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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE AND METHOD FOR MEASURING A SEMIFINISHED PRISM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/004820
Kind Code:
A9
Abstract:
A method for measuring a semifinished prism (14) in which a first test beam path (29) is produced, by which a first test image (27) is imaged to infinity, and in which the first test beam path (29) is guided as an incident beam path (30) onto a first non-polished surface (19) of the prism (14). A beam path (31) reflected from the first non-polished surface (19) is captured by a telescope (33), wherein the first test image (27) is imaged onto a detector (36) in the telescope (33). The incident beam path (30) forms an obtuse angle (12) with the reflected beam path (31). A second test beam path (29) reflected from a second surface (20) of the prism (14) is captured by a telescope (33), wherein a second test image (27), which is imaged to infinity by the second test beam path (29), is imaged onto a detector (36) by the telescope (33). The angle (13) between the first surface (19) and the second surface (20) is determined on the basis of the difference between an orientation of the first surface (19), derived from the first test image (27), and an orientation of the second surface (20), derived from the second test image (27). The invention also relates to an associated measuring device.

Inventors:
DAHL MICHAEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/068191
Publication Date:
April 29, 2021
Filing Date:
June 29, 2020
Export Citation:
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Assignee:
MOELLER WEDEL OPTICAL GMBH (DE)
International Classes:
G01B11/26; G01B9/10; G01M11/00
Attorney, Agent or Firm:
GLAWE DELFS MOLL PARTNERSCHAFT MBB VON PATENT- UND RECHTSANWÄLTEN (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Vermessen eines halbfertigen Prismas (14), mit folgenden Schritten: a.Erzeugen eines ersten PrüfStrahlengangs (29), mit dem ein erstes Prüfbild (27) nach unendlich abgebil det wird; b. Leiten des ersten PrüfStrahlengangs (29) als einfal lender Strahlengang (30) auf eine erste nicht-po- lierte Fläche (19) des Prismas (14), c.Aufnehmen eines von der ersten nicht-polierten Flä che (19) reflektierten Strahlengangs (31) mit einem Teleskop (33), wobei das erste Prüfbild (27) in dem Teleskop (33) auf einen Detektor (36) abgebildet wird und wobei der einfallende Strahlengang (30) mit dem reflektierten Strahlengang (31) einen stumpfen Winkel (12) einschließt; d.Aufnehmen eines von einer zweiten Fläche (20) des Prismas (14) reflektierten zweiten PrüfStrahlengangs (29) mit einem Teleskop (33), wobei ein mit dem zweiten Prüfstrahlengang (29) nach unendlich abge bildetes zweites Prüfbild (27) mit dem Teleskop (33) auf einen Detektor (36) abgebildet wird; e.Ermitteln des Winkels (13) zwischen der ersten Flä che (19) und der zweiten Fläche (20) anhand der Dif ferenz einer aus dem ersten Prüfbild (27) abgeleite ten Ausrichtung der ersten Fläche (19) und einer aus dem zweiten Prüfbild (27) abgeleiteten Ausrichtung der zweiten Fläche (20).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste nicht-polierte Fläche (19) in einem feingeschliffenen Zustand ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Prisma (14) zwischen dem Vermessen der ersten Flä che (19) und dem Vermessen der zweiten Fläche (20) um eine Drehachse (16) gedreht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Flächen (19, 20, 21) des Prismas (14) vermes sen werden, ohne dass das Prisma (14) relativ zu der Dreh achse (16) verschoben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Zentralachse des reflektierten ersten PrüfStrahlengangs (31) durch ein Umlenkelement (42) relativ zu der optischen Achse (40) des Teleskops (33) versetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anordnen des Umlenkelements (42) im ersten Prüfstrah lengang (29) und Entfernen des Umlenkelements (42) aus dem ersten Prüfstrahlengang (29) zwischen einem ersten Messmo dus und einem zweiten Messmodus gewechselt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass der erste Prüfstrahlengang (29) mit einem Kollimator (22) erzeugt wird und dass das Prisma (14) zwi schen dem Kollimator (22) und dem Teleskop (33) angeordnet ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass das mit dem Detektor (36) aufgenommenene Prüfbild (27) gemeinsam mit einer Prüfbild-Wiedergabe (38) dargestellt wird, wobei die Prüfbild-Wiedergabe (38) in ei ner Soll-Position angeordnet ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Winkel (13) zwischen der ersten Fläche

(19) und der zweiten Fläche (20) mit einem Sollwinkel ver glichen wird und dass die erste Fläche (19) und/oder die zweite Fläche (20) nachbearbeitet werden, falls die Abwei chung des Winkels (13) von dem Sollwinkel größer ist als ein vorgegebener Schwellwert ist.

10. Messvorrichtung zum Vermessen eines halbfertigen Prismas

(14), umfassend eine Lichtquelle (23) zum Erzeugen eines PrüfStrahlengangs (29), mit dem ein Prüfbild (27) nach un endlich abgebildet wird, wobei der Prüfstrahlengang (29) als einfallender Strahlengang (30) auf eine Fläche (19) ei nes Prismas (14) geleitet wird, und mit einem Teleskop (33) zum Aufnahmen des von der Fläche (19) des Prismas (14) re flektierten Strahlengangs (31), wobei das Teleskop (33) ei nen Detektor (36) aufweist, auf den das Prüfbild (27) abge bildet wird und wobei der einfallende Strahlengang (30) mit dem reflektierten Strahlengang (31) einen stumpfen Winkel (12) einschließt.

Description:
Vorrichtung und Verfahren zum Vermessen eines halb fertigen Prismas

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vermessen eines halbfertigen Prismas.

Bei einem fertigen Prisma sind mehrere Flächen poliert, so dass ein auf die Fläche treffender Lichtstrahl eine spiegelnde Reflexion erzeugt. Die spiegelnde Reflexion des Lichtstrahls kann genutzt werden, um mit einem Goniometer die Ausrichtung einer Fläche festzustellen. Mit dem Goniometer kann ein Licht strahl auf die polierte Fläche geleitet und aus der Richtung des reflektierten Strahlengangs auf die Ausrichtung der Fläche geschlossen werden. Wird die Ausrichtung zweier Flächen des Prismas ermittelt, so kann auf den zwischen den Flächen einge schlossenen Winkel geschlossen werden.

Insbesondere im Laufe des Herstellungsprozesses eines Prismas kann es von Interesse sein, die Ausrichtung von Flächen eines halbfertigen Prismas festzustellen. Ein halbfertiges Prisma umfasst eine Oberfläche, die feingeschliffen, aber noch nicht poliert ist. Ergibt die Messung, dass die Ausrichtung einer feingeschliffenen Fläche des halbfertigen Prismas noch nicht der Vorgabe entspricht, so kann dies nachgearbeitet werden, ohne dass eine bereits polierte Oberfläche wieder zerstört werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzustellen, mit denen die Ausrichtung einer nicht-polierten Oberfläche eines Prismas festgestellt werden kann. Ausgehend vom genannten Stand der Technik wird die Auf gabe gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vor teilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen ange geben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein erster Prüfstrah lengang erzeugt, mit dem ein erstes Prüfbild nach unendlich abgebildet wird. Der Prüfstrahlengang wird als einfallender Strahlengang auf eine erste nicht-polierte Fläche des Prismas geleitet. Der von der ersten nicht-polierten Fläche reflek tierte Strahlengang wird mit einem Teleskop aufgenommen, wobei das erste Prüfbild in dem Teleskop auf einen Detektor abgebil det wird und der reflektierte Strahlengang mit dem einfallen den Strahlengang einen stumpfen Winkel einschließt. Ein von einer zweiten Fläche des Prismas reflektierter zweiter Prüfstrahlengang wird mit einem Teleskop aufgenommen, wobei ein mit dem zweiten Prüfstrahlengang nach unendlich abgebilde tes zweites Prüfbild mit dem Teleskop auf einen Detektor abge bildet wird. Der Winkel zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche des Prismas wird ermittelt anhand der Differenz einer aus dem ersten Prüfbild abgeleiteten Ausrichtung ersten Fläche und einer aus dem zweiten Prüfbild abgeleiteten Aus richtung der zweiten Fläche.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, von einer nicht-polierten Oberfläche eines Prisma eine spie gelnde Reflexion zu erzeugen, indem der Prüfstrahlengang unter einem großen Einfallswinkel auf die Fläche geleitet wird. Ein großer Einfallswinkel ist gleichbedeutend damit, dass die Richtung des Strahlengangs einen kleinen Winkel mit der Ober fläche einschließt. Durch den großen Einfallswinkel ergibt sich ein günstigeres Verhältnis zwischen der Wellenlänge des Lichts und der gegenüber dem Licht wirksamen Rauheit der Flä che, so dass das Licht bei im Übrigen unveränderten Bedingun gen nicht mehr diffus gestreut wird, sondern zu einem Teil spiegelnd reflektiert wird. Dies ist grundsätzlich bekannt und wurde im Stand der Technik bereits genutzt, um zu prüfen, ob eine rauhe Fläche eben ist. Der reflektierte Strahlengang hat einen Ausfallswinkel, der genauso groß ist wie der Einfalls winkel. Erfindungsgemäß ist der zwischen dem einfallenden Strahlengang und dem reflektierten Strahlengang eingeschlos sene Winkel ein stumpfer Winkel. Der stumpfe Winkel entspricht der Summe aus Einfallswinkel und Ausfallswinkel.

Von der Richtung des reflektierten Strahlengangs hängt es ab, in welcher Position das Prüfbild auf den Detektor des Tele skops trifft. Umgekehrt kann aus der Position des Prüfbilds auf dem Detektor auf die Ausrichtung der nicht-polierten Flä- che geschlossen werden.

Wird mit einem zweiten Prüfstrahlengang die Ausrichtung einer zweiten Fläche des Prismas ermittelt, so kann aus der Diffe renz zwischen den beiden Messungen auf den Winkel zwischen den beiden Flächen des Prismas geschlossen werden. Als stumpf wird ein Winkel bezeichnet, der größer ist als 90°. Bevorzugt ist der Winkel deutlich größer als 90°, beispiels weise größer als 120°, vorzugsweise größer als 140°, weiter vorzugsweise größer als 150°. Umgekehrt formuliert schließt der auf die Oberfläche auftreffende Prüfstrahlengang einen Winkel mit der Oberfläche ein, der zwischen 1° und 30°, vor zugsweise zwischen 2° und 20°, weiter vorzugsweise zwischen 5° und 15° liegt.

Der einfallende Strahlengang und der reflektierte Strahlengang bilden verschiedene Abschnitte des PrüfStrahlengangs. Wenn von einem Winkel gesprochen wird, der zwischen zwei Strahlengängen eingeschlossen ist, so bezieht sich dies auf den Winkel, den die jeweiligen Mittelpunktstrahlen miteinander einschließen. Um mit dem schräg auf die Oberfläche auftreffenden Prüfstrah lengang eine spiegelnde Reflexion zu erzeugen, ist es von Vor teil, wenn die nicht-polierte Oberfläche des halbfertigen Prismas eine geringe Rauheit hat. Der letzte Fertigungsschritt vor dem Polieren ist regelmäßig das Feinschleifen. Die nicht- polierte Oberfläche des halbfertigen Prismas kann in einem feingeschliffenen Zustand sein. Die Rauheit der nicht-polier- ten Oberfläche kann beispielsweise zwischen Rq = 10 gm und Rq = 0,2 gm (z.B. Rq = 0,3 pm) Mittenrauheit liegen. Vorteilhaf terweise liegt die Mittenrauheit zwischen Rq = 4 pm und Rq =

0,4pm.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, um die Ausrichtung der zweiten Fläche des Prismas zu ermitteln. In einer Variante kann die Position des Prismas im Raum unverändert bleiben. Es wird dann ein aus einer anderen Richtung kommender zweiter Prüfstrahlen gang auf die zweite Fläche geleitet. Sind die Richtung des ersten PrüfStrahlengangs und die Richtung des zweiten PrüfStrahlengangs bekannt, so kann auf den zwischen den beiden Flächen eingeschlossenen Winkel geschlossen werden. Es können zwei PrüfStrahlengänge gleichzeitig aus unterschiedlichen Richtungen auf das Prisma gerichtet sein. Möglich ist auch, in einem ersten Schritt einen ersten Prüfstrahlengang aus einer ersten Richtung und in einem nachfolgenden zweiten Schritt ei nen zweiten Prüfstrahlengang aus einer zweiten Richtung auf das Prisma zu leiten. Die Erfindung ist nicht auf eine be stimmte Reihenfolge beim Vermessen der Flächen bestimmt. Es kann zuerst die erste Fläche und dann die zweite Fläche ver messen werden oder umgekehrt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bleibt die Richtung des PrüfStrahlengangs im Raum unverändert und die Position des Prismas relativ zu dem Prüfstrahlengang wird zwischen dem Ver messen der ersten Fläche und dem Vermessen der zweiten Fläche geändert .

In einer Variante ist die Bewegung des Prismas im Raum eine Drehbewegung um eine Drehachse. Wenn die Drehachse ungefähr parallel zu der ersten Fläche und der zweiten Fläche des Pris mas ausgerichtet ist, kann aus dem Drehwinkel des Prismas auf den zwischen den beiden Flächen eingeschlossenen Winkel ge schlossen werden.

Das Prisma kann auf einem Drehteller angeordnet sein, wobei das Prisma mit einer dritten Fläche auf der Oberseite des Drehtellers aufliegt. Die erste Fläche des Prismas und/oder die zweite Fläche des Prismas können annähernd rechtwinklig zu der dritten Fläche ausgerichtet sein. Der Drehteller kann mit einem Winkelmesser ausgestattet sein, an dem sich die Winkel differenz zwischen einer ersten Winkelposition und einer zwei ten Winkelposition des Drehtellers ablesen lässt.

Der Mittelpunktstrahl des reflektierten ersten PrüfStrahlen gangs (bzw. dessen Verlängerung, was vom Begriff Mittelpunkt strahl umfasst ist) kann die Drehachse des Drehtellers schnei den, wie es bei einem klassischen Goniometer üblich ist, ins besondere wenn das Goniometer als Autokollimator ausgebildet ist. Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass ein üblicher Messaufbau verwendet werden kann und durch Hinzufügen eines Kollimators, der den Prüfstrahlengang erzeugt, mit einer zu sätzlichen Funktion versehen werden kann. Das Prisma sollte bei dieser Variante so ausgerichtet sein, dass die zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche eingeschlossene Kante im Wesentlichen nahe der Drehachse des Drehtellers angeordnet ist. Insbesondere kann der Abstand zwischen der Drehachse und den Kante kleiner sein als der Abstand zwischen der Drehachse und dem Schwerpunkt des Prismas. Soll der zwischen zwei ande ren Flächen desselben Prismas eingeschlossene Winkel ermittelt werden, so muss die Position des Prismas auf dem Drehteller verändert werden.

Bei einer alternativen Ausführungsform hat der Mittelpunkt strahl des reflektierten ersten PrüfStrahlengangs einen Ab stand zu der Drehachse des Drehtellers. Der Abstand zwischen dem Mittelpunktstrahl des Strahlengangs und der Drehachse ist vorzugsweise kleiner als die größte Ausdehnung des Prismas in einer zu dem Drehteller parallelen Ebene. Es ist dann möglich, ein Prisma zu vermessen, das etwa mittig auf dem Drehteller aufliegt, so dass die Drehachse das Prisma schneidet. Insbe sondere kann der Abstand zwischen der Drehachse und dem Schwerpunkt des Prismas kleiner sein als der Abstand zwischen der Drehachse und jeder der Kanten des Prismas. Der Abstand zwischen dem Mittelpunktstrahl des reflektierten ersten PrüfStrahlengangs und der Drehachse kann so abgestimmt werden, dass mehr als zwei Flächen des Prismas vermessen werden kön nen, ohne dass das Prisma relativ zu der Drehachse verschoben werden muss.

In einer Ausführungsform entspricht der Mittelpunktstrahl des reflektierten ersten PrüfStrahlengangs der optischen Achse des Teleskops. Möglich ist auch, dass die Zentralachse des reflek tierten ersten PrüfStrahlengangs versetzt ist relativ zu der optischen Achse des Teleskops. Beispielsweise kann in dem re flektierten Strahlengang ein Umlenkelement angeordnet sein, mit dem der Strahlengang seitlich versetzt wird. In einer Aus führungsform entspricht das Umlenkelement einem Prisma, in ei ner anderen Ausführungsform umfasst das Umlenkelement zwei Spiegel. Durch Entfernen des Umlenkelements aus dem Strahlengang kann zwischen einem ersten Messmodus und einem zweiten Messmodus umgeschaltet werden. Der erste Messmodus, bei dem der Prüfstrahlengang relativ zu der Drehachse des Drehtellers ver setzt ist, kann für erfindungsgemäße Messungen genutzt werden, bei denen der Prüfstrahlengang mit einem großen Einfallswinkel auf die zu vermessende Fläche trifft. Der zweite Messmodus kann einer klassischen Goniometer-Messung entsprechen, bei der der Prüfstrahlengang mit einem kleinen Einfallswinkel auf die zu vermessende Fläche trifft. Das Umlenkelement ist vorzugs weise so ausgeführt, dass der reflektierte Prüfstrahlengang sich im ersten Messmodus und im zweiten Messmodus parallel zu der Oberfläche des Drehtellers erstreckt, wobei der Abstand zwischen dem Drehteller und dem Mittelpunktstrahlengang des Strahlengangs weiter vorzugsweise in beiden Fällen gleich ist.

Um im ersten Messmodus nicht-polierte Flächen vermessen zu können und im zweiten Messmodus polierte Flächen vermessen zu können, kann das Teleskop Bestandteil eines Autokollimators sein. Der Autokollimator kann eine Lichtquelle umfassen. Mit einem Kollimator kann das von der Lichtquelle abgegebene Licht zu einem kollimierten Strahlengang geformt werden. Im Brenn punkt des Kollimators kann eine Darstellung des Prüfbilds an geordnet sein, die mit dem Kollimator nach unendlich abgebil det wird. Der von dem Kollimator abgegebene Strahlengang kann als Prüfstrahlengang auf die polierte Fläche des Prismas ge leitet werden, wobei die polierte Fläche des Prismas so ausge richtet ist, dass der von der polierten Fläche reflektierte Strahlengang in den Autokollimator zurückgeworfen wird und mit dem Teleskop ausgewertet werden kann.

Für das erfindungsgemäße Vermessen von nicht-polierten Flächen ist es von Vorteil, wenn der Prüfstrahlengang mit einem Kolli mator erzeugt wird, wobei das zu vermessende Prisma zwischen dem Kollimator und dem Teleskop angeordnet ist. Wenn das Prisma zwischen dem Kollimator und dem Teleskop angeordnet ist, so gibt es eine zu der optischen Achse des Teleskops senkrechte Ebene, sodass das Teleskop auf einer Seite der Ebene und der Kollimator auf der anderen Seite der Ebene ange ordnet ist. Mit dem Kollimator kann das von einer Lichtquelle abgegebene Licht zu einem kollimierten Strahlengang geformt werden. Im Brennpunkt des Kollimators kann eine Darstellung des Prüfbilds angeordnet sein, so dass das Prüfbild innerhalb des kollimierten PrüfStrahlengangs nach unendlich abgebildet ist.

In einer Variante wird der Prüfstrahlengang mit einem Laser erzeugt. Der von dem Laser erzeugte Lichtstrahl kann so ange steuert und abgelenkt werden, dass der Strahlengang im Sinne der Erfindung ein nach unendlich abgebildetes erstes Prüfbild darstellt. Beispielsweise kann der Laser ein Kreuzlinien-Laser sein.

Denkbar wäre auch, den Prüfstrahlengang auf der Seite des Te leskops zu erzeugen, so dass der Prüfstrahlengang ein erstes Mal an der nicht-polierten Fläche reflektiert wird, von einem Spiegel zurückgeworfen wird und dann ein zweites Mal an der nicht-polierten Fläche reflektiert wird. Der von dem Spiegel zurückgeworfene Prüfstrahlengang bildet dann den einfallenden Prüfstrahlengang im Sinne der Erfindung. Allerdings geht dies mit einer verminderten Lichtstärke des Prüfbilds einher, da bei der Reflexion an der nicht-polierten Fläche jeweils ein größerer Teil des Lichts verloren geht.

Die zweite Fläche des Prismas kann ebenfalls eine nicht-po- lierte Fläche sein. Das Vermessen der zweiten Fläche kann auf die gleiche Weise durchgeführt werden wie das Vermessen der ersten Fläche. Es wird also ein zweiter Prüfstrahlengang er zeugt, mit dem ein zweites Prüfbild nach unendlich abgebildet wird. Der zweite Prüfstrahlengang wird als einfallender Strah lengang auf die zweite nicht-polierte Fläche geleitet, so dass der einfallende Strahlengang mit dem reflektierten Strahlen gang einen stumpfen Winkel einschließt. Der von der zweiten nicht-polierten Fläche reflektierte Strahlengang wird mit dem Teleskop aufgenommen.

In einer Variante ist die zweite Fläche des Prismas eine po- lierte Fläche, deren Ausrichtung auf klassische Weise ermit telt werden kann.

Der Detektor des Teleskops kann ein Bildsensor sein, mit dem das Prüfbild aufgenommen wird. Das aufgenommene Prüfbild kann auf einem Display dargestellt werden. Denkbar wäre auch, im Brennpunkt des Teleskops einen Schirm oder eine transparente Folie anzuordnen, so dass das Prüfbild direkt sichtbar wird.

Das Prüfbild kann zusammen mit einer Prüfbild-Wiedergabe dar gestellt werden, wobei die Prüfbild-Wiedergabe einer Soll-Po sition entspricht. Soll-Position bedeutet, dass das Prüfbild identisch mit der Prüfbild-Wiedergabe übereinstimmt, wenn die Ausrichtung der vermessenen Fläche des Prismas einer Sollvor gabe entspricht. Entspricht die Ausrichtung der vermessenen Fläche nicht dem Sollwert, so ist das Prüfbild relativ zu der Prüfbild-Wiedergabe verschoben. Aus der Position des Prüfbilds relativ zu der Prüfbild-Präsentation kann abgelesen werden, in welcher Richtung die vermessene Fläche vom Sollwert abweicht. Möglich ist auch, die Prüfbild-Wiedergabe so zu gestalten, dass sie einen Toleranzbereich um den Sollwert herum dar- stellt. Das Prüfbild kann beispielsweise als Fadenkreuz gestaltet sein. Aus der Verschiebung zweier Fadenkreuze relativ zueinan der kann leicht die Abweichung in zwei Richtungen abgelesen werden. Möglich sind auch andere Gestaltungen des Prüfbilds. Denkbar wäre beispielsweise, einen einfachen Punkt als Prüfbild zu verwenden und aus der Distanz zwischen dem Punkt und einem Mittelpunkt des Detektors auf die Ausrichtung der vermessenen Fläche zu schließen.

Der mit dem Verfahren ermittelte Winkel zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche des Prismas kann mit einem Soll winkel verglichen werden. Ist die Abweichung größer als ein vorgegebener Schwellwert, so kann die nicht-polierte Fläche nachbearbeitet werden, um die Ausrichtung der Fläche an den Sollwert anzunähern. Im Anschluss an die Nachbearbeitung kann das erfindungsgemäße Verfahren erneut durchgeführt werden, um festzustellen, ob der Winkel zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche nun hinreichend mit dem Sollwinkel überein stimmt.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Prismas. Bei dem Verfahren wird eine erste Fläche des Prismas feingeschliffen. Der Winkel zwischen der feingeschlif fenen Fläche und einer zweiten Fläche kann mit dem erfindungs gemäßen Verfahren ermittelt werden. Die zweite Fläche kann feingeschliffen oder poliert sein. Ist die Abweichung zwischen dem Winkel und einem Sollwinkel kleiner als ein vorgegebener Schwellwert, kann die erste Fläche des Prismas poliert werden. Ist die Abweichung zwischen dem Winkel und dem Sollwinkel grö ßer als der vorgegebene Schwellwert, kann die erste Fläche des Prismas nachbearbeitet werden.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Messvorrichtung zum Ver messen eines halbfertigen Prismas. Die Messvorrichtung umfasst eine Lichtquelle zum Erzeugen eines PrüfStrahlengangs, mit dem ein Prüfbild nach unendlich abgebildet wird. Der Prüfstrahlen gang wird als einfallender Strahlengang auf eine Fläche eines Prismas geleitet wird. Ein Teleskop ist dazu ausgelegt, den von der Fläche des Prismas reflektierten Strahlengang aufzu nehmen und das Prüfbild auf einen Detektor abzubilden. Der einfallende Strahlengang schließt mit dem reflektierten Strah lengang einen stumpfen Winkel ein. Die Messvorrichtung kann einen Drehteller umfassen, mit dem die Position des zu vermes senden Prismas relativ zu dem Prüfstrahlengang verändert wer den kann.

Die Messvorrichtung kann einen Drehteller umfassen, der um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Der Drehteller kann zwi schen dem Vermessen einer ersten Fläche und dem Vermessen ei ner zweiten Fläche des Prismas um einen vorgegebenen Drehwin kel gedreht werden. Dies kann manuell oder unter der Kontrolle einer Steuereinheit geschehen. Die Messvorrichtung kann eine Auswerteeinheit umfassen, die den Drehwinkel des Drehtellers, die Position eines ersten Prüfbilds auf dem Detektor und die Position eines zweiten Prüfbilds auf dem Detektor auswertet, um den zwischen zwei Flächen des Prismas eingeschlossenen Win kel zu berechnen.

Die Messvorrichtung kann mit weiteren Merkmalen fortgebildet werden, die im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben sind. Das Verfahren kann mit weiteren Merkmalen fortgebildet werden, die im Zusammenhang der erfindungsgemäßen Messvorrichtung beschrieben sind.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beige fügten Zeichnungen anhand vorteilhafter Ausführungsformen bei spielhaft beschrieben. Es zeigen: Fig. 1: eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemä ßen Messvorrichtung;

Fig. 2: eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemä ßen Messvorrichtung;

Fig. 3: eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemä ßen Messvorrichtung;

Fig. 4: eine Darstellung eines Prüfbilds;

Fig. 5: ein mögliches Bild auf dem Detektor einer erfin dungsgemäßen Messvorrichtung.

Bei einer Messvorrichtung in Fig. 1 ist ein Prisma 14 auf ei nem Drehteller 15 angeordnet. Der Drehteller 15 ist um eine Drehachse 16 drehbar gelagert, die in Fig. 1 als Schnittpunkt einer senkrechten Achse 17 mit einer waagerechten Achse 18 an gedeutet ist. Der Drehteller 15 ist mit einer nicht darge stellten Winkelmesseinrichtung ausgestattet, mit der ein Dreh winkel um die Drehachse 16 präzise erfasst werden kann.

Das Prisma 14 hat eine Auflagefläche, mit der es auf dem Dreh tisch aufliegt sowie drei Seitenflächen 19, 20, 21, die mit der Auflagefläche jeweils einen rechten Winkel einschließen sollen. Die zwischen einer ersten Fläche 19 und einer zweiten Fläche 20 des Prismas 14 angeordnete Kante fällt ungefähr mit der Drehachse 16 des Drehtellers 15 zusammen.

Das Prisma 14 ist ein halbfertiges Prisma, bei dem die Seiten flächen 19, 20, 21 feingeschliffen sind, aber noch nicht po liert sind. Das Feinschleifen ist der letzte Bearbeitungs schritt vor dem Polieren. Die Oberflächen haben dann eine Rau heit zwischen Rq = 10 gm und Rq = 0,2 gm Mittenrauheit. Bei dieser Rauheit wird sichtbares Licht, das unter einem kleinen Einfallswinkel auftrifft, diffus gestreut, während unter einem großen Einfallswinkel auftreffendes Licht eine spiegelnde Re flexion erzeugt.

Die Messvorrichtung umfasst einen Kollimator 22 und ein Tele skop 33. Der Kollimator 22 hat eine Lichtquelle 23, deren Licht mit einer Linsenanordnung 24 das Prüfbild 27 in der Brennebene des Objektivs 28 beleuchtet. Das Prüfbild 27 hat gemäß Fig. 4 die Form eines Fadenkreuzes 27.

Mit dem Objektiv 28 wird das Prüfbild 27 nach unendlich abge bildet. Der somit kollimierte Strahlengang wird als erster Prüfstrahlengang 29 auf die erste Fläche 19 des Prismas gelei tet. Da der erste Prüfstrahlengang 29 mit der ersten Fläche 19 des Prismas einen kleinen Winkel von etwa 5° einschließt, ent steht eine spiegelnde Reflexion, so dass der erste Prüfstrah lengang 29, der vor dem Auftreffen auf die erste Fläche 19 als einfallender Strahlengang 30 bezeichnet wird, sich in einem reflektierten Strahlengang 31 fortsetzt.

Der reflektierte Strahlengang 31 tritt durch die Objektivlinse 32 des Teleskops 33 hindurch und wird in einer Ebene 34 fokus siert. Mit einer Linsenanordnung 35 wird das Prüfbild 27 mit dem Auge betrachtet oder auf einen Detektor 36 abgebildet und auf einem Display 37 dargestellt. Das Display 37 zeigt die mit dem Detektor 36 aufgenommene Ist-Position des Prüfbilds 27 re lativ zu einer Prüfbild-Wiedergabe 38 in einer Soll-Position. In dem Beispiel gemäß Fig. 5 ist die ist Position des Prüfbilds 27 relativ zu der Soll-Position nach rechts und nach unten verschoben. Aus der Richtung und dem Betrag der Ver schiebung kann auf die Ausrichtung der ersten Fläche 19 ge schlossen werden. Nach dem Vermessen der ersten Fläche 19 wird der Drehteller 15 um die Drehachse 16 gedreht, bis der von dem Kollimator 22 ab gegebene kollimierte Strahlengang als zweiter Prüfstrahlengang unter demselben Winkel von etwa 5° auf die zweite Fläche 20 des Prismas 14 trifft. Die Ausrichtung der zweiten Fläche 20 kann nun anhand eines zweiten Prüfbilds auf identische Weise auf dem Detektor 37 abgelesen werden.

Anhand der Position der beiden Prüfbilder auf dem Detektor 37 und unter Berücksichtigung des Winkels, um den der Drehteller 15 zwischen dem Vermessen der ersten Fläche 19 und der zweiten Fläche 20 gedreht wurde, kann der zwischen der ersten Fläche 19 und der zweiten Fläche 20 eingeschlossene Winkel ermittelt werden.

Der Winkel kann mit einem Soll-Winkel verglichen werden. Ist die Abweichung zwischen dem Ist-Winkel und dem Soll-Winkel größer als ein vorgegebener Schwellwert, so können die erste Fläche 19 und/oder die zweite Fläche 20 erneut durch Fein schleifen bearbeitet werden, um die Abweichung zu korrigieren. Ist die Abweichung kleiner als der vorgegebene Schwellwert, können die feingeschliffenen Flächen 19, 20 poliert werden, um das halbfertige Prisma 14 fertigzustellen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind die optische Achse 39 des Kollimators 22 und die optische Achse 40 des Teleskops 33 auf die Drehachse 16 des Drehtellers 15 ausgerichtet. Durch Drehen des Drehtellers 15 kann der Prüfstrahlengang 29 entwe der auf die erste Fläche 19 oder auf die zweite Fläche 20 ge richtet werden, nicht aber auf die dritte Fläche 21. Soll ein anderer Winkel des Prismas 14 vermessen werden, so muss das Prisma 14 in eine andere Position auf dem Drehteller 15 ge bracht werden. In Fig. 2 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die opti sche Achse 39 des Kollimators 22 sowie die optische Achse 40 des Teleskops 33 parallel verschoben sind relativ zu einer Ge raden, die sich durch die Drehachse 16 des Drehtellers 15 hin durch erstreckt. Das Prisma 14 liegt ungefähr mittig auf dem Drehteller 15 auf, so dass das Prisma 14 von der Drehachse 16 geschnitten wird. Der Versatz der optischen Achsen 39, 40 re lativ zu der Drehachse 16 ist so bemessen, dass alle Seiten flächen 19, 20, 21 des Prismas 14 vermessen werden können, ohne dass die Position des Prismas 14 auf dem Drehteller 15 verändert wird.

Bei der weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist das Teleskop Bestandteil eines Autokollimators 41. Der Autokollimator 41 umfasst eine Lichtquelle 43, deren Licht mit einem Strahltei ler 44 in Richtung des Objektivs 32 des Autokollimators 41 ge leitet wird. Das Licht tritt durch eine im Brennpunkt des Ob jektivs 32 angeordnet Blende 26 hindurch, die ein Prüfbild 27 darstellt. Das Licht wird mit dem Objektiv 32 zu einem kolli- mierten Strahlengang geformt, in dem das Prüfbild 27 nach un endlich abgebildet ist.

Trifft das Licht als Prüfstrahlengang auf eine spiegelnde Flä che, die mit der optischen Achse des Autokollimators 41 einen ungefähr rechten Winkel einschließt, so wird der Prüfstrahlen gang reflektiert und tritt durch das Objektiv 32 wieder in den Autokollimator ein. Das Licht wird auf einen Detektor 36 fo kussiert, auf dem die Position des Prüfbilds 27 zu sehen ist. Aus der Position des Prüfbilds 27 auf dem Detektor 36 kann ab geleitet werden, ob die spiegelnde Fläche exakt einen rechten Winkel mit der optischen Achse des Autokollimators 41 ein schließt oder ob es eine kleine Abweichung von diesem Sollwert gibt. Die Messvorrichtung umfasst ein vor dem Objektiv 32 des Auto kollimators 41 angeordnetes Hilfs-Prisma 42, das in einem ers ten Zustand in dem Strahlengang vor dem Objektiv 32 des Auto kollimators 41 angeordnet ist und in einem zweiten Zustand aus dem Strahlengang entfernt ist. Die Messvorrichtung kann bei spielsweise einen Schwenkmechanismus umfassen, der den Wechsel des Hilfs-Prismas 42 zwischen den beiden Zuständen ermöglicht.

Ist das Hilfs-Prisma 42 aus dem Strahlengang entfernt, so kann die Messeinrichtung wie ein klassisches Goniometer verwendet werden. Das mit der Lichtquelle 43 erzeugte Prüfbild 27 trifft auf eine senkrecht zu der optischen Achse 40 des Autokollima tors 41 ausgerichtete spiegelnde Fläche, so dass das Prüfbild 27 zurück in den Autokollimator 41 reflektiert wird. Auf diese Weise kann ein Prisma (nicht dargestellt) vermessen werden, dessen Oberflächen spiegelnd sind.

Ist das Hilfs-Prisma 42 in den Strahlengang eingeschwenkt, so wird der Strahlengang relativ zu der optischen Achse 40 des Autokollimators 41 parallel versetzt. Die Funktionsweise ent spricht dann dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2. Das Prüfbild wird mit dem Kollimator 22 erzeugt und unter einem kleinen Winkel auf eine nicht-polierte Fläche 19 des Prismas 14 geleitet. Der reflektierte Prüfstrahlengang 29 trifft auf das Hilfs-Prisma 42 und wird durch das Objektiv 32 des Auto kollimators 41 geleitet.