DE3345897A1

DE3345897A1 - Device for checking the homogeneity of optical layer thickness

Info

Publication number: DE3345897A1
Application number: DE19833345897
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr. 7820 Titisee-Neustadt Dischler; Peter Dr. 7809 Denzlingen Koidl; Franz 7800 Freiburg Pohl
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1983-12-20
Filing date: 1983-12-20
Publication date: 1985-07-04

Abstract

In a device for checking the homogeneity of an optically transparent material, a specimen (4) having two essentially plane-parallel boundary surfaces (3, 12) is scanned with the aid of a light beam (2) of a laser (1) along a multiplicity of diameters, and the light of the output beam, which light fluctuates in intensity owing to interference due to reflection at the boundary surfaces (3, 12), is used in order to generate an interferogram on a thermosensitive paper (15). <IMAGE>

Description

BESCHREIBUNGDESCRIPTION

Vorrichtung zur Prüfung der Homogenität der optischen SchichtdickeDevice for testing the Homogeneity of the optical layer thickness

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung der Homogenität der optischen Schichtdicke zwischen zwei im wesentlichen planparallelen Begrenzungsflächen eines Probekörpers, bei der der Probekörper im Weg eines den Probekörper bestrahlenden monochromatischen Lichtbündels angeordnet ist.The invention relates to a device for testing the homogeneity of the optical layer thickness between two im essential plane-parallel boundary surfaces of a test specimen, in which the test specimen is in the path of one of the Specimen irradiating monochromatic light beam is arranged.

Bei der Produktion und Verarbeitung optisch transparenter Werkstoffe zu optischen Komponenten, wie beispielsweise Linsen, Prismen oder Fenster, ist es zur Qualitätssicherung häufig erforderlich, eine Prüfung der optischen Homogenität, d.h. der räumlichen Konstanz des Brechungsindexes oder eine Prüfung des Verlaufs der optischen Schichtdicke vorzunehmen, wobei die optische Schichtdicke das Produkt des Brechungsindexes und der metrischen Schichtdicke in einem Probekörper ist, dessen Begrenzungsflächen planparallele Ebenen oder nahezu planparallele Ebenen darstellen. Derartige Prüfungen werden durch interferometrische Verfahren durchgeführt, wobei zur Auswertung und Dokumentation des Interferogrammes fotografische Methoden oder die flächenhafte elektronische Aufzeichnung benutzt werden. Der zu prüfende Probekörper wird dabei beispielsweise in einem der beiden Lichtwege eines Zweistrahlinterferometers, beispielsweise eines Michelson-Interferometers, angeordnet. Bei einem solchen Interferometer müssen die Tische schwingungsisoliert sein und Luftturbulenzen vermieden werden, um die InterferenzbildungIn the production and processing of optically transparent materials into optical components such as Lenses, prisms or windows, it is often necessary for quality assurance to have an examination of the optical homogeneity, i.e. the spatial constancy of the refractive index or an examination of the course of the make optical layer thickness, the optical layer thickness being the product of the refractive index and the metric layer thickness in a test specimen whose boundary surfaces are plane-parallel planes or represent almost plane-parallel planes. Such tests are carried out by interferometric methods carried out, whereby for the evaluation and documentation of the interferogram photographic methods or the extensive electronic recording can be used. The test specimen to be tested is for example in one of the two light paths of a two-beam interferometer, for example a Michelson interferometer, arranged. With such an interferometer, the tables must be vibration-isolated and air turbulence be avoided to the formation of interference

nicht unerwünscht zu beeinflussen. Die bekannten^! Vorrichtungen zur Durchführung interferometrischer Verfahren erfordern eine hohe mechanische und optische Präzision. Bei der Interferometrie mit infrarotem Licht ergibt sich noch zusätzlich die Schwierigkeit, daß die flächenhafte Aufzeichnung des Interferogrammes nur mit hohem Aufwand möglich ist.not to influence undesirably. The known ^! Devices for performing interferometric processes require high mechanical and optical precision. In the case of interferometry with infrared light, there is the additional difficulty that the flat recording of the interferogram is only possible with great effort.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach und robust aufgebaut ist.On the basis of this prior art, the invention is based on the object of providing a device from the above to create named type that is simple and robust.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1 solved.

Dadurch, daß der Winkel zwischen den Begrenzungsflächen und der Lichtbündelachse etwa 75° bis 90° beträgt, erfolgt im Probekörper eine mehrfache Reflektion des Lichtes, wobei das Lichtbündel mit sich selbst interferiert und bei einer Abtastung des gesamten Probekörpers im transmittierten und im reflektierten Licht Schichtdickeninterferenzen auftreten.Because the angle between the boundary surfaces and the light beam axis is about 75 ° to 90 °, a multiple reflection of the light occurs in the specimen, whereby the light beam interferes with itself and when scanning the entire specimen in transmitted and reflected light Layer thickness interferences occur.

Wenn das Lichtbündel ein gegenüber den Abmessungen des Probekörpers dünner Lichtstrahl ist, ist es zweckmäßig, wenn zur Durchführung des Abtastvorganges der Probekörper gegenüber dem Lichtstrahl sequentiell entsprechend dem Abtastweg .verschiebbar ist. Neben einer zellenförmigen Abtastung, die beim Fernsehen üblich ist, sind auch andere Abtastarten möglich. Eine vertikale Verschiebung des Probekörpers läßt sich vermeiden, wenn eine Abtastung des Probekörpers in radialer RichtungIf the light beam is a light beam that is thinner than the dimensions of the specimen, it is advisable to if the test specimen is sequentially corresponding to the light beam in order to carry out the scanning process the scanning path .verschiebbar. In addition to a cellular scan, which is common in television, are other types of scanning are also possible. A vertical displacement of the specimen can be avoided if a scan of the specimen in the radial direction

statt entlang mehrerer Zeilen durchgeführt wird. Eine solche Anordnung läßt sich einfach realisieren, indem der Probekörper in einer Halterung befestigt wird, die seitlich verschiebbar und um die Längsachse des Probekörpers verdrehbar ist.instead of being carried out along several lines. Such an arrangement can be easily implemented by the test specimen is fastened in a holder which is laterally displaceable and around the longitudinal axis of the test specimen is rotatable.

Eine Abtastung des Prüfkörpers kann auch bei feststehendem Prüfkörper dadurch erreicht werden, daß der Lichtstrahl mit Hilfe einer optischen Abtastvorrichtung mit optischen Komponenten, wie Spiegel, Prismen usw., zellenförmig oder in einer sonstigen Weise abgelenkt wird und unter einem variablen oder konstantem Winkel auf den Prüfkörper auftrifft.A scanning of the test body can also be achieved with a stationary test body in that the Light beam using an optical scanning device with optical components such as mirrors, prisms, etc., is deflected cellularly or in some other way and at a variable or constant angle hits the test body.

Ein sich verändernder Einfallswinkel ergibt sich beispielsweise etwa wenn der Strahl über die Probe geschwenkt wird. Die hierbei auftretende Variation der geometrischen Schichtdicke des durchstrahlten Bereiches führt bei idealen homogenen und planparallelen Proben zum Auftreten von sphärischen Interferenzringen. Die Abweichung von der Sphärizität ist dann ein Maß für die Inhomogenität der optischen Dicke. Die unterschiedliche durchstrahlte Schichtdicke kann auch herausgerechnet werden.A changing angle of incidence results, for example, when the beam is swiveled over the sample will. The resulting variation in the geometric layer thickness of the irradiated area leads to the appearance of spherical interference fringes in ideal homogeneous and plane-parallel samples. the Deviation from sphericity is then a measure of the inhomogeneity of the optical thickness. The different irradiated layer thickness can also be calculated out.

Der lichtempfindliche Detektor für die transmittierte Strahlung kann beispielsweise eine Fotodiode sein, die auf der Achse des Lichtstrahls hinter dem in seiner Lage veränderbaren Probekörper fest angeordnet ist und sequentiell die den einzelnen Abtastelementarbereichen zugeordnete Lichtintensität erfaßt. Zur Auswertung kann ein solches Detektorsignal einer Speicherschaltung zugeführt werden.The light-sensitive detector for the transmitted radiation can be, for example, a photodiode that is fixed on the axis of the light beam behind the changeable test specimen and sequentially the light intensity assigned to the individual scanning elementary areas is detected. For evaluation can such a detector signal can be fed to a memory circuit.

Bei einem unbeweglich angeordneten Probekörper kann ein solcher Detektor synchron mit der Abtastbewegung des Lichtstrahls nachführbar vorgesehen sein. Es ist auch möglich, einen solchen lediglich einen einzelnen Lichtpunkt erfassenden Detektor durch eine im Längenwellenbereich des Lichtstrahls empfindliche elektronische Kamera zu ersetzen.In the case of an immovably arranged specimen, such a detector can synchronize with the scanning movement of the The light beam can be provided so that it can be tracked. It is also possible to have just a single point of light detecting detector by an electronic sensitive in the wavelength range of the light beam Replace camera.

Besonders einfache Verhältnisse ergeben sich, wenn der Detektor eine Vielzahl von voneinander unabhängigen in einer Ebene quer zum Weg des Lichtbündels angeordneten Elementarb.ereichen aufweist und gegenüber dem Probekörper unbeweglich befestigt ist. Im einfachsten Fall ist ein solcher Detektor ein strahlungsempfindliches Papier, insbesondere ein thermosensitives Papier. Bei einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein solches thermosensitives Papier auf einer Trägerplatte festklemmbar, die an der entsprechend der Abtastbewegung beweglichen Halterung für den Probekörper mit einem vorherbestimmten Abstand befestigt ist. Bei einer solchen Anordnung schwärzt sich das thermosensitive Papier immer an den Stellen, die hinter Bereichen des Probekörpers liegen, an denen eine konstruktive Interferenz auftritt. In Bereichen destruktiver Interferenz reicht die Intensität des Infrarotlichtes nicht aus, um eine Reaktion des thermo sensitiven Papiers zu bewirken.Particularly simple relationships result when the detector has a large number of mutually independent in a plane transversely to the path of the light bundle arranged elementary areas and opposite the test specimen is immovably attached. In the simplest case, such a detector is radiation-sensitive Paper, especially a thermosensitive paper. In an expedient embodiment of the invention such a thermosensitive paper can be clamped onto a carrier plate, which is attached to the corresponding to the Scanning movement movable holder for the specimen fixed at a predetermined distance is. With such an arrangement, the thermosensitive paper always blackens in the areas behind Areas of the test specimen are where a constructive Interference occurs. The intensity of the infrared light is sufficient in areas of destructive interference not enough to cause a reaction of the thermosensitive paper.

Statt ein thermosensitives Papier vorzusehen ist es auch möglich, temperaturempfindliche Flüssigkristallschichten als Detektorfläche zu verwenden.Instead of providing a thermosensitive paper, it is also possible to use temperature-sensitive liquid crystal layers to be used as a detector surface.

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Von besonderem Vorteil ist es, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch teilkohärentes monochromatisches Licht einer Lampe oder dergleichen verwendet werden kann. Ein besonders einfacher Aufbau und hohe Abtastgeschwindigkeiten ergeben sich beim Einsatz eines Lasers als Lichtquelle, wobei eine Prüfung im Infrarot-'bereich vorzugsweise mit Hilfe eines GO₉ Lasers erfolgt. Die Laserleistung wird dabei so gewählt, daß bei einer vorgegebenen Abtastgeschwindigkeit nur die maximale transmittierte Intensität, d.h. die Intensität im Falle konstruktiver Interferenz, zu einer Schwärzung des thermosensitiven oder thermochromen Papiers führt. Solange die transmittierte Intensität unter dem maximalen Wert liegt und insbesondere bei der minimal transmittierten Intensität erfolgt keine Reaktion des thermosensitiven Papiers. Beim Einsatz einer elektronischen Kamera oder von Fotodioden kann in analoger Weise ein Schwellenwert definiert werden, um das Interferenzbild in ein binäres Interferogramm mit lediglich zwei Schwärzungsgraden zu verwandeln.It is particularly advantageous that partially coherent monochromatic light from a lamp or the like can also be used in the device according to the invention. A particularly simple structure and high scanning speeds result when a laser is used as the light source, a test in the infrared range preferably being carried out with the aid of a GO ₉ laser. The laser power is selected so that at a given scanning speed only the maximum transmitted intensity, ie the intensity in the case of constructive interference, leads to blackening of the thermosensitive or thermochromic paper. As long as the transmitted intensity is below the maximum value, and in particular with the minimum transmitted intensity, there is no reaction of the thermosensitive paper. When using an electronic camera or photodiodes, a threshold value can be defined in an analogous manner in order to convert the interference image into a binary interferogram with only two degrees of blackening.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. Show it:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der lediglich das transmittierte Licht ausgewertet wird, in einer perspektivischen Ansicht,Fig. 1 shows an embodiment of a device according to the invention, in which only the transmitted light is evaluated in a perspective view,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Wege des transmittierten und des reflektierten Lichtes zur Erläuterung der Interferenzbildung infolge von Reflektionen an den Begrenzungsflächen des Probekörpers und 2 shows a schematic representation of the paths of the transmitted and reflected light to explain the formation of interference as a result of reflections on the boundary surfaces of the specimen and

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Fig. 3 ein im Transmissionsbetrieb erhaltenes Interferogramm, das mit Hilfe eines auf der Trägerplatte der Vorrichtung gemäß Fig. 1 aufgespannten thermosensitiven Papiers erhalten wurde.3 shows an interferogram obtained in transmission mode, with the help of a clamped on the carrier plate of the device according to FIG thermosensitive paper was obtained.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer im Transmissionsbetrieb arbeitenden Vorrichtung zur Prüfung der optischen Homogenität im Infraroten dargestellt. Als Lichtquelle zur Erzeugung eines monochromatischen kohärenten Lichtstrahles wird ein CO₉ Laser. 1 verwen-1 shows an embodiment of a device operating in transmission mode for testing optical homogeneity in the infrared. _{A CO 9} laser is used as the light source for generating a monochromatic, coherent light beam. 1 use

LtLt

det. Die Leistung des Lasers 1 beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 0,15 W, wobei der Lichtstrahldurchmesser 2 mm beträgt. Wenn der Laserstrahl 2 auf etwa 10 mm aufgeweitet werden soll, um statt der weiter unten beschriebenen voneinander getrennten Interferenzflecken durchgehende Interferenzstreifen zu erhalten, ist eine Leistung von etwa 1 W erforderlich.det. The power of the laser 1 is the one shown Exemplary embodiment 0.15 W, the light beam diameter being 2 mm. When the laser beam 2 to be widened to about 10 mm instead of the one described below Interference spots become continuous interference fringes a power of about 1 W is required.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist kein Strahlaufweiter vorgesehen, so daß der Lichtstrahl 2 des Lasers 1 unmittelbar auf die zum Laser 1 gerichtete Begrenzungsfläche 3 eines Probekörpers 4 auftrifft. Der Probekörper 4 besteht beispielsweise aus einer Germaniumplatte von 13 cm Durchmesser und 2 cm Dicke. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders zur Prüfung hochbrechender Substanzen, so daß neben einer Platte aus Germanium mit einem Brechungsindex von η = 4 auch Probekörper aus ZnS mit η = 2,2, ZnSe mit η = 2,4 oder aus Chalkogenidglas mit η im Bereich von 2,6 verwendet werden können.In the embodiment shown in Fig. 1, no beam expander is provided, so that the light beam 2 of the laser 1 impinges directly on the delimitation surface 3 of a specimen 4 directed towards the laser 1. The specimen 4 consists, for example, of a germanium plate 13 cm in diameter and 2 cm Thickness. The device according to the invention is particularly suitable for testing high-index substances, so that in addition to a plate made of germanium with a refractive index of η = 4 also test specimens made of ZnS with η = 2.2, ZnSe with η = 2.4 or from chalcogenide glass with η in the range of 2.6 can be used.

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— si —- si -

Der Probekörper 4, der insbesondere auch einen leicht keilförmigen Querschnitt haben kann, ist in einer Halterung 5 befestigt, die einen mit einem motorangetriebenen Schlitten 6 verbundenen Außenring 7 und einen im Außenring verdrehbaren Innenring 8 aufweist. Der Innenring 8 ist unmittelbar mit dem Probekörper 4 verbunden und kann mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten handbetätigten oder motorangetriebenen Einrichtung im Außenring 7 um vorherbestimmte Winkel, beispielsweise jeweils um einen Winkel von 5°, verdreht werden.The test body 4, which in particular can also have a slightly wedge-shaped cross section, is in a Mount 5 attached, which is connected to a motor-driven slide 6 outer ring 7 and a Has inner ring 8 rotatable in the outer ring. The inner ring 8 is directly with the specimen 4 connected and can be hand-operated or motor-driven with a not shown in the drawing The device in the outer ring 7 is rotated by a predetermined angle, for example by an angle of 5 ° in each case will.

Der mit dem Außenring 7 verbundene Schlitten 6 ist in einer Führungsschiene 9 quer zum Lichtstrahl 2 verschiebbar. Die Anordnung ist dabei vorzugsweise so getroffen, daß der Lichtstrahl 2 bei einer Verschiebung des Schlittens 6 entlang der Führungsschiene 9 auf dem Probekörper 4 eine Abtastung entlang dem Durchmesser des Probekörpers 4 vornimmt. Wenn nach jeder Abtastung entlang einem Durchmesser des Probekörpers 4 eine Verdrehung des Innenrings 8 gegenüber dem Außenring 7 um 5° erfolgt, ergibt sich nach 36 Durchgängen eine vollständige Radial-Abtastung des Probekörpers 4, wobei die Feinheit der Abtastung in Richtung auf den Mittelpunkt des Innenrings 8, wie leicht einsehbar ist, zunimmt.The slide 6 connected to the outer ring 7 can be displaced in a guide rail 9 transversely to the light beam 2. The arrangement is preferably made in such a way that the light beam 2 is displaced of the slide 6 along the guide rail 9 on the specimen 4 a scan along the diameter of the specimen 4 makes. If after each scanning along a diameter of the specimen 4 a twist of the inner ring 8 compared to the outer ring 7 takes place by 5 °, there is a complete after 36 passes Radial scanning of the specimen 4, the fineness of the scanning in the direction of the center point of the inner ring 8, as can easily be seen, increases.

An dem im Außenring 7 drehbaren Innenring 8 ist über mehrere Abstandshalter 10 eine Trägerplatte 11 befestigt. Beim Abtastvorgang führt die Trägerplatte 11 daher die gleiche Drehbewegung bzw. Lateralverschiebung durch, wie der im Innenring 8 der Halterung 5 eingespannte Probekörper 4. ■ '■'■-■ A carrier plate 11 is attached to the inner ring 8, which is rotatable in the outer ring 7, via a plurality of spacers 10. During the scanning the support plate 11 therefore executes the same rotary movement and lateral movement by such of the inner ring 8 of the bracket 5 is clamped specimen 4. ■ '■' ■ - ■

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— O —- O -

In Fig. 2 ist schematisch dargestellt, wie das über die vordere Begrenzungsfläche 3 durch den Lichtstrahl 2 in den Probekörper 4 eingestrahlte Infrarotlicht an der hinteren Begrenzungsfläche 12 teilweise reflektiert wird und nach einer weiteren Reflektion an der vorderen Begrenzungsfläche 3 mit dem an der hinteren Begrenzungsfläche 12 austretenden Austrittsstrahl 13 im Interferenzbereich 14 interferiert. Bei den dargestellten Winkelverhältnissen ergibt sich nur eine teilweise Lichtstrahlüberlappung für die Interferenzbildung, während bei quasi senkrechtem Einfall des Lichtstrahls 2 auf die Begrenzungsfläche 3 davon ausgegangen werden kann, daß sich der Interferenzbereich 14 praktisch über den ganzen Durchmesser des Austrittsstrahls 13 bzw. 13" erstreckt. Der Einfallswinkel kann dabei in einem Bereich zwischen 0° und 15° liegen, wobei jedoch bei steigendem Einfallswinkel die Amplitude der Schichtdickeninterferenzen kleiner wird.In Fig. 2 is shown schematically how that over the front boundary surface 3 through the light beam 2 in the specimen 4 irradiated infrared light at the rear boundary surface 12 is partially reflected and after a further reflection on the front Boundary surface 3 with the exit jet 13 exiting at the rear boundary surface 12 in the Interference region 14 interferes. With the angle relationships shown, there is only a partial one Light beam overlap for the formation of interference, while with quasi perpendicular incidence of the light beam 2 on the boundary surface 3, it can be assumed that the interference area 14 is practically over extends the entire diameter of the exit beam 13 or 13 ". The angle of incidence can be in one Range between 0 ° and 15 °, but with increasing angle of incidence the amplitude of the layer thickness interferences gets smaller.

Die Intensität des transmittierten Lichtes im Austrittsstrahl 13 kann bei senkrechtem Einfall des Lichtstrahls 2 auf den Probekörper 4 zwischen den Werten I_m„_v ⁼ In bei konstruktiver Interferenz und I . = max. υ mm.The intensity of the transmitted light in the exit beam 13 can be between the values I _m · _v ⁼ In with constructive interference and I when the light beam 2 hits the specimen 4 perpendicularly. = max. υ mm.

(—7—) I_n bei destruktiver Interferenz schwanken n^z+1 ^υ
wobei Iq die Intensität des einfallenden Lichtes im(—7—) I _n with destructive interference fluctuate n ^z +1 ^υ
where Iq is the intensity of the incident light im

Lichtstrahl 2 bedeutet. Bei Germanium beispielsweise werden folgende Intensitätsschwankungen des transmittierten Lichtes im Austrittsstrahl 13 erzielt: ILight beam 2 means. In the case of germanium, for example, the following fluctuations in the intensity of the transmitted Light in the exit beam 13 achieved: I

■ ¹O- !min. ■ °·^{22 1}O-■ ¹ O-! Min. ■ ° ^{22 1} O-

334589;334589;

Die interferometrische Prüfung kann statt oder neben der in Fig. 1 dargestellten Weise mit transmittiertem Licht auch im reflektierten Licht erfolgen. In einem solchen Fall wird dann neben oder statt dem Austrittsstrahl 13 der Austrittsstrahl 13· gemäß Fig. 2 einem in der Zeichnung nicht dargestellten Detektor zugeführt, der bei einer Kombination der beiden Beobachtungsarten ein Punktdetektor sein kann, während in der Transmission ein flächenhaftes Interferogramm gleichzeitig auf-'''gezeichnet wird.Instead of or in addition to the manner shown in FIG. 1, the interferometric test can also be carried out with transmitted light in reflected light. In such a case, in addition to or instead of the exit beam 13, the exit beam 13 in accordance with FIG. 2 is fed to a detector not shown in the drawing, which can be a point detector in the case of a combination of the two types of observation, while a two-dimensional interferogram appears in the transmission at the same time - '''is drawn.

Bei verlustfreien Proben addieren sich die transmittierte und reflektierte Intensität zu T + R = Iq, d.h. die Extrema der Schichtdickeninterferenzen betragen ^{= 1}O ^{und Tt}min^S < ¹O ^{für die} Transmission undIn the case of loss-free samples, the transmitted and reflected intensity add up to T + R = Iq, ie the extremes of the layer thickness interference are ^{= 1} O ^{and Tt} min ^S < ¹ O ^{for the} transmission and

■ ¹O -/SS" ^und «min¹ - ° ^{für die} ^flexion.■ ¹ O - / SS " ^and « min ¹ - ° ^{for the} ^ flexion.

Wenn die vordere Begrenzungsfläche 3 und die hintere Begrenzungsfläche 12 in Fig. 2 nicht genau parallel zueinander verlaufen, ergeben sich bei einer Abtastung entlang der Keilrichtung abwechselnd Interferenzmaxima "und Interferenzminima, wenn die optischen Eigenschaften des Probekörpers 4 ansonsten überall gleich sind.If the front boundary surface 3 and the rear boundary surface 12 in FIG. 2 are not exactly parallel run to each other, alternating interference maxima result when scanning along the wedge direction "and interference minima when the optical properties of the specimen 4 are otherwise the same everywhere.

In Fig. 3 ist ein Muster dargestellt, welches sich auf einem thermosensitiven Papier 15 ergibt, das auf der Trägerplatte 11 in geeigneter Weise eben befestigt ist, wenn der Probekörper 4 neben einer Inhomogenität eine leichte Keilform aufweist. Das in Fig. 3 dargestellte Muster besteht aus einer Vielzahl von Interferenzflecken 16, die Interferenzmaxima darstellen, welcheIn Fig. 3, a pattern is shown, which results on a thermosensitive paper 15, which is on the Carrier plate 11 is fastened in a suitable manner, if the test piece 4 in addition to an inhomogeneity a has a slight wedge shape. The pattern shown in Fig. 3 consists of a large number of interference spots 16, which represent interference maxima, which

über dem Schwellenwert zur Schwärzung des thermosensitiven Papiers 15 lagen. Wie man in Fig. 3 erkennt, sind die Interferenzflecken 16 entlang von Interferenzstreifen angeordnet, die in Fig. 3 durch zwei beispielsweise eingetragene Verbindungslinien 17 veranschaulicht sind.above the threshold for blackening the thermosensitive 15 layers of paper. As can be seen in FIG. 3, the interference spots 16 are along interference fringes arranged, which are illustrated in Fig. 3 by two connecting lines 17, for example, entered.

Wenn das in Fig. 3 dargestellte Interferogramm mit einem in der oben erwähnten Weise aufgeweiteten Laserstrahl aufgenommen wird, ergeben sich durch eine Vergrößerung der einzelnen interferenzflecken 16 zusammenhängende Interferenzstreifen, insbesondere entlang den Verbindungslinien 17.If the interferogram shown in FIG. 3 with a laser beam expanded in the above-mentioned manner is recorded, result from an enlargement of the individual interference spots 16 contiguous interference fringes, in particular along the Connecting lines 17.

Aus der Form der einzelnen Interferenzflecken in Fig. 3 erkennt man die Abtastrichtung während ihrer Entstehung. Die Abtastrichtung entspricht dabei jeweils der Richtung, in der die Interferenzflecken 16 gestreckt sind. Man erkennt somit aus Fig. 3, daß während einer einzelnen Abtastung entlang dem Durchmesser des scheibenförmigen Probekörpers 4 einzelne Interferenzmaxima auftreten, deren radiale Länge größer ist als der Durchmesser des Austrittsstrahls 13. Mit geringer werdender Intensität reicht die Energie nicht mehr aus, .um eine Schwärzung über die gesamte Breite des Austrittsstrahls 13 auf dem thermosensitiven Papier 15 zu bewirken. Aus diesem Grund verjüngen sich die Interferenzflecken 16 in -Abtastrichtung, bis die Intensität im Austrittsstrahl 13 schließlich so weit unter der Ansprechschwelle des thermosensitiven Papiers 15 liegt, daß überhaupt keine Schwärzung mehr erfolgt. Entsprechend umgekehrt sind die Verhältnisse beim Verlassen des Interferenzminimums in Richtung auf das nächste Interferenzmaximum.From the shape of the individual interference spots in FIG. 3 you can see the scanning direction during its creation. The scanning direction corresponds in each case to Direction in which the interference spots 16 are stretched. It can thus be seen from Fig. 3 that during a individual scanning along the diameter of the disk-shaped specimen 4 individual interference maxima occur whose radial length is greater than the diameter of the outlet jet 13. With less As the intensity increases, the energy is no longer sufficient to blacken the entire width of the exit beam 13 to effect on the thermosensitive paper 15. For this reason, the interference spots are tapered 16 in scanning direction until the intensity in the exit beam 13 is finally so far below the The response threshold of the thermosensitive paper 15 is that there is no more blackening at all. Corresponding the opposite is the case when leaving the interference minimum in the direction of the next one Interference maximum.

Die Interpolation der geschwärzten Punkte bzw. der Interferenzflecken 16 auf dem thermosensitiven Papier 15 oder Thermopapier kann somit entfallen, wenn die zur Schwärzung des Thermopapiers mit aufgeweitetem Strahl erforderliche höhere Laserleistung noch keine thermische Veränderungen der optischen Schichtdicke in dem Probekörper 4 aufgrund der höheren thermischen Belastung des Probekörpers 4 hervorruft.The interpolation of the blackened points or the interference spots 16 on the thermosensitive paper 15 or thermal paper can thus be omitted if the blackening of the thermal paper with a widened beam required higher laser power still no thermal changes in the optical layer thickness in the Test specimen 4 causes due to the higher thermal load on test specimen 4.

Bei besonders großer Strahlaufweitung und dementsprechend längerer Belichtung, höherer Laserleistung oder größeren Empfindlichkeit des thermosensitiven Papiers 15 oder eines anderen Strahlungsdetektors ist es auch möglich, ein Interferogramm ohne Abtastbewegung zwischen dem Lichtstrahl 2 und dem Probekörper 4 zu erhalten. Statt des thermosensitiven Papiers 15 kann in einem solchen Fall beispielsweise eine infrarotempfindliche Fernsehkamera mit einem angeschlossenen Bildspeicher verwendet werden.With a particularly large beam expansion and correspondingly longer exposure, higher laser power or greater sensitivity of the thermosensitive paper 15 or another radiation detector, it is also possible to record an interferogram without a scanning movement between the light beam 2 and the specimen 4 to be obtained. Instead of the thermosensitive paper 15, in such a case, for example, an infrared-sensitive one TV camera with an attached image memory can be used.

Wenn bei einem weiteren in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsbeispiel das reflektierte Licht ausgewertet wird, ist auf der zum Laser 1 weisenden Seite des Probekörpers 4 ein Punktdetektor im Weg des reflektierten Austrittsstrahls 13' angeordnet.If in a further embodiment not shown in the drawing, the reflected light is evaluated, a point detector is on the side of the specimen 4 facing the laser 1 in the path of the reflected exit beam 13 'arranged.

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Claims

DR. KARL RACKETTE PATENT ADVERTISER Kaiser-Joseph-Str. 179 Postfach 131 O-D-78OO Freiburg Dipl.-Phys. Dr.-Ing. Karl Rackette Patentanwalt European Patent Attorney European Patent Representative Mandataire en Brevets Europeen Kaiser-Joseph-Strasse 179 Postfach 131 O D-78OO Freiburg Telephone: (0761) 3 18 90 Telex: 77 25 99 raket d Telegrams: Patentservice Freib Our reference: IAF-P2 FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT FOR THE PROMOTION OF APPLIED RESEARCH EV Leonrodstrasse 54 8000 Munich 19 Device for testing the homogeneity of the optical layer thickness PATENT CLAIMS

1. 'Device for checking the homogeneity of the optical Layer thickness between two essentially plane-parallel boundary surfaces of a test specimen, in which the test specimen is in the path of one of the

The monochromatic light beam irradiating the specimen is arranged, characterized in that the boundary surfaces (3, 12) of the specimen (4) are aligned transversely to the path of the light bundle (2), with the side (12) of the specimen facing away from the light source (1) (4) a detector (15) for the transmitted light intensity (13) assigned to individual scanning elementary areas during an irradiation process and / or on the side (3) of the specimen (4) facing the light source (1) a detector for detecting the reflected light intensity ( 13 ¹ ) is arranged.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the light beam is a laterally limited fixed light beam (2) and to carry out a scanning process of The test specimen (4) can be sequentially displaced relative to the light beam (2) according to the scanning path is.

3. Device according to claim 2, characterized in that that the specimen (4) by one in the direction of propagation of the light beam extending axis is rotatable.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the light beam is a Light beam (2) is which with the help of an optical scanning device sequentially over the test specimen (4) is deflectable.

5. Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that the detector (15) for the transmitted light intensity (13) on the axis of the light beam behind the in its position changeable specimen (4) is fixedly arranged and sequentially the light intensity (13) assigned to individual scanning elementary regions is detected while the detector for the reflected light intensity (13 ') laterally offset according to the reflection angle is arranged in front of the test specimen (4).

6. Apparatus according to claim 4, characterized in that the detector on the Axis of the light beam (2) behind the immovably arranged specimen (14) synchronous with the Scanning movement of the light beam (2) is arranged trackable.

7. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the detector an electronic camera that is sensitive in the wavelength range of the light beam (2, 13).

8. Device according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the detector (15) a plurality of mutually independent in a plane transverse to the path of the light beam has arranged elementary areas and can be fixed immovably with respect to the specimen (4) is.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that that the detector is radiation sensitive paper.

10. Apparatus according to claim 8, characterized in that that the detector is a thermosensitive paper (15) which can be stretched on a carrier (10) which is attached to the corresponding to Scanning movement adjustable holder (5, 8) for the specimen (4) is attached.

11. The device according to claim 8, characterized in that the detector with a has a liquid crystal coated carrier material.

12. Apparatus according to claim 8, characterized that the detector is a fluorescent plate that can be erased with infrared light is.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source a lamp is provided for generating the monochromatic light beam.

14. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the light source for generating the monochromatic Light beam a laser (1) is provided.

15. The device according to claim 14, characterized in that a CO ₉ laser is provided as a coherent light source.