DE10321886A1

DE10321886A1 - Interferometric sensor for object scanning, has a beam splitter system that is configured as a triangle-shaped interferometer with a beam splitter layer system

Info

Publication number: DE10321886A1
Application number: DE2003121886
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Körner
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-12-02

Abstract

Interferometric sensor for object scanning has a at least a light source (1), a beam splitter system (11), a test objective (31) and a computer controlled carriage for changing the distance between object (32) and sensor. The beam splitter system is configured as a triangle interferometer with a beam splitter layer system (13). Independent claims are also included for five further interferometric sensors and two interferometric methods for object scanning.

Description

In der Patentschrift DE 44 13 758 C2 wird in der 4 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung der Oberflächengestalt eines zu vermessenden Objektes beschrieben. Dabei wird ein Lichtstrahlenbündel mit einem Strahlteilersystem mindestens einmal so geteilt, dass zwei Teilbündel (C, D) entstehen, die zueinander eine Lateral-Shear aufweisen. Anschließend werden beide Teilbündel mit einem Prüfobjektiv auf die zu prüfende Oberfläche fokussiert (C', D') und gehen dort durch Reflexion an dieser in die zwei Teilbündel (C'', D'') über. Nach dem zweiten Durchlaufen des Prüfobjektivs und eines Strahlvereinigungssystems werden die zwei Teilbündel (C'', D'') derart zusammengeführt, dass ihre Lateral-Shear reduziert oder eliminiert ist. Ein Bildaufnahme-Objektiv fokussiert die lateral zusammengeführten Teilbündel auf eine Bildaufnahmeeinheit, wo diese Teilbündel zur Interferenz gelangen. Im Messvorgang wird eine Relativbewegung zwischen der Vorrichtung und dem zu vermessenden Körper durchgeführt. Durch die Auswertung der Phase und des Kontrastverlaufs der Interferenzsignale kann die Gestalt der Oberfläche des Objektes bestimmt werden.In the patent DE 44 13 758 C2 is in the 4 describes a device and a method for testing the surface shape of an object to be measured. In this case, a light beam is split at least once with a beam splitter system in such a way that two partial beams (C, D) are formed which have a lateral shear to one another. Then both sub-bundles are focused with a test lens on the surface to be tested (C ', D') and pass there by reflection into the two sub-bundles (C '', D ''). After passing through the test objective and a beam combining system for the second time, the two partial bundles (C ″, D ″) are brought together in such a way that their lateral shear is reduced or eliminated. An image recording lens focuses the laterally merged partial bundles on an image recording unit, where these partial bundles come to interference. In the measuring process, a relative movement between the device and the body to be measured is carried out. The shape of the surface of the object can be determined by evaluating the phase and the contrast curve of the interference signals.

Die in den 4 bis 7 der Patentschrift DE 44 13 758 C2 dargestellten Strahlteiler- und Strahlvereinigungs-Baugruppen sind recht großvolumig. Die großen optischen Wege können bei divergenten Strahlenbündeln, die zur Ausleuchtung eines flächenhaften Messfeldes in der Fokalebene des Prüfobjektivs benötigt werden, Probleme bei der Strahlführung verursachen.The in the 4 to 7 the patent specification DE 44 13 758 C2 The beam splitter and beam combining assemblies shown are quite large. The large optical paths can cause problems with the beam guidance in the case of divergent beam bundles, which are required to illuminate an areal measuring field in the focal plane of the test objective.

Die bildauswertende Weißlicht-Interferometrie für die Bestimmung der Gestalt einer Oberfläche erfordert in der Regel eine sehr feine Abtastung in der Tiefe, d. h. pro Bildaufnahme wird ein Schritt im Submikrometerbereich durchgeführt. Das führt bei komplexen Oberflächen mit einer großen Tiefenausdehnung beispielsweise im Bereich von 10 Millimetern zur Aufnahme von extrem vielen Bildern.The image-evaluating white light interferometry for the Determining the shape of a surface usually requires a very fine scan in depth, i. H. per picture is taken performed a step in the submicrometer range. This leads to complex surfaces a big one Depth expansion, for example, in the range of 10 millimeters Taking extremely many pictures.

In der Fachzeitschrift Optical Engineering, Vol. 36 vom 12. Dezember 1997, S. 3372–3377 wurde im Fachartikel "Three-dimensional topometry with stereo microscopes" ein Stereomikroskop mit Zoom-Funktion für die Messung der 3D-Topografie mittels Streifenprojektion beschrieben, bei dem sich die Tiefenempfindlichkeit in Abhängigkeit vom Zoom-Faktor ändert und sich bei einem kleineren Zoomfaktor verringert. Dies kann bei hochgenauen Formmessungen an vergleichsweise großen Messobjekten, bei denen mit einem geringen Zoom-Faktor gearbeitet werden muss, um das gesamte Objekt zu erfassen, von Nachteil sein.In of the journal Optical Engineering, Vol. 36 from December 12th 1997, pp. 3372-3377 was described in the article "Three-dimensional topometry with stereo microscopes "a stereo microscope with zoom function for measurement the 3D topography described by means of stripe projection, in which the depth sensitivity changes depending on the zoom factor and decreases with a smaller zoom factor. This can be highly accurate Shape measurements on comparatively large measurement objects where must be worked with a low zoom factor to cover the whole Detecting an object can be a disadvantage.

Beschreibung der Erfindungdescription the invention

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen. Das Ziel wird erreicht mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.The The aim of the present invention is to create something new for commercial purposes To provide application. The goal is achieved with the characteristics the independent Expectations.

Für ein Messobjekt soll die Bestimmung der 3D-Punktwolke mit großer Genauigkeit und in einem großen Tiefenbereich auf der Grundlage der Interferenz von zwei Lichtbündeln und der Aufnahme von mehreren Bildern durchgeführt werden, wobei der Begriff "Licht" hier stets im Sinne elektromagnetischer Strahlung verwendet wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Mikro profil, die Mikroform, die Welligkeit und die Form der Oberfläche eines Messobjekts bzw. einer Mikro-Szene zu erfassen, auch wenn die Objektoberfläche selbst eine Abbildung der auftreffenden Lichtbündel bewirkt. Auch das Mikroprofil auf geneigten oder gekrümmten Oberflächen soll gemessen werden können. Dabei soll die effektive Wellenlänge und damit auch die Schrittweite in der Tiefe pro Bildaufnahme gegenüber der Weißlicht-Interferometrie deutlich vergrößert werden. Dies führt auch zu einer Erhöhung der Robustheit im Vergleich zur Weißlicht-Interferometrie. Es werden für einen vergleichbaren Tiefenbereich sehr viel weniger Bilder benötigt als bei der Weißlicht-Interferometrie. Die Aufgabe kann aber auch darin bestehen, die Verformung eines Objektes zu messen.For a measurement object should determine the 3D point cloud with great accuracy and in one huge Depth range based on the interference of two light beams and the taking of several pictures are carried out, whereby the term "light" is always in the sense electromagnetic radiation is used. The invention lies based on the task, the micro profile, the microform, the ripple and the shape of the surface of a measurement object or a micro scene, even if the object surface itself an image of the incident light beams. Even the micro profile on inclined or curved surfaces should be able to be measured. The effective wavelength and thus also the increment in depth per image acquisition compared to the White light interferometry be significantly enlarged. This leads too to an increase the robustness compared to white light interferometry. It be for one comparable depth range requires much less images than in white light interferometry. The task can also be the deformation of a To measure the object.

Für einen robusten interferometrischen Sensor zur Objektabtastung soll eine volumenminimierte Strahlteiler- und Strahlvereinigungs-Baugruppe eingesetzt werden. Die Tiefenempfindlichkeit des Sensors soll den Messaufgaben beispielsweise aus dem Maschinenbau, der Feinwerktechnik sowie der Optik- und Elektronikfertigung optimal angepasst werden, so dass sich bei einer Messung besonders kurze Messzeiten für einen vergleichsweise großen Tiefenbereich, beispielsweise von 10 mm ergeben. Der Einsatz dieses erfinderischen, interferometrischen Sensors in einer 3D-Koordinatenmessmaschine kann deren Messproduktivität stark erhöhen.For one robust interferometric sensor for object scanning is said to be one volume-minimized beam splitter and beam combination assembly be used. The depth sensitivity of the sensor should Measurement tasks, for example from mechanical engineering, precision engineering as well as the optics and electronics production are optimally adapted, so that during a measurement, particularly short measurement times are comparatively huge Depth range, for example of 10 mm. The use of this inventive, interferometric sensor in a 3D coordinate measuring machine can measure their productivity increase sharply.

Die Lichtquelle zur Beleuchtung des Messobjektes kann vorzugsweise als Laserlichtquelle mit einer rotierenden Mattscheibe mit einem nachgeordneten Kollimator ausgeführt sein. Die Lichtquelle kann aber auch als ein flächenhaftes Laserdioden-Array oder eine flächenhaft leuchtende, quasi-monochromatische Luminiszensdiode mit einem nachgeordneten Kollimator ausgebildet sein. Das Laserdioden-Array kann dabei auch Laserdioden aufweisen, die jeweils Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen emittieren. Der Lichtquelle kann wellenlängendurchstimmbar oder auch gepulst sein. Weiterhin ist es möglich, dass die Lichtquelle als zumindest näherungsweise punktförmig leuchtend ausgebildet ist. Dieser Lichtquelle kann ein optisches System zur Wellenfrontformung nachgeordnet sein.The Light source for illuminating the measurement object can preferably be used as Laser light source with a rotating screen with a subordinate Collimator executed his. However, the light source can also be used as a flat laser diode array or an area luminous, quasi-monochromatic luminance diode with a subordinate Collimator be formed. The laser diode array can also have laser diodes, which each emit radiation of different wavelengths. The light source can be tunable in wavelength or be pulsed. It is also possible that the light source than at least approximately punctual is luminous. This light source can be an optical Subordinate system for wavefront shaping.

Auch die Anwendung einer Weißlichtquelle mit oder auch ohne Kollimator ist grundsätzlich möglich. Die spektrale Bandbreite dieser Lichtquelle erhöht jedoch die Forderungen hinsichtlich der Farbkorrektur des verwendeten Prüfobjektivs und des Schichtaufbaus bei einem Strahlteilersystem in der Regel ganz wesentlich. Als optimal für viele Messaufgaben wird deshalb eine Lichtquelle mit einer spektralen Halbwertsbreite von maximal bis zu 50 nm beispielsweise in der Mitte des visuellen Bereiches angesehen. Deshalb wird vorgeschlagen, bei Weißlichtquellen vorzugsweise ein Bandpassfilter von maximal 50 nm, besser 20 nm Halbwertsbreite nachzuordnen. Der Lichtquelle kann eine Kreisblende mit dem Durchmesser 2r_E zugeordnet sein.It is also possible in principle to use a white light source with or without a collimator. However, the spectral bandwidth of this light source generally increases the requirements regarding the color correction of the test objective used and the layer structure in a beam splitter system quite significantly. A light source with a spectral half-width of up to 50 nm, for example in the middle of the visual range, is therefore considered to be optimal for many measurement tasks. It is therefore proposed to preferably arrange a bandpass filter with a maximum half-width of 50 nm, better 20 nm, for white light sources. A circular diaphragm with the diameter 2r _{E can be} assigned to the light source.

Zur Gewinnung einer 3D-Punktwolke von einem Messobjekt wird also ein interferometrischer Sensor zur Objektabtastung auf der Grundlage der Interferenz von zwei Lichtbündeln vorgeschlagen, wobei im Messvorgang eine Relativbewegung zwischen dem optischen Sensor und dem Messobjekt erfolgt. Dieser Sensor besteht aus mindestens einer Lichtquelle und mindestens einem durch die Lichtquelle beleuchtetem Strahlteilersystem, welches der Lichtquelle nachgeordnet ist. Das Strahlteilersystem teilt ein Lichtbündel der Lichtquelle so, dass zwei Teilbündel C und D entstehen, die zueinander eine Lateral-Shear aufweisen. Das Strahlteilersystem ist erfindungsgemäß als Dreieck-Interferometer – auch als zyklisches Interferometer bekannt – mit einem vorzugsweise polarisierenden Strahlteiler-Schichtsystem ausgebildet. Erfindungsgemäß erfolgt der Aufbau des Dreieck-Interferometers vorzugsweise mit zwei einander zugewandten Halbpentaprismen, die vorzugsweise aus optischem Glas gefertigt sind, wobei die beiden langen Flächen der Halbpentaprismen dann innen und einander zugekehrt liegen. Diese Flächen sind vorzugsweise parallel zueinander. Dabei trägt ein Halbpentaprisma auf einer Innenfläche das Strahlteiler-Schichtsystem. Die durch die Strahlteilung am Ausgang des Dreieck-Interferometers entstehenden beiden Teilbündel C und D mit der Lateral-Shear 2q₀, wobei ein Teilbündel eine parallele (C) und das andere (D) eine senkrechte Polarisationsrichtung aufweist, werden mittels Prüfobjektiv mit der Brennweite f_P in die Brennebene des Prüfobjektivs fokussiert. Dabei entstehen die fokussierten Teilbündel (C') und (D'). Die Brennebene des Prüfobjektivs durchsetzt durch die Relativbewegung zwischen dem interferometrischen Sensor und dem Messobjekt nach und nach den Raum, in dem sich das Messobjekt befindet. Dabei sind die Schwerstrahlen der beiden Teilbündel C' und D' zur optischen Achse des Prüfobjektivs stets unterschiedlich geneigt, beispielsweise um die Winkel α₁ und α₂, wobei der Winkel α₂ auch null sein kann. Das so mit zwei Teilbündeln C' und D' beleuchtete Messobjekt wird mittels Prüfobjektiv über ein Strahlvereinigungssystem, welches die Lateral-Shear zwischen den Strahlenbündeln C'' und D'' reduziert oder vorzugsweise eliminiert, und danach mit einem Bildaufnahme-Objektiv auf eine nachgeordnete Bildaufnahmeeinheit abgebildet. Dem Bildaufnahme-Objektiv ist vorzugsweise eine kreisförmige Austrittsblende mit dem Blendendurchmesser 2r_A zugeordnet. Dem Strahlvereinigungssystem ist vorzugsweise ein Linear-Polarisator unter 45° nachgeordnet. Nach dem Passieren des Linear-Polarisators gelangen die beiden Teilbündel zur Interferenz. Dabei ergibt sich der Interferenzkontrast und daraus abgeleitet die Modulation im periodischen Signal eines jeden Pixels j der Bildaufnahmeeinheit bei der Relativbewegung zwischen dem Sensor und dem Objekt in der Tiefe in Abhängigkeit von der Entfernung z des vom Pixel erfassten Objektpunktes von der objektseitigen Brennebene des Prüfobjektivs als eine Einhüllende. Die Phase im periodischen Signal ändert sich entsprechend der effektiven Wellenlänge, wobei letztere hierbei in der Regel um deutlich mehr als eine Größenordnung gegenüber der mittleren Lichtwellenlänge λ_m vergrößert ist. Die effektive Wellenlänge wird hier als Sensor-Wellenlänge λ_S bezeichnet.To obtain a 3D point cloud from a measurement object, an interferometric sensor for object scanning on the basis of the interference of two light bundles is therefore proposed, with a relative movement between the optical sensor and the measurement object taking place in the measurement process. This sensor consists of at least one light source and at least one beam splitter system illuminated by the light source, which is arranged downstream of the light source. The beam splitter system splits a light beam from the light source in such a way that two partial beams C and D are formed which have a lateral shear to one another. According to the invention, the beam splitter system is designed as a triangular interferometer - also known as a cyclic interferometer - with a preferably polarizing beam splitter layer system. According to the invention, the triangular interferometer is preferably constructed with two mutually facing half-pentra prisms, which are preferably made of optical glass, the two long surfaces of the half-pentaprism then lying on the inside and facing each other. These surfaces are preferably parallel to one another. A half pentaprism carries the beam splitter layer system on an inner surface. The two partial beams C and D resulting from the beam splitting at the output of the triangular interferometer with the lateral shear 2q ₀ , one partial beam having a parallel (C) and the other (D) a perpendicular polarization direction, are measured with a focal length f _P focused in the focal plane of the test lens. This creates the focused sub-bundles (C ') and (D'). The focal plane of the test lens gradually penetrates the space in which the measurement object is located due to the relative movement between the interferometric sensor and the measurement object. The heavy beams of the two sub-beams C 'and D' are always inclined differently to the optical axis of the test objective, for example by the angles α ₁ and α ₂ , where the angle α _{2 can} also be zero. The measuring object thus illuminated with two sub-beams C 'and D' is transferred by means of a test lens via a beam combining system, which reduces or preferably eliminates the lateral shear between the beam beams C '' and D '', and then with an image recording lens on a downstream image recording unit displayed. A circular exit diaphragm with the diaphragm diameter 2r _A is preferably assigned to the image recording lens. A linear polarizer at 45 ° is preferably arranged downstream of the beam combining system. After passing through the linear polarizer, the two sub-bundles come to interference. This results in the interference contrast and from this the modulation in the periodic signal of each pixel j of the image recording unit during the relative movement between the sensor and the object in depth as a function of the distance z of the object point captured by the pixel from the object-side focal plane of the test lens as one envelope. The phase in the periodic signal changes in accordance with the effective wavelength, the latter being generally enlarged by more than an order of magnitude compared to the mean light wavelength λ _m . The effective wavelength is referred to here as the sensor wavelength λ _S.

Dem Messobjekt oder dem Sensor ist vorzugsweise ein rechnergesteuerter Schlitten zur Änderung des Abstandes zwischen Objekt und Sensor fest zugeordnet. Bei der Bewegung des Schlittens werden – wie bereits ausgeführt – in den Pixeln der Bildaufnahmeeinheit periodische Signale mit einer Einhüllenden detektiert. Dabei ergibt sich in einem Pixel j jeweils das Maximum der Einhüllenden, welches dem Kontrastmaximum der Interferenz entspricht, wenn sich der zum Pixel j optisch konjugierte Objektpunkt in der Brennebene des Prüfobjektivs mit der Brennweite f_P befindet, also die Entfernung dieses Objektpunktes von der Brennebene z = 0 ist. Dann ist auch die laterale Shear 2q zwischen den interferierenden Teilbündeln

gleich null. Für eine kreisförmige Austrittsblende mit dem Durchmesser 2r_A, kann die Modulationsfunktion m_S in der bekannten Signalform für ein moduliertes periodisches Interferenzsignal mit

beschrieben werden, wobei J₁ die bekannte Besselfunktion erster Ordnung erster Art und ρ_L die Streifenzahl mit

darstellen. λ_m ist die mittlere Lichtwellenlänge. Die erste Nullstelle der Modulationsfunktion ms ergibt sich bekannterweise bei ρ_L = 1,22. So kann die Modulationsfunktion ms als Funktion über z angegeben werden. In der Regel ist bei dem interferometrischen Sensor – wie in der Mikroskopie üblich – die Beleuchtungsapertur größer als die Abbildungsapertur gemacht. Im interferometrischen Sensor können auch spaltförmige Blenden verwendet werden. Bei deren Verwendung ergibt sich für die Modulationsfunktion ms die bekannte sinc-Funktion. Die spektrale Bandbreite der Lichtquelle erzeugt ebenfalls eine Modulation über z, die durch die Modulationsfunktion m_λ beschrieben werden kann. Zur Bestimmung der resultierenden Modulationsfunktion können die beiden Modulationsfunktionen ms und m_λ mit guter Näherung multiplikativ verknüpft werden, wobei im monochromatischen Fall die Modulationsfunktion m_λ sich dem Wert eins annähert. Das modulierte periodische Interferenzsignal I_j(z) in einem Pixel j ergibt sich dann zu

A computer-controlled carriage for changing the distance between the object and the sensor is preferably permanently assigned to the measurement object or the sensor. When the carriage is moving, as already stated, periodic signals with an envelope are detected in the pixels of the image recording unit. This results in the maximum of the envelope in a pixel j, which corresponds to the contrast maximum of the interference, if the object point optically conjugated to the pixel j is in the focal plane of the test objective with the focal length f _P , i.e. the distance of this object point from the focal plane z = 0. Then there is also the lateral shear 2q between the interfering sub-bundles

equals zero. For a circular outlet diaphragm with the diameter 2r _A , the modulation function m _{S can be used} in the known signal form for a modulated periodic interference signal

are described, with J ₁ the known first order Bessel function of the first kind and ρ _L the number of strips

represent. λ _m is the mean light wavelength. As is known, the first zero of the modulation function ms results at ρ _L = 1.22. The modulation function ms can be specified as a function via z. As a rule, with the interferometric sensor - as is usual in microscopy - the illumination aperture is made larger than the imaging aperture. Slit-shaped diaphragms can also be used in the interferometric sensor. When used, the known sinc function results for the modulation function ms. The spectral bandwidth of the light source also produces a modulation over z, which can be described by the modulation function m _λ . To determine the resulting modulation function, the two modulation functions ms and m _{λ can be} combined multiplicatively with good approximation, the modulation function m _λ approaching the value one in the monochromatic case. The modulated periodic interference signal I _j (z) in a pixel j then results in

Dabei stellt φ₀ die Anfangsphase und I_0j die mittlere Intensität im Pixel j dar. Die Sensor-Wellenlänge λ_S ergibt sich dann aus der mittleren Lichtwellenlänge λ_m zu

mit den Neigungswinkeln α₁ und α₂ der Schwerstrahlen der beiden Teilbündel C' und D' zur optischen Achse des Prüfobjektivs. Nicht nur das Strahlteilersystem zur Erzeugung von zwei Teilbündeln mit Lateral-Shear, sondern auch das Strahlvereinigungssystem, welches zur Verringerung oder Eliminierung der Lateral-Shear zwischen den zwei Teilbündeln dient, kann als Dreieck-Interferometer mit einem vorzugsweise polarisierenden Strahlteiler-Schichtsystem ausgebildet sein. Der Aufbau des Dreieck-Interferometers für die Strahlvereinigung erfolgt vorzugsweise ebenfalls mit zwei einander zugewandten Halbpentaprismen, wobei die langen Flächen der Halbpentaprismen dann ebenfalls die Innenflächen darstellen. Auch diese liegen vorzugsweise parallel. Dabei können die zwei einander zugewandten Halbpentaprismen zum einen fixiert sein, beispielsweise auch miteinander verkittet sein. Es ist aber andererseits auch möglich, die beiden Halbpentaprismen zueinander verschiebbar anzuordnen, beispielsweise mittels einer Ölimmersionsschicht. Je ein Halbpentaprisma des Strahlteilersystems und des Strahlvereinigungssystems kann mit einem eigenen oder auch einem gemeinsamen Justierschlitten verbunden sein, mit welchem die Lateral-Shear und damit die Tiefenempfindlichkeit des Sensors zwischen null und einem Maximalwert eingestellt werden kann. Durch die präzise Verschiebung eines Halbpentaprismas kann die laterale Shear im Sensor zu null kompensiert werden, so dass der optische Gangunterschied auch im gesamten Messfeld zu null wird.Φ _{0 represents} the initial phase and I _0j the mean intensity in pixel j. The sensor wavelength λ _S then results from the mean light wavelength λ _m

with the angles of inclination α ₁ and α _{2 of} the heavy beams of the two sub-beams C 'and D' to the optical axis of the test objective. Not only the beam splitter system for generating two partial beams with lateral shear, but also the beam combining system, which serves to reduce or eliminate the lateral shear between the two partial beams, can be designed as a triangular interferometer with a preferably polarizing beam splitter layer system. The triangular interferometer for the beam combination is preferably also constructed with two mutually facing half-penta prisms, the long surfaces of the half-penta prisms then also representing the inner surfaces. These are also preferably parallel. The two mutually facing half pentaprisms can be fixed on the one hand, for example also cemented to one another. On the other hand, however, it is also possible to arrange the two half-penta prisms so that they can be moved relative to one another, for example by means of an oil immersion layer. Each half pentaprism of the beam splitter system and the beam combining system can be connected to its own or also to a common adjustment slide, with which the lateral shear and thus the depth sensitivity of the sensor can be set between zero and a maximum value. By precisely shifting a half-pentaprism, the lateral shear in the sensor can be compensated for so that the optical path difference also becomes zero in the entire measuring field.

Die Halbpentaprismen einer Strahlteiler- oder einer Strahlvereinigungs-Baugruppe können baugleich ausgebildet sein. Jedoch werden diese Halbpentaprismen dann gegeneinander lateral so verschoben, dass die 45°-Ecken der beiden Halbpentaprismen so ebenfalls zueinander versetzt sind. Andererseits ist es auch möglich, dass die Höhe der beiden Halbpentaprismen einer Baugruppe jeweils unterschiedlich ausgeführt ist. In diesem Fall können die 45°-Ecken der beiden Halbpentaprismen genau zusammenfallen.The Half penta prisms of a beam splitter or beam combining assembly can be constructed identically. However, these are half pentaprisms then laterally shifted against each other so that the 45 ° corners of the the two half-penta prisms are also offset from one another. on the other hand is it also possible that the height of the two half penta prisms of each assembly are different accomplished is. In this case, you can the 45 ° corners of the two half penta prisms exactly coincide.

Das Strahlteiler-Schichtsystem im Strahlteilersystem und das im Strahlvereinigungssystem sind vorzugsweise gleich ausgebildet. Dabei wird vorzugsweise die folgende Eigenschaft für das Strahlteiler-Schichtsystem realisiert: Es stellt für einen mittleren Einfallswinkel eines Lichtbündels von 45° und zumindest für einen begrenzten Wellenlängenbereich ein polarisierendes Strahlteiler-Schichtsystem dar. Jedoch unter dem Einfallswinkel für ein Lichtbündel von null Grad ist dieses unter 45° polarisierende Strahlteiler-Schichtsystem zumindest für einen begrenzten Wellenlängenbereich vorzugsweise optisch weitgehend unwirksam, also für das Lichtbündel nahezu transparent.The beam splitter layer system in the beam splitter system and that in the beam combining system are preferably of identical design. The following property is preferably implemented for the beam splitter layer system: it represents a polarizing beam splitter layer system for an average angle of incidence of a light beam of 45 ° and at least for a limited wavelength range. However, this is below the angle of incidence for a light beam of zero degrees 45 ° polarizing beam splitter layer system too Optically largely ineffective at least for a limited wavelength range, that is to say almost transparent for the light beam.

Dabei kann dem Prüfobjektiv noch ein weiteres Strahlteilersystem zugeordnet sein. Dieses kann als Teilerwürfel mit einer nichtpolarisierenden Teilerschicht ausgebildet sein und dient zur Ein- und Auskopplung des Lichtes in den Strahlengang.there can the test lens yet another beam splitter system can be assigned. This can as a divider cube be formed with a non-polarizing divider layer and serves to couple the light into and out of the beam path.

Im wird Messvorgang, also während der Aufnahme von Bildern, eine schrittweise oder eine zumindest quasi-kontinuierliche Bewegung entweder des Messobjektes oder des Sensors mit mindestens einer Komponente in Richtung der optischen Achse des Prüfobjektivs oder in Ausbreitungsrichtung des Schwerstrahls des Beobachtungsbündels – also in der Tiefe – für das Messobjekt durchgeführt. Diese Bewegung erfolgt vorzugsweise mittels eines rechnergesteuerten Schlittens, der vorzugsweise als z- Schlitten ausgeführt ist. Eine Kippung dieses Schlittens, so dass die Schlittenachse zumindest näherungsweise parallel zur Ausbreitungsrichtung des Schwerstrahls des Beobachtungsbündels steht, ist von Vorteil, da sich dann keine Verschiebung des Bildes des Objektes auf dem Bildempfänger bei der Bewegung im Messvorgang ergibt.in the becomes measuring process, i.e. during taking pictures, a gradual or at least quasi-continuous Movement of either the measurement object or the sensor with at least a component in the direction of the optical axis of the test lens or in the direction of propagation of the beam of gravity of the observation bundle - in the depth - for the measurement object carried out. This movement is preferably carried out by means of a computer-controlled one Carriage, which is preferably designed as a z-carriage. A tipping this Carriage, so that the carriage axis at least approximately is parallel to the direction of propagation of the heavy beam of the observation beam, is an advantage because there is no shift in the image of the Object on the image receiver when moving in the measuring process.

Der Schlitten ist vorzugsweise mit einem linearen Präzisionsantrieb ausgebildet. Die Relativbewegung zwischen Messobjekt und Sensor erfolgt dabei so, dass in den Elementen der Bildaufnahmeeinheit periodische Signale mit einer Einhüllenden entstehen. Dabei werden die Signale vorzugsweise stets so aufgenommenen, dass die jeweilige Einhüllende des Signalverlaufs, deren Lage sich jeweils aus der Position des zugehörigen Objektpunktes ableitet, im Bereich um das absolute Maximum der Einhüllenden also zwischen den unmittelbar angrenzenden Minima derselben erfasst wird.The Carriage is preferably formed with a linear precision drive. The relative movement between the measurement object and the sensor takes place so that periodic signals in the elements of the image recording unit with an envelope arise. The signals are preferably always recorded in such a way that the respective envelope of the signal curve, the location of each of which depends on the position of the associated Object point in the area around the absolute maximum of the envelope thus recorded between the immediately adjacent minima becomes.

Für die Bildaufnahmeeinheit kann ein flächenhaftes Detektorarray, beispielsweise eine CCD- oder eine CMOS-Kamera mit linearer oder auch nichtlinearer Kennlinie, eingesetzt werden. Für Oberflächen mit großen Reflexionsgradunterschieden ist eine Kamera mit nichtlinearer Kennlinie oder auch eine Kamera mit mindestens 10 bit Graustufenauflösung von großem Vorteil. Weiterhin ist der Einsatz einer Hochgeschwindigkeitskamera zur Reduzierung der Aufnahmezeit von großem Vorteil.For the image acquisition unit can be an areal Detector array, for example a CCD or a CMOS camera linear or non-linear characteristic can be used. For surfaces with large differences in reflectance is a camera with a non-linear characteristic or a camera with at least 10 bit grayscale resolution of great advantage. Furthermore, the use of a high-speed camera for reduction the recording time of great Advantage.

Erfindungsgemäß wird bei der Relativbewegung zwischen dem Messobjekt und dem interferometrischen Sensor eine Serie von mindestens fünf Bildern mit der Bildaufnahmeeinheit, aufgenommen. Es können aber auch 256 Bilder, oder auch noch mehr, aufgenommen werden. Dabei sollte in jedem aufgenommenen Signalverlauf die Anzahl der Extrema unter der Einhüllenden, die je eine Amplitude von mindestens 50% der Maximalamplitude aufweisen, in der Regel mindestens zwei betragen.According to the invention the relative movement between the measurement object and the interferometric Sensor a series of at least five images with the image acquisition unit, added. But it can 256 pictures, or even more, can be recorded. there the number of extremes should be in each recorded waveform under the envelope, which each have an amplitude of at least 50% of the maximum amplitude, usually be at least two.

Wie bereits bekannt geworden, kann die Schrittweite des Schlittens zur Änderung des Abstandes zwischen Objekt und Sensor, wenn dessen Bewegungsachse parallel zur Achse des Prüfobjektivs steht, vorteilhafterweise so gewählt werden, dass das Bild auf der Bildaufnahmeeinheit sich im Scan bei einem z-Schritt jeweils um den Wert eines Pixel-Pitches oder eines ganzzahligen Vielfaches lateral verschiebt.How Already known, the step size of the sled can be changed the distance between the object and the sensor, if its axis of movement parallel to the axis of the test lens stands, advantageously chosen so be that the image on the image capture unit is in the scan a z-step by the value of a pixel pitch or one shifts integer multiples laterally.

Weiterhin wird bei einem interfometrischen Sensor zur Gewinnung einer 3D-Punktwolke eine laterale Separierung 2q₀ der kohärenten Teilbündel so ausgeführt, dass deren Abstand vorzugsweise mindestens einem Hundertstel des Durchmessers 2r_E der Kreisblende im Eingangsstrahlengang entspricht.Furthermore, in the case of an interfometric sensor for obtaining a 3D point cloud, a lateral separation 2q _{0 of} the coherent partial bundles is carried out in such a way that their distance preferably corresponds to at least one hundredth of the diameter 2r _{E of} the circular aperture in the input beam path.

Weiterhin kann der interfometrische Sensor zur Objektabtastung auch mit einem einzigen Frontobjektiv als Prüfobjektiv, vorzugsweise als Stereo-Mikroskop, ausgebildet sein. Dabei kann mit Vorteil einer der beiden optischen Strahlengänge des Stereo-Mikroskops für die Beleuchtung und einer der beiden Strahlengänge zur Abbildung des Messobjekts verwendet werden. Das Strahlteilersystem und das Strahlvereinigungssystem bilden dabei vorzugsweise eine Baugruppe, die dem Frontobjektiv des Stereomikroskops direkt zugeordnet ist. Dabei ist das Strahlteilersystem einem Strahlengang für die Beleuchtung und das Strahlvereinigungssystem einem Strahlengang für die Abbildung zugeordnet. Ein gegebenenfalls vorhandenes Zoom-System kann wiederum der Strahlvereinigungs-Baugruppe zugeordnet sein, die sich dann zwischen dem Frontobjektiv und dem Zoom-System befindet. So ist bei dem erfinderischen interferometrischen Sensor die Tiefenempfindlichkeit vorteilhafterweise völlig unabhängig von der am Zoom-System eingestellten Vergrößerung.Farther the interfometric sensor for object scanning can also be used with a single front lens as a test lens, preferably as a stereo microscope. It can with advantage of one of the two optical beam paths of the stereo microscope for illumination and one of the two beam paths for Illustration of the measurement object can be used. The beam splitter system and the beam combination system preferably form one Assembly that is directly assigned to the front lens of the stereo microscope is. The beam splitter system is a beam path for lighting and the beam combining system a beam path for imaging assigned. An existing zoom system, in turn, can be assigned to the beam union assembly, which then located between the front lens and the zoom system. So is in the inventive interferometric sensor, the depth sensitivity advantageously completely independently from the magnification set on the zoom system.

Der interfometrische Sensor zur Objektabtastung kann auch für makroskopische Felder mit einem Felddurchmesser deutlich größer als 10 mm ausgebildet sein. Dabei kann dieser interfometrische Sensor mit einem einzigen Prüfobjektiv ausgebildet sein. Bei entsprechend großen Prüfobjektiven sind auch Felddurchmesser von mehr als 50 mm realisierbar.The Interfometric sensor for object scanning can also be used for macroscopic Fields with a field diameter significantly larger than 10 mm. This interfometric sensor can be used with a single test lens be trained. With correspondingly large test lenses there are also field diameters of more than 50 mm possible.

Weiterhin kann ein rechnersteuerbarer Präzisions-z-Lineartisch nicht nur dem interfometrischen Sensor, sondern alternativ auch dem Messobjekt zugeordnet sein und die Relativbewegung zwischen dem interfometrischen Sensor und dem Messobjekt allein durch die Bewegung des Messobjekts auf dem rechnersteuerbaren Präzisions-z-Lineartisch realisiert sein. In diesem Fall kann die Achse des z-Lineartisches ebenfalls parallel zur Beobachtungsrichtung ausgerichtet sein, um eine Verschiebung des Bildes auf der Bildaufnahmeeinheit bei der Aufnahme zu vermeiden.Farther can be a computer-controlled precision z linear stage not only the interfometric sensor, but also alternatively be assigned to the measurement object and the relative movement between the interfometric sensor and the measurement object only through the Movement of the measurement object on the computer-controlled precision z linear table be realized. In this case, the axis of the z-linear table can also be parallel be aligned to the direction of observation by a shift to avoid the image on the image recording unit when recording.

Weiterhin ist es möglich, dass das Strahlteilersystem zur Erzeugung von zwei Teilbündeln mit Lateral-Shear und das Strahlvereinigungssystem sich auf einer gemeinsamen Glasplatte befinden, die vorzugsweise sowohl das Schichtsystem für das Strahlteiler-system als auch das Schichtsystem für das Strahlvereinigungssystem auf der gleichen Seite dieser Glasplatte trägt. Diese Platte weist außerdem zur Reflexion eines Teilbündels eine Spiegelschicht auf, so dass zwei parallele Bündel mit linearer Polarisation entstehen, wobei die Polarisationsrichtung der beiden Teilbündel um 90° zueinander gedreht ist. Dieser Glasplatte ist weiterhin ein Strahlteiler zugeordnet, der sowohl zur Einkopplung des Lichtes in das Prüfobjektiv als auch zum Durchlass des Lichtes in Richtung Bildaufnahme-Objektiv dient. Mittels einer λ/4-Platte nach dem Strahlteiler wird aus linear polarisiertem Licht zirkular polarisiertes Licht erzeugt. Nach Reflexion am Prüfling entsteht aus dem zirkular polarisierten Licht wieder linear polarisiertes Licht, jedoch nun mit jeweils um 90° gedrehter Polarisationsrichtung. So kann das Teilbündel, welches zuerst am Strahlteilersystem der Glasplatte reflektiert wurde, nun in die Glasplatte eintreten und das Teilbündel, welches zuerst durch die Glasplatte ging, wird nun reflektiert. Für Objektpunkte in der Ebene des Prüfobjektivs ist der optische Gangunterschied zwischen den Teilbündeln zumindest näherungsweise null, so dass diese Anordnung grundsätzlich auch mit einer nicht monochromatischen Lichtquelle betrieben werden kann. Jedoch ist diese vergleichsweise einfache Anordnung mehr für kleine Objektfelder optimal, da die effektive Sensorwellenlänge feldabhängig ist. Die Ursache liegt in den unterschiedlich langen geometrisch-optische Weglängen der beiden Teilbündel mit Lateral-Shear, wodurch sich in der Objektebene gekrümmte Streifen ergeben.Farther Is it possible, that the beam splitter system for generating two sub-beams with Lateral shear and the beam combining system is on a common glass plate are located, preferably both the layer system for the beam splitter system as well as the layer system for the beam combining system on the same side of this glass plate wearing. This plate also points to reflect a sub-bundle a mirror layer so that two parallel bundles with linear polarization arise, the direction of polarization of the two sub-bundles by 90 ° to each other is rotated. A beam splitter is also assigned to this glass plate, which both for coupling the light into the test lens and for passing the Light is used in the direction of the image recording lens. Using a λ / 4 plate after the beam splitter, linearly polarized light becomes circular generates polarized light. After reflection on the test object linearly polarized from the circularly polarized light Light, but now with the polarization direction rotated by 90 °. So the sub-bundle, which first reflects on the beam splitter system of the glass plate now enter the glass plate and the partial bundle which first went through the glass plate, is now reflected. For object points in the plane of the test lens is the optical path difference between the sub-bundles at least approximately null, so this arrangement is basically not even with one monochromatic light source can be operated. However is this comparatively simple arrangement is more optimal for small object fields, because the effective sensor wavelength field dependent is. The reason lies in the different lengths of the geometrical-optical path lengths of the two sub-bundles with lateral shear, which creates curved stripes in the object plane result.

Weiterhin kann das Strahlteilersystem zur Erzeugung von zwei Teilbündeln mit Lateral-Shear sich auf einer ersten planparallelen Glasplatte befinden, wobei sich auf einer Seite dieser Glasplatte ein Schichtsystem für das Strahlteilersystem und auf der gegenüberliegenden eine Reflexionsschicht befinden. Dieser ersten planparallelen Glasplatte ist eine zweite mit vorzugsweise zumindest näherungsweise gleicher Dicke und gleichem Glaswerkstoff so zugeordnet, dass diese beiden Glasplatten den Buchstaben "V" bilden, wobei die Symmetrieachse dieser "V-Formation" mit der der optischen Achse des Prüfobjektivs zumindest näherungsweise übereinstimmt und diese "V-Formation" dem Prüfobjektiv direkt vorgeordnet ist. Die zweite planparallele Glasplatte trägt ebenfalls auf der einen Seite ein Schichtsystem für das Strahlvereinigungssystem und auf der anderen Seite eine Reflexionsschicht. Der Winkel zwischen diesen beiden planparallelen Glasplatten beträgt vorzugsweise 90°. Dabei können beide Reflexionsschichten auf der Außenseite dieser "V-Formation" oder auf der Innenseite dieser "V-Formation" angeordnet sein. Zum Abgleich der optischen Weglängen im Interferometer kann die gesamte "V-Formation" drehbar ausgebildet sein. Auch diese vergleichsweise einfache Anordnung ist mehr für kleine Objektfelder optimal, da auch hier die effektive Sensorwellenlänge feldabhängig ist.Farther the beam splitter system can be used to generate two sub-beams Lateral shear are on a first plane-parallel glass plate, with a layer system for the beam splitter system on one side of this glass plate and on the opposite there is a reflective layer. This first plane-parallel glass plate is a second with preferably at least approximately the same thickness and assigned the same glass material so that these two glass plates form the letter "V", the Axis of symmetry of this "V-formation" with that of the optical Axis of the test lens at least approximately and this "V-formation" the test lens is directly upstream. The second plane-parallel glass plate also supports on the one hand a layer system for the beam combination system and on the other side a reflective layer. The angle between these two plane-parallel glass plates is preferably 90 °. Both can Reflective layers on the outside this "V formation" or on the inside this "V formation" can be arranged. For matching the optical path lengths In the interferometer, the entire "V formation" can be made rotatable. This too comparatively simple arrangement is more optimal for small object fields, because here too the effective sensor wavelength is field-dependent.

Weiterhin kann ein interferometrischer Sensor zur Objektabtastung mit mindestens einer durchstimmbaren monochromatischen Lichtquelle mit einer dieser nachgeordneten rotierenden Mattscheibe, auf der ein ausgedehnter Bereich mittels Laserlicht beleuchtet ist, aufgebaut sein. Der Mattscheibe ist ein Kollimator, sowie ein Strahlteilersystem zur Erzeugung von zwei Teilbündeln mit einer Lateral-Shear, ein Prüfobjektiv, ein Messobjekt, ein Strahlvereinigungssystem zur Reduzierung der Lateral-Shear zwischen den beiden Teilbündeln, ein Bildaufnahme-Objektiv und eine Bildaufnahmeeinheit nachgeordnet. Dem Sensor ist ein Schlitten zur Änderung des Abstandes zwischen Objekt und Sensor zugeordnet. Dabei ist die durchstimmbare monochromatische Lichtquelle beispielsweise als Halbleiter-Laser mit der mittleren Lichtwellenlänge λ_m ausgebildet, wobei der Halbleiter-Laser beispielsweise um den Wellenlängenbereich Δλ mit Δλ = 0,1 nm durchstimmbar gemacht ist. Im Messvorgang – also bei der Bewegung in der Tiefe – wird mit der Bildaufnahmeeinheit eine Bildserie aufgenommen. Die Baugruppen Strahlteilersystem, Prüfobjektiv, Messobjekt und Strahlvereinigungssystem bilden zusammen ein Interferometer-System, welches hierbei mindestens einen optischen Gangunterschied von Δx = λ_m ²/Δλ aufweist, so dass die Phase φ durch den Wellenlängen-Scan von Δλ mindestens um 2π im Interferenz-Signal verändert werden kann. Dabei kann der benötigte optische Gangunterschied Δx bei einer Laser-Wellenlänge von λ_m = 550 nm und Δλ = 0,1 nm im Interferometer-System Δx = 3 mm betragen. Sowohl das Strahlteilersystem als auch das Strahlvereinigungssystem können als monolithischer Prismenblock ausgebildet sein. Dabei ist der optische Gangunterschied zwischen den interferierenden Teilbündeln im Interferometer-System stets von null verschiedenen.Furthermore, an interferometric sensor for object scanning can be constructed with at least one tunable monochromatic light source with a rotating matt screen arranged downstream of it, on which an extensive area is illuminated by laser light. Downstream of the focusing screen is a collimator, as well as a beam splitter system for generating two sub-bundles with a lateral shear, a test lens, a measurement object, a beam combining system for reducing the lateral shear between the two sub-bundles, an image recording lens and an image recording unit. A slide for changing the distance between the object and the sensor is assigned to the sensor. The tunable monochromatic light source is designed, for example, as a semiconductor laser with the average light wavelength λ _m , the semiconductor laser being made tunable, for example, around the wavelength range Δλ with Δλ = 0.1 nm. During the measuring process - i.e. when moving in depth - an image series is recorded with the image acquisition unit. The assemblies beam splitter system, test objective, measurement object and beam combining system together form an interferometer system, which in this case has at least one optical path difference of Δx = λ _m ² / Δλ, so that the phase φ by the wavelength scan of Δλ is at least 2π in the interference Signal can be changed. The required optical path difference Δx can be Δx = 3 mm at a laser wavelength of λ _m = 550 nm and Δλ = 0.1 nm in the interferometer system. Both the beam splitter system and the beam combining system can be designed as a monolithic prism block. The optical path difference between the interfering sub-bundles in the interferometer system is always different from zero.

Im Messvorgang wird wie folgt vorgegangen: Zwischen dem Sensor und dem Messobjekt wird eine Relativbewegung mit mindestens einer Komponente in z-Richtung – also in der Tiefe – durchgeführt. Diese findet in Schritten von Δz statt. Durch jeden Δz-Schritt ergibt sich eine Veränderung des optischen Gangunterschiedes im Interferometer-System, wobei die Veränderung jedoch einem Phasenwert Δφ_z vorzugsweise kleiner als 180° entsprechen soll, beispielsweise hierbei 30°. Zeitgleich zum Δz -Schritt erfolgt ein Wellenlängen-Scan um den Betrag Δλ, der zu einer zusätzlichen Änderung der Phase Δφ_λ um beispielsweise Δφ_λ = 60° im aufgenommenen Signal führen soll. So ergibt sich hier eine Vergrößerung der resultierenden Phasenänderung jeweils um 90° und dadurch kann die Anzahl der Perioden unter der Einhüllenden im Signalverlauf wesentlich vergrößert werden. Vorteilhafterweise ist, wenn sich etwa zwei bis zehn Perioden mit Maxima von mindestens 50% der Maximalamplitude unter dieser Einhüllenden ergeben. Die Strahlteilereinheit kann dabei als monolithischer Prismenblock mit einer durchgehenden polarisierenden Teilerschicht und zwei miteinander verkitteten Parallelstücken mit unterschiedlichen Brechungsindizes n₁ und n₂ aufgebaut sein, wobei die Parallelstücken auf den Außenflächen verspiegelt sind. So kann sowohl der jeweils benötigte optische Gangunterschied Δx als auch die benötigte Lateral-Shear 2q₀ in weiten Grenzen durch die geometrische Dicke der Parallelstücke als auch durch die Wahl der Brechungsindizes n₁ und n₂ derselben variiert werden. Die Strahlvereinigungseinheit wird spiegelbildlich zur Achse des Prüfobjektivs aufgebaut und angeordnet.The measurement procedure is as follows: There is a between the sensor and the measurement object Relative movement with at least one component in the z direction - that is, in depth - performed. This takes place in steps of Δz. Each Δz step results in a change in the optical path difference in the interferometer system, but the change should preferably correspond to a phase value Δφ _z less than 180 °, for example 30 ° here. At the same time as the Δz step, a wavelength scan is carried out by the amount Δλ, which should lead to an additional change in the phase Δφ _λ by, for example, Δφ _λ = 60 ° in the recorded signal. This results in an enlargement of the resulting phase change by 90 ° in each case, and the number of periods under the envelope in the signal curve can thereby be significantly increased. It is advantageous if there are about two to ten periods with maxima of at least 50% of the maximum amplitude under this envelope. The beam splitter unit can be constructed as a monolithic prism block with a continuous polarizing splitter layer and two parallel pieces cemented together with different refractive indices n ₁ and n ₂ , the parallel pieces being mirrored on the outer surfaces. Both the optical path difference Δx required in each case and the lateral shear 2q ₀ required can be varied within wide limits by the geometric thickness of the parallel pieces and also by the choice of the refractive indices n ₁ and n ₂ thereof. The beam combination unit is constructed and arranged in mirror image to the axis of the test objective.

Die Auswertung der modulierten, periodischen Signale kann bei den hier beschriebenen Anordnungen und Verfahren im allgemeinen so erfolgen wie es bereits im Aufsatz „Signalverarbeitung bei tiefenscannenden 3D-Sensoren für neue industrielle Anwendungen" in der Fachzeitschrift tm- Technisches Messen 69 (2002) 5, S. 251–257 beschrieben wurde. Die pixelweise Auswertung ermittelt für jeden Objektpunkt das Maximum des Streifenkontrastes und die Phase am Maximum des Streifenkontrastes. So kann in bekannter Weise aus der bekannten Geometrie der Anordnung die 3D-Punktwolke des Messobjektes errechnet werden.The Evaluation of the modulated, periodic signals can be done here The arrangements and methods described generally take place in this way as already mentioned in the article “Signal Processing for deep-scanning 3D sensors for new industrial applications "in the trade magazine tm- Technischen Messen 69 (2002) 5, pp. 251–257. The pixel-by-pixel evaluation determines the maximum for each object point of the strip contrast and the phase at the maximum of the strip contrast. So in a known manner from the known geometry of the arrangement the 3D point cloud of the measurement object can be calculated.

Es ist aber bei der Durchführung von schnellen Überblicksmessungen auch möglich, dass aus dem in einem Bildpunkt der Bildaufnahmeeinheit gewonnenen periodischen Signalverlauf mit einer Einhüllenden nur die z-Position des Kontrast- bzw. Modulationsmaximums bestimmt wird, wobei diese z-Position jeweils der Lage des zugehörigen Objektpunktes entspricht. Ausgehend von diesen Daten und der Kenntnis der Geometrie des interferometrischen Sensors wird die 3D-Punktwolke des Messobjekts in diesem Fall nur mit reduzierter Genauigkeit bestimmt.It but is in the process of quick overview measurements also possible, that from that obtained in an image point of the image recording unit periodic waveform with an envelope only the z position of the contrast or modulation maximum is determined, this z position each the location of the associated Corresponds to the object point. Based on this data and knowledge The 3D point cloud becomes the geometry of the interferometric sensor of the measurement object in this case is only determined with reduced accuracy.

Es können grundsätzlich auch CMOS-Kameras mit intelligence-on-chip-Eigenschaften eingesetzt werden, welche die numerischen Operationen zur Bestimmung der 3D-Punktwolke des Messobjekts pixelweise ausführen.It can in principle CMOS cameras with intelligence-on-chip properties are also used, which are the numerical operations for determining the 3D point cloud of the measurement object pixel by pixel.

Zur Vergrößerung des Tiefenmessbereiches des interfometrischen Sensors zur Objektabtastung ist es auch möglich, dass zwischen dem bisher als Prüfobjektiv bezeichneten Objektiv und dem Messobjekt noch ein weiteres optisches Abbildungssystem angeordnet ist. Dabei kann es sich um ein einstufiges System oder auch zweistufiges System, beispielsweise ein Teleskop handeln, bei welchem die inneren Brennebenen zusammenfallen. Es können dabei auch mehrstufige optische Systeme zum Einsatz kommen.to Enlargement of the Depth measuring range of the interfometric sensor for object scanning is it also possible that between that previously used as a test lens designated lens and the measurement object still another optical Imaging system is arranged. This can be a one step System or two-stage system, for example a telescope act in which the inner focal planes coincide. It can multi-stage optical systems are also used.

Es wird außerdem ein interferometrisches Verfahren zur Objektabtastung mit Durchfokussierung ohne mechanische Bewegung vorgeschlagen, bei dem ein Lichtstrahlenbündel einer durchstimmbaren Lichtquelle mit einem Strahlteilersystem mindestens einmal geteilt wird, so dass zwei kohärente Teilbündel (C, D) entstehen, die gegenseitig eine Lateral-Shear aufweisen. Anschließend werden beide Teilbündel mit einem Prüfobjektiv auf die zu prüfende Oberfläche fokussiert (C', D') und gehen dort durch Reflexion an dieser in die zwei Teilbündel (C'', D'') über. Nach dem zweiten Durchgang durch das Prüfobjektiv und dem Passierens eines nachgeordneten Strahlvereinigungssystems werden die zwei Teilbündel (C'', D'') derart zusammengeführt, dass ihre Lateral-Shear reduziert oder eliminiert ist. Ein Bildaufnahme-Objektiv fokussiert die lateral zusammengeführten Teilbündel auf eine Bildaufnahmeeinheit, wo diese Teilbündel zur Interferenz gelangen. Dabei ist die Lichtquelle um einen größeren Wellenlängenbereich durchstimmbar gemacht, beispielsweise kann eine rechnersteuerbare Laserlichtquelle mit externer Kavität mit 25 nm Durchstimmbereich verwendet werden. Eine derartige Lichtquelle wurde bereits 1997 im Journal of Modern Optics, Vol. 44, No. 8, S. 1485 bis 1496 dargestellt.It will also an interferometric method for object scanning with through-focusing proposed without mechanical movement, in which a light beam a tunable light source with a beam splitter system at least is divided once, so that two coherent sub-bundles (C, D) arise, the mutually have a lateral shear. Then be both sub-bundles with a test lens to the one to be checked surface focused (C ', D ') and go there by reflection on it in the two sub-bundles (C '', D '') over. To the second pass through the test lens and passing through of a downstream beam combining system, the two sub-beams (C '', D '') are brought together in such a way that their lateral shear is reduced or eliminated. An image pickup lens focuses the laterally merged sub-bundles on an image acquisition unit, where this sub-bundle come to interference. The light source is around a larger wavelength range made tunable, for example, a computer-controlled External cavity laser light source with 25 nm tuning range be used. Such a light source was created in 1997 in the Journal of Modern Optics, Vol. 44, No. 8, pp. 1485 to 1496.

Das bisher als Prüfobjektiv bezeichnete Objektiv ist vorzugsweise im Durchstimmbereich der Lichtquelle stark chromatisch ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Brennweite und demzufolge auch die axiale Lage der Brennebene des Prüfobjektivs besonders stark von der Wellenlänge abhängig sind. Beim Wellenlängen-Scan verändert sich auf diese Weise auch der Abstand zwischen dem Messobjekt und der Brennebene, welche hier die Messebene darstellt. Das Wellenlängen-Scannen führt zu einem Durchfokussieren und so entstehen in den Elementen der Bildaufnahmeeinheit jeweils periodische Signale mit einer Einhüllenden. Gleichzeitig kann durch das Wellenlängen-Scannen auch im Interferometer-System der optische Gangunterschied noch zusätzlich verändert werden, so dass sich in diesem Fall bei der Aufnahme in den Elementen der Bildaufnahmeeinheit ein periodisches Signal mit einer vergrößerten Signalfrequenz ergibt.The lens previously referred to as the test lens is preferably strongly chromatic in the tuning range of the light source. This means that the focal length and consequently also the axial position of the focal plane of the test objective are particularly dependent on the wavelength. In the wavelength scan, the distance between the measurement object and the focal plane, which represents the measurement plane, also changes in this way. Wavelength scanning leads to through-focusing and so periodic signals with an envelope are generated in the elements of the image recording unit. Equal At the same time, the optical path difference can be additionally changed by the wavelength scanning in the interferometer system, so that in this case a periodic signal with an increased signal frequency results when recording in the elements of the image recording unit.

Es ist aber auch möglich, dass im interferometrischen Sensor ein optischer Gangunterschied ungleich null besteht, beispielsweise 1 mm, und sich beim Wellenlängen-Scan parallel zum Durchfokussieren deshalb auch noch zusätzlich die Phase in den periodischen Signalen mit der Einhüllenden ändert. Dieses Verfahren mit dem Durchstimmen der Wellenlänge vermeidet vorteilhafterweise die Verwendung von beweglichen Komponenten für das Durchfokussieren und das Phasenstellen. Dadurch kann eine besonders hohe Messgeschwindigkeit erreicht werden. In diesem Fall ist das Prüfobjektiv vorzugsweise ebenfalls stark chromatisch ausgebildet. Die bisher dargestellten Merkmale sind den Ansprüchen 1 bis 14 zugeordnet.It is also possible that there is an optical path difference in the interferometric sensor is not equal to zero, for example 1 mm, and in the wavelength scan in addition to focusing through, the Phase in the periodic signals changes with the envelope. This procedure with tuning the wavelength advantageously avoids the use of moving components for the Focus through and the phase setting. This can make a special high measuring speed can be achieved. In this case, the test lens preferably also strongly chromatic. The so far Features shown are assigned to claims 1 to 14.

Die nun folgenden Merkmale sind den Ansprüchen 15, 16, 17, 20 und 21 zugeordnet. Es ist aber auch möglich einen interferometrischen Sensor zur Objektabtastung mit mindestens einer Lichtquelle, einem Strahlteilersystem, einem Prüfobjektiv mit einem Beleuchtungsstrahlengang und einem Beobachtungsstrahlengang, einem Messobjekt, einem rechnergesteuerten Schlitten zur Änderung des Abstandes zwischen Objekt und interfometrischen Sensor, einem Strahlvereinigungssystem, einem Bildaufnahme-Objektiv und einer Bildaufnahmeeinheit, der eine zweite Abbildungsstufe vorgeordnet ist, aufzubauen. Das Strahlteilersystem teilt ein Lichtbündel der Lichtquelle so, dass zwei Teilbündel C und D entstehen, die zueinander eine Lateral-Shear aufweisen. Das Strahlvereinigungssystem eliminiert oder reduziert die Lateral-Shear zwischen den Teilbündeln C³ und D³. Dabei ist sowohl das Strahlteilersystem als auch das Strahlvereinigungssystem mit einem Phasengitter und mit einem, dem Phasengitter zugeordneten, ersten Objektiv (OG1)ausgebildet. Das Objektiv OG1 kann dabei von gleicher Bauart wie das Prüfobjektiv sein und die gleichen Parameter aufweisen. Das Phasengitter befindet sich zumindest näherungsweise in der Brennebene des Objektivs OG1. Das Prüfobjektiv ist in einer ersten Abbildungsstufe angeordnet, die als afokale Anordnung aufgebaut ist, wobei das dem Phasengitter zugeordnete erste Objektiv OG1 das zweite Objektiv dieser afokalen Anordnung darstellt. Das monochromatische Lichtbündel, welches das Phasengitter passiert, wird in zwei kohärente Teilbündel aufgespaltet, welche über das Prüfobjektiv auf die Objektoberfläche gelangen, dort reflektiert werden und wieder über das Prüfobjektiv auf vorzugsweise dasselbe Phasengitter gelangen und dort eine Strahlvereinigung erfahren. Es erfolgt die Strahlteilung und die Strahlvereinigung also vorzugsweise an ein und demselben Phasengitter. Es besteht erfindungsgemäß ein schleifenförmiger Strahlverlauf vom beleuchteten Phasengitter über die Objektoberfläche zurück auf das Phasengitter. Dabei ist mindestens ein einfallendes Teilbündel zur optischen Achse des Prüfobjektivs zumindest um einen kleinen Winkel geneigt. Durch den schleifenförmigen Strahlverlauf wird geometrisch-optisch jeder Punkt des Phasengitters wieder auf sich selbst abgebildet.The following features are assigned to claims 15, 16, 17, 20 and 21. However, it is also possible to use an interferometric sensor for object scanning with at least one light source, a beam splitter system, a test lens with an illuminating beam path and an observation beam path, a measurement object, a computer-controlled slide for changing the distance between the object and the interfometric sensor, a beam combining system, and an image recording lens and an image recording unit, which is preceded by a second imaging stage. The beam splitter system splits a light beam from the light source in such a way that two partial beams C and D are formed which have a lateral shear to one another. The beam combining system eliminates or reduces the lateral shear between the sub-beams C ³ and D ³ . Both the beam splitter system and the beam combining system are designed with a phase grating and with a first objective (OG1) assigned to the phase grating. The lens OG1 can be of the same type as the test lens and have the same parameters. The phase grating is at least approximately in the focal plane of the objective OG1. The test objective is arranged in a first imaging stage, which is constructed as an afocal arrangement, the first objective OG1 assigned to the phase grating representing the second objective of this afocal arrangement. The monochromatic light bundle that passes through the phase grating is split into two coherent partial bundles, which reach the object surface via the test objective, are reflected there and again reach the same phase grating via the test objective and experience a beam combination there. The beam splitting and the beam combination are therefore preferably carried out on one and the same phase grating. According to the invention, there is a loop-shaped beam path from the illuminated phase grating over the object surface back onto the phase grating. At least one incident sub-bundle is inclined at least by a small angle to the optical axis of the test objective. Due to the loop-shaped beam path, each point of the phase grating is mapped onto itself again geometrically and optically.

Dem Phasengitter ist ein zweites Objektiv (OG2) mit einer Lochblende in dessen Brennebene zugeordnet. Diese Anordnung ist so gestaltet, dass das von der Objektoberfläche kommende Licht das Prüfobjektiv, das Objektiv OG1, das Phasengitter in der nullten Beugungsordnung, das Objektiv OG2 und die Lochblende in der Brennebene des Objektivs OG2 passiert. Die Lochblende bewirkt eine Raumfilterung, so dass sich in jedem Fall nur wenige Interferenzstreifen auf dem Sensorchip einer nachgeordneten Kamera ergeben. Der Interferenzstreifenabstand entspricht einem Höhenunterschied auf dem Objekt von der halben effektiven Wellenlänge, die beispielsweise einem Zwanzugstel bis einem Zweihundertstel der Wellenlänge des verwendeten Lichtes entsprechen kann.the Phase grating is a second lens (OG2) with a pinhole assigned in its focal plane. This arrangement is designed that that's from the object surface light coming the test lens that Objective OG1, the phase grating in the zeroth diffraction order, the Lens OG2 and the pinhole in the focal plane of the lens OG2 happens. The pinhole causes a spatial filtering, so that in any case there are only a few interference fringes on the sensor chip a subordinate camera. The fringe distance corresponds to a height difference on the object of half the effective wavelength, for example one Twentieth to one two hundredth of the wavelength of the used light can correspond.

Zur Verbesserung des Kontrastes bei lichtstreuenden Objektoberflächen ist in der inneren Fokalebene dieser ersten afokalen Abbildungsstufe, die aus dem Objektiv OG1 und dem Prüfobjektiv besteht, vor zugsweise mindestens eine außeraxiale Doppelabschattblende im Beobachtungsstrahlengang angeordnet. Außerdem ist auch eine zweite außeraxiale Doppelabschattblende im Beobachtungsstrahlengang angeordnet, so dass in der Regel insgesamt vier außeraxiale Blendenöffnungen bestehen. Es ist auch möglich, dass die innenliegenden Öffnungen der beiden Doppelabschattblenden eine gemeinsame Öffnung bilden, so dass dann im Minimum drei Blendenöffnungen bestehen. Dann ist vorzugsweise anstelle von zwei Doppelabschattblenden also eine Dreifachabschattblende angeordnet, von denen sich die mittlere Öffnung vorzugsweise zumindest näherungsweise zentrisch auf der optischen Achse der ersten Abbildungsstufe befindet.to Improvement of the contrast with light-scattering object surfaces is in the inner focal plane of this first afocal imaging level, which consists of the lens OG1 and the test lens, preferably before at least one off-axis Double shading aperture arranged in the observation beam path. Besides, is also a second off-axis Double shading aperture arranged in the observation beam path, see above that usually a total of four off-axis apertures consist. It is also possible, that the internal openings of the two double shading panels form a common opening, so that there are at least three apertures. Then preferably a triple shading panel instead of two double shading panels arranged, of which the central opening is preferably at least approximately is centered on the optical axis of the first imaging level.

Dabei ist außerdem jeder Blendenöffnung ein Polarisator zugeordnet, wobei die Durchlassrichtung der Polarisatoren einer jeden Doppelabschattblende um 90° zueinander gedreht ist. Dabei sind vorzugsweise die Durchlassrichtungen der beiden nebeneinander angeordneten, also der innen liegenden Polarisatoren gleich. Der Doppelabschattblende ist im nachfolgenden Beobachtungsstrahlengang ein weiterer Polarisator nachgeordnet, so dass durch das Passieren desselben zwei Bündel gebildet werden, deren Polarisationszustand übereinstimmt. So können diese Bündel in der Ebene des Bildempfängers zur Interferenz gelangen. In der zweiten Abbildungsstufe, die aus dem Prüfobjektiv und dem Objektiv OG2 besteht, sind Mittel zur Bündelbegrenzung, beispielsweise eine Lochblende angeordnet, damit durch Beugung am Phasengitter und Abschattung mittels Lochblende nur ein einziges Bündelpaar zur Interferenz kommt und weitere, durch Beugung am Phasengitter gegebenenfalls entstehende Bündelpaare abgeschattet werden.A polarizer is also assigned to each aperture, the direction of passage of the polarizers of each double shading aperture being rotated through 90 ° to one another. The transmission directions of the two polarizers arranged next to one another, that is to say the inner polarizers, are preferably the same. A further polarizer is arranged downstream of the double shading diaphragm in the subsequent observation beam path, so that two bundles whose polarization state coincides are formed by passing through the same. In this way, these bundles can interfere in the plane of the image receiver. In the second imaging stage, which consists of the test objective and the objective OG2, means for bundle limitation, for example a pinhole, are arranged so that only a single bundle pair interferes with diffraction at the phase grating and shading with pinhole and shadows further bundle pairs that may arise through diffraction at the phase grating become.

Das Licht der Lichtquelle beleuchtet also das Phasengitter, so dass zwei kohärente Teilbündel durch Lichtbeugung in der Beugungsordnung +1 und –1 entstehen. Diese beiden kohärenten Teilbündel treten in die erste Abbildungsstufe ein, die also aus dem Prüfobjektiv und dem Objektiv OG1 besteht, und werden in die innenliegende gemeinsame Brennebene fokussiert, wo sich die Doppelabschattblende des Beleuchtungsstrahlenganges mit je einem zugeordneten Polarisator befindet, so dass jedem gebeugten Teilbündel ein Polarisator zugeordnet ist. Die beiden Polarisatoren weisen eine Durchlassrichtung auf, die um 90° zueinander gedreht ist. Dadurch entstehen nach dem Passieren derselben und nach dem Passieren des Prüfobjektivs auf der Objektoberfläche aus den beiden gebeugten Teilbündeln nun zwei Bündel mit unterschiedlichem Polarisationszustand. Nach der Reflexion an der Objektoberfläche, wobei diese Reflexion auch diffus erfolgen kann, treten die reflektierten Bündel wieder in den Beobachtungsstrahlengang ein. Jedoch kann jedes reflektierte Bündel im wesentlichen die Abbildungsstufe nur auf einem Pfad im Beobachtungsstrahlengang passieren, in welchem der Polarisator vor den Öffnungen der Doppelabschattblende die für das Bündel geeignete Durchlassrichtung aufweist. So wird erreicht, dass beim Auftreffen der reflektierten Bündel auf das Phasengitter jedes Bündel so gebeugt wird, dass aus jedem an der Objektoberfläche reflektierten Bündel in der Regel zwei gebeugte Teilbündel entstehen, wobei von den vier gebeugten Teilbündeln zwei der gebeugten Teilbündel zumindest näherungsweise die gleiche Ausbreitungsrichtung aufweisen. Da der Polarisationszustand der beiden gebeugten Teilbündel, die mittels Phasengitter im wesentlichen in die gleiche Richtung gebeugt werden, nicht übereinstimmt, kann hier noch kein Interferenzmuster beobachtet werden. Deshalb ist im weiteren Strahlengang auf dem Weg zum Bildempfänger noch ein weiterer Polarisator mit einer Durchlassrichtung von 45° zu den Polarisationsrichtungen der beiden Teilbündel angeordnet. Außerdem ist eine Abschattblende zur Sperrung der Teilbündel, die sich nicht in einer vorgegebenen Richtung und gemeinsam ausbreiten, angeordnet. Diese Anordnung stellt ein Moiré-Interferometer dar. Die Fläche des Phasengitters wird durch eine zweite Abbildungsstufe, die dem Bildempfänger vorgeordnet ist, scharf auf den Bildempfänger abgebildet. Durch die Wirkung des Moiré-Interferometers entsteht in der Regel ein niederfrequentes Interferenzbild, welches die Information über die Objektoberfläche als Phaseninformation enthält. Beim Ändern des Abstandes des Objektes zum Sensor mittels Schlitten kann in jedem Pixel des Bildempfängers ein kurzkohärentes Signal beobachtet werden. Die effektiv wirksame Wellenlänge kann typischerweise um den Faktor 20 bis 200 gedehnt sein, so dass sich für die Messung der Topografie technischer Oberflächen optimale Bedingungen ergeben.The Light from the light source thus illuminates the phase grating, so that two coherent partial bundle caused by light diffraction in the diffraction order +1 and -1. These two are coherent partial bundle enter the first imaging stage, i.e. from the test lens and the lens OG1, and are common to the inside Focal plane focuses where the double shading of the illuminating beam path each with an associated polarizer so that each diffracted partial bundle a polarizer is assigned. The two polarizers point a forward direction, which is rotated by 90 ° to each other. Thereby arise after passing the same and after passing the Prüfobjektivs on the object surface from the two bent sub-bundles now two bundles with different polarization states. After reflection the object surface, whereby this reflection can also be diffuse, the reflected ones occur bunch back into the observation beam path. However, any reflected bundle in the essentially the imaging level only on a path in the observation beam path happen in which the polarizer in front of the openings of the double shading the for the bundle has a suitable forward direction. This ensures that the Impact of the reflected bundle on the phase grating of each bundle is bent so that everyone reflected on the object surface bunch usually two inflected sub-bundles arise, of the four diffracted sub-bundles at least two of the diffracted sub-bundles approximately have the same direction of propagation. Because the state of polarization of the two bowed sub-bundles, the phase grating essentially in the same direction be bowed, does not match, no interference pattern can be observed here yet. Therefore is still on the way to the image receiver in the further beam path another polarizer with a transmission direction of 45 ° to the polarization directions of the two sub-bundles arranged. Moreover is a shade to block the sub-bundles that are not in one predetermined direction and spread out together. This The arrangement is a Moire interferometer The area of the phase grating is replaced by a second imaging stage image receptor upstream, is mapped sharply on the image receiver. Through the Effect of the moiré interferometer usually creates a low-frequency interference pattern, which the information about the object surface contains as phase information. When changing the distance of the object to the sensor using a slide can be in every pixel of the image receiver a short-coherent Signal can be observed. The effective effective wavelength can typically stretched by a factor of 20 to 200, so that for the Measuring the topography of technical surfaces gives optimal conditions.

In jedem Fall passiert also ein Teilbündel in Richtung auf das Objekt, welches am Phasengitter in einer positiven Beugungsordnung gebeugt wurde, einen ersten Polarisator mit einer bestimmten Durchlassrichtung und ein Teilbündel, welches an diesem Phasengitter in einer negativen Beugungsordnung gebeugt wurde, passiert einen zweiten Polarisator, dessen Durchlassrichtung um 90° zu der des ersten Polarisators gedreht ist. Dabei befinden sich die Polarisatoren vorzugsweise zumindest näherungsweise in der inneren Brennebene der ersten Abbildungsstufe.In in any case, a sub-bundle passes in the direction of the object, which is diffracted at the phase grating in a positive diffraction order a first polarizer with a certain transmission direction and a sub-bundle, which is at this phase grating in a negative diffraction order has been bent, passes a second polarizer, whose direction of transmission by 90 ° that of the first polarizer is rotated. Here are the Polarizers preferably at least approximately in the inner Focal plane of the first imaging level.

Vorzugsweise ist das Phasengitter als Transmissions-Phasengitter ausgebildet, welches zumindest näherungsweise für eine Wellenlänge die nullte Beugungsordnung unterdrückt. Vorzugsweise ist das Transmissions-Phasengitter so angeordnet, dass es sowohl zur Strahlteilung als auch zur Strahlvereinigung verwendet werden kann. So ergibt sich ein kompakter Strahlengang und die Justierung der Anordnung kann sich vereinfachen.Preferably the phase grating is designed as a transmission phase grating, which at least approximately for one wavelength suppresses the zeroth diffraction order. The transmission phase grating is preferred arranged so that it is both for beam splitting and beam combination can be used. This results in a compact beam path and the adjustment of the arrangement can be simplified.

Es ist aber auch grundsätzlich möglich, dass das Phasengitter als Reflexions-Phasengitter ausgebildet ist, welches zumindest näherungsweise für eine Wellenlänge die nullte Beugungsordnung unterdrückt. Dabei kann das Transmissions-Phasengitter so angeordnet sein, dass es sowohl zur Strahlteilung als auch zur Strahlvereinigung verwendbar ist.It is also fundamental possible, that the phase grating is designed as a reflection phase grating, which at least approximately for one wavelength suppresses the zeroth diffraction order. The transmission phase grating can be used be arranged so that it is used for beam splitting as well as for beam combining is usable.

Der nachfolgende Ansatz wird durch die Ansprüche 18 und 19 fixiert. Es wird vorgeschlagen, einen interferometrischen Sensor zur Objektabtastung mit mindestens einer Lichtquelle, einem Strahlteilersystem zur Erzeugung von zwei Teilbündeln mit Lateral-Shear, einem Prüfobjektiv mit einem Beleuchtungsstrahlengang und einem Beobachtungsstrahlengang, einem Messobjekt, einem Strahlvereinigungssystem zur Verringerung der Lateral-Shear zwischen den beiden Teilbündeln, einem Bildaufnahme-Objektiv und einer Bildaufnahmeeinheit, der eine zweite Abbildungsstufe vorgeordnet ist, aufzubauen. Dabei ist Komponenten des Strahlvereinigungssystems ein rechnergesteuerter Schlitten zur Änderung der axialen Position derselben zugeordnet. Damit kann der Ort der Strahlteilung in der Tiefe verschoben werden, also zumindest mit einer Komponente parallel zur optischen Achse der ersten Abbildungsstufe. Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, sowohl das Strahlteilersystem als auch das Strahlvereinigungssystem als ein gemeinsames Phasengitter mit einem dem Phasengitter zugeordneten Objektiv OG1 auszubilden, so dass der Ort der Strahlteilung und der Ort der Strahlvereinigung auf dem Phasengitter zusammenfallen. Der rechnergesteuerte Schlitten zur Änderung der axialen Position ist diesem Phasengitter zugeordnet. Dabei befindet sich das Phasengitter stets in der Umgebung der Brennebene des Objektivs OG1. Weiterhin ist das Prüfobjektiv in einer ersten Abbildungsstufe angeordnet, die als afokale Anordnung aufgebaut ist.The following approach is fixed by claims 18 and 19. It is proposed to use an interferometric sensor for object scanning with at least one light source, a beam splitter system for generating two partial beams with lateral shear, a test lens with an illuminating beam path and an observation beam path, a measurement object, and a beam combining system for reducing the lateral shear between the two partial beams , an image recording lens and an image recording unit, which is preceded by a second imaging stage. A computer-controlled carriage for changing the axial position of the same is assigned to components of the beam combination system. This allows the location of the beam splitting to be shifted in depth, at least with a comm component parallel to the optical axis of the first imaging stage. It is proposed according to the invention to design both the beam splitter system and the beam combining system as a common phase grating with an objective OG1 assigned to the phase grating, so that the location of the beam splitting and the location of the beam combining on the phase grating coincide. The computer-controlled slide for changing the axial position is assigned to this phase grating. The phase grating is always in the vicinity of the focal plane of the lens OG1. Furthermore, the test objective is arranged in a first imaging stage, which is constructed as an afocal arrangement.

In der inneren Fokalebene der afokalen Anordnung ist vorzugsweise mindestens eine erste Doppelabschattblende im Beleuchtungsstrahlengang und mindestens eine zweite Doppelabschattblende im Beobachtungsstrahlengang angeordnet und jeder Blendenöffnung vorzugsweise ein Polarisator zugeordnet ist. Die Durchlassrichtung der Polarisatoren einer jeden Doppelabschattblende ist um 90° zueinander gedreht, um jeweils genau die reflektierten Bündel zu selektieren, welche die Information über die Oberflächentopographie tragen. Der rechnergesteuerte Schlitten bewegt also das Phasengitter in axialer Richtung in Bezug auf das Prüfobjektiv.In the inner focal plane of the afocal array is preferably at least a first double shading in the lighting beam path and at least one second double shading aperture in the observation beam path arranged and each aperture a polarizer is preferably assigned. The direction of passage the polarizers of each double shading aperture are at 90 ° to each other rotated to select exactly the reflected bundles, which ones the information about carry the surface topography. The computer-controlled carriage therefore moves the phase grating in axial direction with respect to the test lens.

Es ist auch möglich, dass die innenliegenden Durchlassbereiche der beiden Doppelabschattblenden einen gemeinsamen Bereich bilden. Dann ist vorzugsweise anstelle von zwei Doppelabschattblenden eine Dreifachabschattblende angeordnet, die also drei Öffnungen aufweist, von denen die mittlere Öffnung sich zumindest näherungsweise zentrisch auf der optischen Achse der ersten Abbildungsstufe befindet.It is possible, too, that the inside passage areas of the two double shading panels unite form common area. Then is preferable to two Double shading panels arranged a triple shading panel so three openings has, of which the central opening is at least approximately is centered on the optical axis of the first imaging level.

Bei der Anordnung von zwei Doppelabschattblenden wird die folgende Anordnung vorgeschlagen: Der Doppelabschattblende im Beobachtungsstrahlengang ist ein Polarisator nachgeordnet, um Interferenz zu ermöglichen. In der zweiten, dem Polarisator nachgeordneten Abbildungsstufe sind Mittel zur Bündelbegrenzung angeordnet, um unerwünschte Beugungsordnungen zu sperren, so dass mit den passierenden Teilbündeln zumindest näherungsweise ein Nullstreifenfeld entstehen kann. So ist möglich, durch die Bewegung des Phasengitters in axialer Richtung kurzkohärente Signale in den Pixeln des Bildempfängers zu erzeugen. Die Bewegung des in der Regel vergleichsweise massearmen Phasengitters ist besonders dann von Vorteil, wenn in einem vergleichsweise kleinen Tiefenmessbereich eine besonders hohe Messgeschwindigkeit erreicht werden soll, da nur das Phasengitter in z-Richtung bewegt werden muss. Jedoch müssen in diesem Fall die Objektive im gesamten Strahlengang auch in der Tiefe hinreichend gut korrigiert sein.at The arrangement of two double shading screens becomes the following arrangement suggested: the double shading in the observation beam path is followed by a polarizer to allow interference. In the second imaging stage, which is downstream of the polarizer Arranged for bundle limitation, to unwanted To block diffraction orders, so that with the passing sub-bundles at least approximately a zero strip field can arise. So it is possible through the movement of the Phase grating in the axial direction short-coherent signals in the pixels of the image receiver to create. The movement of the usually comparatively low-mass Phase grating is particularly advantageous when in a comparative way small depth measuring range a particularly high measuring speed should be achieved since only the phase grating is moved in the z direction got to. However, must in this case the lenses in the entire beam path also in the Depth should be corrected sufficiently well.

Für die optische Abtastung von Objekten mit größerer Tiefe ist es dabei von besonderem Vorteil, neben dem Phasengitter auch noch die Kamera oder zumindest deren Kamera-Chip in axialer Richtung mitzubewegen, wobei hierbei vom Phasengitter auf die Kamera vorzugsweise eine 1:1-Abbildung mit einer 4f-Anordnung erfolgen sollte. Dann erfolgt stets eine scharfe Abbildung auch auf die Kamera.For the optical Scanning objects with greater depth it is of particular advantage, in addition to the phase grating nor the camera or at least its camera chip in the axial direction to move, preferably from the phase grating to the camera a 1: 1 illustration should be done with a 4f arrangement. Then there is always one sharp image also on the camera.

Für alle dargestellten Verfahren und Anordnungen können Auswerteverfahren eingesetzt werden, die für kurzkohärente Interferogramme, also Weißlicht-Interferogramme, einsetzbar sind.For all represented Procedures and orders can Evaluation methods are used that are for short-coherent interferograms White light interferograms can be used.

Die Erfindung wird im folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 beschrie- ben. In 1 ist ein Sensor zur dreidimensionalen Objektabtastung, der auch für größere Objekte eingesetzt werden kann, dargestellt. Einer quasi-monochromatischen Lichtquelle 1 ist eine Kreisblende 2 mit einem Durchmesser 2r_E von beispielsweise etwa 5 mm nachgeordnet, die im Fokus F1 eines Prüfobjektivs 31 positioniert ist. Die Lichtquelle 1 ist als Laser mit einer rotierenden Mattscheibe ausgebildet. Das durch die Kreisblende 2 hindurchtretende Bündel passiert einen zur Zeichenebene unter 45° ausgerichteten Polarisator 3, wodurch sich eine Komponente mit senkrechter und eine mit paralleler Polarisation ergibt. Dieses Bündel tritt in das Strahlteilersystem 11 ein, welches aus einem ersten Halbpentaprisma 12 mit einem polarisierenden Strahlteiler-Schichtsystem 13, einer Spiegelschicht 15 und einem zweiten Halbpentaprisma 14 mit einer Spiegelschicht 16 gebildet ist. Von Vorteil ist hier, dass das unter 45° polarisierende Strahlteiler-Schichtsystem 13, KORN31 der Firma Layertec, beim Winkel von 0° für die Wellenlänge 550 nm nahezu transparent ist. Dabei ist das zweite Halbpentaprisma 14 gegenüber dem ersten Halbpentaprisma 12 verschoben. Dadurch entstehen am Ausgang des Strahlteilersystems 11 zwei kohärente Teilbündel mit einer Lateral-Shear 2q₀. Die Lateral-Shear zwischen den kohärenten Teilbündeln beträgt etwa 11 mm. Nach Reflexion dieser beiden Bündel an der Teilerschicht 22 des Strahlteilersystems 21 passieren diese kohärenten Teilbündel C und D das Prüfobjektiv 31 und werden auf die Oberfläche des Messobjektes 32 fokussiert. Dabei fällt der Schwerstrahl des Teilbündels D zumindest näherungsweise mit der Achse des Prüfobjektivs 31 zusammen, d. h. der Winkel α₂ ist null. Das rückgestreute Licht passiert wieder das Prüfobjektiv 31 und das Strahlteilersystem 21 und gelangt in das Strahlvereinigungssystem 41 mit den beiden Halbpentaprismen 42 und 44 und einem polarisierenden Strahlteiler-Schichtsystem 43 sowie den Spiegelschichten 45 und 46. Hier ist ebenfalls durch die Verwendung des Schichtsystems KORN31 gewährleistet, dass das unter 45° polarisierende Strahlteiler-Schichtsystem 43 beim Winkel von 0° für die Wellenlänge 550 nm nahezu transparent ist. Die Transmission ist besser als 98%. Die Lateral-Shear wird durch das Passieren des Strahlvereinigungssystems 41 eliminiert und tritt durch einen unter 45° zur Zeichenebene ausgerichteten Polarisator 51, wodurch sich unter 45° linear polarisiertes Licht ergibt, so dass die beiden Bündel interferenzfähig werden. In der gemeinsamen Brennebene des Prüfobjektivs und des Bildaufnahme-Objektivs 53 ist eine kreisförmige Austrittsblende 52 mit dem Durchmesser 2r_A von einigen Millimetern angeordnet, welche die interferierenden Teilbündel begrenzt und jeweils deren Schwerstrahl definiert. Die Interferenz findet in der Ebene der Bildaufnahmeeinheit 54 statt, wobei die Lateral-Shear durch die Geometrie des Strahlvereinigungs systems eliminiert ist. Im Messvorgang findet eine Relativbewegung statt, wobei im Fall A der Sensor zum Messobjekt und im Fall B das Messobjekt zum Sensor bewegt wird, und es wird eine Bildserie von beispielsweise 64 Bildern aufgenommen. Die Sensor-Wellenlänge λ_S ergibt sich entsprechend der Gleichung (5) aus der mittleren Lichtwellenlänge λ_m, die hier 550 nm betragen soll. Dabei ist in 1 der Winkel α₂ mit α₂ = 0 dargestellt. Wegen der im allgemeinen relativ kleinen Werte für α₁ ist die Sensor-Wellenlänge λ_S hier gegenüber der Lichtwellenlänge λ_m stark vergrößert. Beispielsweise etwa um den Faktor 1000, so dass sich beispielsweise eine Sensor-Wellenlänge λ_S von etwa 550 μm ergibt, so dass sich für 2π eine z-Verschiebung von 275 μm ergibt. So kann an kooperativen Oberflächen mit dem Phasen-Auswerte-Verfahren eine Auflösung und Messgenauigkeit im Mikrometerbereich erreicht werden. Das Prüfobjektiv 31 sollte auf der Objektseite zumindest näherungsweise telezentrisch sein. Als Prüfobjektiv kann beispielsweise ein Projektionsobjektiv 10 × mit der Brennweite von etwa 250 mm verwendet werden. Von besonderem Vorteil ist bei einem so dimensionierten interferometrischen Sensor, dass die Abschattung auf dem Objekt wegen dem vergleichsweise kleinen Winkel α₁ von typischerweise unter 3° sehr gering ist.The invention will now be described by way of example only with reference to the 1 to 9 described. In 1 shows a sensor for three-dimensional object scanning, which can also be used for larger objects. A quasi-monochromatic light source 1 is a circular aperture 2 with a diameter 2r _E of about 5 mm, for example, the focus F1 of a test lens 31 is positioned. The light source 1 is designed as a laser with a rotating screen. That through the circular aperture 2 bundle passing through it passes a polarizer oriented at 45 ° to the plane of the drawing 3 , resulting in a component with vertical and one with parallel polarization. This bundle enters the beam splitter system 11 one, which consists of a first half pentaprism 12 with a polarizing beam splitter layer system 13 , a mirror layer 15 and a second half pentaprism 14 with a mirror layer 16 is formed. The advantage here is that the beam splitter layer system polarizing at 45 ° 13 , KORN31 from Layertec, is almost transparent at an angle of 0 ° for the wavelength 550 nm. Here is the second half pentaprism 14 opposite the first half pentaprism 12 postponed. This creates at the exit of the beam splitter system 11 two coherent sub-bundles with a lateral shear 2q ₀ . The lateral shear between the coherent sub-bundles is approximately 11 mm. After reflecting these two bundles on the divider layer 22 of the beam splitter system 21 these coherent sub-beams C and D pass through the test lens 31 and are on the surface of the measurement object 32 focused. The heavy beam of sub-beam D coincides at least approximately with the axis of the test objective 31 together, ie the angle α ₂ is zero. The backscattered light passes the test lens again 31 and the beam splitter system 21 and gets into the beam ver unification system 41 with the two half penta prisms 42 and 44 and a polarizing beam splitter layer system 43 as well as the mirror layers 45 and 46 , The use of the KORN31 layer system also ensures that the beam splitter layer system polarizing at 45 ° 43 is almost transparent at an angle of 0 ° for the wavelength 550 nm. The transmission is better than 98%. The lateral shear is created by passing through the beam union system 41 eliminated and passes through a polarizer aligned at 45 ° to the plane of the drawing 51 , resulting in linearly polarized light at 45 °, so that the two bundles become capable of interference. In the common focal plane of the test lens and the image-taking lens 53 is a circular outlet aperture 52 arranged with the diameter 2r _A of a few millimeters, which limits the interfering sub-bundles and defines their respective heavy beams. The interference takes place in the plane of the image acquisition unit 54 instead, the lateral shear is eliminated by the geometry of the beam union system. A relative movement takes place in the measurement process, the sensor being moved to the measurement object in case A and the measurement object being moved to the sensor in case B, and an image series of, for example, 64 images is recorded. The sensor wavelength λ _S results from the mean light wavelength λ _m , which should be 550 nm here, in accordance with equation (5). Here is in 1 the angle α _{2 is represented} with α ₂ = 0. Because of the generally relatively small values for α ₁ , the sensor wavelength λ _S is greatly increased here compared to the light wavelength λ _m . For example, by a factor of 1000, so that, for example, a sensor wavelength λ _S of approximately 550 μm is obtained, so that there is a z-shift of 275 μm for 2π. For example, a resolution and measuring accuracy in the micrometer range can be achieved on cooperative surfaces using the phase evaluation method. The test lens 31 should be at least approximately telecentric on the object side. For example, a 10 × projection lens with a focal length of approximately 250 mm can be used as the test lens. It is particularly advantageous in the case of an interferometric sensor of this size that the shading on the object is very low due to the comparatively small angle α ₁ of typically less than 3 °.

Die 2 zeigt eine Anordnung, bei der das Strahlteiler- 11 und das Strahlvereinigungssystem 41 wie auch in 1 mit je zwei Halbpentaprismen 12, 14 bzw. 42, 44 aufgebaut sind. Die Lage der Teilbündel ist dem Pupillenabstand von 24 mm des Stereo-Mikroskops MZ12 der Firma Leica angepasst. Die Sensor-Wellenlänge λ_S, die sich aus der mittleren Lichtwellenlänge λ_m, die hier ebenfalls 550 nm betragen soll, entsprechend Gleichung (5) ergibt, ist hier gegenüber der mittleren Lichtwellenlänge λ_m ebenfalls stark vergrößert. Beispielsweise um den Faktor 200, so dass sich beispielsweise eine Sensor-Wellenlänge λ_S von 110 μm ergibt. Das Messfeld kann einen Durchmesser von 10 mm aufweisen. Durch die mechanische Verbindung des Stereomikroskops mit einem rechnergesteuerten Präzisions-z-Lineartisch wird im Messvorgang eine kontinuierliche Bewegung des Stereomikroskops durchgeführt. Dabei wird das Messobjekt 32 über einen vom Beleuchtungsstrahlengang verschiedenen Bereich des Prüfobjektivs 31 abgebildet. Der Messvorgang startet in einer Position des Stereomikroskops, in welcher sich alle Objektpunkte des zu vermessenden Messobjekts 32, hier ein metallisches Objekt, beispielsweise ein Präzisions-Presswerkzeug, oberhalb oder unterhalb der Brennebene des Prüfobjektivs 31 im Objektraum, befinden. Durch die Bewegung des Stereomikroskops in Richtung des Messobjekts 32, welche rechnergesteuert erfolgt, werden nach und nach die Objektpunkte des Messobjekts 32 von der Brennebene des Prüfobjektivs 31 erfasst. Im Bewegungsvorgang werden dabei so lange nacheinander Bilder aufgenommen, bis alle interessierenden Objektpunkte des Messobjekts 32 zumindest einmal scharf aufgenommen sind, wobei die Aufnahme der Objektpunkte etwas über den Schärfebereich hinaus fortgesetzt wird. Wie bereits bekannt, ergibt die pixelweise Auswertung für jeden Objektpunkt das Maximum des Kontrastes und die Phase am Maximum des Kontrastes. Aus diesen beiden Komponenten kann in bekannter Weise über die Geometrie des Strahlengangs die 3D-Punktwolke des Messobjektes 32 errechnet werden.The 2 shows an arrangement in which the beam splitter 11 and the beam union system 41 as in 1 with two half penta prisms each 12 . 14 respectively. 42 . 44 are set up. The position of the partial bundles is adapted to the pupil distance of 24 mm of the MZ12 stereo microscope from Leica. The sensor wavelength λ _S , which results from the mean light wavelength λ _m , which should also be 550 nm here, according to equation (5), is also greatly increased here compared to the mean light wavelength λ _m . For example, by a factor of 200, so that, for example, a sensor wavelength λ _S of 110 μm results. The measuring field can have a diameter of 10 mm. Due to the mechanical connection of the stereomicroscope with a computer-controlled precision z linear stage, the stereomicroscope is continuously moved in the measuring process. The measurement object 32 over an area of the test lens that differs from the illumination beam path 31 displayed. The measurement process starts in a position of the stereomicroscope in which all object points of the measurement object to be measured are located 32 , here a metallic object, for example a precision pressing tool, above or below the focal plane of the test objective 31 in the object space. By moving the stereomicroscope in the direction of the measurement object 32 , which is computer-controlled, gradually become the object points of the measurement object 32 from the focal plane of the test lens 31 detected. Images are taken one after the other in the movement process until all the object points of interest of the measurement object are of interest 32 are at least once in focus, the acquisition of the object points being continued somewhat beyond the focus range. As already known, the pixel-by-pixel evaluation gives the maximum of the contrast and the phase at the maximum of the contrast for each object point. The 3D point cloud of the measurement object can be made from these two components in a known manner via the geometry of the beam path 32 can be calculated.

3 zeigt eine besonders einfache Sensoranordnung für sehr kleine Objektfelder mit einer gemeinsamen Glasplatte 101, die sowohl das Schichtsystem für das Strahlteilersystem 103 als auch das Schichtsystem 106 für das Strahlvereinigungssystem auf der gleichen Seite trägt. Diese Glasplatte 101 weist außerdem zur Reflexion zwei Spiegelschichten 105 und 107 auf. Das kollimierte Licht einer quasi-monochromatischen Lichtquelle gelangt über die Kreisblende 2 und den Polarisator 3 auf die Glasplatte 101. Es entstehen zwei Teilbündel, die in einen Teilerwürfel 21 mit einer nichtpolarisierenden Teilerschicht 22 eintreten und über das Prüfobjektiv 31 auf das Messobjekt 32 gelangen, dort reflektiert werden und schließlich in der bereits beschriebenen Weise in der Ebene der Bildaufnahmeeinheit 54 zur Interferenz gelangen. 3 shows a particularly simple sensor arrangement for very small object fields with a common glass plate 101 that are both the layer system for the beam splitter system 103 as well as the layer system 106 for the beam unification system on the same side. This glass plate 101 also has two mirror layers for reflection 105 and 107 on. The collimated light from a quasi-monochromatic light source reaches the circular aperture 2 and the polarizer 3 on the glass plate 101 , Two sub-bundles are created, each in a divider cube 21 with a non-polarizing divider layer 22 enter and over the test lens 31 on the measurement object 32 arrive, reflected there and finally in the manner already described in the plane of the image recording unit 54 come to interference.

4 stellt einen ebenfalls sehr kompakten Sensor für besonders kleine Objektfelder dar. Das Strahlteilersystem und das Strahlvereinigungssystem bilden eine V-Formation. Dabei befindet sich das Strahlteilersystem auf einer ersten planparallelen Glasplatte 201, wobei sich auf einer Seite dieser Glasplatte 201 ein Schichtsystem 202 für das Strahlteilersystem und auf der gegenüberliegenden eine Reflexionsschicht 203 befinden. Dieser ersten planparallelen Glasplatte 201 ist als Strahlvereinigungssystem eine zweite Glasplatte 204 mit vorzugsweise zumindest näherungsweise gleicher Dicke und gleichem Glaswerkstoff so zugeordnet, dass diese beiden Glasplatten 201 und 204 den Buchstaben "V" bilden, wobei die Symmetrieachse dieser "V-Formation" mit der der optischen Achse des Prüfobjektivs 31 zumindest näherungsweise übereinstimmt und diese "V-Formation" dem Prüfobjektiv 31 direkt vorgeordnet ist. Dabei trägt die zweite planparallele Glasplatte 204 ebenfalls auf einer Seite ein Schichtsystem 205 für das Strahlvereinigungssystem und auf der anderen eine Reflexionsschicht 206. Als Lichtquelle dient ein Laser mit einer rotierenden Mattscheibe und einem Kollimator. Aus dem kollimierten Licht entstehen durch das Strahlteilersystem zwei Teilbündel, die über das Prüfobjektiv 31 auf das Messobjekt 32 gelangen, reflektiert werden und schließlich in der bereits beschriebenen Weise in der Ebene der Bildaufnahmeeinheit 54 zur Interferenz gelangen. Wegen des von null verschiedenen optischen Gangunterschiedes im Sensor wird hier ein frequenzstabiler Laser als Lichtquelle verwendet. Wenn bei Messobjekten mittlerer Genauigkeitsanforderung auf die höhere Genauigkeit der Phasenauswertung verzichtet werden kann, wird nur das Kontrastmaximum des Signals ausgewertet. Vorteilhafterweise hat die Wellenlängenstabilität des Lasers in diesem Fall keinen oder keinen sehr großen Einfluss auf die Genauigkeit dieser Auswertung. Jedoch muss der Laser stets eine größere Kohärenzlänge als der optische Gangunterschied im Sensor besitzen. Bei Anwendung eines rechnergesteuerten, durchstimmbaren Halbleiter-Lasers besteht bei dieser Anordnung nach 4 mit einem von null verschiedenen optischen Gangunterschied grundsätzlich auch die Möglichkeit, mittels Wellenlängendurchstimmen die Phase zu stellen, um ein Phasenauswerte-Verfahren nutzen zu können. 4 also represents a very compact sensor for particularly small object fields. The beam splitter system and the beam combining system form a V-formation. The beam splitter system is located on a first plane-parallel glass plate 201 , being on one side of this glass plate 201 a layer system 202 for the beam splitter system and a reflection layer on the opposite one 203 are located. This first plane-parallel glass plate 201 is a second glass plate as a beam combination system 204 with preferably at least approximately the same thickness and the same glass material arranges that these two glass plates 201 and 204 form the letter "V", the axis of symmetry of this "V formation" with that of the optical axis of the test objective 31 matches at least approximately and this "V-formation" the test lens 31 is directly upstream. The second plane-parallel glass plate carries 204 also a layer system on one side 205 for the beam combining system and on the other a reflective layer 206 , A laser with a rotating screen and a collimator serves as the light source. The beam-splitter system creates two sub-beams from the collimated light, which are placed over the test lens 31 on the measurement object 32 arrive, reflected and finally in the manner already described in the plane of the image recording unit 54 come to interference. Because of the non-zero optical path difference in the sensor, a frequency-stable laser is used as the light source. If the higher accuracy of the phase evaluation can be dispensed with for objects of medium accuracy, only the maximum contrast of the signal is evaluated. In this case, the wavelength stability of the laser advantageously has no or no very great influence on the accuracy of this evaluation. However, the laser must always have a greater coherence length than the optical path difference in the sensor. When using a computer-controlled, tunable semiconductor laser, this arrangement persists 4 With an optical path difference that is different from zero, it is also possible to adjust the phase by means of wavelength tuning in order to be able to use a phase evaluation method.

5 stellt ein Strahlteilungssystem zur Erzeugung von zwei Teilbündeln mit Lateral-Shear für einen interferometrischen Sensor zur Objektabtastung dar. Dieses ist aus der Planparallelplatte 302 mit einem Brechungsindex n₁ und der Planparallelplatte 304 mit einem Brechungsindex n₂ aufgebaut. 5 represents a beam splitting system for the generation of two partial beams with lateral shear for an interferometric sensor for object scanning. This is from the plane parallel plate 302 with a refractive index n ₁ and the plane parallel plate 304 built up with a refractive index n ₂ .

Dabei soll hier n₁ > n₂ gelten. In jedem Fall sind die Brechungsindizes n₁ und n₂ verschieden gemacht. Das aus einem rechnergesteuert durchstimmbaren Halbleiter-Laser mit nachgeordneter rotierender Mattscheibe, Kollimator und Kreisblende austretende Lichtbündel gelangt in das Strahlteilungssystem 301. Das Lichtbündel wird an der polarisierenden Strahlteilerschicht 303 geteilt, wobei das erste Teilbündel reflektiert wird und senkrecht polarisiert ist. Das zweite, hindurchtretende Teilbündel besitzt eine parallele Polarisation. Die beiden Teilbündel werden jeweils an den zugehörigen Außenverspiegelungen 305 und 306 reflektiert, gelangen erneut auf die polarisierende Strahlteilerschicht 303. Dabei wird das Teilbündel mit senkrechter Polarisation an der polarisierenden Strahlteilerschicht 303 ein zweites Mal reflektiert und das mit paralleler Polarisation tritt ein zweites Mal durch diese hindurch. Die beiden am Ausgang des Strahlteilungssystems 301 entstehenden Teilbündel C und D weisen eine Lateral-Shear von 2q₀ auf und breiten sich parallel zur Achse des hier nicht dargestellten Prüfobjektivs 31 aus. Durch die unterschiedlichen Brechungsindizes n₁ und n₂ ist auch der optische Gangunterschied der beiden Teilbündel C und D von null verschieden. Das Strahlvereinigungssystem ist spiegelbildlich aufgebaut und spiegelbildlich zur Achse des Prüfobjektivs 31 angeordnet. Das Strahlteilungssystem 301 zur Strahlteilung, das Prüfobjektiv 31, das Messobjekt 32, sowie das nicht dargestellte System zur Strahlvereinigung zur Verringerung der Lateral-Shear von zwei Teilbündeln bilden ein Interferometer-System. Dabei ist der optische Gangunterschied Δx im Interferometer-System so gewählt, beispielsweise Δx = 3 mm, dass sich beim rechnergesteuerten Durchstimmen des Halbleiter-Lasers mit einer mittleren Laserwellenlänge von λ_m = 550 nm um den Betrag Δλ = 0,1 nm dadurch mindestens eine Phasenverschiebung von 2π im Interferenzsignal ergibt. Besser für die Genauigkeit der Signalauswertung ist jedoch, eine Phasenverschiebung von etwa 10π bis 20π zu erzeugen. Dies kann entweder durch einen 5 bis 10fach größeren Durchstimmbereich der Lichtquelle oder durch einen 5 bis 10fach größeren optischen Gangunterschied im Sensor realisiert werden.Here n ₁ > n _{2 should} apply. In any case, the refractive indices n ₁ and n _{2 are made} different. The light beam emerging from a computer-controlled, tunable semiconductor laser with a rotating rotating screen, collimator and circular aperture arrives in the beam splitting system 301 , The light beam is on the polarizing beam splitter layer 303 divided, the first sub-beam being reflected and polarized perpendicularly. The second sub-bundle passing through has a parallel polarization. The two sub-bundles are each on the associated outside mirroring 305 and 306 reflected, reach the polarizing beam splitter layer again 303 , The sub-beam with perpendicular polarization on the polarizing beam splitter layer 303 reflected a second time and that with parallel polarization passes through it a second time. The two at the exit of the beam splitting system 301 The resulting partial bundles C and D have a lateral shear of 2q ₀ and spread parallel to the axis of the test objective, not shown here 31 out. Due to the different refractive indices n ₁ and n ₂ , the optical path difference of the two sub-beams C and D is also different from zero. The beam combination system is constructed in mirror image and mirror image to the axis of the test objective 31 arranged. The beam splitting system 301 for beam splitting, the test lens 31 , the measurement object 32 , as well as the beam unification system, not shown, for reducing the lateral shear of two sub-beams form an interferometer system. The optical path difference Δx is selected in the interferometer system, for example Δx = 3 mm, so that when computer-controlled tuning of the semiconductor laser with an average laser wavelength of λ _m = 550 nm by at least Δλ = 0.1 nm Phase shift of 2π results in the interference signal. However, it is better for the accuracy of the signal evaluation to generate a phase shift of approximately 10π to 20π. This can be achieved either by a 5 to 10 times larger tuning range of the light source or by a 5 to 10 times larger optical path difference in the sensor.

6 stellt eine Anordnung mit einem Moiré-Interferometer dar. Auch hierbei wird die effektive Wellenlänge gegenüber der Lichtwellenlänge gedehnt. Das von einer Lichtquelle 1 mit einem eingegrenzten Spektralbereich von beispielsweise 50nm ausgehende kollimierte Licht beleuchtet ein Transmissions-Phasengitter 2 mit einer Gitterkonstante von 5μm. Es entstehen zwei gebeugte Lichtbündel, die auf das erste Objektiv, das Gitterobjektiv 53, einer ersten, afokal ausgebildeten Abbildungsstufe gelangen und die Bündel C und D bilden. So entstehen nach der Abbildung durch das Prüfobjektiv 31 zwei Bündel C' und D', die den Winkel α1 und α2 mit der optischen Achse des Objektivs 321 einschließen. Nach der Reflexion am Messobjekt 32 entstehen die Bündel C'' und D''. Die beiden Bündel C3 und D3 passieren das Gitterobjektiv 53 und gelangen wieder auf das Transmissions-Phasengitter 2. Es entstehen zwei in die gleiche Richtung gebeugte Bündel C⁴ und D⁴, welche über eine afokale Abbildungsstufe, die aus den Objektiven 131 und 132 besteht auf den Bildempfänger 54 gelangt. Die afokale Abbildungsstufe enthält außerdem eine Abschattblende 182 zur Raumfrequenzfilterung. Es kommt in der Ebene des Bildempfängers zur Zweistrahl-Interferenz. Beim Ändern des Abstandes des Objektes zum Sensor mittels Schlitten kann in jedem Pixel des Bildempfängers ein kurzkohärentes Signal detektiert werden, welches in bekannter Art ausgewertet wird. 6 represents an arrangement with a Moiré interferometer. Here, too, the effective wavelength is stretched compared to the light wavelength. That from a light source 1 a transmission phase grating illuminates with a limited spectral range of, for example, 50 nm outgoing collimated light 2 with a lattice constant of 5μm. The result is two diffracted light beams that are directed onto the first lens, the grating lens 53 , arrive at a first, afocal trained imaging level and form bundles C and D. This is how the test lens creates the image 31 two bundles C 'and D', the angle α1 and α2 with the optical axis of the lens 321 lock in. After reflection on the measurement object 32 the bundles C '' and D '' are created. The two bundles C3 and D3 pass through the grating lens 53 and get back on the transmission phase grating 2 , Two bundles C ⁴ and D ^{4 are} bent in the same direction, which have an afocal imaging level that results from the lenses 131 and 132 insists on the image receiver 54 arrives. The afocal mapping level also includes a shading aperture 182 for spatial frequency filtering. Two-beam interference occurs in the plane of the image receiver. When the distance between the object and the sensor is changed by means of a slide, a short-coherent signal can be detected in each pixel of the image receiver, which signal is evaluated in a known manner.

7 stellt eine Anordnung mit einem Moiré-Interferometer dar. Auch hierbei wird die effektive Wellenlänge gegenüber der Lichtwellenlänge gedehnt. Das von einer Lichtquelle 1 mit einem eingegrenzten Spektralbereich von beispielsweise 50nm ausgehende kollimierte Licht passiert einen Polarisator 171, dessen Durchlassrichtung zur Zeichenebene 45° beträgt, und beleuchtet ein Transmissions-Phasengitter 2 mit einer Gitterkonstante von 5μm. Es entstehen zwei gebeugte Lichtbündel, die auf das erste Objektiv, das Gitterobjektiv 53, einer ersten, afokal ausgebildeten Abbildungsstufe gelangen und die Bündel C und D bilden. In der gemeinsamen inneren Brennebene der afokal ausgebildeten Abbildungsstufe befindet sich eine erste Doppelabschattblende 161. Das ist die Doppelabschattblende 161 des Beleuchtungsstrahlenganges mit je einem zugeordneten Polarisator 151 und 152, wobei die Durchlassrichtung des ersten Polarisators 151 senkrecht und die Durchlassrichtung des zweiten Polarisators 152 parallel zur Zeichenebene ist. So entstehen nach der Abbildung durch das Prüfobjektiv 31 zwei Bündel C' und D', die den Winkel α1 und α2 mit der optischen Achse des Objektivs 321 einschließen. Nach der Reflexion am Messobjekt 32 entstehen die Bündel C'' und D'', die nach dem Passieren des Prüfobjektivs 31 die Doppelabschattblende 162 passieren. Jeder Öffnung der Doppelabschattblende 162 ist dabei ein Polarisator zugeordnet, dessen Durchlassrichtung so bestimmt ist, dass jeweils genau das Bündel passieren kann, das bei gerichteter Reflexion an einer achssenkrechten Fläche des Messobjektes 32 entsteht. Die beiden Bündel C³ und D³ weisen eine um 90° zueinander unterschiedliche Polarisation auf, passieren das Gitterobjektiv 53 und gelangen wieder auf das Transmissions-Phasengitter 2. Es entstehen zwei in die gleiche Richtung gebeugte Bündel C⁴ und D⁴, welche über eine afokale Abbildungsstufe, die aus den Objektiven 131 und 132 besteht auf den Bildempfänger 54 gelangt. Die afokale Abbildungsstufe enthält außerdem eine Abschattblende 182 zur Raumfrequenzfilterung und einen um – 45° zur Zeichenebene gedrehten Polarisator 172. So entstehen auf dem Bildempfänger 54 zwei interferenzfähige Bündel. Es kommt in der Ebene des Bildempfängers zur Zweistrahl-Interferenz. Die Ausrichtung des Polarisators 172 erfolgt dabei so, dass die von der Lichtquelle 1 unerwünschterweise direkt am Transmissions-Phasengitter 2 reflektierten Bündel gesperrt werden. Beim Ändern des Abstandes des Objektes zum Sensor mittels Schlitten kann in jedem Pixel des Bildempfängers ein kurzkohärentes Signal detektiert werden, welches in bekannter Art ausgewertet wird. 7 represents an arrangement with a Moiré interferometer. Here, too, the effective wel len length stretched compared to the light wavelength. That from a light source 1 with a limited spectral range of 50 nm, for example, collimated light passing through a polarizer 171 , whose transmission direction to the drawing plane is 45 °, and illuminates a transmission phase grating 2 with a lattice constant of 5μm. The result is two diffracted light beams that are directed onto the first lens, the grating lens 53 , arrive at a first, afocal trained imaging level and form bundles C and D. A first double shading aperture is located in the common inner focal plane of the afocal imaging stage 161 , This is the double shading 161 of the illumination beam path, each with an assigned polarizer 151 and 152 , wherein the forward direction of the first polarizer 151 perpendicular and the forward direction of the second polarizer 152 is parallel to the drawing plane. This is how the test lens creates the image 31 two bundles C 'and D', the angle α1 and α2 with the optical axis of the lens 321 lock in. After reflection on the measurement object 32 The bundles C '' and D '' are created after passing the test objective 31 the double shading 162 happen. Every opening of the double shading panel 162 a polarizer is assigned, the transmission direction of which is determined in such a way that in each case exactly the bundle can pass that is directed towards a surface of the measurement object that is perpendicular to the object 32 arises. The two bundles C ³ and D ³ have a polarization that is different from one another by 90 ° and pass the grating objective 53 and get back on the transmission phase grating 2 , Two bundles C ⁴ and D ^{4 are} bent in the same direction, which have an afocal imaging level that results from the lenses 131 and 132 insists on the image receiver 54 arrives. The afocal mapping level also includes a shading aperture 182 for spatial frequency filtering and a polarizer rotated by - 45 ° to the plane of the drawing 172 , So arise on the image receiver 54 two interference-capable bundles. Two-beam interference occurs in the plane of the image receiver. The orientation of the polarizer 172 is done so that the light source 1 undesirably directly on the transmission phase grating 2 reflected bundles can be blocked. When the distance between the object and the sensor is changed by means of a slide, a short-coherent signal can be detected in each pixel of the image receiver, which signal is evaluated in a known manner.

8 stellt ebenfalls eine Anordnung mit einem Moiré-Interferometer dar, die vergleichsweise kostengünstig ist. Hierbei ist die zweite Abbildungsstufe mit einem so langbrennweitigen Objektiv 231 ausgeführt, welches eine so kleine Blendenöffnung aufweist, die als Abschattblende 182 ausgebildet ist, dass die unerwünschten Bündel, die durch Beugung am Transmissions-Phasengitter 2 entstehen und sich nicht in der vorbestimmten Richtung ausbreiten, gesperrt werden. Es kommt in der Ebene des Bildempfängers zur Zweistrahl-Interferenz. Der Polarisator dient dabei wieder der Erzeugung von Interferenzbündeln mit einem übereinstimmenden Polarisationszustand und zur Sperrung der direkt von der Lichtquelle 1 reflektierten Bündel. 8th also represents an arrangement with a Moiré interferometer, which is comparatively inexpensive. Here is the second imaging stage with such a long focal length lens 231 executed, which has such a small aperture, the shade 182 is formed that the unwanted bundles caused by diffraction at the transmission phase grating 2 arise and do not spread in the predetermined direction, are blocked. Two-beam interference occurs in the plane of the image receiver. The polarizer again serves to generate interference beams with a matching polarization state and to block them directly from the light source 1 reflected bundle.

Die 9 zeigt für den interferometrischen Sensor eine Realisierungsmöglichkeit, durch Bewegung des Transmissions-Phasengitters 2 mit einem hier nicht dargestellten rechnergesteuerten Schlitten in axialer Richtung kurzkohärente Signale in den Pixeln zu erzeugen. Dies ist von Vorteil, wenn nur ein vergleichsweise kleiner Tiefenmessbereich erforderlich ist und außerdem eine besonders hohe Messgeschwindigkeit erreicht werden soll. Jedoch müssen die Objektive 132, 131, 53 und 31 auch in der Tiefe gut korrigiert sein. Hierbei wird der Bildempfänger 54 mit dem hier nicht dargestellten rechnergesteuerten Schlitten mitbewegt, so dass der Bildempfänger 54 stets ein scharfes Bild aufnimmt. Die Polarisatoren 152 und 153 können dabei auch zu einem einzigen zusammengefasst sein. Beispielsweise, wenn der Winkel α2 praktisch null ist. Ein derartiger Sensor kann für eine Erfassung der 3D-Form von Zähnen in der Zahnmedizin eingesetzt werden, wobei dazu die Zähne am besten mit einem opaken Überzug versehen sind. Dabei sind die Winkel α1 und α2 besonders klein gewählt, beispielsweise sind α1 und α2 deutlich kleiner als 5°.The 9 shows an implementation possibility for the interferometric sensor by moving the transmission phase grating 2 to generate short-coherent signals in the pixels in the axial direction with a computer-controlled slide (not shown here). This is advantageous if only a comparatively small depth measuring range is required and a particularly high measuring speed is also to be achieved. However, the lenses 132 . 131 . 53 and 31 be well corrected even in depth. This is the image receiver 54 moved with the computer-controlled carriage, not shown here, so that the image receiver 54 always takes a sharp picture. The polarizers 152 and 153 can also be combined into one. For example, if the angle α2 is practically zero. Such a sensor can be used for detecting the 3D shape of teeth in dentistry, the teeth being best provided with an opaque coating. The angles α1 and α2 are chosen to be particularly small, for example α1 and α2 are significantly smaller than 5 °.

Für alle dargestellten Verfahren und Anordnungen nach 1 bis 9 können Auswerteverfahren eingesetzt werden, die für kurzkohärente Interferogramme, also Weißlicht-Interferogramme, einsetzbar sind.For all procedures and arrangements shown 1 to 9 evaluation methods can be used which can be used for short-coherent interferograms, i.e. white light interferograms.

Claims

Interferometric sensor for object scanning, with at least one light source ( 1 ), a beam splitter system ( 11 ), which divides a light bundle of the light source so that two sub-bundles C and D are formed, which have a lateral shear to each other, a test objective ( 31 ), a measurement object ( 32 ), a computer-controlled slide to change the distance between the object and the sensor, a beam combining system ( 41 ), which eliminates or reduces the lateral shear between the sub-beams C '' and D '', an image recording lens ( 53 ) and an image acquisition unit ( 54 ), characterized in that the beam splitter system ( 11 ) as a triangle interferometer with a beam splitter layer system ( 13 ) is trained.

Interferometric sensor for object scanning, with at least one light source ( 1 ), a blasting facility learning system ( 11 ), which divides a light bundle of the light source so that two sub-bundles C and D are formed, which have a lateral shear to each other, a test objective ( 31 ), a measurement object ( 32 ), a computer-controlled slide to change the distance between the object and the sensor, a beam combining system ( 41 ), which eliminates or reduces the lateral shear between the sub-beams C '' and D '', an image recording lens ( 53 ) and an image acquisition unit ( 54 ), characterized in that the beam union system ( 41 ) as a triangle interferometer with a beam splitter layer system ( 43 ) is trained.

Interferometric sensor for object scanning according to at least one of claims 1-2, characterized in that the beam splitter system ( 11 ) and the beam union system ( 41 ) with two half-penta prisms ( 12 . 14 , respectively. 42 . 44 ) and one beam splitter layer system ( 13 . 43 ) are trained.

Interferometric sensor for object scanning according to at least one of claims 1-3, characterized in that the beam splitter layer system ( 13 . 43 ) represents a polarizing beam splitter layer system at least at an angle below 45 ° and at least for a single wavelength.

Interferometric sensor for object scanning according to at least one of claims 1-4, characterized in that the beam splitter layer system polarizing at 45 ° ( 13 . 43 ) is at least approximately transparent at least at an angle of incidence of 0 ° and at least for a single light wavelength.

Interferometric sensor for object scanning according to at least one of claims 1-5, characterized in that in each case two half-penta prisms ( 12 . 14 , respectively. 42 . 44 ) are cemented together.

Interferometric sensor for object scanning according to at least one of claims 1-5, characterized in that the two half-penta prisms ( 12 . 14 ) of the beam splitter system ( 11 ) and the half penta prisms ( 42 . 44 ) of the beam union system ( 41 ) are arranged displaceable to each other.

Interferometric sensor for object scanning according to at least one of claims 1-5 and 7, characterized in that one of the half-penta prisms ( 12 . 14 ) of the beam splitter system ( 11 ), or one of the half penta prisms ( 42 . 44 ) of the beam union system ( 41 ) are connected to an adjustment slide.

Interferometric sensor for object scanning, with at least one light source ( 1 ), a beam splitter system for the production of two sub-beams with a lateral shear, a test objective ( 31 ), a measurement object ( 32 ), a computer-controlled slide to change the distance between the object and the sensor, a beam combining system to reduce the lateral shear between the sub-beams and an image-taking lens ( 53 ) and an image acquisition unit ( 54 ), characterized in that the beam splitter system and the beam combining system are on a common glass plate ( 101 ) which are both the layer system for the beam splitter system ( 103 ) as well as the layer system ( 106 ) on one side of this glass plate ( 101 ) for the beam unification system and this glass plate ( 101 ) at least one mirror layer for reflection ( 105 . 107 ) having.

Interferometric sensor for object scanning, at least with one light source ( 1 ), a beam splitter system for the production of two sub-beams with a lateral shear, a test objective ( 31 ) a measurement object ( 32 ), a computer-controlled slide to change the distance between the object and the sensor, a beam combining system to reduce the lateral shear between the partial bundles, an image recording lens ( 53 ) and an image acquisition unit ( 54 ), characterized in that the beam splitter system is on a first plane-parallel glass plate 201 is located on one side of this glass plate 201 a layer system 202 for the beam splitter system and a reflection layer on the opposite one 203 and this first plane-parallel glass plate 201 a second glass plate as a beam combination system 204 with preferably at least approximately the same thickness and the same glass material and that these two glass plates 201 and 204 form the letter "V", the axis of symmetry of this "V formation" with that of the optical axis of the test objective ( 31 ) agrees at least approximately and this "V-formation" corresponds to the test objective ( 31 ) directly upstream, with the second plane-parallel glass plate 204 also a layer system on one side 205 for the beam combining system and on the other a reflective layer 206 wearing.

Interferometric sensor for object scanning, with at least one light source ( 1 ), a test lens ( 31 ), a beam splitter system for the generation of two partial bundles with a lateral shear, a measurement object ( 32 ), a computer-controlled slide to change the distance between the object and the sensor, a beam combining system to reduce the lateral shear between the sub-beams, an image taking lens ( 53 ) and an image acquisition unit ( 54 ), characterized in that the beam splitter system ( 301 ) and the beam combining system, each with a polarizing layer system ( 303 ) and by means of two plane parallel plates cemented together ( 302 . 304 ) and each with an external mirror ( 305 . 306 ) and the two systems are arranged in mirror image to each other and the two systems each have an optical path difference of at least 0.1 mm and each generate a lateral shear of at least 0.1 mm, the monochromatic light source being made tunable by computer control ,

Interferometric sensor for object scanning according to claim 11, characterized in that the refractive indices of the two plane parallel plates ( 302 . 304 ), which are cemented together, are made differently.

Interferometric method for object scanning, in which at least one monochromatic light beam of wavelength λ is generated, is split at least once with a beam splitter system, so that two coherent sub-beams (C, D) are formed, which have a lateral shear and the two sub-beams subsequently a test lens ( 31 ) on the measurement object ( 32 ) are focused (C ', D') and pass there by reflection into the two sub-bundles (C '', D '') and after the second pass through the test objective ( 31 ) and a beam combining system, the two sub-beams (C '', D '') are brought together in such a way that their lateral shear is reduced and by means of an image recording lens ( 53 ) the merged sub-bundles on an image acquisition unit ( 54 ) are focused where these sub-bundles come to interference, with a relative movement between the recording system and on the measurement object in the measurement process ( 32 ) is carried out and a series of images is recorded, characterized in that light of the central wavelength λm of the monochromatic light beam is made tunable by a wavelength range Δλ in the measuring process and the assemblies beam splitter system, test objective ( 31 ), Measurement object ( 32 ) and beam combining system form an interferometer system which has at least one optical path difference of Δx = λm2 / Δλ.

Interferometric method for object scanning, in which at least one monochromatic light beam from a light source ( 1 ) of the wavelength λ is generated and the light beam is split at least once with a beam splitter system, so that two coherent sub-beams (C, D) are created, each of which has a lateral shear and the two sub-beams are subsequently combined with a test lens ( 31 ) on the measurement object ( 32 ) are focused (C ', D') and pass there by reflection into the two sub-bundles (C '', D '') and after the second pass through the test objective ( 31 ) and a beam combining system, the two sub-beams (C '', D '') are brought together in such a way that their lateral shear is reduced and by means of an image recording lens ( 53 ) the merged sub-bundles on an image acquisition unit ( 54 ) are focused where these sub-bundles come to interference, whereby an image series is always recorded in the measurement process with the image recording unit, characterized in that the light source is made tunable by a wavelength range and the test objective ( 31 ) in the tuning area of the light source ( 1 ) is chromatic.

Interferometric sensor for object scanning, with at least one light source ( 1 ), a beam splitter system for the generation of two partial beams with lateral shear, a test objective ( 31 ) with an illumination beam path and an observation beam path, a measurement object ( 32 ), a computer-controlled slide to change the distance between the object and the sensor, a beam combining system to reduce the lateral shear between the sub-beams, a grating lens ( 53 ) and an image acquisition unit ( 54 ), which is preceded by a second imaging stage, characterized in that both the beam splitter system and the beam combining system are designed as a phase grating with a grating objective and that the test objective ( 31 ) is arranged in a first imaging stage, which with the grating objective ( 53 ) as an afocal arrangement ( 31 . 53 ) is constructed and a loop-shaped beam path from the illuminated phase grating over the object surface, with at least one incident partial bundle to the optical axis of the test objective ( 31 ) is inclined, back on the phase grating and the phase grating has a second grating objective ( 131 ) with a pinhole ( 182 ) is assigned to it in the focal plane.

Interferometric sensor for object scanning according to claim 15, characterized in that in the inner focal plane of the first imaging stage at least one first double shading aperture ( 161 ) in the illumination beam path and at least one second double shading screen ( 162 ) is arranged in the observation beam path and each aperture has a polarizer ( 151 . 152 . 153 . 154 ) is assigned, the direction of transmission of the polarizers ( 151 . 152 . 153 . 154 ) of each double shading panel ( 161 . 162 ) is rotated 90 ° to each other and the double shading panel ( 162 ) a polarizer in the observation beam path ( 172 ) is subordinate and in the second level ( 131 . 132 . 231 ) Means of bundle limitation ( 182 ) are arranged.

Interferometric sensor for object scanning after at least one of the claims 15 and 16, characterized in that the phase grating both can be used for beam splitting as well as for beam combining.

Interferometric sensor for object scanning, with at least one light source ( 1 ), a beam splitter system that divides a light bundle of the light source so that two sub-bundles C and D are formed, which have a lateral shear to each other, a test objective ( 31 ) with an illumination beam path and an observation beam path, a measurement object ( 32 ), a beam combination system that eliminates or reduces the lateral shear between the sub-beams C ³ and D ³ , a computer-controlled slide for changing the axial position of at least one component of the beam splitter system, an image recording lens ( 53 ) and an image acquisition unit ( 54 ), which is preceded by a second imaging stage, characterized in that both the beam splitter system and the beam combining system act as a phase grating ( 2 ) with a lens OG1 ( 53 ) are formed, the phase grating ( 2 ) in the vicinity of the focal plane of the OG1 lens ( 53 ) and this phase grating ( 2 ) the computer-controlled slide is assigned, and that the test objective ( 31 ) is arranged in a first imaging stage, which is connected to the lens OG1 ( 53 ) as an afocal arrangement ( 31 . 53 ) and the phase grating has a second lens OG2 ( 131 ) with a pinhole ( 182 ) is assigned in its focal plane.

Interferometric sensor for object scanning according to claim 18, characterized in that in the inner focal plane of the first imaging stage at least one first off-axis double shading aperture ( 161 ) in the illumination beam path and at least one second off-axis double shading screen ( 162 ) is arranged in the observation beam path and each aperture has a polarizer ( 151 . 152 . 153 . 154 ) is assigned, the direction of transmission of the polarizers ( 151 . 152 . 153 . 154 ) of each double shading panel ( 161 . 162 ) is rotated 90 ° to each other and the double shading panel ( 162 ) a polarizer in the observation beam path ( 172 ) is subordinate and in the second level ( 131 . 132 . 231 ) Means of bundle limitation ( 182 ) are arranged.

Interferometric sensor for object scanning according to at least one of Claims 15 to 19, characterized in that the phase grating ( 2 ) is designed as a transmission phase grating which at least approximately suppresses the zero order of diffraction for one wavelength.

Interferometric sensor for object scanning at least one of claims 15 to 19, characterized in that the phase grating ( 2 ) is designed as a reflection phase grating which at least approximately suppresses the zero order of diffraction for one wavelength.