Die Erfindung betrifft ein Lateral-Shearing-Interferometer (LSI) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Interferometer ist zur Prüfung von ebenen oder schwach gekrümmten Wellenflächen konstanter Phase, z. B. des sichtbaren Bereichs der elektromagnetischen Strahlung verwendbar. Die Ebenheit solcher Wellenflächen bzw. die Abweichung von der Kugelgestalt bei schwach gekrümmten Wellenflächen ist ein Gütemaß für die Abbildungsleistung, z. B. von Photoobjektiven oder Mikroobjektiven. Ein solcher Prüfling steht bei diesem LSI in Lichtrichtung vor dem Interferometer und wird von einem punktförmigen Objekt beleuchtet.The invention relates to a lateral shearing interferometer (LSI) according to the preamble of claim 1. Such an interferometer can be used to test flat or slightly curved wave surfaces of constant phase, e.g. the visible range of electromagnetic radiation. The flatness of such wave surfaces or the deviation from the spherical shape in the case of slightly curved wave surfaces is a quality measure for the imaging performance, e.g. of photo lenses or micro lenses. In this LSI, such a test object stands in front of the interferometer in the direction of light and is illuminated by a point-shaped object.
Bisher bekannte Interferometer sind:Interferometers known to date are:
Das Twyman-Green-Interferometer, TGI, basierend auf dem Michelson-Interferometer, MI, wobei sich der Prüfling in dem einen Arm des Interferometers befindet und vom Licht zweimal durchsetzt wird (siehe Principles of Optics, S. 302).The Twyman-Green interferometer, TGI, is based on the Michelson interferometer, MI, where the test object is located in one arm of the interferometer and is passed through by light twice (see Principles of Optics, p. 302).
Die verschiedenen Varianten des Mach-Zehnder-Interferometers, MZI, so die Interferometer nach Bates (siehe Max Born < Emil Wolf, Principles of Optics, Sixth Edition, Pergamon Press, Frankfurt, chapter 7.5, page 315) und Drew (siehe Mütze, Foitzik, Krug und Schreiber, ABC de Optik, erste Auflage, Verlag Werner Dausien, 1972 Hanau/Main, Seite 608).The different variants of the Mach-Zehnder interferometer, MZI, such as the interferometers according to Bates (see Max Born < Emil Wolf, Principles of Optics, Sixth Edition, Pergamon Press, Frankfurt, chapter 7.5, page 315) and Drew (see Mütze, Foitzik, Krug and Schreiber, ABC de Optik, first edition, Verlag Werner Dausien, 1972 Hanau/Main, page 608).
Die beiden Prototypen MI und MZI sind auf Weißlicht abgleichbar, d. h. die Weglängendifferenz innerhalb der beiden Teilstrahlengänge kann zu Null gemacht werden. Für guten Kontrast des Interferenzmusters ist dieser Abgleich notwendig. Baut man ein solches Gerät zu einem Meßinterferometer aus, so werden abweichend vom Prototyp zusätzliche Elemente in den Strahlengang innerhalb des Interferometers, z. B. der Prüfling selbst beim TGI oder Kompensationsplatten beim Interferometer nach Bates eingefügt. Bei dem Interferometer nach Drew werden abweichend von der Grundstellung Asymmetrien der beiden Teilstrahlengänge eingeführt. Die Meßgröße ist in allen Fällen die Phasendifferenz zwischen zwei Wellenflächen. Es kommt nun darauf an, ob die die Verstellung verursachenden oder in den Strahlengang eingefügten Elemente ihre Wirkung auf dem Brechungs- oder Reflektionsgesetzt aufbauen. Dreht man z. B. eine Planparallelplatte innerhalb eines Teilstrahlengangs im Interferometer, so versetzt sie nicht nur den Strahl, sondern ändert auch den optischen Weg und zwar aufgrund der Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsgesetztes unterschiedlich für verschiedene Wellenlängen. Ein solcher Aufbau erfordert im anderen Teilstrahlengang meistens ein Kompensationselement, ähnlich der Kompensationsplatte beim Michelson-Interferometer, zur Erhaltung des Weißlichtabgleichs. Beim TGI z. B. ist für exakten Weißlichtabgleich ein zweites Objektiv gleich dem Prüfling erforderlich. Weiterhin muß meistens diese Weißlichtposition für jede Meßverstellung neu gefunden werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lateral-Shearing--Interferometer zu schaffen, bei dem die seitliche Versetzung der Teilstrahlengänge, genannt lateral-shear, und die Phasendifferenz der das Interferometer verlassenden Wellenflächen im wesentlichen unabhängig voneinander einstellbar sind.Both prototypes MI and MZI can be adjusted to white light, i.e. the path length difference within the two partial beam paths can be made zero. This adjustment is necessary for good contrast of the interference pattern. If such a device is converted into a measuring interferometer, then unlike the prototype, additional elements are inserted into the beam path within the interferometer, e.g. the test object itself in the TGI or compensation plates in the Bates interferometer. In the Drew interferometer, asymmetries of the two partial beam paths are introduced, which deviates from the basic position. In all cases the measured quantity is the phase difference between two wave surfaces. It now depends on whether the elements causing the adjustment or inserted into the beam path base their effect on the law of refraction or reflection. If, for example, the test object is rotated 90°, the phase difference between the two wave surfaces is adjusted. If, for example, a plane-parallel plate is placed within a partial beam path in the interferometer, it not only shifts the beam but also changes the optical path, and this changes differently for different wavelengths due to the wavelength dependence of the law of refraction. Such a structure usually requires a compensation element in the other partial beam path, similar to the compensation plate in the Michelson interferometer, to maintain the white light balance. In the TGI, for example, a second objective identical to the test object is required for exact white light balance. Furthermore, this white light position usually has to be found anew for each measurement adjustment. The invention is based on the object of creating a lateral shearing interferometer in which the lateral displacement of the partial beam paths, called lateral shear, and the phase difference of the wave surfaces leaving the interferometer can be adjusted essentially independently of one another.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
Die bei dieser Erfindung erzielten Vorteile bestehen vor allem darin, daß bei dem einmal auf Weißlicht abgeglichenen Interferometer und unabhängig davon einstellbarem lateral-shear zur Prüfung von Objektiven nur die Filter im Beleuchtungsstrahlengang für die verschiedenen Prüfwellenlängen gewechselt werden müssen, so daß die Interferenzfiguren in der Beobachtungsebene zur Beurteilung der Abbildungsleistung des Prüflings für diese Wellenlängen ohne Umjustierung vergleichbar sind.The advantages achieved with this invention are primarily that once the interferometer has been calibrated to white light and the lateral shear can be adjusted independently for testing lenses, only the filters in the illumination beam path need to be changed for the various test wavelengths, so that the interference figures in the observation plane can be compared for these wavelengths without readjustment in order to assess the imaging performance of the test object.
Das Schema des Abbildungsstrahlenganges des LSI in Grundstellung, lateral-shear und Phasendifferenz identisch Null, ist in den Fig. 1a und 1b dargestellt. Aufgrund der besseren Übersicht ist nur der Hauptstrahl gezeichnet. Den Pfeilen senkrecht zum Hauptstrahl entsprechen die Drehungen der Wellenfronten durch die verschiedenen Spiegelungen. Am Interferometerausgang haben die Wellenfronten gleiche Orientierung. B 1 stellt das punktförmige Objekt für den Prüfling Pr dar. Die Beobachtungsebene BE ist ein Bild der Austrittspupille des Prüflings. Weiterhin wurden die zusätzlichen ebenen Spiegel S 4 und S 2 durch das Spiegelprisma P in Fig. 1b ersetzt. In Fig. 2 ist ein lateral-shear gegenüber der gestrichelte Grundstellung, Fig. 1b, gezeichnet. In Fig. 3 wird die Einstellung der Weglängendifferenz gegenüber der Grundstellung aus Fig. 1b aufgezeigt.The diagram of the imaging beam path of the LSI in the basic position, lateral shear and phase difference identically zero, is shown in Fig. 1a and 1b. For a better overview, only the main beam is shown. The arrows perpendicular to the main beam correspond to the rotations of the wave fronts due to the various reflections. At the interferometer output, the wave fronts have the same orientation. B 1 represents the point-like object for the test object Pr . The observation plane BE is an image of the exit pupil of the test object. Furthermore, the additional flat mirrors S 4 and S 2 were replaced by the mirror prism P in Fig. 1b. In Fig. 2, a lateral shear is drawn compared to the dashed basic position, Fig. 1b. In Fig. 3, the setting of the path length difference compared to the basic position in Fig. 1b is shown.