DE4427317A1 - Interferometer für die Prüfung optischer Elemente - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Interferometer für die Prüfung optischer Elemente und stellt ein Basismodell für beispielsweise Twyman-Green und Fizeau-Interferometrie dar. Aus dem Stand der Technik ist allgemein bekannt, Fizeau- oder Twyman-Green- Interferometer zur Prüfung optischer Flächen oder kompletter optischer Systeme zu ver­ wenden.

Die Fizeau-Interferometer weisen als Voraussetzung für visuelle Prüfanordnungen gleiche Lichtwege für die Prüf- und Referenzwelle auf.

Die Twyman-Green-Interferometer bieten dagegen aufgrund der Möglichkeit einer günstigen Variation der Phasendifferenz zwischen Prüf- und Referenzwelle gute Voraus­ setzungen für die Anwendung einer hochgenauen rechnergekoppelten Interferometer­ auswertung.

So ist eine Interferometeranordnung der Anmelderin bekannt, die bei der Prüfung von optischen Funktionsflächen und optischen Systemen sowohl als visuelles Fizeau-Inter­ ferometer als auch als rechnergekoppeltes digitales Twyman-Green Interferometer ein­ setzbar ist (AP 233 174).

Nachteilig ist jedoch u. a. der hohe Aufwand an optischen Bauteilen, die relativ großen Abmessungen des Prüfgerätes und den damit verbundenen Stabilitätsproblemen des Meßvorganges.

Eine andere Lösung ist von der Fa. "Fisba Optiks" bekannt geworden (Firmenprospekt 301). Hier wird versucht die einzelnen separaten optischen Bauteile in miniturisierter Form aufzubauen und damit eine Verbesserung der Stabilität und Reproduzierbarkeit des Meßvorganges zu erreichen.

Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Interferometer für die Prüfung optischer Flächen zu Verfügung zu stellen, mit dem in kleiner kompakter Ausführung eine hohe Stabilität und Reproduzierbarkeit des Meßvorganges verbunden mit geringer Justage erreicht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßigen Interferometer dadurch gelöst, daß mittels bekannter Füge- und Klebetechnik mindestens zwei Prismen, ein Strahlteiler und ein Kollimatorobjektiv zu einem optischen Bauelement verbunden sind und daß das optische Bauelement zwischen optischer Baugruppe und optischer Meßordnung angeordnet ist.

Beim erfindungsgemäßen Interferometer wird durch die geringen äußeren Abmessun­ gen, verbunden mit einer hohen mechanischen und optischen Stabilität eine hohe Sta­ bilität und Reproduzierbarkeit des Meßvorganges, eine geringe Justage bei der Her­ stellung, geringe thermische Empfindlichkeit und geringe Staubanfälligkeit erreicht.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Interferometers besteht das optische Bauelement aus einem Prisma, einem zwischen dem Prisma und einem weiteren Prisma angeordneten Strahlteiler, einem weiteren Prisma, einem Kolli­ matorobjektiv aufnehmenden Prisma und einer zwischen zwei Prismen angeordneten Reflexionsschicht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der Strahlteiler auf dem Prisma aufgebracht, das der Einkopplung des Strahlenbündel in das optische Bauelement dient, insbesondere auf die der mittels Füge- und Klebetechnik mit einem weiteren Prisma verbundenen optischen Fläche.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüche.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren im Prinzip noch näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Interferometer

Fig. 2 eine Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes optisches Bauelement.

Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Interferometer wird mittels einer Laserbau­ gruppe 1, vorteilhafterweise ein Halbleiterlaser mit Kollimator, linear polarisiertes Licht ausgesendet, das auf eine optische Baugruppe 2, bestehend aus Polarisationsfilter mit λ/4-Platte, auftrifft. Die optische Baugruppe 2 dient der Intensitätsanpassung des linear polarisierten Laserlichtes und verhindert zum anderen die Rückkopplung auf die Laser­ baugruppe 1.

Die λ/4-Platte ist um 45° zur Durchlaßrichtung des Polarisators gedreht, so daß am Aus­ gang der optischen Baugruppe 2 ein Bündel zirkular polarisierten Lichtes zur Verfügung steht, das auf eine optische Baugruppe 3, bestehend aus einer Sammeloptik mit pin hole, trifft.

Die optische Baugruppe 3 bündelt das zirkular polarisierte Licht in der Ebene der Öffnung des pin hole. Ein durch das pin hole austretendes divergentes Strahlenbündel E tritt in ein optisches Bauelement 4 ein.

Die Einkopplung des Strahlenbündels E erfolgt mittels eines Prisma 410. Ein auf der Austrittsfläche des Prismas 410 aufgebrachter Strahlteiler 411 spaltet das Strahlen­ bündel in 2 Komponenten auf.

Das erste Strahlenbündel wird reflektiert und verläßt das Prisma 410 in Richtung y. Das zweite Strahlenbündel durchtritt den Strahlteiler 411 entlang der optischen Achse x und gelangt über ein Prisma 412 über eine Fügefläche 413 auf ein Kollimatorobjektiv 414 und verläßt das optische Bauelement 4 als paralleles Strahlenbündel.

Prinzipiell ist es auch möglich den Strahlteiler 411 auf die Eintrittsfläche des Prismas 412 aufzubringen.

Einen besonders günstiger Wirkungsgrad für die Ausnutzung des Lichtes wird erreicht, wenn der Durchlaß- und Reflexionsgrad des Strahlteilers 411 annähernd überein­ stimmen.

Das das optische Bauelement 4 verlassende parallele Strahlenbündel wird durch einen Prüfling 5 reflektiert und gelangt über das Kollimatorobjektiv 414, die Fügefläche 413 und das Prisma 412 auf den Strahlteiler 411.

Am Strahlteiler 411 erfolgt eine Aufteilung des Strahlenbündels in 2 Komponenten, in ein reflektiertes und durchlaufendes Strahlenbündel. Das reflektierte Strahlenbündel A gelangt auf eine optische Meßanordnung 6, bestehend aus Sammeloptik und Streu­ lichtblende. Die optische Meßordnung 6 erzeugt somit das Bild des Prüflings 5 mit gleichzeitiger Darstellung des Interferenzbildes auf einen Empfänger 7, der mittels eines Auswertesystems 8 eine Darstellung bzw. Aufbereitung des Meßergebnisses vornimmt. Das den Strahlenteiler 411 durchlaufende Strahlenbündel durchsetzt die optische Bau­ gruppe 3 und trifft auf die λ/4-Platte der optischen Baugruppe 2.

Beim Durchlaufen der λ/4-Platte wird das zirkular polarisierte Licht in linear polarisiertes Licht mit einer um 90° versetzten Phasenlage umgewandelt. Damit kann es den Polari­ sationsfilter der optischen Baugruppe 2 nicht mehr passieren und nicht zu Störungen des Lasers 1 führen.

Die Länge des optischen Bauelementes 4 ist abhängig von einem Öffnungsverhältnis des Strahlenbündels hinter dem pin hole und der Austrittsöffnung des Kollimatorobjektivs. Geht man von einem Öffnungsverhältnis des Strahlenbündels hinter dem pin hole von 1 : 10 aus, so erfordert eine Austrittsöffnung von 13 mm eine Kollimatorbrennweite von 130 mm.

Um das Kollimatorobjektiv einlinsig ausführen zu können, sollte das vorgenannte Öffnungsverhältnis 1 : 10 nicht überschritten werden.

Die optischen Glieder des optischen Bauelements (Prismen, Prisma mit Strahlenteiler, Kollimatorobjektiv) werden mittels in der Optik allgemein bekannte Füge- und Klebe­ techniken und allgemein üblicher Kleber zu einem Bauelement verbunden.

Die optischen Glieder (Prismen, Kollimatorobjektiv) sollten vorzugsweise aus optischem Glas bestehen. Der Einsatz anderer Materialien mit vergleichbaren optischen Eigen­ schaften ist möglich.

Der Strahlteiler besteht aus den in der Optik allgemein bekannten Strahlteilerschichten und wird in allgemein bekannter Weise aufgebracht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes optisches Bauelement ist in Fig. 2 dargestellt.

Das Strahlenbündel E tritt über ein Prisma 420 in das optische Bauelement 4 ein. Das Strahlenbündel trifft auf einen Strahlenteiler 421, der die gleiche Wirkung und Aufbau wie der beschriebene Strahlenteiler 411 in Fig. 1 hat.

Das erste Strahlenbündel wird reflektiert und verläßt das Prisma 420 in Richtung y. Das den Strahlenteiler 421 durchlaufende Licht gelangt über ein Prisma 422 und eine Füge­ fläche 423 in ein Prisma 424.

Das Strahlenbündel wird an den zwei Glas-Luftflächen 425 und 426 total reflektiert und gelangt über die Fügefläche 423 in ein Prisma 427.

An einer Glas-Luftfläche 428 des Prismas 427 wird das Strahlenbündel total reflektiert und trifft auf eine voll verspiegelte Reflexionsschicht 429. Die Reflexionsschicht 429 sollte möglichst lichtundurchlässig sein und ist technologisch vorteilhafterweise auf dem Prisma 427 aufgebracht.

Der Aufbau und die Herstellung der Reflexionsschicht entspricht dem allgemein in der Optik üblichen Aufbau und Verfahren.

Das an der Reflexionsschicht 429 reflektierte Strahlenbündel gelangt über eine Füge­ fläche 430 in ein Kollimatorobjektiv 431 und verläßt das optische Bauelement 4 als paralleles Strahlenbündel und trifft auf einen nicht in Fig. 2 dargestellten Prüfling. Das von dem Prüfling reflektierte Strahlenbündel tritt über das Kollimatorobjektiv 431 wieder in das optischen Bauelement 4 ein und gelangt über die Fügefläche 430, die Reflexionsschicht 429, dem Prisma 427 mit der Reflexion der Glas-Luftfläche 428 in das Prisma 424. Im Prisma 424 erfolgt eine Reflexion an den Glas-Luftflächen 426 und 425. Über die Fügefläche 423 und das Prisma 422 gelangt das Strahlenbündel auf den Strahlteiler 421; der reflektierte Teil des Strahlenbündels verläßt das optische Bau­ element 4 nach nochmaliger Umlenkung an der Reflexionsschicht 429 in Richtung A.

Der durch den Strahlteiler 421 durchtretende Anteil des Strahlenbündels kehrt über das Prisma 420 an die Einkoppelstelle zurück und tritt dort entgegen der Richtung E aus. In der optischen Baugruppe 2 wird dieser Anteil am Wiedereintritt in den Laser gehindert.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des optischen Bauelementes 4 gemäß Fig. 2 wird der Aufbau eines besonders kleinen und kompakten Interferometers ermöglicht, verbunden mit den bereits geschilderten Vorteilen der erfindungsgemäßen Lösung.

Claims (6)

1. Interferometer für die Prüfung optischer Elemente mit einer linear polarisierten lichtaussendenden Laserbaugruppe, mit einer optischen Baugruppe, einem prismatischen Körper mit Strahlteiler, einem Kollimatorobjektiv, einer optischen Meßordnung und einem Empfänger mit Auswertesystem, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mittels an sich bekannter Füge- und Klebetechnik mindestens zwei Prismen (410, 412), ein Strahlteiler (411) und ein Kollimatorobjektiv (413) zu einem optischen Bauelement (4) verbunden sind und daß das optische Bauelement (4) zwischen der optischen Bau-gruppe (3) und der optischen Meßanordnung (6) angeordnet ist.

2. Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Bauelement (4) aus einem Prisma (420), einem zwischen dem Prisma (420) und einem Prisma (422) angeordneten Strahlenteiler (421), einem Prisma (424), einem ein Kollimatorobjektiv (431) aufnehmendes Prisma (427) und einer zwischen dem Prisma (427) und dem Prisma (422) angeordneten Reflexionsschicht (429) besteht.

3. Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Prismen (410, 412) ein Strahlteiler (411) angeordnet ist.

4. Interferometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (411) auf dem Prisma (410) oder (412) aufgebracht ist.

5. Interferometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (421) auf dem Prisma (420) oder (422) aufgebracht ist.

6. Interferometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexions­ schicht (429) auf dem Prisma (427) aufgebracht ist.