnt am Anfang einer Zeile. Wenn das Ausgangssignal 130 des Sägezahngenerators 44 größer als das Ausgangs signal des Integrators 46 ist, schaltet der Komparator 42 in seinem Zustand um und setzt der Komparator einen torgesteuerten Oszillator 48 in Gang. Bei jedem Zyklus des Oszillators wird ein Univibrator 49 ausgelöst. Das Ausgangssignal 50 des Univibrators 49 wird mit dem Videosignal 24 in einem Videosummierungcverstarker 51 summiert. Das bewirkt, daß das Videosignal 250 an jedem Punkt zu dem Zeitpunkt, zu dem der Univibrator ausgelöst . wird, ausgetastet oder, falls erwünscht, verstärkt wird. Somit wird eine Reihe von Punkten auf einer Zeile oder Linien auf einem Halbbild auf dem Fernsehmonitor 21 erzeugt. Wenn am Eingang dos Integrators V. = 0 ist, dann ist V .. = ^v ₀ff_oet ^und befinden sich die Punkte auf jeder Zeile an derselben Stelle, so daß das gebildete Muster aus einer Gruppe von gleichbeabstancleten vertikalen Linien besteht. Die Versetzung D der Linien wird durch die Versetzungssteuerung 190 gesteuert, die das Eingangssignal ^offset -^ ^^r ^^en I^nT-^eS^raT;or ^5 steuert. Wenn V -χ. ,.53 erhöht wird, wird es langer dauern, bis der Sägezahngenerator 44 diesen Wert erreicht, so daß die Gruppe der Punkte odor Linien nach rechts bewegt werden wird. Eine Herabsetzung des Wertes ^otf^cet ^{hat den ent}6^eg^enS^ese'^tz'^ten Effekt. Wenn nun das Eingangssignal 54, nämlich V_in oder die Winkelorientierung 0 von Null verschieden gemacht wird, wird das /msgangssignal 46 vom Integrator 45 in Abhängigkeit von der Polarität von V. in Phase mit jeder Halbbilderzeugung von V „„ . aus linear auf oder ab moduliert. Das bewirkt, daß die Reihe der Punkte auf jeder Zeile zu einem anderen Zeitpunkt beginnt. Somit wird der Fernsehmonitor 21 eine Gruppe von schräg verlaufenden Linien mit einer Winkelorientierung 0 zeigen.

Der Abstand d der Linien wird durch die Steuerung I70 für den Linienabstand gesteuert, die die Frequenz des torgestcucrten Oszillators 48 ändert. Eine höhere Frequenz führt zu mehr Punk-

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ten auf jeder Zeile.

Das Ausgangssignal des Komparators 47 liegt an UND-Gliedern 110 und 111, die durch ein Flip-Flop 112 gesteuert werden. Das Flip-Flop 112 wird jedes Halbbild durch die Halbbildsynchronimpulse rückgesetzt und jede Zeile durch die Zeilensynchronirnpulse taktgesteuert. Das hat zur Folge, daß bei jeder geradzahligen Zeile das Verknüpfungsglied 110 und daß bei jeder ungeradzahligen Zeile das Verknüpfungsglied 111 durchgeschaltet wird. Ein veränderliches Verzögerungsglied 113 wird daher den Beginn einer Gruppe von Linien auf den geradzahligen Zeilen steuern, während ein veränderliches Verzögerungsglied 114 den Beginn einer Gruppe von Linien auf den ungeradzahligen Zeilen steuern wird. Die Ausgangssignale der Verzögerungsglieder 113 und 114 werden nach einer ODER-Funktion durch ein ODER-Glied 115 verknüpft. Da jedes Meßmuster auf jeder zweiten Zeile erscheint, erscheinen die Meßmuster als gestrichelte Linien auf dem Schirm. Um zwischen beiden Meßmustern zu unterscheiden, wird das Ausgangssignal 131 des Flip-Flop 112 dazu verwandt, schwarz oder weiß gestrichelte Linien auszuwählen. Somit besteht ein Meßmuster aus weiß gestrichelten Linien, während das andere Meßmuster aus schwarz gestrichelten Linien besteht. Durch ein Verstellen der veränderlichen Verzögerungsglieder 113 und 114 können die beiden Meßnuster relativ zueinander bewegt werden, um sie mit dem Testmuster in einer Reihe zu bringen.

Fig. 10 zeigt das Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Einrichtung zur quantitativen Analyse eines Interferenzmusters mit zwei durch die Steuereinheit erzeugten Mustern. Um quantitativ den Wert Δ/d zu bestimmen, kann dia in Fig. 10 dargestellte Schaltung ausgeführt werden. Die Ausgansssignale der veränderlichen Verzögerungsglieder 113 und liegen an Impulsbreiten-Spannungswandlern 120 und 121. Die Größe des Unterschiedes zwischen den AusgangsSignalen der Waneler 120 und 121 wird durch einen Verstärker 122 gebildet, desseiu Ausgangssignal durch die Schaltung 123 tastgespeichert wird.

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Das Ausgangssignal der Tastspeicherschaltung 123 ist dann der Wert von Δ. . Der Wert für d wird dadurch erzeugt, daß das Ausgangssignal des torgesteuerten Oszillators 48 einem Frequenzspannungswandler 124.zugeführt wird, dessen Ausgangssignal durch die Schaltung 125 tastgespeichert wird. Das Ausgangcsignal der Tastspeicherschaltung 125 ist dann der Wert d. Die Werte für A und d werden einem Teiler 126 zugeführt, um den Wert A/d zu erzeugen. Der Wert A/d wird an ein Schalttafelmeßinstrument 127 gelegt, um den Ablesewert A/d anzuzeigen.

Zusätzlich zu der ersichtlichen Zweckmäßigkeit der beschriebenen Vorrichtung und des beschriebenen Verfahrens besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, daß sie es erlaubt, simultan Test- und Meßmuster aufzuzeichnen, d.h., daß sie es erlaubt, daß das am Monitor angezeigte Bild für eine dauerhafte Aufzeichnung photographiert wird.

Es versteht sich, daß die spezielle, anhand der Figuren beschriebene Vorrichtung so abgewandelt werden kann, daß Meßmuster erzeugt werden, die komplizierter als die oben beschriebenen Muster sind, beispielsweise Muster mit gekrümmten Linien und mit einem nicht gleichmäßigen Abstand erzeugt werden, die für Testmuster oder Testbilder passen, wie sie klassische Aberrationen, beispielsweise das Coma, die sphärische Aberration und der Astigmatismus, wiedergeben. Durch eine Beeinflussung derartiger Meßmuster relativ zu den zugehörigen Testmustern kann eine quantitative Bestimmung der Unregelmäßigkeiten der Testmuster erhalten werden.

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Le ers βί te

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann · Dr. R.Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-ing. F. KHngsefsen - Dr. F. Zumstein jun.

• , PATENTANWALTS

München 2 · Brtuhausetree· 4 · TeMon SemrneW*. 226341 · Toleoranvno Zumpat J^lCY SAO 9 VQ

ZYGO CORPORATION, Middlefield,Conn.USA 3/Li

Patentansprüche

Z 25

Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von Unregelmäßigkeiten in einem geometrischen Testbild, das im wesentlichen aus Linien besteht, beispielsweise in einem Interferenzstreifenmuster, das von einem Interferometer erzeugt wird, gekennzeichnet durch einen Fernsehmonitor mit einem Beobachtungsschirm, durch eine Einrichtung zum Anzeigen des Testbildes auf dem Beobachtungsschirm, durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Meßbildes, das aus regelmäßigen Linien besteht, die annähernd mit dem Testbild übereinstimmen, und zum Anzeigen des Meßbildes auf dem Beobachtungsschirm gleichzeitig mit dem Testbild, durch eine Einrichtung zum Bewegen des Meßbildes und des Testbildes relativ zueinander, so daß die einzelnen Linien des Meßbildes in eine erst» Stellung gebracht werden können, in der alle Linien des Meßbildes auf einer Seite des Testbildes außer an wenigstens einem Teil einer Linie liegen, der mit dem entsprechenden Teil des Testbildes zusammenfällt, durch eine Einrichtung, die ein ähnliches Meßbild liefert, das in eine zweite ähnliche Stellung auf der anderen Seite des Testbildes gebracht vird, und durch eine Einrichtung, die den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Stellung mißt und den Abstand mit dem mittleren Abstand zwischen den Linien des Meßbildes vergleicht, um quantitativ die Maximum t-Minimum-ünregelmäÖigkeit des Testbildes zu bestimmen.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ' zum Liefern eines ähnlichen Meßbildes eine Einrichtung zum Speichern der Information über die erste Stellung des Meßbildes und eine Einrichtung zum Bewegen des Meßbildes in eine zweite ähnliche Stellung aufweist. 809833/0685,

3. ' Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Einrichtung zum Liefern eines ähnlichen Meßbildes eine Einrichtung aufweist, die ein zweites Meßbild erzeugt, das geometrisch identisch mit dem Meßbild ist und die dieses Meßbild in die gewünschte Stellung bringt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das eine Meßbild weiß und das andere Meßbild schwarz ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen eines Meßbildes einzelne Steuerungen aufweist, die den Abstand zwischen den Linien, die Schrägstellung der Linien und die Versetzung des Musters vom Rand des Beobachtungsschirmes liefern.

6. Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Unregelmäßigkeiten in einem Interferenztestbild, das aus einer Reihe von beabstandeten Interferenzlinien besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Testbild auf dem Schirm eines Fernsehmonitors angezeigt wird, das auf dem Schirm ein Meßbild, das aus regelmäßigen Linien besteht, die annähernd mit dem Testbild übereinstimmen, erzeugt und angezeigt wird, daß das Meßbild in eine erste Stellung gebracht wird, in der es vollständig auf einer Seite des Testbildes außer an der Stelle liegt, an der es mit der Mitte eines entsprechenden Teils einer Streifenlinie des Testbildes zusammenfällt, daß ein ähnliches Meßbild in eine ähnliche Stellung auf der anderen Seite des Testbildes gebracht wird, und daß der Abstand zwischen den beiden Stellungen mit dem mittleren Abstand zwischen den Linien des Meßmusters oder der Meßmuster verglichen wird, um somit quantitativ die Maximum-Minimum-Unregelmäßigkeit im Testbild zu bestimmen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eixi einziges Meßbild verwandt und von einer Stellung in die

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andere gebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei geometrisch identische Meßbilder entgegengesetzter Farbe erzeugt, angezeigt und auf den gegenüberliegenden Seiten des Testbildes angeordnet werden.

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