DE3112157A1

DE3112157A1 - Method and device for automatically evaluating interferometric images of interference instruments

Info

Publication number: DE3112157A1
Application number: DE19813112157
Authority: DE
Inventors: Willy 2056 Glinde Fahlandt
Original assignee: MOELLER J D OPTIK
Current assignee: MOELLER J D OPTIK
Priority date: 1981-03-27
Filing date: 1981-03-27
Publication date: 1982-10-14

Abstract

The invention provides a method for automatically evaluating interferometric images of interference instruments, in accordance with which a finely subdivided row of diodes located in an image plane of the interference instrument is adjusted perpendicularly to the interference fringes, thereupon the distance of the centres of the interference fringes is determined by triggering the front and rear edges of the interference fringes/intensity profiles generated by the row of diodes, and by averaging said signals, the device being constructed for carrying out the method in such a way that a finely subdivided row of diodes is arranged in the image plane of the interference instrument, so that a very rapid recording of measured values is possible. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Auswertung interferometrischer Bilder von Interferenzgeräten.The invention relates to a method and a device for the automatic evaluation of interferometric images of interference devices.

Interferometer zur Durchführung bestimmter Messungen an physikalischen Objekten, wie Längenmessung, Bestimmung der Brechungszahl und der Messung kleiner Winkel, beruhend auf der Interferenz des Lichtes, sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt. So sind mit Interferometern u.a. die Unebenheit polierter Planplatten, die optische Wirkung von durchsichtigen Planplatten und Prismen, die Sphärizität von Linsenflächen und die Wellenfrontdeformatxon von Objektiven prüfbar, wobei die erhaltenen Interferenzstreifen entsprechende Informationen enthalten. Ihre Auswertung wird in unterschiedlicher Art vorgenommen. So kann das Interferenzbild projiziert und die Durchbiegung der Streifen visuell abgeschätzt oder mit Hilfe eines überlagerten Rasters bestimmt werden. Auch kann mit Hilfe einer überlagerten Strichteilung die Abstandsdifferenz der Streifen bestimmt werden, die eine der Durchbiegung der Streifen entsprechende Information enthält. Außerdem ist es möglich, über eine fotografische Erfassung der Interferenzstreifen deren Durchbiegung oder Abstandsdifferenz mit Hilfe eines Längenkomperators sehr genau zu bestimmen.Interferometer for carrying out certain measurements on physical objects, such as length measurement, determination the refractive index and the measurement of small angles based on the interference of light are in the most varied Embodiments known. With interferometers, for example, the unevenness of polished flat plates, the optical effect of transparent flat plates and prisms, the sphericity of lens surfaces and the wavefront deformatxon of lenses testable, the interference fringes obtained contain relevant information. Their evaluation is carried out in different ways. So can it Interference image is projected and the deflection of the stripes is estimated visually or with the help of a superimposed Grid can be determined. With the help of a superimposed line division, the difference in distance between the strips which contains information corresponding to the deflection of the strips. It is also possible via a photographic recording of the interference fringes, their deflection or the difference in distance with the aid of a To determine length comparator very precisely.

Üblich ist dabei die Messung in zwei zueinander rechtwinklig stehenden Schnitten des Interferenzbildes.Measurement in two mutually perpendicular sections of the interference pattern is customary.

Für die Bestimmung der Eigenschaft des Prüflings in jeder Richtung z.B. zur Erfassung der Topographie einer Planfläche, sind jedoch nach den bekannten Verfahren Messungen in mehreren Schnitten erforderlich, was sehr zeitaufwendig ist, da eine Vielzahl von Meßwerten benötigt wird.To determine the properties of the test object in every direction, e.g. to record the topography of a Planar surface, however, measurements in several sections are required according to the known method, which is very important is time-consuming because a large number of measured values are required.

Es sind dagegen Vorrichtungen bekannt, die als Zusatz zu einem Interferenzgerät die automatische Auswertung der Interferenzbilder ermöglichen. Diese bestehen im wesentlichen aus einer Fernsehkamera, die verbunden ist mit einer Elektronik zur Verarbeitung des Videosignals. Die von der Fernsehkamera kommenden analogen Bildinformationen werden durch eine spezielle Elektronik zweckentsprechend verarbeitet und durch den angeschlossenen Computer ausgewertet. Bei höheren Anforderungen an die Meßgenauigkeit ist diese Automatik sehr aufwendig relativ zum eigentlichen Interferenzgerät und mit hohen Anschaffungskosten der Geräte verbunden.In contrast, devices are known which, as an addition to an interference device, automatically evaluate the Enable interference images. These essentially consist of a television camera that is connected to electronics for processing the video signal. The analog image information coming from the television camera are processed appropriately by special electronics and evaluated by the connected computer. With higher demands on the measurement accuracy, this automatic system is very expensive compared to the actual one Interference device and associated with high acquisition costs of the devices.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige automatische Auswerteinrichtung der Information interferometrischer Bilder zu schaffen, die mit Hilfe geeigneter Zusatzobjektive an viele Ausführungsarten von Interferenzgeräten ansetzbar ist und die darüber hinaus eine sehr schnelle Meßwerterfassung ermöglicht, um fehlerhafte Messungen durch Auftreten auch schon von geringsten ErschütterungenIt is therefore the object of the present invention to provide a cost-effective automatic evaluation of the information interferometric To create images with the help of suitable additional lenses on many types of interference devices can be applied and which, in addition, enables a very fast acquisition of measured values to avoid incorrect measurements Occurrence of even the slightest vibrations

des Interferenzgerätes„ zu vermeiden.of the interference device " to avoid.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren vor, nach dem man eine in einer Bildebene des Interferenzgerätes liegende, fein unterteilte Diodenzeile rechtwinklig zu den Interferenzstreifen oder zu deren Sehnen einstellt, hierauf den Abstand der Interferenzstreifenmitten durch Triggering der Vorder- und Rückflanken der von der Diodenzeile erzeugten Interferenzstreifen-Intensitätsprofile und Mittelung dieser Signale bestimmt und die Auswertung mittels eines elektronischen Rechners und Plotteis durchführt. To solve this problem, the invention provides a method, according to which one in an image plane of the interference device sets the lying, finely subdivided diode row at right angles to the interference fringes or to their chords, then the distance between the centers of the interference fringes Triggering of the leading and trailing edges of the diode array generated interference fringe intensity profiles and averaging of these signals is determined and the evaluation is carried out by means of an electronic computer and plotter.

Eine weitere Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Vorrichtung zur automatischen Auswertung interferoraetrischer Bilder von Interferenzgeräten, wobei diese Vorrichtung erfindungsgemäß in der Weise ausgebildet ist, daß in der Bildebene des Interferenzgerätes eine fein unterteilte Diodenzeile angeordnet ist, die rechtwinklig zu den Interferenzstreifen oder zu deren Sehnen einstellbar ausgebildet ist, und daß mit dem Interferenzgerät eine automatische Auswerteinrichtung, bestehend aus einem elektronischen Rechner und einem Plotter ododgl. verbunden ist.Another solution to this problem is a device for the automatic evaluation of interferometric images from interference devices, this device according to the invention is designed in such a way that a finely divided in the image plane of the interference device Diode row is arranged at right angles to the interference fringes or is designed to be adjustable to the tendons, and that with the interference device an automatic Evaluation device, consisting of an electronic Computer and a plotter or the like. connected is.

Hiernach besteht die Erfindung darin, daß in der Bildebene des Interferenzgerätes oder in einer gleichrangigen Ebene eine drehbare Diodenzeile verivendet wird, mit deren HilfeAccording to this, the invention consists in that in the image plane of the interference device or in a plane of equal rank a rotating row of diodes is used, with the help of which

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die Streifenabstände in einem Schnitt des Bildes fotoelektrisch erfaßt werden, wenn die drehbare Diodenzeile senkrecht zu der Sehne der Streifen oder eines Streifens steht.the stripe distances in a section of the image photoelectrically can be detected when the rotatable diode array is perpendicular to the chord of the strips or a strip.

Zur genauen Erfassung der zum Teil sehr unscharf begrenzten Streifen werden bei gleicher Triggerschwelle Vorder- und Rückflanke des Streifen-Intensitäts-Profils verwendet.For the exact detection of the sometimes very blurred stripes, for the same trigger threshold, front and trailing edge of the stripe intensity profile is used.

Je nach Kantenschärfe der Streifen und nach Stabilität der Streifenlage kann die Abfragung der Zeile in frei wählbaren kurz hintereinanderliegenden Abständen erfolgen, so daß über eine Mittelwertbildung der Einzelabfragungen eine genaue Erfassung der Streifenlage auch bei unscharfen Interferenzstreifen möglich ist.Depending on the sharpness of the edges of the stripes and the stability of the Strip position, the line can be queried at freely selectable intervals in quick succession, so that Using an averaging of the individual inquiries, precise detection of the stripe position even with fuzzy interference stripes is possible.

Die drehbare Diodenzeile, die im Normalfall etwa senkrecht zur Sehne des mittleren Streifens einzustellen ist, ermöglicht die Messung in mehreren Schnitten des Bildfeldes, wenn die Streifen durch Justierung des Interferenzgerätes entsprechend gedreht werden. Auf diese Weise ist z.B. die DIN-gerechte Bestimmung der Ebenheit in zwei rechtwinklig zueinander stehenden Schnitten möglich. Außerdem kann die Topographie der Fläche durch die Messung in vielen Schnitten erfaßt werden.The rotatable row of diodes, which normally has to be adjusted approximately perpendicular to the chord of the central stripe, makes it possible the measurement in several sections of the image field, if the stripes by adjusting the interference device rotated accordingly. In this way, for example, the DIN-compliant determination of the flatness is right-angled in two facing each other possible. In addition, the topography of the area can be measured in many sections can be detected.

Der Diodenzeile nachgeschaltet ist die Auswertelektronik mit der einstellbaren Triggerschwelle und dem Zwischenspeicher. Die Auswertung erfolgt durch einen einfachen Tisch-The evaluation electronics with the adjustable trigger threshold and the buffer are connected downstream of the diode line. The evaluation is carried out by a simple table

computer, der die Ausgangswerte aus dem Zwischenspeicher abruft und programmäßig verarbeitet. Ein dem Rechner nachgeschalteter Plotter ermöglicht die automatische graphische Darstellung der Werte, bei der Ebenheitsmessung z.B. der Profilkurve des gewählten Schnittes,computer that takes the output values from the buffer and processed programmatically. A downstream from the computer Plotter enables the automatic graphical representation of the values, e.g. for the flatness measurement Profile curve of the selected section,

Des weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung einer fein unterteilten, in einer Bildebene eines Interferenzgerätes angeordneten und rechtwinklig zu den Interferenzstreifen oder zu deren Sehnen einstellbaren Diodenzeile zur Abstandsbestimmung der Interferenzstreifenmitten durch Triggerung der Vorder- und Rückflanken der von der Diodenzeile erzeugten Interferenzstreifen-Intensitätsprofile und Mittelung dieser Signale zwecks automatischer Auswertung interferometrischer Bilder von Interferenzgeräten.The invention also relates to the use of a finely subdivided one in an image plane of an interference device arranged and at right angles to the interference fringes or to their chords adjustable diode row for distance determination of the interference fringe centers by triggering the leading and trailing edges of the interference fringe intensity profiles generated by the diode array and averaging these signals for the purpose of automatic evaluation of interferometric images from interference devices.

Eine Vorrichtung zur automatischen Auswertung interferometrischer Bilder von Interferenzgeräten ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt^ und zxiar zeigtA device for the automatic evaluation of interferometric images from interference devices is shown in the drawing for example shown ^ and zxiar shows

Fig. 1 den schematischen Aufbau des Interferenzgerätes mit einer angesetzten Diodenzeile und1 shows the schematic structure of the interference device with an attached row of diodes and

Fig. 2 ein Intensitätsprofil der Streifen und dieFig. 2 shows an intensity profile of the strips and the

zugehörigen Meßimpulse nach der Verarbeitung in der elektronischen Baugruppe..associated measuring pulses after processing in the electronic assembly ..

^ 1 1 ? ". ς 7^ 1 1? ". ς 7

Entsprechend Fig. 1 besteht das Interferenzgerät 100 aus einem in der Zeichnung bei 110 angedeuteten Gerätegehäuse mit einer in diesem angeordneten Lichtquelle 1, einem Kollimatorobjektiv 2, einer Lichtteilerplatte 3, einer Referenzfläche 5, einem Objektiv 6 und einem weiteren Objektiv 7 zur Abbildung der Interferenzstreifen sowie mit einem teildurchlässigen Spiegel 8, der auch als Schwenkspiegel ausgebildet sein kann. Ferner ist mit 9 eine Mattscheibenebene und mit 10 eine angesetzte Diodenzeile bezeichnet. Bei 4 ist der Prüfling angedeutet.According to FIG. 1, the interference device 100 consists of a device housing indicated at 110 in the drawing with a light source 1 arranged in this, a collimator lens 2, a light splitter plate 3, a Reference surface 5, an objective 6 and another objective 7 for imaging the interference fringes and with a partially transparent mirror 8, which also acts as a swivel mirror can be formed. Furthermore, with 9 a ground glass plane and with 10 an attached diode line designated. The test item is indicated at 4.

Die Mattscheibenebene 9 und die Diodenzeile 10 sind darüber hinaus in Draufsichten dargestellt.The ground glass plane 9 and the diode row 10 are also shown in plan views.

Die zum Auswerten erforderliche Elektronik ist bei 11 angedeutet, die mit einem Plotter 13 über einen Zwischenspeicher 12 verbunden ist.The electronics required for evaluation are indicated at 11, which is connected to a plotter 13 via a buffer store 12.

Die Auswertung interferometrischer Bilder erfolgt dabei in der Weise, daß mittels der drehbar angeordneten Diodenzeile die Streifenabstände des jeweils projizierten Interferenzbildes erfaßt werden, wenn die Diodenzeile senkrecht zu der Sehne der Streifen oder eines Streifens steht. In Fig. 2 ist die Kurve KD dargestellt, die die Diodenzeile 10 liefert. Zur genauen Erfassung der zum Teil sehr unscharf begrenzten Streifen werden bei gleicher Trägerschwelle Vorderflanke VF und Rückflanke RF des Streifen-Intensitäts-Profils KD verwendet,The evaluation of interferometric images takes place in such a way that by means of the rotatably arranged diode line the stripe spacing of the projected interference image can be detected when the diode line is perpendicular to the Tendon of the stripe or a stripe stands. In Fig. 2, the curve KD is shown, which the diode row 10 supplies. For the exact detection of the stripes, some of which are very indistinctly delimited, with the same carrier threshold, leading edges VF and back flank RF of the stripe intensity profile KD is used,

Es erfolgt dann die Mittelwertbildung zwischen zwei Signalverarbeitungskurven SV und Sv1, wobei dann die Mittelwerte al» a2 und a3 erhalten werden.The mean value formation then takes place between two signal processing curves SV and Sv1 , the mean values a1 »a2 and a3 then being obtained.

Claims

D i PL- O NG. J. R ICHTEFT '"*" - - - --PATENTANWÄLTE DSPL. = ING. F. WERDERMAMN REINS. REPRESENTATIVE AT THE EPO · PROFESSIONAL REPRESENTATIVES B 'FORE EPO · MANDATAIRES AGREES PRES LOEB 2OOO HAMBURG 36 03/26/1981 NEW WALL1O' S "(O 4O) 340045/3400 56 TELEGRAMS:! UNSER NVENTIUS HAMBURS TELEX 32. OURICHEN F1 —1—81148 / - III-81149 Applicant: JD Möller Optische Werke GmbH, 2000 Wedel / Hamburg Title; Method and device for the automatic evaluation of interferometric images from interference devices.

1. Process for the automatic evaluation of interf erometric Images of interference devices, characterized in that one is in an image plane of the interference device sets the lying, finely subdivided diode row at right angles to the interference fringes or to their chords, then the distance between the centers of the interference fringes by triggering the leading and trailing edges of the diode array generated interference fringes - intensity profiles and averaging of these signals are determined and the Performs evaluation using an electronic computer and plotter.

2. Device for carrying out the method for the automatic evaluation of interferometric images of interference devices according to claim 1, characterized in that that in the image plane of the interference device (100) a finely divided diode line (10) is arranged, which is designed to be adjustable at right angles to the interference fringes or to their chords is, and that with the interference device an automatic evaluation device, consisting of an electronic Computer (11, 12) and a plotter (18) or the like. connected is.

3. Use of a finely divided in an image plane of an interference device and arranged at right angles adjustable to the interference fringes or to their chords Diode line to determine the distance between the centers of the interference fringes by triggering the front and Trailing edges of the interference fringe intensity profiles generated by the diode row and averaging of these signals for the purpose of automatic interferometric evaluation Images of interference devices.