DE10115524A1 - Interferometric measuring device - Google Patents

Interferometric measuring device

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Michael Lindner
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine interferometrische Messvorrichtung (1) zur Formvermessung einer Oberfläche eines Objekts (O) mit einer eine kurzkohärente Strahlung abgebenden Strahlungsquelle (LQ), einem Strahlteiler (ST) zum Bilden eines über einen Objektlichtweg zu dem Objekt (O) geleiteten Objektstrahls (OS) und eines über einen Referenzlichtweg zu einer reflektierenden Referenzebene (RSP) geleiteten Referenzstrahls (RS) und mit einem Bildaufnehmer (BA), der die von dem Objekt (O) und der Referenzebene (RSP) zurückgeworfene und zur Interferenz gebrachte Strahlung aufnimmt und einer Auswerteeinrichtung zum Bestimmen der Oberflächenform zuführt. Eine gute Anpassbarkeit und Handhabbarkeit auch an schwer zugänglichen Messstellen wird dadurch ermöglicht, dass im Objektlichtweg eine bezüglich des Objektes (O) starre Optik (SO) angeordnet ist und dass der starren Optik (SO) eine in Richtung ihrer optischen Achse bewegliche Optik (BO) folgt.The invention relates to an interferometric measuring device (1) for measuring the shape of a surface of an object (O) with a radiation source (LQ) emitting short-coherent radiation, a beam splitter (ST) for forming an object beam guided to the object (O) via an object light path (OS) and a reference beam (RS) guided via a reference light path to a reflecting reference plane (RSP) and with an image recorder (BA), which records the radiation reflected by the object (O) and the reference plane (RSP) and brought to interference and an evaluation device for determining the surface shape. Good adaptability and manageability even at measuring points that are difficult to access is made possible by the fact that an optics (SO) that is rigid with respect to the object (O) is arranged in the object light path and that the rigid optics (SO) are optics that are movable in the direction of their optical axis (BO). follows.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung bezieht sich auf eine interferometrische Messvorrichtung zur Formvermessung einer Oberfläche eines Objekts mit einer eine kurzkohärente Strahlung abgebenden Strahlungsquelle, einem Strahlteiler zum Bilden eines über einen Objektlichtweg zu dem Objekt geleiteten Objektstrahls und eines über einen Referenzlichtweg zu einer reflektierenden Referenzebene geleiteten Referenzstrahls und mit einem Bildaufnehmer, der die von dem Objekt und der Referenzebene zurückgeworfene und zur Interferenz gebrachte Strahlung auf­ nimmt und einer Auswerteeinrichtung zum Bestimmen der Oberflächenform zu­ führt. The invention relates to an interferometric measuring device for Shape measurement of a surface of an object with a short-coherent Radiation emitting radiation source, a beam splitter to form an over an object light path to the object guided object beam and one via directed a reference light path to a reflective reference plane Reference beam and with an image sensor, which of the object and the Radiation reflected and brought to interference on the reference plane increases and an evaluation device for determining the surface shape leads.  

Eine interferometrische Messvorrichtung dieser Art ist in der DE 41 08 944 A1 angegeben. Bei dieser bekannfien Interferometrischen Messvorrichtung, die auf dem Messprinzip der sogenannten Weisslichtinterferometrie oder Kurzkohärenz­ interferometrie beruht, gibt eine Strahlungsquelle kurzkohärente Strahlung ab, die über einen Strahlteiler in einen ein Messobjekt beleuchtenden Objektstrahl und einen eine reflektierende Referenzebene in Form eines Referenzspiegels beleuchtenden Referenzsfirahl aufgeteilt wird. Um die Objektoberfläche in Tiefenrichtung abzutasten, wird der Referenzspiegel mittels eines Piezo- Stellelements in Richtung der optischen Achse des Referenzlichtwegs verfahren. Wenn der Objektlichtweg und der Referenzlichtweg übereinstimmen, ergibt sich im Bereich der Kohärenzlänge ein Maximum des Interferenzkontrasts, der mittels eines fotoelektrischen Bildaufnehmers und einer nachgeschalteten Auswerte­ einrichtung erkannt und zur Bestimmung der Kontur der Objektoberfläche auf der Grundlage der bekannten Auslenkposition des Referenzspiegels ausgewertet wird.An interferometric measuring device of this type is in DE 41 08 944 A1 specified. In this known interferometric measuring device based on the measuring principle of so-called white light interferometry or short coherence based on interferometry, a radiation source emits short-coherent radiation, via a beam splitter into an object beam illuminating a measurement object and a reflective reference plane in the form of a reference mirror illuminating reference number is divided. To the object surface in To scan the depth direction, the reference mirror is Move the control element in the direction of the optical axis of the reference light path. If the object light path and the reference light path match, the result is in the area of the coherence length a maximum of the interference contrast, which by means of a photoelectric image sensor and a downstream evaluation device recognized and for determining the contour of the object surface on the The basis of the known deflection position of the reference mirror is evaluated becomes.

Weitere derartige Interferometrische Messvorrichtungen bzw. Interferometrische Messverfahren auf der Basis der Weisslichtinterferometrie sind in P. de Groot, L. Deck, "Surface profiling by analyis of white-light interferograms in the spatial frequency domain" J. Mod. Opt., Vol. 42, No. 2, 389-401, 1995 und T. Maack, G. Notni, W. Schreiber, W.-D. Prenzel, "Endoskopisches 3-D-Formmesssystem", in Jahrbuch für Optik und Feinmechanik, Ed. W.-D. Prenzel, Verlag Schiele und Schoen, Berlin, 231-240, 1998 angegeben.Other such interferometric measuring devices or interferometric Measurement methods based on white light interferometry are described in P. de Groot, L. Deck, "Surface profiling by analysis of white-light interferograms in the spatial frequency domain "J. Mod. Opt., Vol. 42, No. 2, 389-401, 1995 and T. Maack, G. Notni, W. Schreiber, W.-D. Prenzel, "Endoscopic 3-D shape measuring system", in Yearbook for Optics and Precision Mechanics, Ed. W.-D. Prenzel, publishing house Schiele and Schoen, Berlin, 231-240, 1998.

Bei den genannten Interferometrischen Messvorrichtungen bzw. Messverfahren besteht eine Schwierigkeit darin, Messungen an unterschiedlichen, insbesondere schwer zugänglichen Stellen, wie z. B. in tiefen Hohlräumen bzw. engen Kanälen mit ausreichender lateraler Auflösung vorzunehmen. In der (nicht vorveröffent­ lichten) deutschen Patentanmeldung Nr. 199 48 818 ist zum Beheben dieses Problems vorgeschlagen, in dem Arm des Objektlichtwegs mindestens eine Zwi­ schenabbildung zu erzeugen, womit eine größere laterale Auflösung auch bei einem engen Hohlraum oder engen Kanal erreicht wird. Andererseits ergibt sich aus einer Vergrößerung der numerischen Appertur eine geringere Schärfentiefe und auch eine Abtastung eines Oberflächenbereichs, dessen Normale (Blick­ richtung) schräg zur Achse der Abbildungsvorrichtung des Objektlichtwegs orientiert ist, führt zu Problemen bei der Abtastung in Tiefenrichtung.With the interferometric measuring devices or measuring methods mentioned There is a difficulty in making measurements on different, in particular  hard-to-reach places such as B. in deep cavities or narrow channels with sufficient lateral resolution. In the (not pre-published lichten) German patent application No. 199 48 818 is to fix this Problem suggested, in the arm of the object light path at least a twos to generate a map, which also means a greater lateral resolution a narrow cavity or channel is reached. On the other hand, there is from an enlargement of the numerical aperture a smaller depth of field and also a scan of a surface area, the normal (view direction) obliquely to the axis of the imaging device of the object light path oriented leads to problems with the scanning in the depth direction.

Das Problem, bei der Tiefenabtastung den Bereich der Schärfentiefe einzuhalten, lässt sich dadurch umgehen, dass nicht die Referenzebene bzw. der diese bildende Referenzspiegel bewegt wird, sondern der Referenzlichtweg fest­ gehalten und statt dessen der Objektlichtweg geändert wird. Dies kann wiederum auf zweierlei Art erfolgen, nämlich zum einen dadurch, dass das Objekt selbst in Tiefenrichtung bewegt wird, oder zum andern dadurch, dass der interferometrische Teil des Messgerätes relativ zum Objekt bewegt wird. Zwar sind derartige Änderungen des Objektlichtwegs als Maßnahme zur Tiefenabtas­ tung in der Weisslichtinterferometrie beispielsweise aus den vorstehend genannten Zeitschriftenartikeln an sich bekannt, jedoch sind sie technisch insbesondere bei der Fertigung von Teilen schwer zu verwirklichen.The problem of keeping the depth of field in the depth scan can be avoided that not the reference plane or this forming reference mirror is moved, but the reference light path fixed held and the object light path is changed instead. This can again in two ways, namely by the fact that the Object itself is moved in the depth direction, or on the other hand by the fact that the interferometric part of the measuring device is moved relative to the object. Though are such changes in the object light path as a measure for depth scanning device in white light interferometry, for example, from the above Journal articles known per se, but they are technical difficult to achieve, especially in the manufacture of parts.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine interferometrische Mess­ vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine einfache Anpassbarkeit an verschiedene Messprobleme gestattet, wobei das Erreichen eines möglichst guten Messergebnisses bei möglichst einfachem Aufbau und möglichst einfacher Messdurchführung begünstigt wird.The invention has for its object an interferometric measurement provide device of the type mentioned, the simple Adaptability to different measurement problems allowed, the achievement  the best possible measurement result with the simplest possible structure and the simplest possible measurement is favored.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hiernach ist vorgesehen, dass im Objektlichtweg eine bezüglich des Objektes (während der Messung) starre Optik angeordnet ist und dass der starren Optik eine in Richtung ihrer optischen Achse (während der Messung) bewegliche Optik folgt.This object is achieved with the features of claim 1. After that is provided that in the object light path a reference to the object (during the Measurement) rigid optics is arranged and that the rigid optics are an in Moving optics follow the direction of their optical axis (during the measurement).

Mit der starren Optik und der ihr nachgeschalteten beweglichen Optik ergeben sich vielfältige Möglichkeiten, auf einfache Weise verschiedene Oberflächen auch an schwer zugänglichen Stellen zu vermessen. Beispielsweise ergibt sich mit einem Ablenkelement die Möglichkeit, eine schräg zur Bewegungsrichtung der Tiefenabtastung (Tiefenscan) gerichtete Oberfläche positionsgetreu in Tiefenrichtung abzutasten. Mit anderen, die Wellenfront verformenden Abbil­ dungselementen, wie refraktiven, diffraktiven oder reflektiven Elementen (z. B. Linsen, Konkavspiegel, Gitter etc.) oder einer Kombination derartiger optischer Elemente ergeben sich weitere Anpassmöglichkeiten an ein jeweiliges Messprob­ lem, ohne den Gesamtaufbau der Messvorrichtung aufwendig modifizieren zu müssen.With the rigid optics and the movable optics connected downstream diverse possibilities, in a simple way different surfaces to be measured even in hard-to-reach places. For example, with a deflecting element the possibility of an oblique to the direction of movement of the depth scan (surface scan) directed position in To sense depth direction. With other images that deform the wavefront elements such as refractive, diffractive or reflective elements (e.g. Lenses, concave mirrors, gratings etc.) or a combination of such optical Elements result in further adaptability to a respective measurement sample lem without having to extensively modify the overall structure of the measuring device have to.

Ist vorgesehen, dass die starre Optik ganz oder teilweise als Endoskop aus­ gebildet ist, so ergibt sich die Möglichkeit, auch bei einer Messung in engen Hohlräumen eine relativ große laterale Auflösung zu erzielen.It is envisaged that the rigid optic will be made entirely or partially as an endoscope is formed, so there is the possibility, even with a measurement in narrow Cavities to achieve a relatively large lateral resolution.

Mit der Maßnahme, dass die starre Optik Teil einer ein Zwischenbild erzeu­ genden Optik ist, wird der Aufwand, die Messvorrichtung an verschiedene Messaufgaben anzupassen, weiterhin wesentlich begünstigt. Hierbei ist es besonders günstig, wenn sich das Zwischenbild der im Zwischenbild erzeugenden Optik im Objektlichtweg befindet.With the measure that the rigid optics form part of an intermediate image is optics, the effort, the measuring device to different  Adapt measurement tasks, still significantly favored. Here it is particularly favorable if the intermediate image is in the intermediate image generating optics located in the object light path.

Zum Erreichen einer gegen laterale Relativbewegung des Objektes robusten Messung ist vorteilhaft vorgesehen, dass die starre Optik das Objekt nach Unendlich abbildet.To achieve a robust against lateral relative movement of the object Measurement is advantageously provided that the rigid optics follow the object Infinitely depicted.

Verschiedene Aufbauten bestehen darin, dass die bewegliche Optik ganz außer­ halb, teilweise innerhalb und außerhalb, oder ganz innerhalb des Objektlicht­ weges liegt.Different constructions consist of the fact that the moving optics are completely outside half, partly inside and outside, or completely inside the object light way is.

Mit den Maßnahmen, dass die bewegliche Optik ganz oder teilweise aus opti­ schen Elementen besteht, die in der optischen Achse beweglich sind, lässt sich z. B. einfach ein Zoom-Objektiv aufbauen.With the measures that the moving optics completely or partially from opti elements that are movable in the optical axis can be e.g. B. just build a zoom lens.

Zur Genauigkeit der Messung tragen die Maßnahmen bei, dass ein Bild der Refe­ renzebene im Schärfentiefebereich der das Objekt auf dem Bildaufnehmer abbil­ denden Optik (abbildende Optik) liegt. Hierbei ist es vorteilhaft, dass das Bild der Referenzebene in der Bildebene der abbildenden Optik liegt, und weiterhin, dass sich das Bild der Referenzebene bei Bewegung der beweglichen Optik synchron mit der Bildebene der abbildenden Optik bewegt.The measures that an image of the ref border plane in the depth of field that images the object on the image sensor end optics (imaging optics). It is advantageous here that the image of the Reference plane lies in the image plane of the imaging optics, and furthermore that the image of the reference plane moves synchronously when the moving optics move moved with the image plane of the imaging optics.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindung besteht desweiteren darin, dass die starre Optik als starre Zwischenabbildungsvorrichtung ausgebildet ist, mit der mindestens ein zum Objekt starres Zwischenbild der Objektoberfläche - vor­ zugsweise im Objektlichtweg - erzeugt wird, und dass als bewegliche Optik eine im Strahlengang hinter dem starren Zwischenbild folgende Objektiv-Optik in Richtung ihrer optischen Achse beweglich zur Abtastung des normal zu dieser Achse ausgerichteten starren Zwischenbilds in Tiefenrichtung und Abbilden desselben direkt oder über eine oder mehrere Zwischenabbildungen auf dem Bildaufnehmer ausgebildet ist. Durch die Erzeugung des z. B. im Objektlichtweg liegenden starren Zwischenbilds der Objektoberfläche mit der starren Zwischen­ bildabbildungsvorrichtung in dem Objektlichtweg wird zum einen auch in engen Kanälen oder Bohrungen die zu messende Objektoberfläche mit relativ großer lateraler Auflösung erfassbar und mit dem Bildaufnehmer und der nachgeschal­ teten Auswerteeinrichtung hinsichtlich der Tiefenstruktur auswertbar. Die Abtastung des starren Zwischenbildes ist mit relativ einfachen Maßnahmen mög­ lich, da zu seiner Tiefenabtastung nur wenige optische Komponenten des Ob­ jektlichtwegs bewegt werden müssen, wobei die jeweils abgetastete Tiefe des starren Zwischenbilds stets im Schärfentiefenbereich der beweglichen Objektiv- Optik bleibt, da durch die Tiefenabtastung (Tiefenscan) die Objektebene der bewegten Objektiv-Optik gleichsam durch das starre Zwischenbild hindurch be­ wegt wird und auf diese Weise die Interferenzmaxima im Bereich größter Schär­ fe ausgewertet werden. Darüber hinaus ist das starre Zwischenbild stets normal zur Bewegungsrichtung der Objektiv-Optik gerichtet bzw. ausrichtbar, da auch eine bezüglich der Achse des Objektlichtwegs schräge Anordnung der betrach­ teten Objektoberfläche leicht normal zur Achse der bewegten Objektiv-Optik abbildbar ist. Dadurch lassen sich ohne Weiteres Oberflächenbereiche vermes­ sen, deren Normale schräg zur Bewegungsrichtung der Objektiv-Optik gerichtet ist.An advantageous embodiment of the invention also consists in that the rigid optic is designed as a rigid intermediate imaging device with  the at least one intermediate image of the object surface that is rigid with respect to the object preferably in the object light path - is generated, and that as a moving optic the following lens optics in the beam path behind the rigid intermediate image Direction of its optical axis movable to scan the normal to it Axis-aligned rigid intermediate image in the depth direction and imaging the same directly or via one or more intermediate images on the Image sensor is formed. By generating the z. B. in the object light path lying rigid intermediate image of the object surface with the rigid intermediate Image imaging device in the object light path is on the one hand also in narrow Channels or holes the object surface to be measured with a relatively large lateral resolution can be recorded and with the image sensor and the reshaped evaluated evaluation device with respect to the depth structure. The The rigid intermediate image can be scanned with relatively simple measures Lich, since only a few optical components of the Ob have to be moved around, the depth of the rigid intermediate image always in the depth of field of the movable lens Optics remains, since the object plane of the moving lens optics as it were through the rigid intermediate image is moved and in this way the interference maxima in the area of greatest warp fe can be evaluated. In addition, the rigid intermediate image is always normal directed to the direction of movement of the lens optics or alignable, as well an oblique arrangement with respect to the axis of the object light path Object surface slightly normal to the axis of the moving lens optics is reproducible. This makes it easy to measure surface areas  sen, the normals directed obliquely to the direction of movement of the lens optics is.

Die Abbildungsqualität und Genauigkeit der Auswertung wird dadurch begüns­ tigt, dass die Zwischenabbildungsvorrichtung einen für alle im Zwischenbild abgebildeten Objektpunkte gleichen Abbildungsmaßstab besitzt. Beispielsweise kann dabei der Aufbau derart sein, dass die Zwischenabbildungsvorrichtung als telezentrische Abbildungsvorrichtung in 4f-Anordnung ausgebildet ist.The image quality and accuracy of the evaluation is thereby started tends to make the intermediate imaging device one for all in the intermediate image depicted object points have the same magnification. For example The structure can be such that the intermediate imaging device as telecentric imaging device is formed in a 4f arrangement.

Zum Erzielen genauer Messergebnisse ist weiterhin vorteilhaft, dass in dem Referenzlichtweg zur Kompensation eine der Optik im Objektlichtweg zumindest teilweise entsprechende (bzw. identische) Optik vorhanden ist.To achieve accurate measurement results, it is also advantageous that in the Reference light path to compensate one of the optics in the object light path at least partially corresponding (or identical) optics is present.

Eine für die flächige Auswertung des betrachteten Oberflächenbereichs vor­ teilhafte Ausbildung der Messvorrichtung besteht darin, dass der Bildaufnehmer flächig angeordnete Bildaufnahmeelemente (Pixels) aufweist und dass für jedes Pixel die Position der Objektiv-Optik detektiert wird, bei welcher der höchste Interferenzkontrast auftritt.One for the flat evaluation of the surface area under consideration Partial training of the measuring device is that the image sensor has flat image recording elements (pixels) and that for each Pixel the position of the lens optics is detected, at which the highest Interference contrast occurs.

Die Tiefenabtastung einer schräg angeordneten Objektoberfläche wird auf ein­ fache Weise dadurch ermöglicht, dass bei einer von der Normalen der Objekt­ oberfläche abweichenden Blickrichtung der Zwischenabbildungsvorrichtung eine Abbildungseinheit zum Erzeugen des Zwischenbilds vorgesehen ist.The depth scan of an obliquely arranged object surface becomes one simple way that allows one of the normal of the object surface deviating viewing direction of the intermediate imaging device Imaging unit is provided for generating the intermediate image.

Ein einfacher, gut handhabbarer Aufbau der Messvorrichtung wird dadurch be­ günstigt, dass eine bewegliche Einheit außer der beweglichen Objektiv-Optik, eine Beleuchtungseinheit mit der Lichtquelle und den Strahlteiler oder außer der beweglichen Objekt-Optik nur den Strahlteiler umfasst.A simple, easy-to-use structure of the measuring device is thereby favorable that a movable unit besides the movable lens optics,  a lighting unit with the light source and the beam splitter or except the moving object optics only includes the beam splitter.

Eine für die Handhabung und den Aufbau günstige Gestaltung der Messvorrich­ tung besteht weiterhin darin, dass die starre Zwischenabbildungsvorrichtung als Endoskop ausgebildet ist.A design of the measuring device that is favorable for handling and construction tion further consists in that the rigid intermediate imaging device as Endoscope is formed.

Mit den Maßnahmen, dass zur Beleuchtung des Objekts und der Referenzebene eine Faseroptik vorgesehen ist, ergibt sich der Vorteil, dass Reflexionen an den Linsen der Abbildungsvorrichtung reduziert werden.With the measures that illuminate the object and the reference plane a fiber optic is provided, there is the advantage that reflections on the Lenses of the imaging device can be reduced.

Verschiedene Ausbildungsmöglichkeiten der Lichtwege ergeben sich dadurch, dass der Objektlichtweg und der Referenzlichtweg sowie weitere Lichtwege als Linsen Achromate, Grin-(Gradient-Index-)Linsen oder Stablinsen aufweisen.Different training options for the light paths result from that the object light path and the reference light path as well as further light paths as Lenses have achromatic lenses, grin (gradient index) lenses or rod lenses.

Die Formvermessung wird dadurch begünstigt, dass in der abbildenden Optik innerhalb oder außerhalb des Objektlichtweges sich ein optisches Element befindet, durch welches das Bild in eine für die Auswertung günstige Lage drehbar ist.The shape measurement is favored by the fact that in the imaging optics there is an optical element inside or outside the object light path through which the image is in a favorable position for evaluation is rotatable.

Die Zugänglichkeit einer Messstelle innerhalb eines Objekts kann dadurch er­ leichtert werden, dass in dem Objektlichtweg als starre Optik oder Teil der starren Optik ein Klapp-Endoskop angeordnet ist, das in mindestens zwei Klappstellungen mit einem Winkel zwischen einem eingeklappten und einem ausgeklappten Zustand einstellbar ist. He can thereby access a measuring point within an object be lightened that in the object light path as a rigid optic or part of the rigid optics a folding endoscope is arranged in at least two Folded positions with an angle between a folded and a unfolded state is adjustable.  

Dabei ist vorteilhaft vorgesehen, dass das Klapp-Endoskop zwei mit einem Gelenk miteinander verbundene Tuben aufweist, in denen optische Komponen­ ten des Klapp-Endoskops einschließlich eines Ablenkelements untergebracht sind.It is advantageously provided that the folding endoscope two with one Has articulated tubes in which optical components ten of the folding endoscope including a deflecting element are.

Die Klappstellungen lassen sich leicht dadurch einstellen, dass im Bereich des Gelenks ein mit beiden Tuben zusammenwirkender Federmechanismus angeord­ net ist.The folding positions can be easily adjusted by the fact that in the area of the Articulated a spring mechanism cooperating with both tubes is not.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug­ nahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to exemplary embodiments took explained in more detail on the drawings. Show it:

Fig. 1A und 1B eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer interferometrischen Messvorrichtung mit einer bezüglich eines Objektes starren Ablenkeinheit in zwei verschiedenen Tiefenabtast­ positionen, FIGS. 1A and 1B is a schematic representation of an object rigid deflection unit in two different positions Tiefenabtast a first embodiment of an interferometric measuring device with a respect to

Fig. 2A und 2B eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der interfero­ metrischen Messvorrichtung, wobei das Ablenkelement durch ab­ bildende, die Wellenfront verformende Elemente ersetzt ist, in zwei verschiedenen Abtastpositionen, Figs. 2A and 2B is an illustration of another embodiment of the interferometric metric measuring device, wherein the deflector element is replaced by forming from the wavefront-deforming elements, in two different scanning positions,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der interferometrischen Mess­ vorrichtung, mit einer anderen Anordnung der optisch starren Elemente im Objektlichtweg, Fig. 3 device, another embodiment of the interferometric measuring, with a different arrangement of the optically rigid elements in the object,

Fig. 4A und 4B ein weiteres Ausführungsbeispiel der interferometrischen Mess­ vorrichtung, bei dem die Größe einer bewegten Einheit des Refe­ renzlichtweges verkleinert ist, FIGS. 4A and 4B, another embodiment of the interferometric measuring device, in which the size of a moving unit is reduced Refe rence of the light path,

Fig. 5A und 5B ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl bewegliche Op­ tik als auch der Referenzspiegel bewegt werden, Fig. 5A and 5B show a further embodiment in which both movable Op tik be moved as well as the reference mirror,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer interferometrischen Messvorrichtung, Fig. 6 is a schematic illustration of another embodiment of an interferometric measuring device,

Fig. 7 eine Darstellung der interferometrischen Messvorrichtung nach Fig. 6 mit einer Anordnung zur Vermessung einer schrägen Objektober­ fläche, Fig. 7 is an illustration of area of the interferometric measuring apparatus of Fig. 6 with an arrangement for measuring an oblique upper object,

Fig. 8 ein weiteres Beispiel der interferometrischen Messvorrichtung, bei der die Anzahl bewegter Elemente gegenüber den Fig. 6 und 7 ver­ ringert ist, Fig. 8 shows a further example of the interferometric measuring apparatus in which the number of moving elements relative to FIGS. 6 and 7, Ringert ver,

Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel der interferometrischen Mess­ vorrichtung, bei der die Anzahl bewegter Elemente weiterhin ver­ ringert ist, Fig. 9 apparatus, a further embodiment of the interferometric measurement in which the number of moving elements is further Ringert ver,

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform der interferometrischen Messvorrich­ tung, bei der zur Beleuchtung eine Lichtleitphaseranordnung vorge­ sehen ist, Fig. 10 processing a further embodiment of the interferometric Messvorrich, is pre see a Lichtleitphaseranordnung in the lighting,

Fig. 1l eine weitere Ausführungsform der interferometrischen Messvorrich­ tung mit einer Einrichtung zum Drehen des Bildes, Fig. 1l another embodiment of the interferometric Messvorrich processing with a means for rotating the image,

Fig. 12 eine Ausgestaltung der interferometrischen Messvorrichtung mit einem Klapp-Endoskop während eines Einführvorganges, Fig. 12 is an embodiment of the interferometric measuring apparatus with a folding endoscope during insertion operation,

Fig. 13 die Messvorrichtung nach Fig. 12 in Messposition und Fig. 13, the measuring apparatus of FIG. 12 in the measuring position and

Fig. 14a) bis c) verschiedene Darstellungen des Klapp-Endoskops. FIG. 14a) to c) several views of the folding endoscope.

Bei einer in Fig. 1A und 1B gezeigten interferometrischen Messvorrichtung 1 wird kurzkohärente Strahlung einer Strahlungsquelle bzw. Lichtquelle LQ (z. B. einer Leuchtdiode oder Superlumineszenzdiode), deren Kohärenzlänge typischer­ weise in der Größenordnung von ca. 10 µm (z. B. 3 bis 100 µm) liegt, über eine Linse L4 und weitere optische Elemente auf einen Strahlteiler ST geführt und in diesem in einen zu einer Oberfläche eines Objekts O geleiteten Objektstrahl OS und einen zu einem Referenzspiegel RSP geleiteten Referenzstrahl RS aufgeteilt.In the case of an interferometric measuring device 1 shown in FIGS . 1A and 1B, short-coherent radiation from a radiation source or light source LQ (for example a light-emitting diode or superluminescent diode), the coherence length of which is typically of the order of magnitude of approximately 10 μm (for example third up to 100 µm), is guided via a lens L4 and further optical elements onto a beam splitter ST and is split into an object beam OS directed to a surface of an object O and a reference beam RS directed to a reference mirror RSP.

In dem Objektlichtweg bzw. Objektarm ist eine starre Optik SO in Form einer re­ flektierenden Ablenkeinheit AE vor dem Objekt O in der Weise angeordnet, dass das schräg gestellte Objekt O stets senkrecht zu seiner Oberfläche in Tiefen­ richtung abgetastet wird, wie die Fig. 1A und 1B erkennen lassen, in denen zwei verschiedene Abtasttiefen dargestellt sind, die durch die Auslenkung einer be­ wegten Einheit BEW mittels eines daran angebrachten Bewegungserzeugers BE, beispielsweise eines Piezoelementes bewirkt werden. Eine virtuelle Referenz­ ebene VR liegt dadurch in der Normalenrichtung in verschiedenen Tiefen bezüg­ lich des Objektes O. Die starre Optik SO, die vorliegend durch die Ablenkeinheit AE gebildet wird, ist starr bezüglich des Objektes O. Ihr folgt im Strahlengang eine bewegliche Optik BO, die in der bewegten Einheit BEW in dem Strahlen­ gang zwischen dem Strahlteiler ST und dem Bildaufnehmer A angeordnet ist.In the object light path or object arm, a rigid optic SO in the form of a reflecting deflection unit AE is arranged in front of the object O in such a way that the inclined object O is always scanned in the depth direction perpendicular to its surface, as shown in FIGS. 1A and 1B, in which two different scanning depths are shown, which are caused by the deflection of a moving unit BEW by means of a motion generator BE attached to it, for example a piezo element. A virtual reference plane VR is therefore in the normal direction at different depths with respect to the object O. The rigid optics SO, which in the present case is formed by the deflection unit AE, are rigid with respect to the object O. It is followed by a movable optics BO in the beam path is arranged in the moving unit BEW in the beam path between the beam splitter ST and the image sensor A.

Wenn bei der Tiefenabtastung durch die Bewegung der bewegten Einheit BEW der Objektlichtweg und der Referenzlichtweg übereinstimmen, ergibt sich im Bereich der Kohärenzlänge ein Maximum des Interferenzkontrasts, der mittels des photoelektrischen Bildaufnehmers BA und einer nachgeschalteten Auswerte­ einrichtung erkannt und zur Bestimmung der Kontur der Objektoberfläche auf der Grundlage der bekannten Auslenkposition ausgewertet wird.If the movement of the moving unit BEW the object light path and the reference light path match, results in Range of coherence length a maximum of the interference contrast, which by means of of the photoelectric image sensor BA and a downstream evaluation device recognized and for determining the contour of the object surface on the Basis of the known deflection position is evaluated.

Bei dem in den Fig. 2A und 2B gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel, in denen wiederum zwei unterschiedliche Auslenkpositionen der bewegten Einheit BEW mittels des Bewegungserzeugers BE dargestellt sind, ist gegenüber dem vorher­ gehenden Ausführungsbeispiel die starre Optik SO anders ausgebildet, nämlich durch abbildende, die Wellenfront verformende Elemente in Form von Linsen L2, L3. Mit der starren Optik SO wird ein starres Zwischenbild in einer Zwischen­ bildebene ZE erzeugt, das mittels der in der bewegten Einheit BEW befindlichen bewegten Optik in Tiefenrichtung abgetastet wird. Mit dieser Maßnahme ergibt sich eine einfache Anpassungsmöglichkeit einer an sich gleichbleibenden Ab­ tasteinheit an unterschiedliche Messsituationen, wobei z. B. eine Messung in engen Hohlräumen bei relativ großer lateraler Auflösung erreicht wird. Auch ergibt sich kein Problem hinsichtlich der Schärfentiefe, da die Objektoberfläche stets optimal bezüglich der abbildenden beweglichen Optik BO ausgerichtet ist. Das Objekt O wird über die abbildende Optik, die die starre Optik SO und die bewegliche Optik BO enthält, auf dem Bildaufnehmer BA abgebildet. Durch geeignete Anordnung der Komponenten in der bewegten Einheit BEW kann er­ reicht werden, dass das Bild der Referenzebene VR mit der Bildebene der abbildenden Optik bewegt wird.In the further exemplary embodiment shown in FIGS . 2A and 2B, in which two different deflection positions of the moving unit BEW are shown by means of the motion generator BE, the rigid optics SO is configured differently from the previous exemplary embodiment, namely by imaging, deforming the wavefront Elements in the form of lenses L2, L3. With the rigid optics SO, a rigid intermediate image is generated in an intermediate image plane ZE, which is scanned in the depth direction by means of the moving optics located in the moving unit BEW. With this measure, there is a simple possibility of adapting a scanning unit that is constant per se to different measuring situations, with z. B. measurement in narrow cavities is achieved with a relatively large lateral resolution. There is also no problem with the depth of field, since the object surface is always optimally aligned with the imaging movable optics BO. The object O is imaged on the image sensor BA via the imaging optics, which contains the rigid optics SO and the movable optics BO. With a suitable arrangement of the components in the moving unit BEW, it can be sufficient that the image of the reference plane VR is moved with the image plane of the imaging optics.

Bei einem in Fig. 3 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die starre Optik SO ein abbildendes, der Wellenfront veränderndes Element in Form der Linse L3 und eine Ablenkeinheit in Form eines brechenden Elementes, so dass wiederum eine bezüglich der Tiefenabtastrichtung schräg liegende Objektober­ fläche stets positionsgetreu vermessen wird. Ein weiteres, die Wellenfront veränderndes Element in Form der Linse L2 liegt hierbei jedoch innerhalb der bewegten Einheit BEW, so dass sich hierbei zwar ebenfalls eine einfache An­ passungsmöglichkeit an eine Abtastvorrichtung ergibt, andererseits aber der Tiefenmessbereich auf die Schärfentiefe eingeschränkt ist, da die Gesamtbild­ ebene nicht mit der Tiefenabtastung mit wandert. Die starre Optik SO bildet das Objekt nach unendlich ab.In a further exemplary embodiment shown in FIG. 3, the rigid optics SO comprise an imaging element which changes the wavefront in the form of the lens L3 and a deflection unit in the form of a refractive element, so that in turn an object surface lying obliquely with respect to the depth scanning direction is always measured in the correct position . Another, the wavefront-changing element in the form of the lens L2 is here within the moving unit BEW, so that there is also a simple possibility of adaptation to a scanning device, but on the other hand the depth measurement range is limited to the depth of field, since the overall image is flat does not migrate with the depth scan. The rigid optics SO represent the object infinitely.

Bei dem in den Fig. 4A und 4B ebenfalls in zwei verschiedenen Abtaststellungen gezeigten Ausführungsbeispiel ist die bewegte Einheit BEW sehr klein ausgebil­ det, wobei ein größerer Durchmesser von Abbildungslinsen im Referenzlichtweg in Verbindung mit der Strahlverteilung auf dem Strahlteiler ST genutzt wird.In the embodiment shown in FIGS. 4A and 4B, likewise in two different scanning positions, the moving unit BEW is designed to be very small, a larger diameter of imaging lenses in the reference light path being used in connection with the beam distribution on the beam splitter ST.

Bei einem in den Fig. 5A und 5B gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel sind jeweils eine bewegte Einheit BEW im Referenzlichtweg und im Objektlichtweg vorgesehen, die synchron mittels eines jeweils zugeordneten Bewegungserzeu­ gers BE ausgelenkt werden.In a further exemplary embodiment shown in FIGS . 5A and 5B, a moving unit BEW is provided in the reference light path and in the object light path, which are deflected synchronously by means of an associated movement generator BE.

Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 6 bis 10 gezeigt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist in dem Objektlichtweg bzw. Objektarm als starre Optik SO eine bezüglich des Objektes O starre Zwischenab­ bildungsvorrichtung SO (im Folgenden auch als Bajonett-Optik bezeichnet) mit Zwischenabbildungs-Linsen L2, L3 angeordnet, mit der ein starres Zwischenbild SZB der Objektoberfläche erzeugt wird. Der Referenzlichtweg entspricht in seiner Länge dem Objektlichtweg, so dass eine virtuelle Referenz VR im Bereich der Objektoberfläche liegt. Ein Bild der virtuellen Referenz VR wird als Bild der Referenzebene BR im Bereich des starren Zwischenbilds SZB mit der Bajonett- Optik SO erzeugt. Die Bajonett-Optik SO ist für einen günstigen Aufbau und eine günstige Handhabung endoskopartig ausgebildet und beispielsweise an einem das übrige optische System enthaltenden Gehäuse angesetzt. Eine andere Mög­ lichkeit besteht darin, dass die Bajonett-Optik SO von dem Gehäuse mechanisch getrennt und an dem Objekt O ortsfest angekoppelt ist.Further preferred exemplary embodiments are shown in FIGS. 6 to 10. According to the exemplary embodiment according to FIG. 6, an intermediate imaging device SO (hereinafter also referred to as a bayonet lens) with intermediate imaging lenses L2, L3, with which a rigid lens is arranged, is arranged in the object light path or object arm as the rigid optics SO Intermediate image SZB of the object surface is generated. The length of the reference light path corresponds to the object light path, so that a virtual reference VR lies in the area of the object surface. An image of the virtual reference VR is generated as an image of the reference plane BR in the area of the rigid intermediate image SZB with the bayonet optics SO. The bayonet optics SO are endoscopic for a favorable construction and handling and are attached, for example, to a housing containing the rest of the optical system. Another possibility is that the bayonet optics SO are mechanically separated from the housing and coupled to the object O in a fixed manner.

Der Referenzlichtweg bzw. Referenzarm enthält den optischen Elementen des Objektarms im Wesentlichen entsprechende optische Elemente als kompensierte Optik KSO, so dass störende optische Eigenschaften der Optik im Objektlicht­ weg kompensiert werden.The reference light path or reference arm contains the optical elements of the Object arms essentially corresponding optical elements as compensated Optics KSO, so that disruptive optical properties of the optics in object light be compensated away.

Das von der Bajonett-Optik SO erzeugte starre Zwischenbild SZB wird in Tiefen­ richtung, d. h. parallel zu seiner Normalen mittels der parallel zur Normalen­ richtung, d. h. entlang ihrer optischen Achse beweglichen Optik BO in Tiefen­ richtung abgetastet (Tiefenscan). Das Bild der Referenzebene BR liegt im Schär­ fentiefenbereich des beweglichen Objektivs, vorzugsweise in der Objektebene des beweglichen Objektivs bzw. der beweglichen Objektiv-Optik. Die Tiefenab­ tastung erfolgt, indem das bewegliche Objektiv BO relativ zu dem starren Zwi­ schenbild SZB bewegt wird, wobei gewährleistet ist, dass sich das Bild der Re­ ferenzebene BR synchron mit der beweglichen Objektiv-Optik BO bewegt.The rigid intermediate image SZB created by the bayonet optics SO is at depths direction, d. H. parallel to its normal by means of parallel to the normal direction, d. H. along its optical axis moving optics BO in depths direction scanned (depth scan). The image of the reference plane BR is in the archipelago depth range of the movable lens, preferably in the object plane of the movable lens or the movable lens optics. The depths is done by moving the movable lens BO relative to the rigid Zwi The image of the SZB is moved, ensuring that the image of the Re ferenzebene BR moved synchronously with the movable lens optics BO.

Dadurch wird mit der Abtastung des beweglichen Objektivs BO das Bild der Re­ ferenzebene BR durch das starre Zwischenbild SZB bewegt.As a result, when the movable lens BO is scanned, the image of the Re ferenzee plane BR moved by the rigid intermediate image SZB.

Das starre Zwischenbild SZB wird von der beweglichen Objektiv-Optik BO direkt oder über mindestens eine Zwischenabbildung auf einen eine Vielzahl von ne­ beneinander liegenden Bildaufnahmeelementen aufweisenden Bildaufnehmer BA, z. B. eine CCD-Kamera abgebildet und in einer nachfolgenden Auswerteeinrich­ tung zum Bestimmen der Oberflächenform z. B. durch Detektieren der Maxima des Interferenzkontrastes ausgewertet, wobei die jeweilige Position des beweglichen Objektivs BO zugrunde gelegt wird.The rigid intermediate image SZB is created directly by the movable lens optics BO or via at least one intermediate image on a variety of ne image recorders BA lying one next to the other, e.g. B. a CCD camera is shown and in a subsequent evaluation device device for determining the surface shape z. B. by detecting the maxima  of the interference contrast evaluated, the respective position of the movable lens BO is used.

Im Bild des Objektes auf dem Bildaufnehmer BA tritt hoher Interferenzkontrast dann auf, wenn ein Gangunterschied in dem Objektarm und dem Referenzarm kleiner als die Kohärenzlänge ist. Zur Gewinnung eines 3D-Höhenprofils können verschiedene, an sich bekannte Verfahren (vgl. die eingangs genannten Druck­ schriften) angewendet werden.High interference contrast occurs in the image of the object on the image sensor BA then when there is a path difference in the object arm and the reference arm is smaller than the coherence length. To obtain a 3D height profile various methods known per se (cf. the pressure mentioned at the beginning fonts) can be applied.

Der in Fig. 6 und auch den nachfolgenden Figur gezeigte Aufbau beinhaltet bei­ spielhaft ein Michelson-Interferometer. Mit der starren Bajonett-Optik SO können auch mehrere Zwischenabbildungen erzeugt werden. Für die Abtastung wird der strichliert dargestellte Bereich bewegt, der z. B. innerhalb eines Gehäuses liegen kann, auf das in Bajonett-Optik SO aufgesetzt ist. Alternativ kann die Bajonett- Optik SO auch von dem Gehäuse getrennt und mit dem Objekt ortsfest verbun­ den sein.The structure shown in FIG. 6 and also the following figure exemplarily includes a Michelson interferometer. With the rigid bayonet optics SO, several intermediate images can also be created. For the scanning, the area shown in broken lines is moved, which, for. B. can lie within a housing on which is mounted in a bayonet look SO. Alternatively, the bayonet optics SO can also be separated from the housing and fixed to the object.

Bei dem in Fig. 7 gezeigten Aufbau ist die zu vermessende Oberfläche des Ob­ jekts O bezüglich der optischen Achse der Bajonett-Optik SO schräg angeordnet und vor dem Objekt ein Ablenkelement AE oder eine andere Abbildungseinheit positioniert, über das ein bezüglich der optischen Achse des beweglichen Ob­ jektivs BO normal ausgerichtetes starres Zwischenbild SZB erzeugt wird. Über die Abtastung des starren Zwischenbilds SZB ist die Abtastung der schrägen Ob­ jektoberfläche mit einfachen Maßnahmen durchführbar, da dis Blickrichtung der optischen Achse des beweglichen Objektivs BO auf das Zwischenbild 0° besitzt. Die Abtast-Achse muss nun nur parallel zur Achse des beweglichen Objektivs BO gerichtet sein. Damit ist die Blickrichtung der Bajonett-Optik SO unabhängig von der Abtast-Achse der Tiefenabtastung.In the construction shown in FIG. 7, the surface of the object O to be measured is arranged obliquely with respect to the optical axis of the bayonet optics SO, and a deflection element AE or another imaging unit is positioned in front of the object, via which a movable element can be moved with respect to the optical axis Whether jective BO's normally oriented rigid intermediate image SZB is generated. By scanning the rigid intermediate image SZB, the scanning of the oblique object surface can be carried out with simple measures, since the viewing direction of the optical axis of the movable lens BO on the intermediate image has 0 °. The scanning axis now only has to be directed parallel to the axis of the movable lens BO. The viewing direction of the bayonet optics SO is therefore independent of the scanning axis of the depth scanning.

Bei dem in Fig. 8 gezeigten Aufbau der interferometrischen Messvorrichtung 1 ist die Anzahl der bewegten Komponenten, die die Tiefenabtastung ausführen, wesentlich reduziert, wie die Anzahl der in dem strichlierten Bereich darge­ stellten Elemente zeigt, die im Wesentlichen den Referenzarm, den Strahlteiler ST sowie das bewegliche Objektiv BO umfasst.In the construction of the interferometric measuring device 1 shown in FIG. 8, the number of moving components which carry out the depth scanning is substantially reduced, as the number of elements shown in the dashed area shows, which essentially comprises the reference arm, the beam splitter ST and includes the movable lens BO.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die interferometrische Messvorrichtung 1 mit Abtastung des starren Zwischenbilds SZB ist in Fig. 9 wiedergegeben. Hier­ bei wird außer dem beweglichen Objektiv BO der Strahlteiler ST und die Be­ leuchtungseinheit mit der Lichtquelle LQ bewegt. Eine geringe Verschiebung des Referenzstrahls quer zur optischen Achse des Referenzarms wirkt sich wegen der relativ geringen Abtast-Bewegungsstrecke auf das Messergebnis praktisch nicht aus.Another embodiment of the interferometric measuring device 1 with scanning of the rigid intermediate image SZB is shown in FIG. 9. Here, in addition to the movable lens BO, the beam splitter ST and the lighting unit with the light source LQ are moved. A slight displacement of the reference beam transverse to the optical axis of the reference arm has practically no effect on the measurement result due to the relatively small scanning movement distance.

Bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Objekt O alternativ über eine Faseroptik mit Lichtleitern LL beleuchtet, die zumindest zum Teil innerhalb der Bajonett-Optik SO verläuft. Diese faseroptische Beleuchtung hat den Vorteil, dass Reflexionen an den Linsen der Bajonett-Optik SO reduziert werden. Zum Abgleich der optischen Weglängen und der Dispersion in dem Ob­ jektarm und dem Referenzarm sollten die Faserlängen und Geometrien in den beiden Interferometerarmen möglichst übereinstimmend gewählt werden. In the exemplary embodiment shown in FIG. 10, the object O is alternatively illuminated via a fiber optic with light guides LL, which at least partially runs within the bayonet optics SO. This fiber-optic lighting has the advantage that reflections on the lenses of the bayonet optics SO are reduced. In order to compare the optical path lengths and the dispersion in the object arm and the reference arm, the fiber lengths and geometries in the two interferometer arms should be chosen to match as closely as possible.

Für die in der interferometrischen Messvorrichtung enthaltenen Linsen können verschiedene Ausbildungsformen gewählt werden, z. B. Achromate, Grin-(Gra­ dient-Index-)Linsen oder Stablinsen.For the lenses contained in the interferometric measuring device different forms of training can be chosen, e.g. B. achromatic, grin (Gra serves index) lenses or rod lenses.

In dem in Fig. 1l gezeigten Ausführungsbeispiel ist in der abbildenden Optik ein optisches Element DE zum Drehen des Bildes enthalten. Wird die starre Optik SO bezüglich des Objektes gedreht, z. B. zur Messung verschiedener Segmente eines radialsymmetrischen Objektes (etwa ein Ventilsitz), so dreht sich auf dem Bild­ aufnehmer BA ebenfalls das Bild des Objektes O. Es ist jedoch vorteilhaft, auf dem Bildaufnehmer BA ein festes Bild des Objektes zu haben. Dies kann erreicht werden, indem in der abbildenden Optik, vorzugsweise außerhalb des Objekt­ lichtweges, ein optisches Element (z. B. Reversions-, Dove-Prisma, etc.) vor­ gesehen ist, durch welches die Drehung des Bildes wieder ausgeglichen werden kann.In the exemplary embodiment shown in FIG. 11, an optical element DE for rotating the image is contained in the imaging optics. Is the rigid optics SO rotated with respect to the object, for. B. for measuring different segments of a radially symmetrical object (such as a valve seat), the image of the object O also rotates on the image sensor BA. However, it is advantageous to have a fixed image of the object on the image sensor BA. This can be achieved by providing an optical element (e.g. reversion prism, Dove prism, etc.) in the imaging optics, preferably outside the object light path, by means of which the rotation of the image can be compensated for again.

In den Fig. 12 bis 14 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der interferometri­ schen Messvorrichtung dargestellt, wobei die starre Optik SO als ein Klapp- Endoskop KL ausgeführt ist.In Figs. 12 to 14 a further embodiment of the interferometric rule measuring device is shown, wherein the rigid optics is designed as a folding SO endoscope KL.

Das Klapp-Endoskop KL besteht beispielsweise aus zwei Tuben T1, T2, die je­ weilige Tubusachsen TA1, TA2 aufweisen und mit einem Gelenk G miteinander verbunden sind, um eine Schwenkachse KA des einen Tubus T1 relativ zu dem anderen Tubus T2 zu bilden. Die beiden Tuben T1, T2 können beispielsweise zwei verschiedene Klappstellungen einnehmen, die sich um einen Klappwinkel a unterscheiden, wie aus den Fig. 14b) und c) ersichtlich. Vorliegend sind die beiden Tuben T1, T2 mechanisch so gefertigt, dass die beiden Tubusachsen TA1, TA2 im eingeklappten Zustand einen Winkel von 0° bilden, während sie im ausgeklappten Zustand um den vorgegebenen Klappwinkel a zueinander orien­ tiert sind. Zwischen den Tuben T1, T2, die die optischen Komponenten OKL des Klapp-Endoskops in sich aufnehmen, befindet sich im Bereich des Gelenkes G ein Federmechanismus mit einer Feder F. Ist das Klapp-Endoskop KL im einge­ klappten Zustand, so ist die Feder F gespannt, während sie im ausgeklappten Zustand entspannt ist. Die Endoskop-Optik ist vorliegend für den ausgeklappten Zustand ausgelegt. Die Endoskop-Optik enthält mindestens ein optisches Ab­ lenkelement, z. B. einen Spiegel KSP, der im Bereich des Gelenkes G angeordnet ist. Als Ablenkelemente sind auch Prismen oder Gitter denkbar, durch welche die optische Achse entsprechend den Tubusachsen TA1, TA2 umgelenkt wird. Wie Fig. 12 zeigt, ist bei der Einführung in das Objekt O das Klapp-Endoskop KL im eingeklappten Zustand. Dies kann bei gespannter Feder durch eine eigene Füh­ rung des Endoskops erreicht werden. Als Führung kann aber auch das Objekt selbst dienen, z. B. eine Führungsbohrung bei einer Ventilsitzmessung, wie die Fig. 12 und 13 zeigen. Ist das Klapp-Endoskop KL vollständig in das Objekt O bzw. das Bauteil eingeführt, soll das Gelenk G frei liegen, so dass das Klapp- Endoskop KL den ausgeklappten Zustand einnehmen kann. Das Klapp-Endoskop KL ist so gefertigt, dass im ausgeklappten Zustand genau die Messstelle MST beobachtet wird.The folding endoscope KL consists, for example, of two tubes T1, T2, each having tube axes TA1, TA2 and connected to one another by a joint G in order to form a pivot axis KA of one tube T1 relative to the other tube T2. For example, the two tubes T1, T2 can assume two different folding positions, which differ by a folding angle a, as can be seen from FIGS . 14b) and c). In the present case, the two tubes T1, T2 are mechanically manufactured in such a way that the two tube axes TA1, TA2 form an angle of 0 ° in the folded state, while in the expanded state they are oriented to one another by the predetermined folding angle α. Between the tubes T1, T2, which contain the optical components OKL of the folding endoscope, there is a spring mechanism with a spring F in the area of the joint G. If the folding endoscope KL is in the folded state, the spring F is excited while she is relaxed when unfolded. In the present case, the endoscope optics is designed for the unfolded state. The endoscope optics contains at least one optical steering element, e.g. B. a mirror KSP, which is arranged in the region of the joint G. Prisms or gratings through which the optical axis is deflected in accordance with the tube axes TA1, TA2 are also conceivable as deflection elements. As shown in FIG. 12, when the object O is introduced, the folding endoscope KL is in the folded state. This can be achieved with the spring under tension by using the endoscope's own guide. The object itself can also serve as a guide, e.g. B. a guide bore in a valve seat measurement, as shown in FIGS. 12 and 13. If the folding endoscope KL is completely inserted into the object O or the component, the joint G should be exposed so that the folding endoscope KL can assume the unfolded state. The folding endoscope KL is manufactured in such a way that exactly the measuring point MST is observed in the unfolded state.

Die zu beobachtende Objektoberfläche wird durch das Klapp-Endoskop KL im ausgeklappten Zustand mit einer ebenen Welle beleuchtet und direkt oder über ein Zwischenbild auf den Bildaufnehmer BA (z. B. CCD-Kameral abgebildet. Im Referenzlichtweg wird der Referenzstrahl RS von dem Referenzspiegel RSP re­ flektiert. Zur Kompensation der Endoskopoptik kann auch hier in dem Refe­ renzlichtweg bzw. Referenzarm eine der Endoskop-Optik ähnliche oder ent­ sprechende Optik eingesetzt werden. Die Datenauswertung erfolgt wie im Zu­ sammenhang mit den vorangehenden Ausführungsbeispielen beschrieben.The object surface to be observed is by the folding endoscope KL in when unfolded, illuminated with a flat wave and directly or over an intermediate image is imaged on the image sensor BA (eg CCD camera. Im Reference light path becomes the reference beam RS from the reference mirror RSP right inflected. To compensate for the endoscope optics, the ref  renzlichtweg or reference arm a similar or ent to the endoscope optics speaking optics can be used. The data is evaluated as in Zu described in connection with the preceding embodiments.

Das Interferometer kann auch hierbei anders als ein Michelson-Interferometer realisiert werden (z. B. als Common-Path, Mach-Zehnder, etc.).The interferometer can also do differently than a Michelson interferometer can be realized (e.g. as common path, Mach-Zehnder, etc.).

Claims (24)

1. Interferometrische Messvorrichtung (1) zur Formvermessung einer Ober­ fläche eines Objekts (O) mit einer eine kurzkohärente Strahlung abge­ benden Strahlungsquelle (LQ), einem Strahlteiler (ST) zum Bilden eines über einen Objektlichtweg zu dem Objekt (O) geleiteten Objektstrahls (OS) und eines über einen Referenzlichtweg zu einer reflektierenden Referenz­ ebene (RSP) geleiteten Referenzstrahls (RS) und mit einem Bildaufnehmer (BA), der die von dem Objekt (O) und der Referenzebene (RSP) zurück ge­ worfene und zur Interferenz gebrachte Strahlung aufnimmt und einer Aus­ werteeinrichtung zum Bestimmen der Oberflächenform zuführt, dadurch gekennzeichnet,
dass im Objektlichtweg eine bezüglich des Objektes (O) starre Optik (SO) angeordnet ist und
dass der starren Optik (SO) eine in Richtung ihrer optischen Achse be­ wegliche Optik (BO) folgt.
1. Interferometric measuring device ( 1 ) for measuring the shape of a surface of an object (O) with a short-coherent radiation emitting radiation source (LQ), a beam splitter (ST) for forming an object beam (OS) guided via an object light path to the object (O) ) and a reference beam (RS) guided via a reference light path to a reflecting reference plane (RSP) and with an image sensor (BA) which records the radiation thrown back by the object (O) and the reference plane (RSP) and brought to interference and an evaluation device for determining the surface shape, characterized in that
that an optics (SO) which is rigid with respect to the object (O) is arranged in the object light path and
that the rigid optics (SO) are followed by a moving optics (BO) in the direction of their optical axis.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Optik (SO) die Wellenfront verformende Elemente auf­ weist. 2. Measuring device according to claim 1, characterized, that the rigid optics (SO) on the wavefront deforming elements has.   3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Optik (SO) ganz oder teilweise als Endoskop ausgebildet ist.3. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized, that the rigid optics (SO) are wholly or partially designed as an endoscope is. 4. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Optik Teil einer ein Zwischenbild erzeugenden Optik ist.4. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized, that the rigid optic is part of an optic that creates an intermediate image. 5. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Optik (SO) das Objekt nach Unendlich abbildet.5. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized, that the rigid optics (SO) represent the object after infinity. 6. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Optik (BO) ganz außerhalb, teilweise innerhalb und außerhalb, oder ganz innerhalb des Objektlichtweges liegt.6. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized, that the moving optics (BO) are completely outside, partly inside and is outside or entirely within the object light path. 7. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Optik (BO) ganz oder teilweise aus optischen Ele­ menten besteht, die in der optischen Achse beweglich gelagert sind.7. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized, that the moving optics (BO) wholly or partly from optical ele elements exist that are movably mounted in the optical axis. 8. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bild der Referenzebene (VR) im Schärfentiefebereich der abbil­ denden Optik liegt.8. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized,  that an image of the reference plane (VR) in the depth of field of the abbil optics. 9. Messvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bild der Referenzebene (VR) in der Bildebene der abbildenden Optik liegt.9. Measuring device according to claim 8, characterized, that the image of the reference plane (VR) in the image plane of the imaging Optics lies. 10. Messvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Bild der Referenzebene (VR) bei Bewegung der beweglichen Optik (BO) synchron mit der Bildebene der abbildenden Optik bewegt.10. Measuring device according to claim 8 or 9, characterized, that the image of the reference plane (VR) moves with the moving Optics (BO) moved synchronously with the image plane of the imaging optics. 11. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die starre Optik (SO) als starre Zwischenabbildungsvorrichtung (L2, L3) ausgebildet ist, mit der mindestens ein zum Objekt (O) starres Zwi­ schenbild (SZB) der Objektoberfläche erzeugt wird, und
dass als bewegliche Optik (BO) eine im Strahlengang hinter dem starren Zwischenbild (SZB) folgende Objektiv-Optik in Richtung ihrer optischen Achse (ROA) beweglich zur Abtastung des normal zu dieser Achse ausge­ richteten starren Zwischenbilds (SZB) in Tiefenrichtung (Z) und Abbilden desselben direkt oder über eine oder mehrere Zwischenabbildungen auf dem Bildaufnehmer (BA) ausgebildet ist.
11. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that
that the rigid optics (SO) is designed as a rigid intermediate imaging device (L2, L3) with which at least one intermediate image (SZB) of the object surface that is rigid with respect to the object (O) is generated, and
that as moving optics (BO), a lens optics following in the beam path behind the rigid intermediate image (SZB) is movable in the direction of its optical axis (ROA) for scanning the rigid intermediate image (SZB) oriented normal to this axis in the depth direction (Z) and Imaging the same is formed directly or via one or more intermediate images on the image sensor (BA).
12. Messvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenabbildungsvorrichtung (L2, L3) einen für alle im Zwi­ schenbild (SZB) abgebildeten Objektpunkte gleichen Abbildungsmaßstab besitzt.12. Measuring device according to claim 11, characterized, that the intermediate imaging device (L2, L3) one for all in the inter object image (SZB) depicted object points on the same scale owns. 13. Messvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenabbildungsvorrichtung (L2, L3) als telezentrische Ab­ bildungsvorrichtung in 4f-Anordnung ausgebildet ist.13. Measuring device according to claim 12, characterized, that the intermediate imaging device (L2, L3) as telecentric Ab education device is formed in 4f arrangement. 14. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Referenzlichtweg zur Kompensation eine der Optik im Objekt­ lichtweg zumindest teilweise entsprechende Optik (KSO) vorhanden ist.14. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized, that in the reference light path for compensation one of the optics in the object appropriate optical path (KSO) is at least partially present. 15. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Bildaufnehmer (BA) flächig angeordnete Bildaufnahmeelemente (Pixels) aufweist und
dass für jedes Pixel die Position der Objektiv-Optik (BO) detektiert wird, bei welcher der höchste Interferenzkontrast auftritt.
15. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that
that the image sensor (BA) has surface-mounted image recording elements (pixels) and
that the position of the lens optics (BO) at which the highest interference contrast occurs is detected for each pixel.
16. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer von der Normalen der Objektoberfläche abweichenden Blickrichtung der Zwischenabbildungsvorrichtung (L2, L3) eine Ablenk­ einheit (AE) zum Erzeugen des Zwischenbilds (SZB) vorgesehen ist.16. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized,  that with a deviating from the normal of the object surface Direction of view of the intermediate imaging device (L2, L3) a deflection unit (AE) for generating the intermediate image (SZB) is provided. 17. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine bewegliche Einheit außer der beweglichen Objektiv-Optik (BO), eine Beleuchtungseinheit mit der Lichtquelle (L2) und den Strahlteiler (ST) oder außer der beweglichen Objektiv-Optik (BO) nur den Strahlteiler (ST) umfasst.17. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized, that a movable unit besides the movable lens optics (BO), a lighting unit with the light source (L2) and the beam splitter (ST) or apart from the movable lens optics (BO) only the beam splitter (ST) includes. 18. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 l bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Zwischenabbildungsvorrichtung (L2, L3) als Endoskop ausgebildet ist.18. Measuring device according to one of claims 1 l to 17, characterized, that the rigid intermediate imaging device (L2, L3) as an endoscope is trained. 19. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleuchtung des Objekts (O) und der Referenzebene (RSP) eine Faseroptik (LL) vorgesehen ist.19. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized, that to illuminate the object (O) and the reference plane (RSP) one Fiber optics (LL) is provided. 20. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektlichtweg und der Referenzlichtweg sowie weitere Licht­ wege als Linsen (L1, L2, L3, L4, KSO) Einzellinsen, Grin-(Gradient- Index-)Linsen, Stablinsen, diffraktive Elemente, Prismen oder deren Kom­ binationen aufweisen.20. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized,  that the object light path and the reference light path as well as other light paths as lenses (L1, L2, L3, L4, KSO) single lenses, grin (gradient Index) lenses, rod lenses, diffractive elements, prisms or their com have combinations. 21. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der abbildenden Optik innerhalb oder außerhalb des Objekt­ lichtweges sich ein optisches Element (DE) befindet, durch welches das Bild in eine für die Auswertung günstige Lage drehbar ist.21. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized, that in the imaging optics inside or outside the object Lichtweges is an optical element (DE) through which the Image can be rotated into a position that is favorable for the evaluation. 22. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Objektlichtweg als starre Optik (SO) oder Teil der starren Optik (SO) ein Klapp-Endoskop (KL) angeordnet ist, das in mindestens zwei Klappstellungen mit einem Winkel (α) zwischen einem eingeklappten und einem ausgeklappten Zustand einstellbar ist.22. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized, that in the object light path as rigid optics (SO) or part of the rigid Optics (SO) a folding endoscope (KL) is arranged in at least two folding positions with an angle (α) between one folded and an unfolded state is adjustable. 23. Messvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Klapp-Endoskop (KL) zwei mit einem Gelenk (G) miteinander verbundene Tuben (T1, T2) aufweist, in denen optische Komponenten (OKL) des Klapp-Endoskops (KL) einschließlich eines Ablenkelements (KSP) untergebracht sind. 23. Measuring device according to claim 22, characterized, that the folding endoscope (KL) two with a joint (G) with each other has connected tubes (T1, T2) in which optical components (OKL) of the folding endoscope (KL) including a deflecting element (KSP) are accommodated.   24. Messvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Gelenks (G) ein mit beiden Tuben (T1, T2) zusam­ menwirkender Federmechanismus (F) angeordnet ist.24. Measuring device according to claim 23, characterized, that in the area of the joint (G) one with both tubes (T1, T2) men acting spring mechanism (F) is arranged.
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