DE4018004C2 - Optische Prüfvorrichtung mit einem Ronchi-Gitter oder Wollaston-Prisma zur Überprüfung eines optischen Systems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Prüfvorrichtung mit einem Ronchi-Gitter oder Wollaston-Prisma gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Prüfvorrichtung mit einem Ronchi-Gitter ist aus Applied Optics, Vol. 27, No. 3, 1. Feb. 88, S. 523 bis 528 bekannt; mit dieser Prüfvorrichtung wird nur in Durchlicht geprüft.

Aus der GB 844 933 ist bereits eine Prüfvorrichtung mit einem Gitter bekannt, die das zu prüfende optische System in Reflektion prüft, wobei zwischen der Lichtquelle und der Aufnahmestation für das optische System ein Strahlteiler angeordnet ist, der auf der Achse des optischen Strahlenganges eine halbdurchlässige Oberfläche bildet, und wobei die Empfangsmittel (das Auge) neben dem Strahlteiler angeordnet sind. Das Gitter ist zwischen dem zu prüfenden optischen System und dem Strahlteiler angeordnet.

Ferner ist aus der DD 213 056 ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen der Formabweichung polierter optischer Flächen bekannt, bei denen der Gerätefehler durch Kalibrierung mit Hilfe eines Vergleichsnormales bestimmt, in einen Rechner eingegeben und bei der Auswertung berücksichtigt wird.

Die Erfindung zielt insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf die Prüfung einer Oberfläche einer ophthalmischen Linse bzw. Kontaktlinse beziehungs­ weise eines Brillenglases, um deren Übereinstimmung mit einer theoretischen Normoberfläche festzustellen, sei es, daß es sich um eine sphärische Ober­ fläche handelt oder sei es, daß es sich um eine asphärische Oberfläche handelt.

Es ist bekannt, daß die Güte von ophthalmischen Linsen insbesondere von ihrer Oberfläche abhängt.

Wie es bekannt ist, besteht der Ronchi-Test darin, in dem von dem zu prüfen­ den optischen System ausgesandten Lichtbündel an deren Schnittpunkt ein Gitter mit parallelen, abwechselnd lichtundurchlässigen und lichtdurch­ lässigen Strichen anzuordnen und das dann stromabwärts beobachtbare System von Streifen zu analysieren.

Die Streifen, die, wenn man sich nur an die Gesetze der geo­ metrischen Optik hält, ohne Beugungsphänomene in Betracht zu ziehen, stets die gleichen sind und nur die einzige Richtung der Lichtstrahlen übertragen, die die betreffende Welle bil­ den, ohne in irgendeiner Weise von der Art selbst der Medien abzuhängen, die sie durchläuft, sind Merkmale der Aberratio­ nen dieser Welle.

Sie übertragen tatsächlich als Neigung den Abstand zwischen der entsprechenden Wellenfront und der theoretischen Wellen­ front, der sie genügen sollte.

Es genügt daher, diese Neigung an jedem Punkt des zu prüfen­ den optischen Systems zu messen, mittels Erfassung der Phase, und dann mit einer Integra­ tion fortzufahren.

Ein solches Verfahren erlaubt, die etwaigen Fehler eines optischen Systems zu messen, wie auch immer seine Qualität sein mag, und hat den Vorteil, einfach zu sein und Er­ gebnisse mit großer Genauigkeit zu liefern.

Eine optische Vorrichtung, die die Anwendung eines solchen Verfahrens erlaubt, ist insbesondere in dem Artikel "Fringe Scanning Ronchi Test For Aspherical Surfaces" in Applied Optics, Band 23, Nummer 20, vom 15. Oktober 1984, S. 3676-3679, sowie in dem bereits genannten gattungsbildenden Artikel "Phase Measuring Ronchi Test" der gleichen Zeit­ schrift, Band 27, Nummer 3, vom 01. Februar 1988, S. 523-528, beschrie­ ben.

Jedoch hat sich bei praktischen Versuchen herausgestellt, daß die gattungsbildende optische Vorrichtung, so wie sie ausgestaltet ist, nicht ermöglicht, den erhofften Genau­ igkeitsgrad zu erreichen.

Ferner erlaubt sie nicht die Prüfung jeder Oberfläche eines beliebigen optischen Systems und insbesondere gestattet sie nicht eine Absolutmessung des Radius einer sphärischen Oberfläche.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Prüfvorrichtung mit einem Ronchi-Gitter oder Wollaston-Prisma gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß die Genau­ igkeit, mit der die Oberfläche eines optischen Systems vermessen wird, verbessert ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen optischen Prüfvorrichtung erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Lichtquelle und der Aufnahme­ station ein Strahlteiler angeordnet ist, der auf der optischen Achse eine halbdurch­ lässige Oberfläche bildet und der das von der zu überprüfenden Oberfläche des opti­ schen Systems reflektierte Licht reflektiert, daß das Ronchi-Gitter bzw. Prisma in der Nähe des Schnittpunktes des von der zu überprüfenden Oberfläche reflektier­ ten Lichtbündels und hinter dem Strahlteiler angeordnet ist, daß die optischen Detektoren neben dem Strahlteiler angeordnet sind, und daß die Datenverarbei­ tungsmittel Kalibrierungsmittel, die sowohl theoretisch als auch praktisch auf­ tretende Aberrationen aufgrund wenigstens des Strahlteilers berücksichtigen und ein Strahlfolgeprogramm umfassen.

Der erfindungsgemäß eingesetzte Strahlteiler erlaubt die Prüfung einer Oberfläche in Reflektion sicherzustellen, wobei diese Oberfläche dann als reflektierende Oberfläche stromaufwärts des Gitters auftritt.

Ferner ist im Hinblick auf den erfindungsgemäßen Einsatz von Kalibrierungsmitteln dieser Strahlteiler ohne Einfluß auf die Genauigkeit der erhaltenen Ergebnisse.

Wenn in durchgehendem Licht geprüft werden soll, genügt es, stromabwärts des zu prü­ fenden, optischen Systems irgendeinen ebenen oder sphäri­ schen Spiegel anzuordnen. Gemäß einer Weiterbildung der Er­ findung ist es möglich, wenn dies erforderlich ist, zwischen dem Strahlteiler und der Aufnahmestation ein konvergentes Anpassungselement einzubringen, welches geeignet ist, den Krümmungsradius und den Durchmesser der zu prüfenden, opti­ schen Oberfläche zu berücksichtigen, wenn das zu prüfende, optische Element eine solche Oberfläche besitzt, oder ein Anpassungselement mit einer numerischen Apertur vorzusehen, welches die numerische Apertur und die Balglänge zwischen dem Objekt und dem Bild des zu prüfenden, optischen Systems berücksichtigen kann, wenn es sich um ein optisches System handelt, welches in Durchlaß arbeitet.

Gerade in dem Fall der Prüfung eines besonders asphärischen, optischen Elementes, ist es ebenfalls gemäß einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung möglich, ein Ausgleichselement, wel­ ches eine Wellenoberfläche liefern kann, die zumindest der zu prüfenden relativ nahe kommt, zwischen dem Strahlteiler und der Arbeitsstation einzubringen, damit die Streifen aus­ reichend weit voneinander beabstandet sind, damit eine wir­ kungsvolle Phasenerfassung sichergestellt werden kann.

In einem solchen Fall kann dieses Ausgleichselement vorteil­ hafterweise gleichzeitig ein Anpassungselement für die Kon­ vergenz oder die numerische Apertur bilden.

Erfindungsgemäß können die Kalibrationsmittel selbst sowohl theoretische als auch praktisch auftretende Ab­ errationen aufgrund dieses Anpassungs- und/oder Ausgleichs­ elementes berücksichtigen.

Somit wird den Eigenschaften des Trennelementes und denjeni­ gen des gegebenenfalls eingesetzten Anpassungs- und/oder Ausgleichselementes systematisch zum Vor­ teil der Genauigkeit der erhaltenen Ergebnisse Rechnung ge­ tragen.

Unter theoretischen Aberrationen, die die erfindungsgemäß vorgesehenen Kalibrationsmittel berücksichtigen, werden hier in üblicher Weise, wenn das zu prüfende, optische Element ein optisches System ist, die Aberrationen aufgrund allein der Kombination von zwei optischen Gliedern eines solchen optischen Elementes verstanden, die selbst als vollkommen betrachtet werden.

Das Strahlverfolgungsprogramm, welches bei den Datenverar­ beitungsmitteln vorgesehen ist, die die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist, erlaubt in vorteilhafter Weise, Bre­ chungsfläche nach Brechungsfläche, durch einfache Anwendung des Descartes′schen Gesetzes diese theoretischen Aberra­ tionen zu berechnen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt ebenfalls eine Ab­ solutmessung des Krümmungsradius einer optischen Fläche und daher eine Absolutmessung ihrer etwaigen Oberflächenfehler.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit in vorteil­ hafter Weise eine Toleranzüberprüfung des zu überprüfenden, optischen Elementes, indem jene die Feststellung erlaubt, ob dessen etwaige Fehler innerhalb der für sie annehmbaren To­ leranzgrenzen liegen oder nicht.

Ferner erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung in vorteil­ hafter Weise, die Bedürfnisse in Hinblick verschiedener Arten von Gittern zu erfüllen.

Tatsächlich können ein von einem Wollaston-Prisma gebildetes Phasengitter ebenso für die Anwendung geeignet sein wie ein von einem Ronchi-Gitter gebildetes Amplituden-Gitter.

Schließlich kann man eine räumlich ausgedehnte, inkohärente Lichtquelle verwenden, die in vor­ teilhafter Weise ermöglicht, bei den Ergebnissen, insbeson­ dere mit einem Amplituden-Gitter eine höhere Genauigkeit im Bezug auf diejenige zu erreichen, die mit einer Punktlichtquelle erhalten wird.

Unter einer räumlich ausgedehnten, inkohärenten Licht­ quelle wird hier eine Lichtquelle verstanden, die die Defi­ nition erfüllt, die in dem Buch von M. Francon "Holographie" (Ausgabe MASSON et Cie, 1969), Seiten 9 und 10, angegeben ist.

Hier erzeugt eine solche räumlich ausgedehnte, inko­ härente Lichtquelle Interferenzstreifen von guter Qualität, da sie sich aus der Überlagerung einer Vielzahl von Streifensystemen ergeben.

In der Praxis genügt die Verwendung einer an diese Ziel­ setzung angepaßten, sich drehenden Mattscheibe mit zufrie­ denstellender Körnung und Drehgeschwindigkeit.

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeich­ nungen näher erläutert.

Fig. 1 ein Blockdiagramm in Draufsicht einer optischen Prüfvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Teildarstellung von Fig. 1 einer ersten Ausführungsform; und

Fig. 3 bis 7 jeweils blockdiagrammartige Teildarstellungen von Fig. 1 für andere Ausführungsformen.

Fig. 1 zeigt in beispielhafter Weise und gemäß der Darstel­ lung mit durchgezogener Linienführung die Anwendung der optischen Prüf­ vorrichtung in dem Fall, in dem das zu überprüfende, optische System 10 eine ophthalmische Linse ist.

Beispielsweise kann es sich ums eine konvexe, opthalmologi­ sche Linse handeln, wie es durch die ausgezogene Linienfüh­ rung dargestellt ist, d. h. eine Linse mit positiver Brech­ kraft, deren eine zu überprüfende, konvexe Fläche 11 sphä­ risch oder asphärisch ist.

Aber, wie es durch unterbrochene Linienführung schematisch angegeben ist, könnte es sich auch beispielsweise um eine konkave, ophthalmische Linse handeln, d. h. eine mit ne­ gativer Brechkraft, deren eine konkave Fläche 11′ zu über­ prüfen wäre.

Die optische Vorrichtung 12, die zur Überprüfung des opti­ schen Systems verwendet wird, welches als Bestandteil eine solche ophthalmische Linse 10, 10′ enthält, umfaßt allgemein längs eines Strahlengangs mit der Achse A Ausstrah­ lungsmittel 13, die eine Lichtquelle 14 bilden können, eine zur Aufnahme eines solchen optischen Systems geeignete Ar­ beitsstation 15, ein Gitter 16, für den Empfang des strom­ abwärts des Gitters 16 beobachtbaren Bildes geeignete Empfangsmittel 17 und Datenverarbeitungsmittel 18, die die­ ses Bild durch Erfassen der Phase auswerten können.

Unter Datenverarbeitungsmitteln wird hier ebenso die verwen­ dete Hardware als auch die zugeordnete Software verstanden.

Bei der dargestellten Ausführungsform umfassen die Ausstrah­ lungsmittel 13 aufeinanderfolgend in an und für sich bekann­ ter Weise einen Laser 19 und ein Objektiv 20, welches das von dem Laser 19 ausgesandte Lichtbündel auf einen Bezugs­ punkt 14 fokussiert, der dann die Quelle einer Öffnung einer Blende 21 bildet, die, wenn dies erwünscht ist, gemäß der Darstellung eine zwischen diesem Laser 19 und diesem Objek­ tiv 20 geschaltete "Dichte" 22 hat.

In ebenfalls an und für sich bekannter Weise ist das Gitter 16 beispielsweise ein Ronchi-Gitter, d. h. ein Gitter, wel­ ches von parallelen, abwechselnd lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Strichen mit einem Abstand gebildet ist, der beispielsweise in der Größenordnung von 0,25 bis 4 mm liegt. Die Empfangsmittel 17 umfassen eine Kamera 25, deren Objektiv bei 28 und deren Analyseebene bei 29 schema­ tisch angegeben ist.

Es handelt sich beispielsweise um eine Mosaik-Kamera, d. h. eine Kamera mit einer ladungsgekoppelten Einrichtung, die durch Abtasten ein Maß der an jedem Punkt ihrer Analyseebene 29 empfangenen Lichtmenge geben kann, wobei diese Analyse­ ebene 29 genauer gesagt die Empfangsmittel des beobachtbaren Bildes darstellen.

Die optische Vorrichtung 12 umfaßt zwischen der Lichtquelle 14 und der Arbeitsstation 15 ein Trenn­ element 26, welches auf der optischen Achse A eine halbreflek­ tierende Oberfläche 27 bildet, wobei die Empfangsmittel 17 seitlich von der Stelle dieses Trennelementes 26 angeordnet sind, wobei die diesen Empfangsmitteln 17 zugeordneten Da­ tenverarbeitungsmittel 18 Kalibrierungsmittel, die durch das Trennelement 26 hervorgerufene Aberrationen berücksichtigen können, und ein Strahlverfolgungsprogramm umfassen.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Trennelement 26 ein aus zwei miteinander verkitteten Prismen gebildeter Würfel.

Vorzugsweise und gemäß der Darstellung ist dieser zur opti­ schen Achse A derart geneigt, daß die halbreflektierende Oberfläche 27, die er bildet, mit dieser optischen Achse A einen von 45° unterschiedlichen Winkel B bildet.

Somit befinden sich etwaige Störbilder aufgrund einer Re­ flektion auf den Seiten dieses Trennelementes 26 in vorteil­ hafter Weise richtig beabstandet von der Beobachtungsrich­ tung der Kamera 25.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform umfaßt die optische Vorrichtung 12 ferner zwischen dem Trennelement 26 und der Aufnahmestelle 15 ein Anpassungselement 30, welches den Krümmungsradius und den Durchmesser der zu überprüfen­ den, optischen Oberfläche 11 berücksichtigt. Die Kalibra­ tionsmittel können ebenfalls Aberrationen aufgrund dieses Anpassungselementes 30 berücksichtigen.

Die zu überprüfende Oberfläche 11 ist eine konvexe Oberflä­ che und das Anpassungselement 30 ist konvergierend.

Wenn die zu überprüfende, optische Oberfläche 11 eine stark asphärische Oberfläche ist, kann dieses Anpassungselement 30 selbst auch zumindest teilweise ein Ausgleichselement bil­ den, welches eine Wellenfront liefern kann, die zumindest der zu überprüfenden Wellenfront relativ nahe kommt.

Im folgenden wird das Element 30 deshalb Anpassungs- und/ oder Ausgleichselement genannt.

Die verschiedenen Bauteile der so gebildeten, optischen Vor­ richtung 12 werden bevorzugt von demselben Gestell getragen, wobei zumindest für gewisse unter ihnen ein gewisses Maß an Freiheitsgrad in Bezug auf dieses Gestell gegeben ist. Die entsprechenden Anordnungen, die sich aus dem Stand der Tech­ nik ergeben, werden hier nicht beschrieben.

Die Angabe reicht aus, daß das Gitter 16 von geeigneten Halteelementen gehalten ist, die einerseits eine Verschiebung längs der einen oder anderen der zwei orthogonalen Richtun­ gen senkrecht zu der optischen Achse A und andererseits eine Drehung um eine zu den zwei vorhergehenden in senkrechte Richtung zulassen.

In der Gesamtheit sind diese Halteelemente ferner positions­ mäßig längs der optischen Achse A derart einstellbar, daß das Gitter 16, welches sie tragen, am Konvergenzpunkt des von der zu überprüfenden, konvexen Oberfläche 11 reflek­ tierten Lichtbündels oder in der Nähe davon angeordnet wer­ den kann.

Ferner sind sie vorzugsweise Steuermitteln unterworfen, die eine gesteuerte Bewegung ermöglichen.

Ebenso sind die Kamera 25 und das Anpassungs- und/oder Aus­ gleichselement 30 vorzugsweise längs der optischen Achse A bewegbar angeordnet.

Jedoch sind in diesem Fall auf den entsprechenden Gleit­ schienen Positionierungsklötze vorgesehen, die bei etwaigen Austausch der Elemente (Gitter, Anpassungs- und/oder Aus­ gleichselement . . . ) als Bezug zur Bewahrung der vorhergehend durchgeführten Eichung dienen können.

Ebenfalls ist gemäß der schematischen Darstellung in der Fig. 1 die Arbeitsstation 15 vorzugsweise von einer längs der optischen Achse A im Hinblick auf Absolutmessungen be­ wegbar angeordneten Halteplatte getragen.

Ein elektronisches Lineal 32, welches in der Fig. 1 durch einen Strich dargestellt ist, erlaubt in Zusammenarbeit mit einer Markierung 33 deren Verschiebung zu messen.

Im Arbeitseinsatz durchquert das im praktischen Fall mono­ chromatische und von der Lichtquelle 12 ausgesandte und von den Ausstrahlungsmitteln 13 herstammende Lichtbündel fort­ laufend das Trennelement 26 und das Anpassungs- und/oder Ausgleichselement 30, vorerst von der konvexen Oberfläche 11 der zu überprüfenden, ophtalmalogischen Linse 10 reflektiert wird.

Vorzugsweise ist das Anpassungs- und/oder Ausgleichselement 30 derart eingerichtet, daß die von ihm ausgehenden Licht­ strahlen an jedem Punkt dieser konvexen Oberfläche 11 im Wesentlichen senkrecht zu ihr auftreffen. Das zurückkehrende Lichtbündel, welches von dem Anpassungs- und/oder Aus­ gleichselement 30 austritt, wird durch das Trennelement 26 in Richtung zu dem Gitter 16 abgelenkt, wo es zu diesem hin konvergiert.

Im praktischen Fall ist das Gitter 16 nahe dem entsprechen­ den Kovergenzpunkt derart angeordnet, daß die Anzahl der Streifen möglichst klein wird, die das stromabwärts beo­ bachtbare Bild aufweist, und um so die weiteren Betriebs­ schritte zu vereinfachen und die Genauigkeit der erhaltenen Ergebnisse zu erhöhen.

Die auf dem Gitter 16 ankommende Wellenfront zeigt gegenüber der theoretischen Wellenfront, die normalerweise auf diesem Gitter 16 ankommen sollte, Aberrationen, die eine Beurtei­ lung der beobachtbaren Streifen ermöglichen.

Wie vorhergehend angegeben, übertragen diese Streifen tat­ sächlich in Bezug auf die Steigung den Abstand zwischen der überprüften Wellenfront und der theoretischen Wellenfront.

Unter theoretischer Wellenfront wird hier die Wellenfront verstanden, die die theoretische Oberfläche des zu überprü­ fenden optischen Systems 10, 10′, das Trennelement 26 mit seinen etwaigen Fehlern und das Anpassungs- und/oder Aus­ gleichselement 30 ebenfalls mit seinen etwaigen Fehlern berücksichtigt.

Um zu der Queraberration der kontrollierten Wellenfront zurückzukehren, ist es daher gemäß der Technik des Erfassens der Phase ausreichend, eine Reihe von Messungen vorzunehmen, in dem von einer zur anderen eine Phasenverschiebung vorge­ nommen wird, d. h. indem jedesmal das Gitter 16 senkrecht zur optischen Achse A um eine vorbestimmte Größe bewegt wird.

Vorzugsweise ist die Anzahl der derart durchgeführten Mes­ sungen ungerade.

Im praktischen Fall sind zur Berechnung der erwünschten Steigung Messungen in zwei zueinander senkrechte Richtungen erforderlich.

Für die Ermittlung der Strecke oder des normalen Abstands, der die überprüfte Wellenfront von der theoretischen Wellen­ front am betrachteten Punkt trennt, genügt es, eine Integra­ tion vorzunehmen.

Im praktischen Fall werden alle Bewegungen der betreffenden bewegbaren Elemente von einer geeigneten Software gesteuert, um eine systematische und unmittelbare Auswertung der anfal­ lenden Ergebnisse zu erlauben.

Eine solche Software, die nicht von der Erfindung umfaßt wird, wird hier nicht beschrieben.

Das gleiche gilt für das Strahlfolgeprogramm, welches nach der Erfindung die Datenverarbeitungsmittel 18 umfassen.

Ein solches Programm zum Folgen der Strahlen ist klassisch und daher dem Durchschnittsfachmann wohl bekannt und be­ schränkt sich darauf, von Brechungsfläche zu Brechungsfläche das Descartes′sche Gesetz (n sin i = n′sin i′) anzuwenden.

Vorzugsweise ist die Analyseebene 29 die zu dem zu überprü­ fenden Teil konjugierte Ebene.

Im Fall eines optischen Systems handelt es sich um die Ebene seiner Pupille.

Als Abänderung kann man, wenn die erwünscht ist, das zu überprüfende Teil oder optische System 10, 10′ mit einem vorbestimmten Abstand der zu der Analyseebene 29 konjugier­ ten Ebene anordnen.

In diesem Fall wird durch die von den Datenverarbeitungsmit­ teln 18 und dem Strahlfolgeprogramm durchgeführten Rechnun­ gen dieser Abstand berücksichtigt.

Im Hinblick auf die Kalibrierungsmittel, die ebenfalls nach der Erfindung von den Datenverarbeitungsmitteln 18 umfaßt werden, wird darauf hingewiesen, daß gemäß diesem Kalibrie­ rungsmittel die zu berücksichtigende Summe der Aberrationen in einer Kalibrierungsdatei gespeichert ist und systematisch von allen durchgeführten Messungen subtrahiert wird.

In dem Fall, in dem die zu überprüfende Oberfläche 11 des betreffenden optischen Systems 10 eine asphärische Oberflä­ che ist, wird diese Kalibrierungsdatei in der folgenden Wei­ se erhalten.

Bei einem ersten Schritt berechnet man das System der theo­ retischen Streifen F₁, welches man erhielte, wenn das Anpas­ sungs- und/oder Ausgleichselement 30 und die Oberfläche 11 vollkommen wären, d. h. wenn beide geometrische und optische Eigenschaften aufwiesen, die vollkommen identisch bezüglich ihrer theoretischen Eigenschaften sind.

Bei einem zweiten Schritt führt man eine Messung mit einer vollkommenen Lehre durch, die an der Stelle des optischen Systems 10 angeordnet ist, und man erhält ein System von Streifen F₂.

Bei einem dritten Schritt berechnet man das System von theo­ retischen Streifen F₃, welches man mit dieser vollkommenen Lehre und dem als vollkommen betrachteten Anpassungs- und/ oder Ausgleichselement 30 erhielt. Der Unterschied (F₂ - F₃) stellt die Herstellungsfehler des Trennelementes 26 und des Anpassungs- und/oder Ausgleichselementes 30 dar.

Die Kalibrierungsdatei F_C ist gleich: F_C = (F₂ - F₃) + F₁.

F_M sei das System der Streifen, welches mittels der Vorrich­ tung mit dem optischen System bestimmt worden ist.

Die Integration, die zu der Strecke oder dem normalen Ab­ stand führt, welcher die überprüfte Wellenfront von der theoretischen Wellenfront trennt, wird mittels des Systems von Streifen vorgenommen, welche sich aus dem Unterschied (F_M - F_C) ergibt.

Wie oben angegeben, werden die Aberrationen somit systema­ tisch nach der Erfindung sowohl für das Teilelement 26 als auch für das Anpassungs- und/oder Ausgleichselement 30 be­ rücksichtigt, und sind die theoretischen und/oder praktisch verwirklichten Aberationen dieser Elemente.

Somit hängen die sich ergebenden Aberrationen, wie sie als Funktion der Differenz (F_M - F_C) berechnet werden, nicht mehr im wesentlichen als allein in den Oberflächenfehlern der zu überprüfenden, konvexen Oberfläche 11 ab.

Es ist daher möglich, daraus diese Fehler mit sehr großer Genauigkeit abzuleiten.

Im praktischen Fall kann die Herstellungsgenauigkeit von jeder der optischen Oberflächen, die das Anpassungs­ und/oder Ausgleichselement 30 aufweist, vorteilhafterweise nur von der Größenordnung der Wellenlänge sein, während sie für die Analogelemente unabdingbar bei Abwesenheit von Kalibrierungsmittel nur ein Teil in der Größenordnung eines Zwanzigstels dies Wellenlänge sein kann. Der Herstellungspreis der optischen Vorrichtung 12 nach der Erfindung ist daher stark verringert.

Gemäß einer Abwandlung der Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtquelle 14 eine räumlich inkohärente Lichtquelle, wie sie in dem Buch von M Francon definiert ist, welches oben erwähnt wurde.

Das entsprechende Loch der Blende 21 begrenzt ihre Ausdeh­ nung.

Im praktischen Fall ist der Durchmesser dieses Loches und damit der Quelle 14 in der Größenordnung der Gitterkonstante des Gitters 16, jedoch auf alle Fälle kleiner als diese.

Vorzugsweise ist der Durchmesser gleich der Hälfte der Git­ terkonstante des Gitters 16.

Gleichzeitig ist für die erwünschte Inkohärenz zwischen dem Laser 19 und dem Objektiv 20, stromabwärts der "Dichte" 22, eine Mattscheibe 23 eingeschaltet, die unter der Kontrolle eines Motors 24 drehbar angebracht ist.

Somit weisen die verschiedenen Punkte der erfindungsgemäß vorgesehenen Lichthülle 14 keine Phasenbeziehung zwischen­ einander auf.

Wie man ohne weiteres sehen kann, ist es möglich, wenn er­ wünscht, die Ausdehnung der Lichtquelle 14 zu ändern.

Es reicht beispielsweise hierfür aus, das Objektiv 20 zu ver­ schieben, wenn es, wie dargestellt, hinter der Mattscheibe 13 angeordnet wird.

Wenn es als Abänderung vor dieser Mattscheibe 13 angebracht wird, reicht es somit aus, diese letztere zu verschieben.

In dem Fall, daß die zu überprüfende Oberfläche 11′ eine kon­ kave Oberfläche ist, kann das vorgesehene Anpassungs- und/ oder Ausgleichselement 30 in Abwandlung ein divergierendes Ausgleichselement sein, so wie es schematisch in der Fig. 2 gezeigt ist.

Die erfindungsgemäße, optische Prüfvorrichtung läßt übrigens eine Vielzahl abgewandelter Ausführungsformen und/oder Anwendungen zu.

Beispielsweise ist das zu überprüfende, optische System 10 in Fig. 3 eine Spiegelebene, wobei das aus dem Anpassungs­ und/oder Ausgleichselement 30 austretende Bündel ein paral­ leles Lichtbündel ist.

Das gleiche trifft bei der Fig. 4 zu, wo zusätzlich nicht nur mittels Reflektion, wie vorhergehend, sondern mit dop­ peltem Durchgang gearbeitet wird, wobei das zu überprüfende, optische System 10 in einer Richtung und dann in der anderen nach Reflektion an einem Hilfsspiegel 40 durchlaufen wird.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Hilfsspiegel 10 eben.

Jedoch könnte er auch ebensogut konkav sein, wie dies in beispielhafter Weise in der Fig. 5 dargestellt ist, wo er konkav ist.

Auch bei der Fig. 5 wird mit doppeltem Durchgang vorgegan­ gen.

Jedoch ist das Bündel stromaufwärts des Anpassungs- und/oder Ausgleichselementes 30 konvergent, und das gleiche trifft stromaufwärts des zu überprüfenden, optischen Systems 10 zu.

Bei den in den Fig. 6 und 7 dargestellten, ausgestalteten Ausführungsformen ist kein Anpassungs- und/oder Ausgleichs­ element vorgesehen.

Bei der Fig. 6 handelt es sich um die Überprüfung einer kon­ kaven, optischen Oberfläche 11′ bei Reflektion.

Bei der Fig. 7 handelt es sich um die Überprüfung mittels doppeltem Durchgang bei irgendeinem optischen System 10.

In der Fig. 8 ist ein zweiter optischer Strahlengang mit der Achse A′ vorgesehen. Abgeleitet durch ein zweites Trennele­ ment 26′ von dem vorhergehenden optischen Strahlengang mit der Achse A erlaubt dieser beispielsweise gleichzeitig Mes­ sungen in zwei Richtungen durchzuführen.

Um dieses zu machen umfaßt er ein Gitter 16′ und Empfangs­ mittel 17′, während er mit dem ersten Strahlengang mit der optischen Achse A die selben Datenverarbeitungsmittel 18′ gemeinsam besitzt.

Das Gitter 16 kann statt eines Ronchi-Gitters als Amplitudengit­ ter ein Wollaston-Prisma als Phasengitter sein. Das Gitter 16′ kann statt eines Amplitudengitters, wie ein Ronchi-Gitter, beispielsweise ein Phasengitter, wie ein Wollaston'sches Gitter, sein. Wie es bekannt ist, ist ein Wollaston-Prisma aus zwei dop­ pelbrechenden, gekitteten Prismen mit einer Achse gebildet, deren Achsen senkrecht zueinander verlaufen.

In dem Fall, in dem ein solches Wollaston-Prisma verwendet wird, ist es erforderlich, ihm in bekannter Weise zwei Pola­ risatoren zuzuordnen, deren Achsen unterschiedlich von denen dieses Wollaston-Prismas ausgerichtet sind, wobei der erste vor dem Wollaston-Prisma angeordnet ist, und der zweite zwi­ schen diesem Wollaston-Prisma und der Analyseebene 29 oder 29′ der Kamera 25 beziehungsweise 25′ angeordnet ist, die die Übertragungsmittel 17 oder 17′ umfaßt.

Die Achsen dieser Polarisatoren laufen vorzugsweise unter 45° in Bezug auf die Achsen des Wollaston-Prismas.

Es wird auch darauf hingewiesen, daß die optische Prüfvorrichtung ebenfalls zur Überprüfung von optischen Systemen mit Gradientenindex eingesetzt werden kann, um bei­ spielsweise das Indexprofil zu bestimmen.

Claims (9)

1. Optische Prüfvorrichtung (12) mit einem Ronchi-Gitter oder Wollaston- Prisma (16) zum Prüfen eines optischen Systems (10, 10′) mittels Erfassung der Phase des Typs, der längs einer optischen Achse (A) aufweist: eine Lichtquelle (14);
eine zur Aufnahme des zu prüfenden optischen Systems (10, 10′) geeignete Aufnahmestation (15);
ein Ronchi-Gitter bzw. Wollaston-Prisma (16) in der Nähe des Schnittpunkts des von dem optischen System (10, 10′) kommenden Strahlenbündels, optische Detektoren (17) zum Empfang eines strahlabwärts hinter dem Ronchi-Gitter bzw. Prisma (16) beobachtbaren Interferenzstreifenmusters; und
Datenverarbeitungsmittel (18), die zur Auswertung dieses Interferenzstrei­ fenmusters durch Erfassen der Phase geeignet sind, wobei das Ronchi-Gitter bzw. Prisma (16) senkrecht zu der optischen Achse (A) verschiebbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Lichtquelle (14) und der Aufnahmestation (15) ein Strahl­ teiler (26) angeordnet ist, der auf der optischen Achse (A) eine halbdurch­ lässige Oberfläche (27) bildet und der das von der zu überprüfenden Ober­ fläche (11, 11′) des optischen Systems (10, 10′) reflektierte Licht reflek­ tiert, daß das Ronchi-Gitter bzw. Prisma (16) in der Nähe des Schnittpunk­ tes des von der zu überprüfenden Oberfläche (11, 11′) reflektierten Licht­ bündels und hinter dem Strahlteiler (26) angeordnet ist, daß die optischen Detektoren (17) neben dem Strahlteiler (26) angeordnet sind, und daß die Datenverarbeitungsmittel (18) Kalibrierungsmittel, die sowohl theoretisch als auch praktisch auftretende Aberrationen aufgrund wenigstens des Strahl­ teilers (26) berücksichtigen, und ein Strahlfolgeprogramm umfassen.

2. Optische Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halbdurchlässige Oberfläche (27) des Strahlteilers (26) mit der optischen Achse (A) einen von 45° abweichenden Winkel (B) einschließt.

3. Optische Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ronchi-Gitter bzw. Prisma (16) von Halteelementen getragen ist, die eine Bewegung längs der einen oder der anderen von zwei orthogonalen Richtungen und eine Drehung um eine zu den zwei vorgenannten orthogo­ nalen Richtungen erlauben.

4. Optische Prüfvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das Ronchi-Gitter bzw. Prisma (16) tragenden Halteelemente Steuer­ mitteln unterworfen sind, die eine gesteuerte Bewegung ermöglichen.

5. Optische Prüfvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente, die das Ronchi-Gitter bzw. Prisma (16) tragen, positionsmäßig längs der optischen Achse (A) einstellbar sind.

6. Optische Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmestation (15) von einem Tragelement getragen ist, welches längs der optischen Achse (A) bewegbar ist, und daß mit einem Linearmaßstab (32) dessen Verschiebung meßbar ist.

7. Optische Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner zwischen dem Strahlteiler (26) und der Aufnahmestation (15) ein Anpassungs- und/oder Ausgleichselement (30) umfaßt, und daß die Kalibrierungsmittel, die die Datenverarbeitungsmittel (18) umfassen, sowohl theoretische als auch praktisch auftretende Aberrationen aufgrund dieses Anpassungs- und/oder Ausgleichselementes (30) berücksichtigen.

8. Optische Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (14) eine räumlich ausgedehnte, inkohärente Lichtquelle ist.

9. Optische Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei ihr ein zweiter optischer Strahlengang vorgesehen ist, der von dem vorhergehenden durch einen Strahlteiler (26′) abgeleitet ist und auch ein Gitter (16′) und Empfangsmittel (17′) aufweist, während er mit dem ersten optischen Strahlengang dieselben Datenverarbeitungsmittel (18) gemeinsam hat.