CN108474642B - 使用倾斜物光波和具有菲索干涉仪物镜的干涉仪 - Google Patents

使用倾斜物光波和具有菲索干涉仪物镜的干涉仪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于对光学平滑表面进行平面测量的干涉仪，具有用于利用来自不同方向的多个离散的物光波来照射表面区域的装置，并且具有在探测器上将在表面处反射的物光波叠加至与多个物光波相干的一个参考波以形成干涉图的装置。干涉仪的特征在于，其设置用于同时利用多个物光波来照射表面并且通过Fizeau分束板或者Fizeau物镜产生参考波，并且，干涉仪具有在光路上布置在探测器(14)上游的干涉仪光阑(12)和成像光学件，其中，干涉仪光阑位于成像光学件的傅里叶平面之中或者恰好外侧并且对由表面反射的物光波进行滤波。一个独立权利要求涉及用于对光学平滑表面进行平面测量的方法。

Description

使用倾斜物光波和具有菲索干涉仪物镜的干涉仪
技术领域
本发明涉及一种用于对光学平滑表面进行平面测量的干涉仪及其方法。
背景技术
这种干涉仪也被称为倾斜波干涉仪(TWI)。本发明的技术基础是斯图加特大学技术光学研究所(ITO)发明的用于测量非球面和自由曲面的表面的方法。它使用一组相互倾斜的波前以局部补偿测试体与最佳拟合球体的偏差。该装置通常由多个(例如49个)彼此倾斜的波前组成并且基本上与其他干涉仪的不同之处在于，其例如为了产生两个正交的彼此偏振的波前仅使用两个倾斜波前。例如参见WO2004/051183。在DE 10 2006 057 606B4中描述了一种示例性实施例。在该处介绍的倾斜波干涉仪具有点光源阵列(PLQA)和在PLQA发射的光的光路中布置在PLQA下游的光学系统，其由准直器、可选的干涉仪物镜、分束器、干涉仪光阑、成像光学件和摄像机构成，其中，干涉仪光阑大致布置在成像光学件的物体侧的焦平面中，该平面也被称为傅立叶平面。
TWI的已知实施方式通过将测试体所反射的物光波前叠加至与所有物光波前相干的一个参考波来生成其干涉图，其中参考波由在产生倾斜物光波前之前对光源的光进行分束而生成。在由DE 10 2006 057 606 B4已知的实施方式中，该参考波被单独地引导，并且在测试体所反射的物光波前之后才经过干涉仪物镜和准直仪，因此通过分束器再次耦合，从而在摄像机上形成可评估的干涉条纹，由这些条纹利用DE 10 2006 057 606 B4中描述的方法可以推导出测试体的形状偏差。
由于参考波前的单独耦合，参考波和物光波的光路存在很大差异。因此，例如，由于热感应引起的结构变化或空气的局部折射率波动导致参考波与物光波之间的相位差的不利的不稳定性。
Fizeau干涉仪自19世纪起便已被熟知并由于其稳定性而被广泛使用，Fizeau干涉仪通过Fizeau分束面生成参考波，分束面的法线大致垂直于入射波前的法线。由于这些部分镜化的Fizeau面通常是在测试体前的最后一个表面，例如在Fizeau物镜(英文：“transmission sphere”，传输球面)中，并且在最常用的测试配置中，所谓的“零测试”中，射束垂直射到测试体上并由此反射回自身，参考波前和物光波前仅在Fizeau面和测试体之间的短路径上分开，并且其余以几乎相同的方式通过干涉仪。因此，Fizeau干涉仪在英语中也被称为“共路”干涉仪。由于只有参考波前和物光波前之间的差异被反映在干涉图中，因此共同路径的特性对测量结果的重现性有积极影响。
为了评估干涉图，在来自DE 10 2006 057 606 B4的倾斜波干涉仪中使用了相移方法，其中利用压电致动器分几步移动参考波并且依序地记录图像堆栈。相移导致通过依序模式的长测量时间。另外，这样的方法容易受到振动的影响，这使得例如在制造中难以使用干涉仪。
其他的倾斜波干涉器由出版物“Testing aspheric lenses:New approaches”,W.Osten等著Optoelectronics,Instruments and Data Processing,第46册,第4号,2010年8月1日,第329-339页,XP055337077,US ISSN:8756-6990,DOI:10.3103/S8756699010040059、CN103 759 668 A和CN 102 607 454 A已知。
发明内容
本发明在其装置方面通过一个方案的特征部分与根据CN 102 607 454 A已知的现有技术相区分，并且在其方法方面通过另一技术方案的特征部分相区分。
通过为每次选择生成选择自有的参考波，避免了由多个Fizeau反射所出射的波在探测器上干扰地叠加。在CN 102 607 454 A的倾斜波干涉器中，Fizeau物镜与在每次测量值采集时总是与相同的参考波结合使用，使得相反地产生与多个Fizeau反射所出射的波的干扰性的不利叠加。
通过以下方式，即干涉器设置用于在测量光学平滑表面时利用不同物光波的不同选择来照射光学平滑表面，其中，每个选择都产生自有的参考波，其在利用其他选择进行的照射时被切断，前述干扰反射问题被避免。
此外，相对于DE 10 2006 057 606 B4提供以下优点。不需要为该干涉仪单独制造干涉仪物镜。本发明中使用的Fizeau物镜在市场上广泛使用，并且相应地比定制产品更便宜。
通过使用Fizeau物镜作为干涉仪透镜，可以将在Fizeau物镜的部分反射面上的物光波反射用作参考波前的来源。在这样生成参考波的情况下，除了从Fizeau面到测试体的路径之外，在根据本发明的干涉仪中运行的物光波和参考波的光路仅略微不同(共同路径设计)。这对于校准的稳定性以及干涉仪对空气的折射率波动或其他影响因素(如结构的热变形或振动)的敏感性而言具有优势。由共同路径设计所改进的在物光波与参考波之间的相位差的稳定性为干涉图的评估开辟了新的可能性。
相比于DE 10 2006 057 606 B4的反射器，干涉仪的结构整体上更紧凑并且由更少的光学部件组成。
在干涉仪中，尽管用于确定相位的载波频率方法也可以用作替代选项，但用于评估相位的相移方法如以前那样仍然是可能的，这在某些情况下是有利的。
在已知的倾斜波干涉仪方法中，利用物光波的不同选择A1...AN照射测试体并分别记录干涉图。在倾斜波干涉仪中使用的选择数量N的典型大小为4。利用这4个选择的物光波前进行的测量数据记录避免了射在探测器上的物光波前彼此叠加以及由此导致的干涉图不再可评估。由于参考波是单独提供的，在所有记录中，用各种物光波选择照射探测器，从而产生所需的干涉图。
用Fizeau光学件替换由DE 10 2006 057 606 B4已知的倾斜波干涉仪中使用的特殊干涉仪透镜首先会引起Fizeau面反射，其在倾斜波干涉仪的正常运行中不会用作参考波，但会干扰它。然而，例如选择A1包含一个物光波前，该物光波前会在Fizeau面上产生可用作参考波前的反射。
例如，在已知的实施方式中，这是由光轴上的点光源产生的并且平行于光轴不倾斜地传播的物光波前。但是，一旦切换了另一个选择A2...AN，该波前就根据原理被切断并因此不能产生参考波前。
根据本发明的该问题的解决方案是每个选择都产生自己的参考波。如下地选择物光波前以及干涉仪光阑的位置和大小，以便对于每次选择有恰好一个物光波前在Fizeau面上产生参考波前，该参考波前经过干涉仪光阑并到达探测器，优选为摄像机。由选择的其他物光波前在Fizeau面上产生的反射被干涉仪光阑阻挡。
已知在成像光学件的傅立叶平面中从不同点P1和P2出射的球面波在探测器处分别形成具有不同传播方向的平面波。当探测器上的两个平面波前如下地发生干涉，使得它们的干涉条纹图案具有两个像素长度的条纹间隔时，则干涉图的探测满足由信号处理已知的奈奎斯特(Nyquist)准则。此时，用a表示傅立叶平面中的所属的球面波中心P1-P2的距离。参数a与所使用的干涉仪的成像光学件和像素大小相关。
优选的设计方案的特征在于，点光源的刚性布置形成规则光栅，并且在干涉仪的光轴与该规则光栅的交点处没有点光源，并且布置n＝三或者更多的围绕交点(D)等距地对称布置的点光源，这些点光源的物光波在Fizeau物镜或Fizeau板上产生参考波。
还优选的是，干涉仪光阑在测量期间是不可移动的，并且因此干涉仪光阑设计为，使得由多个物光波前产生的多个参考波前能够同时到达探测器上，并且干涉仪具有一个适当装置，优选是可移动的光阑阵列，该装置设计用于选择物光波前，从而对于每次测量值记录，仅一个物光波前产生到达探测器的参考波前。
还优选的是，为了选择探测器上的恰好一个参考波前，存在用于选择产生该参考波前的物光波前的光阑阵列。
还优选的是，干涉仪光阑是可移动的并且能够被定位成使得对于每次测量值记录来说恰好一个参考波前的光到达探测器。
另一优选实施方案的特征在于，规定干涉仪光阑的尺寸，使得干涉仪光阑仅仅将具有以下入射角的物光波引导到探测器上，这些入射角与参考波的入射角相似到使得在探测器上生成在干涉图中生成具有可评估条纹的子区域。
还优选的是，干涉仪设计成，使得干涉图的由不同物光波产生的子区域与可评估条纹在探测器上进行叠加。
另一优选实施方案的特征在于点光源阵列和在点光源阵列发射的光的光路中布置在点光源阵列下游的光学系统，光学系统由准直器、作为照射构件的干涉仪物镜，并且特征在于分束器、干涉仪光阑和作为叠加构件的成像光学件，并且特征在于摄像机(K)，其中，干涉仪光阑在成像光学件的傅立叶平面中布置在成像光学件与分束器之间，并且其中，光源阵列中的光源以行和列的方式彼此规则间距布置，并且其中，干涉仪的中心轴线形成n角的法线，在该角上有n个相邻点光源中的每一个，并且其中，法线处于n角的中点。
还优选的是，干涉仪光阑具有n角或圆形的开口。
还优选的是，n角的开口的边长至少等于一个边长a，在该边长的情况下，当由干涉仪光阑限定坡度的波前与平面的参考波相干涉时产生的干涉图的条纹密度最大，达到摄像机的Nyquist频率的一半。
另一个优选的实施方式的特征在于，边长a还以2倍ε的附加长度被扩大，其中ε小于a/10。
还优选的是，干涉仪具有附加的干涉仪臂，其产生位于光轴上的中心点光源。
另一个优选的实施方案的特征在于，附加的干涉仪臂具有分束器、镜子、由显微物镜和透镜构成的望远镜、透镜和另一分束器，其中，分束器设置并且布置用于，将干涉仪的激光器的光经由附加的镜子偏转到望远镜中，望远镜设置用于对从镜子入射的光束进行展宽并且对准到附加的透镜上，该透镜设置和布置用于使展宽的光束聚焦并且对准到另一分束器，其中另一分束器在干涉仪的光束路径中布置在干涉仪光阑与干涉仪的摄像机臂的成像光学件之间并且设置用于，从附加的透镜入射的光耦合到干涉仪的摄像机臂中。
还优选的是，干涉仪具有Fizeau物镜致动器，其设置用于沿着光轴移动Fizeau物镜。
还优选的是，干涉仪具有第一快门和第二快门，第一快门和第二快门设置和布置用于，使从分束器出射的各个光束路径受控地被阻挡或者不被阻挡。
还优选的是，第一快门布置在分束器与干涉仪的显微物镜之间，并且第二快门布置在分束器与附加的镜子之间。
关于方法方面优选的是，一次测量由多个测量值记录构成，并且对于不同的测量值记录来说使用不同物光波的不同选择，使得通过不同的测量值记录，到达探测器的物光波至少一次照射表面的每个待测点。
其他优点由其它技术方案、说明书和附图给出。
附图说明
应当理解，前述的和后面还要阐述的特征不仅能够以相应给出的组合使用，而且也能够以其他的组合或者单独地使用，而不脱离本发明的范围。
本发明的实施例在附图中示出并且在后面的说明中被详细阐述。在此，不同附图中的相同附图标记分别代表相同的且至少其功能类似的元件。示意地示出：
图1是已知的倾斜波干涉仪；
图2是现有技术中的点光源阵列的光出射侧的布置；
图3是根据本发明的具有物体光束路径的干涉仪的实施例；
图4是在本发明中的点光源阵列的光出射侧的布置；
图5是在本发明的一个实施例中使用的干涉仪光阑的优选设计方案；
图6是图3的实施例具有参考光束路径；
图7是在一个实施例中使用的干涉仪光阑的优选设计方案；以及
图8是本发明的另一个实施例。
具体实施方式
具体而言，图1示出了已知的倾斜波干涉仪，其大部分对应于DE 10 2006 057 606B4中描述的干涉仪。
相干线性偏振激光源1的光束通过λ/2板2并被偏振分束块3分成测试束和参考束。测试束由射束展宽构件(例如开普勒望远镜，其由显微物镜4和准直透镜5组成)展宽。展宽的光束照射点光源阵列6，其由基板组成，在基板上在朝向显微物镜的前侧安装微透镜阵列并且在与其前侧相对的背侧安装针孔光阑阵列7。
针孔光阑阵列7相对于点光源阵列是可移动的，并且在一个位置上，在每行和每列中不透明地各隔一个地覆盖光源，其中对于其余的点光源是透明的。在前述的DE 10 2006057 606 A1中详细描述了这种点光源阵列。
通过将针孔光阑阵列移动一个光栅格，该光栅格对应于一行的每两个相邻的点光源的间距并且对应于一列的每两个相邻的点光源的与其相同的间距，可以在四个步骤中激活所有点光源，其中在每个步骤之后每个第四点光源通过针孔阵列的相关孔径照射，并且剩余的光源全部被覆盖。此时，激活的点光源理解为发光的并且没有被针孔光阑阵列覆盖的点光源。
由各个激活点光源产生的球面波前经过分束器8并随后由准直透镜9准直。这产生了以不同数值彼此倾斜的多个波前。它们穿过干涉仪物镜10传播，其补偿了测试体的球形基本形状。在此，补偿理解为干涉仪产生具有与测试体的待测反射表面11相同的基本球形的波前。在测试体上发生反射之后，光传回并在光路的摄像机臂中的分束器8处被反射。在那里，光经过位于干涉仪的傅立叶平面中的干涉仪光阑12。随后，光经过成像光学件13，成像光学件将测试体成像到摄像机14上。参考臂中的光的偏振通过λ/2板15旋转90°。借助于两个镜子16和17使光偏转，其中这些镜子中的一个可借助压电致动器21移动几微米以便借助相移能够对测量进行记录。随后，通过由显微物镜18和准直透镜19组成的开普勒望远镜来展宽该光束。之后，参考波的光由透镜20聚焦到光阑12的中心。在经过成像光学件13之后，摄像机14上的光与在测试体上反射的物光波的光相干涉。干涉仪具有穿过准直透镜的光学表面的曲率中心点的中心光轴22。
图2示出了点光源阵列6的视图，该视图例如在观察者从图1中的准直器9的位置看向点源光源阵列6时被提供。
在此，点光源阵列6包含点光源23的呈行和列形式的规则布置。特别地，这种布置具有一个点光源24，其位于所述中心轴线上并且因此是中心布置的点光源24。中心轴线在图2中在所示的两条虚线的交点处垂直于绘图面。
图3示出了带有物体光束路径的根据本发明的干涉仪30的实施例。相干激光源L的光束通过由显微物镜M1和准直透镜L1组成的望远镜展宽并且射到点光源阵列PLQA上，其如之前结构那样由前侧上的微透镜阵列的基板和后侧上的针孔阵列(针孔光阑阵列)组成。前侧是面向入射激光的一侧，而后侧是面向针孔光阑的一侧。点光源阵列PLQA与图2的点光源阵列6的区别在于，其点光源相对于干涉仪的光学系统的中心轴线的布置不同。
图4示出了与本发明兼容的布置中的这种点光源阵列PLQA的视图。在此，图4示出了一个视图，它例如在观察者从准直器L2的位置看向点光源阵列时被提供。在此使用的点光源阵列PLQA与图2的点光源阵列6的本质区别在于，图4中所示的点光源阵列PLQA在其布置中在干涉仪中没有中心源。根据针孔光阑阵列AA的位置，位于中心光轴22周围的四个点光源25，26，27，28中的一个被激活(与相应激活的点光源一起，总体上点光源每隔三个被激活)。在此，中心轴在所示的两条虚线的交点处垂直于图4的绘图面。最靠近光轴的点光源25，26，27和28相对于作为同样大小的点示出的并且更靠外的其他点的特征在于，它们除了测试波前之外还产生作为参考波的Fizeau反射。
下面再次参考图3中的实施例的图示。作为激光源L，在优选实施例中使用功率10mW的、波长λ＝633nm的He-Ne激光器。该实施例对于用光学件测量可见光有重要意义。根据应用，具有不同功率和/或其他波长的其他光源也可能是有重要意义的，例如，波长为532nm、功率为50mW的激光器。
点光源的光进一步穿过分束器ST2传播并且由准直透镜L2准直。通过Fizeau物镜FO将从激活点光源发射的彼此倾斜的平面波前转换成球面波前，以补偿测试体的球形基本形状。在测量施密特板或没有底部曲率的类似测试体时，使用平面Fizeau面。在测试体SUT(被测表面)上反射后，光传播回分束器ST2并在光束路径的成像臂/摄像机臂中被反射。
在该结构的傅立叶平面中有干涉仪光阑A。图5示出了干涉仪光阑具有方形开口30的优选实施例。光阑的在开口外部和围绕开口的区域是不透明的。
当使用载波频率方法评估干涉图时，光阑开口优选地至少足够大，使得当坡度由光阑限定的波前与平面的参考波相干涉时产生的干涉图的条纹密度最大达到摄像机的Nyquist频率的一半。
根据Nyquist，摄像机像素的密度应至少是在摄像机上通过干涉产生的条纹密度的两倍，以便能够充分清晰地单独显示条纹。在此，条纹密度在一定程度上是具有空间条纹重复频率的信号并且像素密度是空间采样频率。摄像机上的空间条纹重复频率取决于干涉仪光阑的净宽度和准直器的焦距。
对于光的空间频率来说，布置在傅立叶平面中的光阑是低通滤波器，并因此滤除高空间频率(以行每毫米测量)。因此，方形光阑开口的边长a限定了经过光阑的空间频率的界限。边长越小，空间频率的界限就越低。方形光阑开口的边长的特定值对应于摄像机的Nyquist频率。
如果光阑较大，则由光学件生成的条纹图案变得比摄像机的像素分辨率更精细，从而摄像机无法解析。如果光阑较小，则由光学件生成的条纹图案变得比摄像机的像素分辨率更粗糙，这意味着空间分辨率的损失。边长优选地对应于摄像机K的Nyquist频率。点R1至R4代表最终从图4的光源25-27发射的并且在Fizeau面上反射的四个参考波的焦点。边长a的方形区域是数学模型中物光波的有效射线的范围。物理存在的光阑优选还增加一个附加长度(2倍ε)，从而避免边沿处的衍射效应。在此，ε优选小于a/10。
但是，对于评估可使用的并且在这种意义上有效的物光波射束仅在Nyquist频率的一半(距离光阑中心的距离a/2)之内。在光阑后，光穿过成像光学件AO并射到摄像机K上。
图6示出了具有参考光束路径的来自图3的干涉仪。与以前的倾斜波干涉仪不同，参考波前借助Fizeau面来生成。这通常是物镜FO的最后一个表面。Fizeau面的特点是，其反射所入射的测试波的一部分。反射部分例如携带入射测试波的2％到6％的能量，并且是用于该测试波的参考波，或者在测试体反射部分上的物光波。根据针孔光阑阵列AA的位置，围绕中心光轴的四个点光源中的一个被激活。
激活光源的光穿过分束器ST2传播，并且然后由透镜L2准直。随后，光在物镜FO的Fizeau面上被反射并传播回分束器ST2，在那里其被反射到摄像机臂中。光在方形光阑开口的四个角的一个中经过光阑AO，这对应于Nyquist频率的一半，并且在经过成像光学件AO之后在摄像机K上与测试波发生干涉。
以方块所阐述的实施例仅是n角的更普遍情况中n＝4的特例。因为参考波前穿过傅立叶平面的穿透位置总是在光阑的四个角中的一个中，射束在傅立叶平面中到参考波的最大距离处于对置角中。由此，由物光波和参考波形成的干涉图的条纹密度被限制到零(无条纹)和Nyquist频率(最大条纹密度)之间的区间上。由于光阑相较于之前的倾斜波设计仅具有一半的净宽度，在像素分辨率保持不变的情况下，点光源阵列PLQA中的光源的距离也必须减半。
由于干涉仪光阑只能使以与参考波相似的角度入射摄像机的物光波穿过，它同时遮蔽反射的物光波，这不会引起任何可评估的条纹。因此对于从一个点光源发射的每个物光波而言，在摄像机上产生至少一个可评估的限定区域。在此，可评估的区域被理解为具有可分辨的条纹的条纹图案。其他物光波的一个或多个区域位于别处。因此，这些区域中的每一个都包含有关测试体的表面的另一部分的信息。由于区域的清晰限定，优选同时接通多个物光波。
因此，通过倾斜参考波在干涉图上总是存在一个载波频率，从而能够使用载波频率方法来确定在干涉图中成像的相位差。
载波频率方法对于从事干涉仪设计和干涉图评估的本领域技术人员来说是可信的并且因此这里不需要进一步讨论。作为实例，可以参考蔡司公司的Direct100干涉仪，其在出版物“新蔡司干涉仪(New Zeiss interferometer)”中被描述。还已知有Takeda方法，其在前述出版物“基于计算机的地形和干涉测量的条纹图案分析的傅立叶变换方法”中记载并且是用于从干涉图计算相位的计算极其高效的方法。
作为通过载波频率方法进行评估的替代方案，还可以像以前一样使用相移方法。在此优点是，在第一版载波频率的情况下所需的Nyquist频率的一部分现在可提供用于测试波前，从而为每个干涉图样提供双倍的条纹密度。
傅立叶平面中的光阑在此是载波频率方法中的两倍，并且微透镜的距离也可以翻倍。
由于参考波仍然是倾斜的，在此，光阑A必须根据针孔光阑阵列AA的位置而同样移动，如图6所示。
图7详细示出了四个不同位移位置的傅立叶平面中的二次干涉仪光阑。
边长2a的方形区域是数学模型中物光波的有效射束的范围。物理存在的光阑优选地还增加一个附加长度(2倍ε)，从而避免边沿处的衍射效应。
这两种布置中的哪一种更合适取决于相应的测量任务和/或环境条件。
为了确保以至少一个物光波来评估测试体的表面的每个点，提出干涉仪的设计的一种优选设计方案，其中来自不同点光源的不同物光波的可评估区域彼此叠加。
为了避免干扰叠加区域中的干涉，仅同时接通物光波的一个选择，例如每隔三个。这意味着，在点光源阵列PLQA中，只有四分之一的现有点光源被同时激活。在下一次测量中，再次使用每第四个物光波，但使用其他的物光波等。因此，在四次测量之后所有物光波都被使用一次，并且测试体的表面的每个点都利用至少一个物光波被可评估地采样。
计算机控制点光源阵列的各个点光源的激活，存储由摄像机记录的、对于测试体的每个照射状态并因此对于点光源阵列的点光源的每个接通状态(透明/非透明)的干涉图，并通过评估存储的干涉图的强度分布确定测试体的表面的尺寸。
如上所述，这里介绍的新布置的缺点是不再有中心光源。中心光源的优点在于，在测量旋转对称的非球面时，可以使用对称性来简化校正。
图8示出了本发明的另一个实施例。该实施例的特征在于另外的干涉仪臂，通过该干涉仪臂将中心光源添加给根据本发明的干涉仪。为此，激光器的光从附加分束器ST1经由附加镜S2被偏转，并通过由显微物镜M3和透镜L3组成的附加望远镜展宽。光由附加透镜L4重新聚焦并借助附加分束器ST3耦合到成像臂中。附加分束器ST3位于在干涉仪光阑A和干涉仪的摄像机臂中的成像光学件AO之间的干涉仪的光束路径中。从这里，光传播到分束器ST2并从这里采用与来自点光源阵列PLQA的测试波相同的路径。参考波同样通过Fizeau反射产生的。由于波处于中心，所以参考波不会倾斜，并且在没有载波频率的情况下产生干涉图。
在此，为了评估相位，可以通过用致动器40移动Fizeau物镜FO来再次使用相移方法。因此，优选实施例的特征在于：Fizeau致动器40，其设置用于沿着光轴22移动Fizeau物镜FO。替代地，波长偏移也是可能的。为了能够在两种运行模式(载波频率或中心光源)之间切换，在照射装置中额外地安装了两个快门SH1，SH2，这使得能够分别阻止不需要的光束路径。因此，优选实施例的特征在于第一快门和第二快门。第一快门SH1布置在附加分束器ST1与显微物镜M1之间。第二快门SH2布置在附加分束器ST1与附加镜S1之间。

Claims (18)

1.一种用于对光学平滑表面进行平面测量的干涉仪，具有用于利用来自不同方向的多个物光波来照射所述表面的待测表面区域的装置，以及用于在探测器上将在所述表面处反射的物光波叠加至与多个物光波相干的一个参考波以形成干涉图的装置，在所述干涉图中反映出所述表面的尺寸，其中，所述干涉仪设置用于同时利用多个物光波来照射所述表面并且通过Fizeau分束板或者Fizeau物镜产生参考波，因此即通过分束从照射所述表面(11)的所述多个物光波中的一个产生参考波，其中，所述干涉仪具有在光路上布置在所述探测器(14)的上游的干涉仪光阑(12、A)和成像光学件，其中，所述干涉仪光阑位于所述成像光学件的傅立叶平面之中或者恰好在所述成像光学件的傅立叶平面之外并且对由所述表面反射的物光波进行滤波，其特征在于，所述干涉仪具有作为照射构件的可切换的点光源的刚性布置，所述干涉器设置用于，在测量所述光学平滑表面时利用不同的物光波的不同选择来照射所述光学平滑表面，其中每个选择都产生自有的参考波，该参考波在利用另一个选择进行照射时被切断，并且所述点光源和所述干涉仪光阑(12、A)设计成，在每次记录测量值时仅一个参考波前到达所述探测器(14)并且完全地照亮所述探测器。
2.根据权利要求1所述的干涉仪，其特征在于，所述点光源的刚性布置形成一个规则光栅，并且在所述干涉仪的光轴与所述规则光栅的交点(D)处没有点光源，并且围绕所述交点(D)等距地对称布置n等于三或更多的点光源，这些点光源的物光波在Fizeau物镜或Fizeau分束板上产生参考波。
3.根据前述权利要求中任一项所述的干涉仪，其特征在于，所述干涉仪光阑(12、A)在测量期间是不可移动的，并且因此所述干涉仪光阑设计为使得由多个物光波前产生的多个参考波前能够同时到达所述探测器上，并且所述干涉仪具有可移动的光阑阵列的装置，所述可移动的光阑阵列的装置设计用于选择所述物光波前，从而对于每次测量值记录仅一个物光波前产生到达所述探测器的参考波前。
4.根据权利要求3所述的干涉仪，其特征在于，为了选择所述探测器上的恰好一个参考波前，存在用于选择产生所述参考波前的物光波前的光阑阵列。
5.根据权利要求1所述的干涉仪，其特征在于，所述干涉仪光阑(12、A)是可移动的并且能够被定位使得对于每次测量值记录来说恰好一个参考波前的光到达所述探测器。
6.根据权利要求1所述的干涉仪，其特征在于，所述干涉仪光阑(12、A)的尺寸被设计为，使得所述干涉仪光阑仅将一个入射角的物光波引导到所述探测器上，该入射角与所述参考波的入射角相似到使得在所述探测器上在所述干涉图中生成具有可评估条纹的子区域。
7.根据权利要求6所述的干涉仪，其特征在于，所述干涉仪设计成，使得所述干涉图的由不同物光波产生的子区域与可评估条纹在所述探测器上进行叠加。
8.根据权利要求1所述的干涉仪(30)，其特征在于，具有点光源阵列(PLQA)和在所述点光源阵列(PLQA)发射的光的光路中布置在所述点光源阵列(PLQA)下游的光学系统，所述光学系统由准直器(L2)、作为照射装置的干涉仪物镜(FO)，以及具有第一分束器、干涉仪光阑(12、A)和作为叠加装置的成像光学件(AO)，以及具有摄像机(K)，其中，所述干涉仪光阑(12、A)在所述成像光学件(AO)的傅立叶平面中布置在所述成像光学件(AO)与所述分束器之间，并且其中，所述点光源阵列(PLQA)中的光源(25，26，27，28)以行和列的方式彼此规则间距布置，并且其中，所述干涉仪的中心轴线(22)形成n角的法线，所述角是n个相邻点光源(25，26，27，28)中的每一个所处的地方，以及所述法线处于n角的中点。
9.根据权利要求8所述的干涉仪(30)，其特征在于，所述干涉仪光阑(12、A)具有n角或圆形的开口。
10.根据权利要求9所述的干涉仪(30)，其特征在于，所述n角的光阑开口的边长至少等于一个边长a，以该边长，当坡度由所述干涉仪光阑(12、A)限定的波前与平面的参考波相干涉时产生的干涉图的条纹密度最大达到所述摄像机(K)的Nyquist频率的一半。
11.根据权利要求10所述的干涉仪(30)，其特征在于，所述边长a还以2倍ε的附加长度被扩大，其中ε小于a/10。
12.根据权利要求1所述的干涉仪(30)，其特征在于，所述干涉仪具有附加的干涉仪臂，所述附加的干涉仪臂产生位于光轴上的中心点光源。
13.根据权利要求12所述的干涉仪(30)，其特征在于，所述附加的干涉仪臂具有第二分束器、镜子(S1)、由第二显微物镜和透镜(L3)构成的望远镜、透镜(L4)和另一第三分束器，其中，所述第二分束器设置并且布置用于，将所述干涉仪(30)的激光器(L)的光经由附加的镜子(S1)偏转到所述望远镜中，所述望远镜设置用于对从所述镜子(S1)入射的光束进行展宽并且对准到附加的透镜(L4)上，该透镜设置和布置用于使展宽的光束聚焦并且对准到所述另一第三分束器，其中所述另一分束器在所述干涉仪(30)的光路中布置在干涉仪光阑(12、A)与所述干涉仪(30)的摄像机臂的成像光学件(AO)之间并且设置用于，将从附加的透镜(L4)入射的光耦到所述干涉仪(30)的所述摄像机臂中。
14.根据权利要求12所述的干涉仪(30)，其特征在于，所述干涉仪(30)具有Fizeau物镜致动器(40)，所述Fizeau物镜致动器设置用于沿着所述光轴移动Fizeau物镜。
15.根据权利要求13所述的干涉仪(30)，其特征在于，所述干涉仪(30)具有第一快门(SH1)和第二快门(SH2)，所述第一快门和所述第二快门设置和布置用于，使从所述第二分束器出射的各个光路受控地被阻挡或者不被阻挡。
16.根据权利要求15所述的干涉仪(30)，其特征在于，所述第一快门(SH1)布置在所述第二分束器与所述干涉仪(30)的第一显微物镜之间，并且所述第二快门(SH2)布置在所述第二分束器与附加的镜子(S1)之间。
17.一种用于对光学平滑表面进行平面测量的方法，其中，利用来自不同方向的许多n个物光波来照射表面的待测表面区域，并且在探测器上将在所述表面处反射的物光波叠加至与多个物光波相干的一个参考波以形成干涉图，在所述干涉图中反映出所述表面的尺寸，其中，同时利用多个物光波来照射所述表面，通过Fizeau分束板或者Fizeau物镜产生参考波，因此即通过分束从照射所述表面(11)的所述多个物光波中的一个产生参考波，并且其中，由所述表面反射的物光波通过在光路上布置在所述探测器(14)的上游的干涉仪光阑(12)进行滤波，所述干涉仪光阑位于成像光学件的傅立叶平面之中或者外侧，其特征在于，所述物光波通过点光源的光栅式的刚性布置来产生，在测量所述光学平滑表面时利用不同的物光波的不同选择来照射所述光学平滑表面，其中每个选择都产生自有的参考波，该参考波在利用另一个选择进行照射时被切断，并且其中，在每次记录测量值时由恰好一个点光源产生到达所述探测器的并且在所述探测器处与所述物光波干涉的参考波并且完全地照亮所述探测器。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，一次测量包括多个测量值记录，并且对于不同的测量值记录来说使用不同物光波的不同选择，使得由于不同的测量值记录，所述表面(11)的每个待测点被到达所述探测器的物光波至少照射一次。
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