DE10162180A1

DE10162180A1 - Interferometrische Messvorrichtung

Info

Publication number: DE10162180A1
Application number: DE10162180A
Authority: DE
Inventors: Walter Happold; Jochen Straehle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2003-07-03

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine interferometrische Messvorrichtung (10) mit einem ein Messobjekt (3.2) mit einer zu vermessenden Oberfläche aufweisenden Messarm (3), einem eine Referenzfläche (4.2) aufweisenden Referenzarm (4) sowie mit einem einen photoelektrischen Empfänger (5.2) und eine an diesen angeschlossene Auswerteeinheit (5.3) aufweisenden Auswertezweig (5). Die Auswertung des interferierenden Lichts wird dadurch begünstigt, dass in den Referenzarm (4) und/oder den Messarm (3) ein elektrisch steuerbares, an eine Steuereinheit (5.4) anschlossenes Filter (4.3) zum Variieren der Intensität des durchgeführten Lichts eingebracht ist (Fig.).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine interferometrische Messvorrichtung mit einem ein Messobjekt mit einer zu vermessenden Oberfläche aufweisenden Messarm, einem eine Referenzfläche aufweisenden Referenzarm sowie mit einem einen photoelektrischen Empfänger und eine an diesen angeschlossene Auswerteeinheit aufweisenden Auswertezweig.

Stand der Technik

Bei derartigen, vielfältig bekannten interferometrischen Messvorrichtungen wird ein von einer Lichtquelle ausgesandter Lichtstrahl in einem Strahlteiler in einen durch einen Messarm geleiteten und an der Oberfläche eines Messobjekts reflektierten Messstrahl und einen durch einen Referenzarm und an einer Referenzfläche reflektierten Referenzstrahl aufgeteilt. Der reflektierte Messstrahl und der reflektierte Referenzstrahl werden wieder vereint und interferieren bei entsprechendem Lichtweg des Referenzstrahls und des Messstrahls. Durch Auswerten des interferierenden Lichts kann die Struktur, z. B. Rauhigkeit der Oberfläche des Messobjekts mittels eines photoelektrischen Empfängers und einer daran angeschlossenen Auswerteeinheit vermessen werden. Wegen der unterschiedlichen Beschaffenheit der Oberflächen von Messobjekten und Referenzfläche können sich Schwierigkeiten bei der Auswertung ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine interferometrische Messvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der die genaue Auswertung des interferierenden Lichts begünstigt wird.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hiernach ist vorgesehen, dass in den Referenzarm und/oder den Messarm ein elektrisch steuerbares, an eine Steuereinheit angeschlossenes Filter zum Variieren der Intensität des durchgeführten Lichts eingebracht ist. Das elektrisch steuerbar Filter ermöglicht auf einfache Weise eine Änderung der Intensität des durchgeführten Lichts, so dass die Intensitäten des reflektierten Referenzstrahls und des reflektierten Messstrahls aufeinander abgestimmt werden können, um das interferierende Licht optimal auswerten zu können.

Eine genaue Abstimmung der Intensitäten des Referenzstrahls und des Messstrahls werden auf einfache Weise dadurch ermöglicht, dass das Filter in einem Regelkreis eingebunden ist, bei dem mit der Steuereinheit ein Vergleich zwischen einem vorgegebenen oder ermittelten Sollwert und einem Istwert von durch das Filter beeinflusstem Empfangslicht durchgeführt und das Filter zum Einstellen einer minimalen Regelabweichung zwischen Soll- und Istwert eingestellt wird. Der Sollwert kann dabei in der Steuereinheit und z. B. in Abhängigkeit bekannter Objektoberflächen beispielsweise als auswählbarer Tabellenwert vorgegeben oder z. B. jeweils durch Messen des Reflexionsverhaltens der Oberfläche des Objekts vor der eigentlichen Vermessung ermittelt werden.

Verschiedene vorteilhafte Alternativen zur Durchführung der Regelung bestehen darin, dass die Regelung auf gleiche Intensität eines von dem Messobjekt kommenden Messstrahls und eines von der Referenzebene kommenden Referenzstrahls ausgelegt ist, oder, dass die Regelung auf von dem photoelektrischen Empfänger und der Auswerteeinheit am besten auswertbaren Interferenzkontrast ausgelegt ist. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, auf den maximalen Interferenzkontrast einzuregeln oder aber auf eine von dem photoelektrischen Empfänger und der nachgeschalteten Auswerteeinheit vorteilhaft zu verarbeitende Durchschnittsleuchtdichte einzuregeln.

Eine für den Aufbau vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Steuereinheit Teil der Auswerteeinheit ist und dass die Auswerteeinheit derart ausgelegt ist, dass vor der Vermessung der Oberfläche des Messobjekts jeweils oder in Abhängigkeit eines vorgegebenen oder vorgebbaren Kriteriums eine Regelung durchgeführt wird.

Dabei wird ein einfacher Aufbau dadurch begünstigt, dass zum Aufnehmen des Empfangslichts derselbe photoelektrische Empfänger herangezogen ist, mit dem die Vermessung der Oberfläche durchgeführt wird.

Vorteilhafte Ausführungen für die Steuerung der Intensität bestehen darin, dass das Filter mindestens eine elektrochrome Schicht aufweist, bzw. darin, dass das Filter ein Flüssigkristallfilter oder ein Filter mit polymeren Elektrolytmaterialien ist.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Ausführungsbeispiel

Die Figur zeigt in schematischer Ansicht eine interferometrische Messvorrichtung 10, bei der eine Lichtquelle 1 Licht auf einen Strahlteiler 2 sendet, der das Licht in einen in einen Messarm 3 geführten Messstrahl 3.1 und einen in einen Referenzarm 4 geführten Referenzstrahl 4.1 aufteilt. Der Messstrahl 3.1 wird an einer zu vermessenden Oberfläche eines Messobjekts 3.2 als reflektierter Messstrahl 3.1' zurückgeführt und interferiert an dem Strahlteiler 2 mit einem an einer Referenzfläche 4.2 des Referenzarms 4 zurückgeführten reflektierten Referenzstrahl 4.1'. Das interferierende Licht wird über einen Auswertezweig 5 als Auswertestrahl 5.1 einem photoelektrischen Empfänger einer Kamera 5.2zugeführt, die an eine Auswerteeinheit 5.3 zum Auswerten des gebildeten elektrischen Signals angeschlossen ist.
In dem Referenzarm 4 ist ein in seiner Durchlässigkeit elektrisch variierbares Filter 4.3 angeordnet, das von einer daran über eine Verbindungsleitung 5.5 angeschlossenen Steuereinheit 5.4 zum Variieren der Lichtdurchlässigkeit und damit der Intensität des reflektierten Referenzstrahls 4.1 angesteuert ist. Die Steuereinheit 5.4 ist vorliegend in der Auswerteeinheit angeordnet und kann z. B. zumindest teilweise als Programm auf einem Mikrocontroller verwirklicht sein, der auch Auswerteprogramme für die Vermessung der Oberfläche beinhaltet.
Das Filter 4.3, das zum Variieren der Lichtdurchlässigkeit z. B. eine oder mehrere elektrochrome Schichten aufweist bzw. als Flüssigkristallgitter oder in Form von polymeren Elektrolytmaterialen aufgebaut ist, ist in seinem spektralen Durchlässigkeitsbereich auf die spektrale Zusammensetzung des von der Lichtquelle 1 ausgesandten Lichtstrahls 1.1 abgestimmt, so dass sich der durch dieses geführte Referenzstrahl 4.1 in weiten Grenzen in seiner Intensität mit der Steuereinheit 5.4 steuern lässt.
Die Steuereinheit 5.4 ist Teil eines Regelkreises, mit dem eine Ist-/Sollwert-Abweichung ausregelbar ist, wobei der Sollwert in der Steuereinheit 5.4 vorgegeben oder vorgebbar oder in Abhängigkeit von einer Messung ermittelbar ist und der Istwert einen erfassten Messwert des durch das Filter 4.3 gegangenen Lichts darstellt. Vorliegend dient der photoelektrische Empfänger der Kamera 5.2 sowohl zum Erfassen des Istwertes als auch zum Erfassen des Auswertestrahls 5.1 für die eigentliche Vermessung der Oberfläche des Messobjekts 3.2. Beispielsweise kann die Einregelung auf maximalen Interferenzkontrast des Auswertestrahls 5.1 oder auf gleiche Intensität des reflektierten Referenzstrahls 4.1' und des reflektieren Messstrahls 3.1' eingeregelt werden. Auch ist es denkbar, auf einen anderen geeigneten Wert des Interferenzkontrasts, z. B. eine geeignete mittlere Leuchtdiche zum optimalen Auswerten mittels der Kamera 5.2 und der daran angeschlossenen Auswerteeinheit 5.3, einzuregeln oder auf ein anderes Verhältnis der Intensitäten des reflektierten Referenzstrahls 4.1' und des reflektierten Messstrahls 3.1' einzuregeln.
Anstelle das Filter 4.3 im Referenzarm 4 anzuordnen, kann ein solches auch allein oder zusätzlich in dem Messarm 3 angeordnet werden. Die Steuereinheit 5.4 ist dann ebenfalls im Hinblick auf eine optimale Abstimmung der Intensitäten des reflektierten Messstrahls 3.1' und des reflektierten Referenzstrahls 4.1' ausgebildet, wobei im Falle zweier Filter 4.3 eine noch vielfältigere Anpassung an gegebene Messbedingungen eingeregelt werden kann. Die Kamera 5.2 kann beispielsweise als CCD-Kamera ausgebildet und ebenfalls in ihrer Empfindlichkeit anpassbar sein, wobei die Auswerteeinheit 5.3 und die Steuereinheit 5.4 z. B. teilweise mittels Software zur Steuerung der Kamera 5.2 und zur Auswertung der von ihr erhaltenen Signale ausgebildet ist.
Durch Kombination beispielsweise mit polaren Materialien ist/sind das/die Filter 4.3 zusätzlich auch als Polfilter einsetzbar und können entsprechende Funktionen übernehmen.

Claims

1. Interferometrische Messvorrichtung (10) mit einem ein Messobjekt (3.2) mit einer zu vermessenden Oberfläche aufweisenden Messarm (3), einem eine Referenzfläche (4.2) aufweisenden Referenzarm (4) sowie mit einem einen photoelektrischen Empfänger (5.2) und eine an diesen angeschlossene Auswerteeinheit (5.3) aufweisenden Auswertezweig (5), dadurch gekennzeichnet, dass in den Referenzarm (4) und/oder den Messarm (3) ein elektrisch steuerbares, an eine Steuereinheit (5.4) angeschlossenes Filter (4.3) zum Variieren der Intensität des durchgeführten Lichts eingebracht ist.

2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (4.3) in einen Regelkreis eingebunden ist, bei dem mit der Steuereinheit (5.4) ein Vergleich zwischen einem vorgegebenen oder ermittelten Sollwert und einem Istwert von durch das Filter (4.3) beeinflusstem Empfangslicht durchgeführt und das Filter (4.3) zum Einstellen einer minimalen Regelabweichung zwischen Soll- und Istwert eingestellt wird.

3. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung auf gleiche Intensität eines von dem Messobjekt (3.2) kommenden Messstrahls (3.1') und eines von der Referenzebene (4.2) kommenden Referenzstrahls (4.1') ausgelegt ist.

4. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung auf von dem photoelektrischen Empfänger (5.2) und der Auswerteeinheit (5.3) am besten auswertbaren Interferenzkontrast ausgelegt ist.

5. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5.4) Teil der Auswerteeinheit (5.3) ist und dass die Auswerteeinheit (5.3) derart ausgelegt ist, dass vor der Vermessung der Oberfläche des Messobjekts (3.2) jeweils oder in Abhängigkeit eines vorgegebenen oder vorgebbaren Kriteriums eine Regelung durchgeführt wird.

6. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufnehmen des Empfangslichts derselbe photoelektrische Empfänger (5.2) herangezogen ist, mit dem die Vermessung der Oberfläche durchgeführt wird.

7. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (5) mindestens eine elektrochrome Schicht aufweist.

8. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (4.3) ein Flüssigkristallfilter oder ein Filter mit polymeren Elektrolytmaterialien ist.