DE3318293A1

DE3318293A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen von aberrationen

Info

Publication number: DE3318293A1
Application number: DE19833318293
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Sueda; Minoru Tokyo Yoshii
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-05-25
Filing date: 1983-05-19
Publication date: 1983-12-01
Also published as: JPS58205834A; US4641962A

Description

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Aberrationen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Aberrationen in einem Linsensystem.

Das in Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen dargestellte Verfahren ist als ein Verfahren zum Messen der Aberrationen, nämlich der sphärischen Aberration, der . Koma, des Astigmatismus und der Bildfeldkrümmung, in einem Linsensystem bekannt. In Fig. 1, die ein Beispiel des Standes der Technik zum Messen der sphärischen Aberration zeigt, bezeichnen die Bezugsziffer 1 eine Punktlichtquelle und die Bezugsziffer 2 ein Kollimatorlinsensystem zur Kollimation des Lichtes der Lichtquelle 1. Bei 3 ist eine sogenannte Hartmann¹sehe Platte angeordnet, die zur Festlegung der Einfallshöhe des in die Eintrittspupille einer zu prüfenden Linse 4 eintretenden Lichtes dient. Mit 5 sind lichtempfindliche Flächen bezeichnet, die zur Registrierung des aus der Linse austretenden Lichtes dienen. Die sphärische Aberration wird unter Verwendung des mit der lichtempfindlichen Fläche vor der Bildebene der Linse registrierten Lichtes und des mit der lichtempfindlichen Fläche 5, die hinter

jenem Ort um die endliche Strecke d entfernt gelegen ist, registrierten Lichtes gemessen. D. h., die konjugierten Belichtungspunkte auf den beiden lichtempfindlichen Flächen sind miteinander verknüpft, wie dieses in Fig. 2 dargestellt ist, wobei die Lichtstrahlverfolgung bewerkstelligt wird von einer Stellung, bei der die Lichtstrahlen die optische Achse oder die Bildebene kreuzen, und wobei die resultierenden Daten zur Errechnung der Kurve 6 für die sphärische Aberration interpoliert worden sind. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine genaue Einstellung der beiden Orte für die lichtempfindlichen Flächen und erfordert auch die Notwendigkeit einer hochgenauen Ablesung der Position jedes Lichtstrahls zur Lichtstrahlpositionsbestimmung. Darüberhinaus müssen zwei Lichtstrahlpositionen abgelesen werden, um einen einzelnen Lichtstrahl zu bestimmen. Dieses hat den Nachteil, daß für die Messung viel Zeit erforderlich ist und daß das Resultat der Messung instabil wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Aberrationsmeßverfahren und eine Aberrationsmeßvorrichtung bereitzustellen, das bzw. die die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik nicht besitzen. Insbesondere soll dabei die Möglichkeit eröffnet werden, das Resultat der Messung durch einen Computer zu verarbeiten.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 bis 5 alternativ gekennzeichnet.

Beim erfindungsgemäßen Aberrationsmeßverfahren wird eine Punktlichtquelle bei der im Falle einer regulären Projektion vorhandenen Bildebene der zu prüfenden Linse vorgesehen. Diese Bildebene ist nachstehend einfach als die Bildebene der zu prüfenden Linse bezeichnet. Es ist dieses also der Ort, wo das Bild eines Objektes im Vergleich zur tatsächlichen Größe des Objektes verkleinert wiedergegeben wird.

Das durch die zu prüfende Linse gegangene Lichtstrahlenbündel wird in eine Vielzahl vorbestimmter Lichtstrahlen getrennt, und diese Lichtstrahlen werden an einer Stelle nachgewiesen, die im Abstand gelegen ist von der zur Positionier Bildebene optisch konjugierten Position und an der die Vielzahl Lichtstrahlen voneinander separiert und identifiziert werden könne, wodurch Aberrationen gemessen werden. Wenn die Aberrationen der zu prüfenden Linse bei einer Abbildung ins Endliche zu messen sind, kann ein vergrößertes Bild der Punktlichtquelle durch die zu prüfende Linse erhalten werden. Sollen aber die Aberrationen der zu prüfenden Linsen bei einer Abbildung ins Unendliche gemessen werden, dann wird das die prüfende Linse passierende Lichtstrahlenbündel

ein paralleles Bündel, es ist daher eine Kollimatorlinse zum konvergieren dieses parallelen Bündels erforderlich. In einem solchen Fall kann ein vergrößertes Bild der Punktlichtquelle erhalten werden durch Größermachen der Kollimatorlinsenbrennweite als die der zu prüfenden Linse,

Wenn das durch die zu prüfende Linse gegangene Lichtstrahlenbündel in eine Vielzahl Lichtstrahlen getrennt wird/ dann sind diese von einem Hauptstrahl in der hierzu senkrechten Ebene um eine vorbestimmte Entfernung getrennt oder sind diese von der optischen Achse der zu prüfenden Linse in der hierzu senkrechten Ebene um einen vorbestimmten Abstand getrennt.

Die Tatsache, daß die erwähnten Lichtstrahlen voneinander getrennt und identifiziert werden können, bedeutet daß ihre Positionen ermittelt und entsprechend zugeordnet werden können.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Figuren 3 ff. im einzelnen beschrieben; es zeigen:

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aberrationsmessung im Falle einer Abbildung ins Unendliche,

Fig. 4 bis 7 die Ansichten zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 8 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer automatischen Meßapparatur, die nach dem erfindungsgemäßen Meßverfahren arbeitet,

Fig. 9 und 10 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßverfahrens zur Bestimmung der Aberrationen im Falle einer Abbildung ins Endliche,

Fig.11 eine Ausführungsform für das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen der Aberrationen in einer Linse im Falle einer endlichen Abbildungsentfernung ,

Fig.12 A und 12 B je eine Ansicht, wie eine Hartmann'sehe Platte relativ zur Pupille angeordnet wird, wenn außeraxiale Aberrationen zu messen sind,

Fig.13 A und 13 B eine Darstellung, wie eine Hartmann'sehe Platte vorgesehen wird,

wenn außeraxiale Aberrationen zu messen sind.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Aberrationsmeßverfahrens und illustriert den Fall einer Aberrationsmessung an einer Linse, die ins Unendliche abbildet, d. h. das Objekt befindet sich während einer regulären Projektion im Unendlichen. Die Lichtquelleneinheit 11 dieser Apparatur ist eine monochromatische Punktlichtquelle oder Linienlichtquelle. Sie wird durch eine Glühlampe oder eine Niederdruckentladungslampe, einem monochromatisierenden Filter und einer Nadellochoder Spaltblende gebildet. Die monochromatische Punkt- oder Linienlichtquelle kann auch mit Hilfe eines Lasers und eines kurzbrennweitigen Linsensystems gebildet werden. Im Falle einer Linienlichtquelle verläuft deren Linie senkrecht zur Zeichenebene. Die zu prüfende Linse 12 befindet sich in Abbildungsposition, d. h. ihre Bildebenenposition fällt mit der Lichtquelle 11 zusammen. Hinter der zu prüfenden Linse 12 ist eine Hartmann'sehe Platte angeordnet. Sie dient zum Trennen der Lichtstrahlenbündels der Linse 12 in eine Vielzahl Lichtstrahlen, die von der optischen Achse um einen vorbestimmten Betrag in der zur optischen Achse der Linse 12 senkrechten Richtung entfernt sind. Die Hartmann'sehe Platte enthält eine Nadelloch-Reihe und ist in der Nähe der Pupille der die optische Achse

enthaltenden Linse 12 angeordnet. Demgemäß trennt sie das aus der Linse 12 austretende Lichtstrahlenbündel in eine Vielzahl zu prüfender Lichtstrahlen, die auf vorbestimmte Höhen gegen die optische Achse begrenzt sind. Hinter der Hartmann'sehen Platte 13 befindet sich eine Linse 14, deren Aberrationen gut korrigiert sind. Diese Linse wird nachstehend als Kollimatorlinse bezeichnet. Die Brennweite f der Kollimatorlinse 14 ist ausreichend größer als die Brennweite f. der zu prüfenden Linse 12. Eine lichtempfindliche Fläche 15 ist ausreichend weit von der. Kondensierposition der Kollimatorentfernt

linse 14Λ und zwar entweder davor oder dahinter, so daß die Lichtstrahlen voneinander ausreichend separiert und identifiziert werden können. Das von der Lichtquelle 11 emittierte Lichtstrahlenbündel wird durch die zu prüfende Linse 12 rückwärts projiziert und wird zu einem parallelen Lichtstrahlenbündel. Aus diesem parallelen Lichtstrahlenbündel werden mit Hilfe der Hartmann'sehen Platte 13 Lichtstrahlen entsprechend der Höhe der Eintrittspupille der Linse 12 gebildet. Die Eintrittspupille der Linse 12 bedeutet die Eintrittspupille bei Verwendung der Linse 12 bei der tatsächlich benutzten regulären Projektion, d. h. derart, daß das Bild des Objektes gegenüber der tatsächlichen Objektgröße verkleinert wird. Die solcherart erzeugten Lichtstrahlen werden durch die hinter der Hartmann'sehen Platte 13 angeordnete Kollimatorlinse 14

kondensiert und treten in die lichtempfindliche Fläche 15 ein, die vor oder hinter der Bildebene der Kollimatorlinse 14 angeordnet ist. Wenn man annimmt, daß die Kollimatorlinse 14 im Vergleich zur zu prüfenden Linse ausreichend gut korrigiert ist, die Linse 12 keine Aberrationen besitzt und die Hartmann'sehe Platte äquidistant angeordnete öffnungen aufweist, dann werden die auf der lichtempfindlichen Fläche 15 registrierten Lichtstrahlpunkte je gleich weit voneinander entfernt sein, wie dieses in Fig. 4 dargestellt ist. Wenn aber eine Aberration (sphärische Aberration) in der zu prüfenden Linse 12 vorhanden ist, werden die Lichtstrahlpunkte in ungleichen Abständen voneinander liegen, wie dieses in Fig. 5 dargestellt und der Fall beim oben beschriebenen Stand der Technik ist. Die Größe der Verschiebung dieser ungleichen Intervalle gegenüber den gleichen Intervallen entspricht der lateralen Aberration, dem Querfehler, der zu prüfenden Linse 12. Das oben beschriebene Beispiel aus dem Stand der Technik ist vom regulären Projektionstyp, und die Empfindlichkeit, die die Positionen der Lichtstrahlen bestimmt, muß der geforderten Meßgenauigkeit der lateralen Aberration entsprechen. Das vorliegende Verfahren ist vom umgekehrten Projektionstyp, wobei eine Punktlichtquelle bei der Bildebenenposition der zu prüfenden Linse vorgesehen ist.und deshalb die Bestimmung der Positionen der Lichtstrahlen um die Projektionsver-

größerung vervielfacht wird, also das Bild der Punktlichtquelle generell vergrößert ist. Bei einem System, bei dem eine Kollimatorlinse wie bei der vorliegenden Ausführungsform benutzt wird, ist, wenn die Brennweite der Kollimatorlinse f und die Brennweite der zu

prüfenden Linse f. ist, die Größe der Verschiebung gegen gleiche Intervalle der Lichtstrahlen gleich dem f /f -fachen der zu prüfenden Linse. D. h., wenn die Nachweisempfindlichkeiten der Lichtstrahlpositionen dieselben sind, liefert das erfindungsgemäße Verfahren eine höhere Nachweisgenauigkeit für die laterale Aberration. Wenn daher die Nachweisgenauigkeit der sphärischen Aberration dieselbe ist wie bei dem oben beschriebenen Beispiel des Standes der Technik, dann kann die Koordinatennachweisgenauigkeit von Licht auf der lichtempfindlichen Fläche 15 entsprechend niedriger sein. Es gibt auch ein Verfahren zur Bestimmung der sphärischen Aberration, bei dem die lichtempfindliche Fläche in vorbestimmtem Abstand D von der Kollimatorlinse 14 angeordnet und geometrisch die sphärische Aberration der zu prüfenden'Linse errechnet wird. Die Genauigkeit, mit der diese lichtempfindliche Fläche angeordnet wird, ist im Vergleich zu der Genauigkeit, mit der die lichtempfindliche Fläche des vorerwähnten Beispieles des Standes der Technik angeordnet wird, um einen Betrag größer, der der Längsvergrößerung entspricht, weil eine Vergrößerungsprojektion bewirkt wird.

D. h., erstere Genauigkeit kann entsprechend niedriger als letztere gewählt werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird das Lichtstrahlenbündel im Rückwärtsprojektionsverfahren nachgewiesen, und darüber hinaus in einer defokussierten Stelle. Deshalb muß die Lage des Lichtstrahls im Falle einer regulären Projektion auf der Basis des festgestellten Wertes errechnet werden. Es sei nun als ein Beispiel eines solchen Verfahrens zur Feststellung der sphärischen Aberration ein Verfahren zum geometrischen Feststellen der sphärischen Aberration mit in vorbestimmter Lage angeordneter lichtempfindlicher Fläche an Hand von Fig. beschrieben. In Fig. 6 bedeuten f die Brennweite der Kollimatorlinse, R die Hohe des Loches der Hartmann'sehen Platte von der optischen Achse, D den Abstand zwischen der Fokuslage der Kollimatorlinse 14 und der lichtempfindlichen Fläche 15 und L die Lage des Lichtstrahls (strichpunktierte Linie) auf der lichtempfindlichen Fläche 15 wenn keine Aberration in der zu prüfenden Linse vorhanden ist. Bei vorhandener sphärischer Aberration trifft der Lichtstrahl um eine Strecke.1 gegen den Auftreffpunkt des idealen Lichtstrahls versetzt auf. Die sphärische Aberration der zu prüfenden Linse wärend der Rückwärtsprojektion, die diesem Lichtstrahl entspricht, wird durch die Vergrößerung vervielfacht. Der Betrag der longitudinalen Aberration (Längsfehler) ist als ß und

der Betrag der lateralen Aberration ist als T bezeichnet Die laterale Aberration T kann wie folgt ausgedrückt wer den:

r= —

f x(L + 1 + R)

f + D
c

Hierin haben f , D und R die angegebene Bedeutung und L + 1 ist die Höhe des gemessenen Lichtstrahls. Aus diesem Wert der lateralen Aberration T kann die Größe der lateralen Aberration γ¹ während der regulären Projektion berechnet werden wie folgt:

Y¹= - f¹ Y (2)

wobei das Vorzeichen hiervon mitberücksichtigt ist. In dieser Gleichung ist f_, die Brennweite der zu prüfenden Linse. Auch die Größe der longitudinalen Aberration ß wärend einer Rückwärtsprojektion kann ausgedrückt werden als

γχ (f

Von dem Wert dieser Größe der longitudinalen Aberration ß kann die Größe der longitudinalen Aberration ß¹ während der regulären Projektion gerechnet werden wie folgt:

β« _ -(^i) a χ β (4)

wobei das Vorzeichen hiervon berücksichtigt ist.

Die vorstehenden Erörterungen ist die Beschreibung für einen einzelnen Lichtstrahl, dasselbe gilt aber auch für alle anderen Lichtstrahlen, die die Hartmann¹sehe Platte passiert haben. Es ist daher durch Verbinden der einzelnen Aberrationspunkte durch eine entsprechende Kurve möglich, die sphärische Äberrationskurve für die reguläre Projektion zu finden.

In Fig. 6 erfolgte die Beschreibung an Hand des Beispieles der sphärischen Aberration, in ähnlicher Weise kann aber auch die Koma für außeraxiales paralleles Licht gemessen werden.

Das Verfahren zum Messen der Aberrationsgröße entsprechend Fig. 6 ist eine geometrische Methode. Jedoch kann die Größe der Aberration während der regulären Projektion auch durch ein Verfahren unter Verwendung einer Berechnungsformel gefunden werden. Ein Beispiel hierfür ist nachstehend an Hand von Fig. 7 beschrieben. In Fig. 7 stellt die Ordinate den Wert von L + 1 dar, der der gemessene Wert jedes Lichtstrahls ist, während auf der Abszisse die Höhe der durch die Hartmann¹sehe

Platte gegebenen Pupille gegen die optische Achse ist. Die ausgezogene Kurve gibt die laterale Aberration für den Fall wieder, bei dem die Größe der lateralen Aberration der zu prüfenden Linse bei regulärer Projektion mit der Vergrößerung multipliziert wird und wobei ein Defokussierfehler um D enthalten ist. Die gestrichelte Linie gibt die Lage des Lichtstrahls auf der Defokus-Ebene wieder, wenn die zu prüfende Linse aberrationsfrei ist. Bezeichnet man den Wert von L + 1 mit Y (x) und bezeichnet man die Bupillenhöhe mit x, dann kann die Lage jedes Lichtstrahls in polynomer Annäherung ausgedrückt werden durch:

Y(x) = a,x + a„x + a₃x + a.x ... + a χ (5)

Hier stellt der Term erster Ordnung den Defokus dar und ist deshalb im paraxialen Bildpunkc gleich Null. Weiterhin befindet sich die sphärische Aberration in Berührung mit der x-Achse beim paraxialen BiIdpunkt. Deshalb ist auch der Term zweiter Ordnung Null. Demgemäß ergibt sich für die laterale Aberration in der Brennebene der Kollimatorlinse f während einer Rückwärtsprojektion der Ausdruck

3 4 η

(χ) = a₃x + a₄x + ... + a_nx . (6)

Aus dieser lateralen Aberration Y(x), errechnet sich die laterale Aberration Y' (x) für reguläre Projektion wie folgt;

In ähnlicher Weise kann die longitudinale Aberration ß'(x) für reguläre Projektion ausgedrückt werden wie folgt:

ß' (x) =^ I¹ (χ). (8)

Auf diese Weise können laterale und longitudinale Aberration für reguläre Projektion auch rechnerisch in polynomer Näherung aufgefunden werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird mit Rückwärtsprojektion gearbeitet, d. h. mit Vergrößerungsprojektion, die Ablesegenauigkeit und die Installationsgenauigkeit der lichtempfindlichen Fläche 15 kann daher wie erwähnt auch kleiner bleiben„ Demgemäß kann die lichtempfindliche Fläche 15 durch ein Fotodiodenfela oder dergleichen gebildet werden, deren Rasterfeinheit geringer ist als die Abbildungseigenschaften der zu prüfenden Linse. Dieses ermöglicht es, die Ausgangsdaten in einen Mikrocomputer oder dergleichen einzuführen und eine

automatische iiessung durchzuführen, bei der die vox~- stehend erwähnte Operation ausgeführt wird. Fig. 8 zeigt schematisch eine solche automatische Meßvorrichtung. In Fig. 3 bezeichnen die Bezugsziffer 20 einen Fotodetektor beispielsweise ein Fotodiodenfeld, die Bezugsziffer 21 eine Operationsschaltung, z. B. ein Mikrocomputer, und die ßezugsziffer 22 ein äußeres Ausgangsinstrument, beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre oder ein Drucker, der das Resultat der Operation anzeigt. Im Falle einer solchen automatischen rlessung können Wellenfrontaberrationen insbesondere von geometrisch optischen Aberrationen abgeleitet werden, Messung und Bewertung des Linsensysteras können daher bezüglich zahlreicher Parameter durchgeführt werden. Ist die Wellenfrontaberration W(x) zu untersuchen, dann kann die folgende Gleichung benutzt werden:

W(x) = —- ■' Y' (x)dx. (9)

Jo

D. h. die oben erwähnte Polynomgleichung kann in Richtung der Pupillenhöhe integriert werden.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren ist im vorstehenden an Hand des Beispiels einer Messung axialer Aberrationen bei der Objektentfernung unendlich unter Verwendung einer Kollimatorlinse beschrieben worden. Andererseits

-"2V-

ist die Kollimatorlinse nicht erforderlich, wenn die Messung bei endlicher Objektentfernung und Vergrößerung durchgeführt wird. Fig. 9 zeigt die Messung axialer Aberrationen bei Abbildung mit einer endlichen Vergrößerung, und Fig. 10 zeigt die Messung von Aberrationen für ein außeraxiales Lichtstrahlenbündel bei endlicher Vergrößerung. Die Hartmann'sehe Platte 13 befindet sich zwischen der zu prüfenden Linse 12 und dem von ihr entworfenen Bild der Punktlichtquelle 11, und zwar ausreichend dicht bei der zu prüfenden Linse 12, Die Linse 12 entwirft ein vergrößertes Bild der Punktlichtquelle 11. Eine lichtempfindliche Fläche 15 befindet sich in ausreichend großem Abstand vom Bild der Punktlichtquelle, so daß die von der Hartmann'sehen Platte getrennten Lichtstrahlen ausreichend weit voneinander separiert sind und identifiziert werden können.

Wachstehend sei nun beschrieben, wie der Wert im Falle einer regulären Projektion vom in Rückwürtsprojektion gemessenen Wert der zu prüfenden Linse ermittelt werden kann, wenn das Objekt in endlicher Entfernung liegt, Fig. 11 zeigt eine Anordnung zum Kessen der Aberrationen der Linse 12 bei endlicher Objektentfernung. In Fig. 11 bedeuten H die Hauptebene der zu prüfenden Linse, f deren Brennweite, y' den Abstand von der einen Brennpunktlage der Linse 12 zur Punktlichtquelle 11 und y den

Abstand von der anderen Brennpunktlage der Linse zur Kondensierungsstelle G. Die Lageinformation jedes Lichtstrahles , die an der lichtempfindlichen Fläche 15 gemessen wird, kann in eine Information über die Konvergenzlage des Lichtstrahls bei der Kondensierungsstelle G umgesetzt werden, und zwar mit Hilfe des Abstandes zwischen der Hartmann¹sehen Platte 13 und der Kondensierungsstelle G und des Abstandes D zwischen der Kondensierungsstelle G und der lichtempfindlichen Fläche wie im Falle einer Abbildung ins Unendliche. Wenn die Größe der lateralen Aberration und die Größe der longitudinalen Aberration an der Kondensierungsstelle G /bzw. ß sind, dann kann die Größe der lateralen Aberration T¹ für reguläre Projektion errechnet werden aus:

während die Größe der longitudinalen Aberration ß' bei regulärer Projektion errechnet werden kann aus:

ß¹ = - i-~)² ß. (11)

Auch die Polynom-iJäherungsrechnung kann in ähnlicher iveise wie oben beschrieben durchgeführt werden.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der in Fig. 3 und 3 dargestellte Fall, bei dem die Objektentfernung unendlich ist, und der in Fig. und 10 dargestellte Fall, bei dem die Objektentfernung endlich ist, gesondert dargestellt worden, die Aberrationen müssen aber, wenn die Objektentfernung geändert wird, in einer einzigen Apparatur gemessen werden. Demgemäß ist die Kollimatorlinse 14 aus dem optischen Strahlengang herausschwenkbar angeordnet und wird nur in den Strahlengang eingeschwenkt, wenn die Aberrationen der zu prüfenden Linse für die Objektentfernung unendlich gemessen werden. Auch die Lichtquelle 11, die bei der Bildebenenposition der zu prüfenden Linse 12 vorgesehen ist, muß in ihrer Lage entsprechend der Änderung der Bildebenenposition geändert werden, wenn sich die Objektentfernung ändert. Es ist daher notwendig, eine Einrichtung zum Ändern des Abstandes zwischen Lichtquelle 11 und der zu prüfenden Linse 12 in Richtung der optischen xAchse entsprechend der Änderung der Bildebenenlage vorzusehen. Ebenfalls ist es notwendig, sowohl die axialen als auch die außeraxialen Aberrationen der Linse zu messen, und dieses führt zu der iSIotwendigkeit, Mittel zum Ändern der gegenseitigen Lage zwischen Lichtquelle 11 und Linse 12 in zur optischen Achse senkrechter Richtung vorzusehen. Die Konvergenzlage der gemessenen Lichtstrahlen ändert sich ebenfalls mit dem Typ der zu

prüfenden Linse und mit einer Änderung der Objektentfernung, es ist daher wünschenswert, daß die lichtempfindliche Fläche 15 längs des Strahlenganges verschieblich angeordnet ist.

Wenn ein außeraxiales Lichtstrahlenbündel zu messen ist, wobei der Ort, der den sagittalen Lichtstrahl bestimmt, durch die Hartmann¹sehe Platte begrenzt ist, wird einerseits der Maximalwert des Durchmessers der Pupille 23 gewählt, wie dieses in Fig. 12A dargestellt ist und wird andererseits der Hauptstrahl 24 benutzt, wie dieses in Fig. 12B dargestellt ist. Eine solche Auswahl muß entsprechend den jeweiligen Meßbedingungen getroffen werden.

Figuren 13A und 13B zeigen die Positionen der Hartmann.¹ sehen Platte wenn ein außera:iiales Lichtstrahlenbündel gemessen wird. Fig. 13A bezieht sich auf den Fall, daß die Hartmann¹sehe Platte senkrecht zur optischen Achse OA der zu prüfenden Linse 12 angeordnet ist, während Fig. 13B den Fall darstellt, daß die Hartmann¹sehe Platte 13 senkrecht zum Hauptstrahl PA verläuft. In jedem dieser Fälle sind die Öffnungen der Hartmann¹sehen Platte so vorgesehen, daß Lichtstrahlen in vorbestimmten Höhen durchgehen. Anstelle der Hartmann¹sehen Platte kann jede Vorrichtung benutzt werden, die die Funktion einer selektiven

Erzeugung einer Vielzahl Lichtstrahlen vorbestimmter Höher aus einem Lichtstrahlenbündel auszuführen vermag.

Üblicherweise wird, wie oben beschrieben, so vorgegangen, daß die Lichtstrahlnachweisposition, wobei die Lichtstrahlen ausreichend voneinander separiert und identifiziert werden können, so gewählt wird, daß die gegenseitigen Beziehungen zwischen den Lichtstrahlen ebenso wie in dem Fall festgestellt werden können, wenn das Lichtstrahlenbündel in eine Vielzahl Lichtstrahlen durch die Hartmann'sehe Platte getrennt wird. Wenn aber die Korrespondenzverknüpfung zwischen jedem Lichtstrahl bei separiertem Lichtstrahlenbündel und jedem Lichtstrahl an seiner nachgewiesenen Position identifiziert werden kann, dann können die Lichtstrahlen an jedem Ort nachgewiesen werden, wo sie separiert sind.

Wie beschrieben, erfordert die Aberrationsmessung bei Abbildung ins Unendliche und die Aberrationsmessung bei Abbildung ins Endliche eine bzw. keine Kollimatorlinse. Es ist deshalb bei der nach dem vorliegenden Verfahren arbeitenden Meßapparatur bevorzugt, daß die Kollimatorlinse aus dem optischen ileßstrahlengang ausschwenkbar angeordnet ist.

Beim erfindungsgeraäßen Aberrationsmeßverfahren ist demgemäß das optische System ein Rückwärtsprojektionssystem, und eine Lichtquelle ist bei der Bildebene der zu prüfenden Linse vorgesehen, wobei die konver-gierenden oder divergierenden Strahlen, die das vergrößerte und projizierte, durch das vorerwähnte optische System erzeugte Bild der Lichtquelle liefern, an einer Stelle beobachtet werden, die ausreichend weit vom Bild der Lichtquelle entfernt ist, so daß die Aberrationen der zu prüfenden Linse geraessen werden können. Das Verfahren liefert eine hohe Meßgenauigkeit und eignet sich ausgezeichnet für eine Automatisierung der Messung.

Der Ausdruck Linse, wie er hiern gebraucht wird, umfaßt selbstverständlich nicht nur Einzellinsen, sondern auch aus mehreren Linsen zusammengesetzte Systeme. Als typisches Beispiel seien hier nur Kameraobjaktive genannt.

Claims

Patentansprüche

1.) Aberrationsmeßverfahren,
gekennzeichnet durch

- Anordnen einer Lichtquelle in der Position der Bildebene einer zu prüfenden Linse und Einfallenlassen des Licht-.Strahlenbündels der Lichtquelle auf die zu prüfende Linse,

- Trennen des durch die zu prüfende Linse gegangenen Lichtstrahlenbündels in eine Vielzahl von Lichtstrahlen in einer zu einem Hauptstrahl oder der optischen Achse der zu prüfenden Linse senkrechten Ebene und

- Feststellen dar Position jedes Lichtstrahlenbündels an einer Stellung., die im Abstand gelegen ist von der zur Bildebenenposition bezüglich der zu prüfenden Linse optisch konjugierten Position und bei der die Vielzahl von Lichtstrahlen voneinander separiert werden können.

Radeckestraüe 43 8000 München 60 Telefon (OS?) 883603/883604 Telex 5212313 Telegramme Patentconsuit

Sorinenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 4186237 Telegramme Patentconsuit

Teletex (CCITT 2) Wiesbaden und München (089) 8344618 Attention Patentconsuit

2. Aberrationsmeßverfahren,
gekennzeichnet durch

- Vorsehen einer Lichtquelle in der Bildebenenposition einer zu prüfenden Linse und Umformen des Licht« Strahlenbündels der Lichtquelle in ein paralleles Lichtstrahlenbündel durch die zu prüfende Linse,

- Trennen des durch die zu prüfende Linse gegangenen . Lichtstrahlenbündels in eine Vielzahl von Lichtstrahlen in einer zu einem Hauptstrahl oder der optischen Achse der zu prüfenden Linse senkrechten Ebene,

- Konvergieren der Vielzahl paralleler Lichtstrahlen durch eine Kollimatorlinse, deren Brennweite größer ist als die der zu prüfenden Linse und deren Aberrationen gut auskorrigiert sind, und

- Feststellen der Position jedes Lichtstrahls in einer Stellung, die im Abstand gelegen ist von der zur Bildebenenposition bezüglich eines die zu prüfende Linse und die Kollimatorlinse enthaltenden optischen Systems optisch konjugierten Position und in der die Vielzahl Lichtstrahlen voneinander separiert werden können.

3. Aberrationsmeßvorrichtung,
gekennzeichnet durch

- eine Lichtquelle in der Bildebenenposition einer zu prüfenden Linse, um ein Lichtstrahlenbündel

auf die zu prüfende Linse einfallen zu lassen, Mittel zum Trennen des durch die zu prüfende Linse gegangenen Lichtstrahlenbündels in eine Vielzahl Lichtstrahlen in einer zu einem Hauptstrahl oder zur optischen Achse der zu prüfenden Linse senkrechten Ebene und

- einen Lichtstrahlpositions-Detektor in einer Stellung, die im Abstand gelegen ist von der zur Bildebenenposition bezüglich der zu prüfenden Linse optisch konjugiert ist und in der die Vielzahl Lichtstrahlen voneinander separiert werden können.

4. Aberrationsmeßvorrichtung,
gekennzeichnet durch

- eine Lichtquelle in der Brennebenenlage der zu prüfenden Linse zu deren Beaufschlagung mit einem Lichtstrahlenbündel ,

■- eine Einrichtung zum Trennen des durch die zu prüfende Linse in ein Parallelstrahlenbündel umgeformten Lichtstrahlenbündels in eine Vielzahl von Lichtstrahlen in einer zu einem Hauptstrahl oder der optischen Achse der zu prüfenden Linse senkrechten Ebene,

- eine Lichtstrahlenkondensoreinrichtung zum Kondensieren der die Lichtstrahlentrenneinrichtung verlassenden Lichtstrahlen, wobei die Lichtstrahlkondensoreinrichtung eine Brennweite größer als die der zu prüfenden

Linse hat und in ihren Linsenfehlern gut auskorrigiert ist, und

- eine Lichtstrahlpositionsdetektoreinrichtung in einer Stellung, die von der Brennebene der Lichtstrahlkondensoreinrichtung im Abstand liegt und an der die Lichtstrahlen voneinander separiert werden können.

5. Aberrationsmeßvorrichtung,
gekennzeichnet durch

- eine Lichtquelle zum Beaufschlagen der zu prüfenden Linse mit einem Meßlichtstrahlenbündel, wobei die Lichtquelle bei regulärer Projektion in der Bildebenenposition der zu prüfenden Linse vorgesehen ist,

- eine Einrichtung zum Ändern des Abstandes zwischen der zu prüfenden Linse und der Lichtquelle entsprechend einer Änderung der Bildebenenposition der zu prüfenden Linse bei jeder Objektentfernung,

- eine Einrichtung zum Trennen des durch die zu prüfende Linse gegangenen Lichtstrahlenbündels in eine Vielzahl Lichtstrahlen in einer zu' einem Hauptstrahl oder zur optischen Achse der zu prüfenden Linse senkrechten Ebene,

- eine Lichtstrahlenbündel-Sammeleinrichtung, die im Strahlengang zurückziehbar angeordnet ist, und zwar auf der anderen Seite der zu prüfenden Linse bezüglich

der Lichtstrahlenbündeltrenneinrichtung, wobei die Lichtstrahlenbündelsammeleinrichtung im Strahlengang gelegen ist, wenn das Abbildungsverhalten der zu prüfenden Linsen bei einer Abbildung ins Unendliche zu prüfen ist, die Aberrationen der Lichtstrahlenbündelsammeleinrichtung gut auskorrigiert sind, die Brennweite der Lichtstrahlenbündelsammeleinrichtung groß ist im Vergleich zur Brennweite der zu prüfenden Linse, und

- eine Lichtstrahlpositionsdetektoreinrichtung an einer . Stelle, die im Abstand gelegen ist von der durch die zu prüfende Linse oder von der zu prüfenden Linse und der Lichtstrahlenbündelsammeleinrichtung kondensierten Stelle des Lichtstrahlenbündels, und bei der die Vielzahl Lichtstrahlen voneinander separiert werden können.

6. Aberrationsmeßvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Errechnen der Aberrationen für reguläre Projektion auf der Basis der von der Lichtstrahlenpositionsdetektoreinrichtung gelieferten Information.