DE10163027A1 - Objektlageermittlungsverfahren und eine dieses Verfahren verwendende Vorrichtung - Google Patents
Objektlageermittlungsverfahren und eine dieses Verfahren verwendende VorrichtungInfo
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Abstract
Ein Verfahren zur Ermittlung einer Lage eines Objekts, welches die Schritte der Erfassung von Phaseninformation des Objekts enthaltenden Streifenbilddaten (S1), arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz eines der Neigung des Objekts in den Streifenbilddaten entsprechenden Streifen zu bestimmen (S2, S3), und Bestimmung der Neigung des Objekts anhand der Neigungsfrequenz (S4).
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Objektlageermittlungsverfahren durch welches
eine Neigung des Objekts ermittelt wird und auf eine dieses Verfahren anwendende Vorrichtung.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Objektlageermittlungsverfahren durch
welches die Lage (Neigung) des Objekts automatisch erkannt wird, wenn das Objekt (oder ein
Bezugsobjekt) mittels eines Antriebselements auf einem automatischen Objekttisch oder einer
automatischen Meßvorrichtung, wie einem Interferometer, verschoben wird, und auf eine dieses
Verfahren verwendende Vorrichtung.
Als eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Lage (Schrägstellen, Rollen oder ähnliches) eines
bewegten Objekts ist ein Autokollimator, wie der in Fig. 10 gezeigte, herkömmlich bekannt.
Dieser Autokollimator funktioniert folgendermaßen: Ein Objekt 203 wird mit einem
Laserstrahlungsfluß durch eine PBS 201 (Anmerkung des Übersetzers: Polarisation Beam Splitter:
Polarisations-Strahlteiler) und eine λ-Viertel-Platte 202 angestrahlt; eine PSD (positionssensitive
Vorrichtung) 205, welche ein analoger Positionssensor ist, wird über die λ-Viertel-Platte 202, den
PBS 201 und eine Linse 204 mit dem von dem Objekt 203 reflektierten Strahlungsfluß beleuchtet;
und die Lage (Neigung α) des Objekts 203 wird entsprechend dem Abstand d zwischen der
Mittelachse der PSD 205 und der mit dem Strahlungsfluß beleuchteten Position bestimmt. Die
Neigung α ist in diesem Fall durch die Gleichung d = f.tan2α (wobei f die Brennweite der Linse
204 ist) bestimmt.
Da die Nachweisgenauigkeit des Autokollimators proportional zu der Brennweite f der Linse
204 ist, wie aus der oben erwähnten Gleichung entnommen werden kann, steigt die Brennweite an,
wenn die Nachweisgenauigkeit erhöht werden soll, wodurch die Vorrichtung größer wird.
Um eine hochgenaue Bestimmung zu ermöglichen, während eine Vergrößerung der Vorrichtung
verhindert wird, ist daher eine Technik bekannt, in welcher, wie in Fig. 11 beispielhaft
dargestellt, zwei Interferenzverschiebemeßvorrichtungen 211, 212 parallel zueinander an einem
Objekt 210 angebracht sind. Die Differenz der jeweiligen Abstände d1 und d2 zwischen den
Interferenzverschiebemeßvorrichtungen 211, 212 und einem rechtwinklig zu einem Referenztisch
213 angebrachten Lineal 214 wird bestimmt, und die Lage (Rollwinkel) des Objekts 210 wird aus
dieser Differenz berechnet. Insbesondere ist der Rollwinkel gegeben durch:
α = tan-1 [(d1-d2)/D]
wobei D der Abstand zwischen den zwei Interferenzverschiebemeßvorrichtungen 211, 212 ist.
In einer solchen Methode ist es jedoch notwendig, daß die
Interferenzverschiebemeßvorrichtungen 211, 212 direkt mit dem Objekt verbunden sind. Da es
dieser Methode nicht gelingt einen sogenannten kontaktfreien Typ zu ermöglichen, treten
verschiedene Probleme auf. Es ist auch insofern problematisch, als der Aufbau der Vorrichtung zu
kompliziert wird. Insbesondere sind zur zweidimensionalen Lagebestimmung mindestens drei
Interferenzverschiebemeßvorrichtungen nötig, wodurch ihre wechselseitige Ausrichtung
kompliziert wird. Weiterhin ist es notwendig, den oben erwähnten Abstand D genau zu
bestimmen, was das System schwierig zu justieren macht.
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
Objektlageermittlungsverfahren vorzusehen, mittels dem die Lage eines Objekts, insbesondere eine
zweidimensionale Lage, durch eine hochgenaue, sehr schnelle, kontaktfreie und einfache
Systemkonfiguration und eine dieses Verfahren benutzende Vorrichtung bestimmt werden kann.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Objektlageermittlungsverfahren vor, durch das eine relative
Neigung des Objekts bezogen auf eine Referenz ermittelt wird, wobei das Verfahren die Schritte
enthält:
Erlangung von Phaseninformation des Objekts enthaltenden Streifenbilddaten;
Unterwerfung der gesamten oder Teile der Streifenbilddaten arithmetischer Verarbeitung unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz eines von der Neigung des Objekts in den Streifenbilddaten herrührenden Streifenmusteranteils zu bestimmen; und
Bestimmung der Neigung des Objekts entsprechend der Neigungsfrequenz.
Erlangung von Phaseninformation des Objekts enthaltenden Streifenbilddaten;
Unterwerfung der gesamten oder Teile der Streifenbilddaten arithmetischer Verarbeitung unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz eines von der Neigung des Objekts in den Streifenbilddaten herrührenden Streifenmusteranteils zu bestimmen; und
Bestimmung der Neigung des Objekts entsprechend der Neigungsfrequenz.
Die Neigungsfrequenz kann bestimmt werden, indem Positionskoordinaten eines vorbestimmten
Peaks unter durch Fouriertransformation erhaltenen Peaks in einem Frequenzkoordinatensystem
bestimmt werden und eine arithmetische Operation zur Berechnung der Neigungsfrequenz aus den
Positionskoordinaten ausgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Objektlageermittlungsvorrichtung vor, welche
Phaseninformation des Objekts und eine relative Neigung des Objekts relativ zu einer Referenz
bestimmt und, wobei die Vorrichtung enthält:
Streifenbilddatenerlangungsvorrichtung zur Erlangung von Phaseninformation enthaltenden Streifenbilddaten des Objekts;
Fouriertransformationberechnungsvorrichtung zur Unterziehung der gesamten oder Teile der Streifenbilddaten arithmetischen Prozessen unter Verwendung von Fouriertransformation;
Neigungsfrequenzbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung einer Neigungsfrequenz von der Neigung des Objekts in besagten Streifenbilddaten entsprechenden Streifenmusteranteilen; und
Objektneigungsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung einer Neigung des Objekts entsprechend der Neigungsfrequenz.
Streifenbilddatenerlangungsvorrichtung zur Erlangung von Phaseninformation enthaltenden Streifenbilddaten des Objekts;
Fouriertransformationberechnungsvorrichtung zur Unterziehung der gesamten oder Teile der Streifenbilddaten arithmetischen Prozessen unter Verwendung von Fouriertransformation;
Neigungsfrequenzbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung einer Neigungsfrequenz von der Neigung des Objekts in besagten Streifenbilddaten entsprechenden Streifenmusteranteilen; und
Objektneigungsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung einer Neigung des Objekts entsprechend der Neigungsfrequenz.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Objektlageermittlungsverfahren vor, durch welches die
Neigung eines Objekts relativ zu einer Referenz ermittelt wird, wobei das Verfahren folgende
Schritte enthält:
Erlangung von Phaseninformation des Objekts enthaltenden Streifenbilddaten;
Unterziehen der gesamten oder Teile der Streifenbilddaten arithmetischen Prozessen unter Verwendung von Fouriertransformation, um so Phaseninformation zu bestimmen, welche eine Neigung des Objekts enthält; und
Unterziehung der so erhaltenen Phaseninformation des Objekts einer vorbestimmten arithmetischen Operation, um so die Neigung des Objekts zu erhalten.
Erlangung von Phaseninformation des Objekts enthaltenden Streifenbilddaten;
Unterziehen der gesamten oder Teile der Streifenbilddaten arithmetischen Prozessen unter Verwendung von Fouriertransformation, um so Phaseninformation zu bestimmen, welche eine Neigung des Objekts enthält; und
Unterziehung der so erhaltenen Phaseninformation des Objekts einer vorbestimmten arithmetischen Operation, um so die Neigung des Objekts zu erhalten.
Die Phaseninformation des Objekts kann bestimmt werden, indem eine vorbestimmte
Spektralverteilung von der Neigung des Objekts entsprechenden Streifen in durch die
Fouriertransformation erhaltenen Spektralverteilungen in einem Frequenzkoordinatensystem
bestimmt wird und eine arithmetische Operation zur Berechnung der Phaseninformation
entsprechend der vorbestimmten Spektralverteilung durchgeführt wird.
Vorzugsweise ist diese vorbestimmte arithmetische Operation eine arithmetische Operation zur
Bestimmung einer an die Phaseninformation des Objekts angefitteten Ausgleichsebene mittels der
Methode der kleinsten Quadrate.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Objektlageermittlungsvorrichtung vor, welche
Phaseninformation des Objekts und eine Neigung des Objekts relativ zu einer Referenz bestimmt,
wobei die Vorrichtung enthält:
Streifenbilddatenerlangungsvorrichtung zur Erlangung von Phaseninformation enthaltenden Streifenbilddaten des Objekts;
Fouriertransformationberechnungsvorrichtung zur Unterziehung der gesamten oder Teile der Streifenbilddaten arithmetischen Prozessen unter Verwendung von Fouriertransformation;
Objektphaseninformationberechnungsvorrichtung zur Bestimmung einer eine Neigung des Objekts einschließende Phaseninformation entsprechend der Fouriertransformation unterworfenen besagten Streifenbilddaten; und
Objektneigungsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Neigung des Objekts entsprechend der Phaseninformation des Objekts.
Streifenbilddatenerlangungsvorrichtung zur Erlangung von Phaseninformation enthaltenden Streifenbilddaten des Objekts;
Fouriertransformationberechnungsvorrichtung zur Unterziehung der gesamten oder Teile der Streifenbilddaten arithmetischen Prozessen unter Verwendung von Fouriertransformation;
Objektphaseninformationberechnungsvorrichtung zur Bestimmung einer eine Neigung des Objekts einschließende Phaseninformation entsprechend der Fouriertransformation unterworfenen besagten Streifenbilddaten; und
Objektneigungsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Neigung des Objekts entsprechend der Phaseninformation des Objekts.
Das Objektlageermittlungsverfahren und die Objektlageermittlungsvorrichtung entsprechend der
vorliegenden Erfindung sind besonders effektiv, wenn das Objekt oder ein die Referenz
bereitstellender Referenzkörper ein mittels eines Antriebselements bewegbares Bewegungselement
ist.
Das Antriebselement kann eine piezoelektrische Vorrichtung sein.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Objektlageermittlungsverfahren vor, mittels welchem eine
Änderung der Neigung des Objekts zwischen dem Zustand vor und nach einer Bewegung von ihm
bestimmt wird, wobei das Verfahren umfaßt:
einen ersten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts enthaltenden ersten Streifenbilddaten vor der Bewegung;
Unterziehen der gesamten oder Teile der ersten Streifenbilddaten arithmetischen Prozessen unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von einem der Neigung des Objekts vor der Bewegung in den ersten Streifenbilddaten entsprechenden Streifenmusteranteils zu bestimmen; und
Bestimmung von Neigungsinformation des Objekts vor der Bewegung entsprechend der Neigungsfrequenz;
einen zweiten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts enthaltenden zweiten Streifenbilddaten nach der Bewegung;
Unterziehen der gesamten oder Teile der zweiten Streifenbilddaten arithmetischen Prozessen unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von einem der Neigung des Objekts nach der Bewegung in den zweiten Streifenbilddaten entsprechenden Streifenmusteranteils zu bestimmen; und
Bestimmung von Neigungsinformation des Objekts nach der Bewegung entsprechend der Neigungsfrequenz; und
einen dritten Schritt der Bestimmung der Differenz der Neigungsinformation des Objekts zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung, welche im ersten und zweiten Schritt bestimmt wurden, und Bestimmung einer Änderung der Neigung des Objekts zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung.
einen ersten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts enthaltenden ersten Streifenbilddaten vor der Bewegung;
Unterziehen der gesamten oder Teile der ersten Streifenbilddaten arithmetischen Prozessen unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von einem der Neigung des Objekts vor der Bewegung in den ersten Streifenbilddaten entsprechenden Streifenmusteranteils zu bestimmen; und
Bestimmung von Neigungsinformation des Objekts vor der Bewegung entsprechend der Neigungsfrequenz;
einen zweiten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts enthaltenden zweiten Streifenbilddaten nach der Bewegung;
Unterziehen der gesamten oder Teile der zweiten Streifenbilddaten arithmetischen Prozessen unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von einem der Neigung des Objekts nach der Bewegung in den zweiten Streifenbilddaten entsprechenden Streifenmusteranteils zu bestimmen; und
Bestimmung von Neigungsinformation des Objekts nach der Bewegung entsprechend der Neigungsfrequenz; und
einen dritten Schritt der Bestimmung der Differenz der Neigungsinformation des Objekts zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung, welche im ersten und zweiten Schritt bestimmt wurden, und Bestimmung einer Änderung der Neigung des Objekts zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Objektlageermittlungsverfahren vor, mittels welchem eine
Änderung der Neigung des Objekts zwischen dem Zustand vor und nach einer Bewegung bestimmt
wird, wobei das Verfahren umfaßt:
einen ersten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts enthaltenden ersten Streifenbilddaten vor der Bewegung;
Unterziehen der gesamten oder Teile der ersten Streifenbilddaten arithmetischen Prozessen unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von einem der Neigung des Objekts vor der Bewegung in ersten Streifenbilddaten entsprechenden Streifenmusteranteils zu bestimmen;
einen zweiten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts enthaltenden zweiten Streifenbilddaten nach der Bewegung;
Unterziehen der gesamten oder Teile der zweiten Streifenbilddaten arithmetischen Prozessen unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von einem der Neigung des Objekts nach der Bewegung in den zweiten Streifenbilddaten entsprechenden Streifenmusteranteils zu bestimmen; und
einen dritten Schritt der Bestimmung der Differenz zwischen den im ersten und zweiten Schritt bestimmten Neigungsfrequenzen der den Neigungen des Objekts vor und nach der Bewegung entsprechenden Streifen, und Bestimmung einer Änderung der Neigung des Objekts zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung entsprechend der so bestimmten Differenz.
einen ersten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts enthaltenden ersten Streifenbilddaten vor der Bewegung;
Unterziehen der gesamten oder Teile der ersten Streifenbilddaten arithmetischen Prozessen unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von einem der Neigung des Objekts vor der Bewegung in ersten Streifenbilddaten entsprechenden Streifenmusteranteils zu bestimmen;
einen zweiten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts enthaltenden zweiten Streifenbilddaten nach der Bewegung;
Unterziehen der gesamten oder Teile der zweiten Streifenbilddaten arithmetischen Prozessen unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von einem der Neigung des Objekts nach der Bewegung in den zweiten Streifenbilddaten entsprechenden Streifenmusteranteils zu bestimmen; und
einen dritten Schritt der Bestimmung der Differenz zwischen den im ersten und zweiten Schritt bestimmten Neigungsfrequenzen der den Neigungen des Objekts vor und nach der Bewegung entsprechenden Streifen, und Bestimmung einer Änderung der Neigung des Objekts zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung entsprechend der so bestimmten Differenz.
In dem Objektlageermittlungsverfahren und der Objektlageermittlungsvorrichtung entsprechend
der vorliegenden Erfindung kann die Phaseninformation Interferenzstreifeninformation sein.
In der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung ein Michelsoninterferometer sein. Das
Objekt kann eine rauhe Oberfläche aufweisen.
In der vorliegenden Erfindung bezieht sich die relative Neigung des Objekts bezogen auf eine
Referenz auf den relativen Winkel zwischen der Referenz (z. B. einer horizontalen Ebene, einer
Referenzfläche in einem Interferometer, etc.) zur Bestimmung der Neigung und einer Oberfläche
(Lagereferenzfläche), welche die Referenz zur Bestimmung der Lage des Objekts ist. Als
Lagereferenzfläche des Objekts kann zum Beispiel eine in einem Lichtwelleninterferometer
auszumessende Front (Oberfläche), eine mit dem Objekttisch in Kontakt stehende Fläche und
ähnliches wie erfordert verwendet werden.
Als Hintergrund zur vorliegenden Erfindung ist zum Beispiel die Veröffentlichung in der
folgenden Publikation bekannt:
M. Takeda, H. Ina und S. Kobayashi: Fourier transforms method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry, J. Opt. Soc. Am. 72 (1982), S. 156.
M. Takeda, H. Ina und S. Kobayashi: Fourier transforms method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry, J. Opt. Soc. Am. 72 (1982), S. 156.
Die oben erwähnte Publikation veröffentlicht, daß eine Mehrzahl an Fourierspektrumpeaks
einschließlich eines einem Trägerstreifenmusters entsprechenden Peaks erhalten werden kann,
wenn das Trägerstreifenmuster einem Streifenbild überlagert wird und die sich ergebenden Daten
einer Fouriertransformation unterzogen werden. Dies ist im Sinne der Idee und des Zwecks
grundlegend verschieden von der vorliegenden Erfindung, welche die Bedeutung der individuellen
Peaks und Spektrumverteilungen eines Fourierspektrums in Betracht zieht und die Position eines
Objekts entsprechend einem vorbestimmten isolierten Peak oder einer Spektrumverteilung
bestimmt.
Insbesondere führt die in der oben erwähnten Publikation veröffentlichte Fouriertransformation-
Streifenmuster-Analysemethode künstlich eine relative Neigung zwischen einem Objekt und einer
Referenz ein, um so die im Objekt enthaltene Phaseninformation, wie eine Oberflächenform
davon, zu analysieren, und überlagert dadurch ein Trägerstreifenmuster auf ein Streifenbild. In
einem durch Fouriertransformation erhaltenem Frequenzraum ist die Information des künstlich
überlagerten Streifenmusters von der Phaseninformation des Objekts isoliert als eine dem
Trägerstreifenmuster entsprechende Frequenz (Trägerfrequenz).
Im Unterschied dazu nimmt die vorliegende Erfindung die Neigung des geneigten Objekts als im
Objekt enthaltene Phaseninformation auf ohne künstlich ein Trägerstreifenmuster zu überlagern.
Wenn die die Neigung enthaltende Phaseninformation einer Fouriertransformation unterzogen
wird, kann die der Neigung des Objekts im Frequenzraum entsprechende Frequenz genauso wie
mit der oben erwähnten überlagerten Trägerfrequenz isoliert werden.
In der vorliegenden Erläuterung wird die der Neigung des Objekts im Frequenzraum
entsprechende Frequenz als "Neigungsfrequenz" bezeichnet, um so klarzustellen, daß sie
unterschiedlich zu der künstlich überlagerten Trägerfrequenz ist.
Fig. 1 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Objektlageermittlungsverfahrens
entsprechend Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht von Streifenbilddaten welche in dem Verfahren
entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung benutzt werden;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, welche ein in einem Frequenzkoordinatensystem
aufgetragenes Fourierspektrum zeigt;
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Objektlageermittlungsverfahrens
entsprechend Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Objektlageermittlungsverfahrens
entsprechend Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, welches einen Teil einer Vorrichtung zur Ausführung des
Verfahrens entsprechend Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, welches einen Teil einer Vorrichtung zur Ausführung des
Verfahrens entsprechend Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, welches eine schematische Anordnung einer Vorrichtung zur
Ausführung der Verfahren entsprechend den Beispielen 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9A und 9B sind schematische Ansichten, welche einen Teil von Fig. 8 gesondert darstellen;
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Standes der Technik; und
Fig. 11 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Standes der Technik.
Im folgenden wird das Objektlageermittlungsverfahren in Übereinstimmung mit einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt.
In diesem Verfahren werden, wenn eine Neigung eines Objekts ermittelt wird,
Phaseninformationen des Objekts enthaltende Überlagerungs-Streifenbilddaten erfaßt. Dann
werden alle oder Teile der jeweiligen Überlagerungs-Streifenbilddaten/Streifenbilddaten einer
Fouriertransformation unterzogen, um so eine Neigungsfrequenz einer der Neigung des Objekts in
den Überlagerungs-Streifenbilddaten entsprechenden Überlagerungs-Streifenkomponente, oder
Phaseninformation des Objekts in den Überlagerungs-Streifenbildinformationen, zu erhalten. Die
Neigung des Objekts wird entsprechend der so erhaltenen Neigungsfrequenz im ersteren und der
so erhaltenen Phaseninformation im letzteren bestimmt.
Im folgenden wird das Objektlageermittlungsverfahren in Übereinstimmung mit der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiel 1 für ersteres und
Beispiel 2 für letzteres detailliert erklärt.
In den folgenden Beispielen, in denen ein Interferenzstreifenbild als Beispiel für ein Streifenbild
dient, wird ein Fall erklärt, in dem die relative Lage eines Objekts in Bezug auf eine
Referenzfläche durch eine Bewegung des Objekts (oder der Referenzfläche) geneigt wird.
Des weiteren wird in den folgenden Beispielen 1 und 2 eine im wesentlichen glatte Meßfront
(Oberfläche) als Lagereferenzfläche des Objekts festgesetzt, während die Referenzfläche eines
Interferometers als Referenz zur Bestimmung der Neigung des Objekts festgesetzt wird. Die in
dieser Ausführungsform bestimmte Neigung des Objekts bezieht sich auf den relativen Winkel
zwischen der Referenzfläche und der Objektfläche (um exakt zu sein: der Differenz zwischen dem
Winkel zwischen der Referenzfläche und der optischen Achse und dem Winkel zwischen der
Objektfläche und der optischen Achse) nach der Bewegung.
Wenn die Oberfläche des Objekts und ihre (dem Aufspanntisch zugewandte) Rückseite beide als
glatt und parallel zueinander angenommen werden, kann die ermittelte Neigung des Objekts als im
wesentlichen identisch zu dem relativen Winkel zwischen der Referenzfläche und dem
Aufspanntisch betrachtet werden, wodurch in diesem Fall die relative Neigung des
Aufspanntisches ermittelt werden kann.
Das Objektlageermittlungsverfahren in Übereinstimmung mit Beispiel 1 wird unter Bezugnahme
auf das Flußdiagramm in Fig. 1 erklärt.
Zuerst wird ein Phaseninformation (hier wie im folgenden genauso Forminformation) eines
Objekts enthaltendes Interferenzstreifenbild (siehe Fig. 2) durch eine CCD Bildaufnahme Kamera
erlangt (S1). Anschließend werden die so erhaltenen Interferenzstreifenbilddaten einer
Fouriertransformation unterworfen (S2), eine Neigungsfrequenz (fx, fy) einer der Neigung des
Objekts entsprechenden Streifenkomponente wird durch Filtern extrahiert (S3) und die Neigung
des Objekts wird entsprechend der Neigungsfrequenz bestimmt (S4).
Wenn das Objekt geneigt ist, tritt ein Zustand auf, der ähnlich dem Fall ist, in dem eine
Trägerfrequenz (relative Neigung zwischen der Objektoberfläche und der Referenzoberfläche)
künstlich in einem gewöhnlichen Fouriertransformationsstreifenanalyseverfahren eingeführt wird,
wodurch die Phase und die Neigung des Objekts aus einem einzigen Überlagerungsstreifenbild
bestimmt werden können. Die die Neigungsfrequenz (fx, fy) einer der Neigung des Objekts
entsprechenden Streifenkomponente enthaltende Interferenzstreifenintensität wird durch den
folgenden Ausdruck dargestellt:
(1) i(x, y) = a(x, y) + b(x, y)cos[2πfxx + 2πfyy + ϕ(x, y)]
wobei
a(x, y) der Hintergrund der Interferenzstreifen ist;
b(x, y) die Sichtbarkeit der Überlagerungsstreifen ist;
ϕ(x, y) die Phase des Objekts ist; und
fx und fy die Neigungsfrequenzen sind.
a(x, y) der Hintergrund der Interferenzstreifen ist;
b(x, y) die Sichtbarkeit der Überlagerungsstreifen ist;
ϕ(x, y) die Phase des Objekts ist; und
fx und fy die Neigungsfrequenzen sind.
Der oben erwähnte Ausdruck (1) kann in den folgenden Ausdruck (2) überführt werden:
(2) i(x, y) = a(x, y) + c(x, y)exp[i(2πfx + 2πfy)] + c.(x, y)exp[-i(2πfx + 2πfy)]
wobei
Die Fouriertransformierte des Ausdrucks (2) ergibt den folgenden Ausdruck (4):
(4) I(η, ζ) = A(η, ζ) + C(η - fx, ζ-fy) + C.(η + fx, ζ + fy)
wobei A(η, ζ) die Fouriertransformierte von a(x, y) ist;
C(η-fx,,ζ-fy) eine Fouriertransformierte von c(x, y)exp[i(2πfx + 2πfy)] ist; und
C.(η-fx,,ζ-fy) eine Fouriertransformierte von c.(x, y)exp[-i(2πfx + 2πfy)] ist.
C(η-fx,,ζ-fy) eine Fouriertransformierte von c(x, y)exp[i(2πfx + 2πfy)] ist; und
C.(η-fx,,ζ-fy) eine Fouriertransformierte von c.(x, y)exp[-i(2πfx + 2πfy)] ist.
Währenddessen ist wie oben erwähnt (fx, fy) die Neigungsfrequenz und wird durch die folgenden
Ausdrücke (5) dargestellt:
Die Neigungsfrequenz (fx, fy) entspricht also auch dem relativen optischen Winkel (relative
Lage) zwischen der Objektoberfläche und der Referenzoberfläche. Daher kann der relative
optische Winkel (relative Lage) zwischen der Objektoberfläche und der Referenzoberfläche
bestimmt werden, wenn die Neigungsfrequenz (fx, fy) bestimmt ist.
Folglich wird aus den Ergebnissen der oben erwähnten Fouriertransformation die Position eines
Peaks in einem Neigungswinkelspektrum in einem Frequenzkoordinatensystem, wie in Fig. 3
gezeigt, bestimmt. Insbesondere wird die Peakposition von C(η-fx, ζ-fy) bestimmt, woraus sich (fx,
fy) ergibt. Dann können entsprechend dem oben erwähnten Ausdruck (5) qx und qy, welche die
jeweiligen Neigungen (Lagen) der Meßoberfläche in x- und y-Richtung sind, bestimmt werden.
Dadurch kann die Neigung des Objekts entsprechend der durch Fouriertransformation der
Überlagerungsbilddaten ermittelten Neigungsfrequenz (fx, fy) einfach bestimmt werden.
Das Objektlageermittlungsverfahren in Übereinstimmung mit Beispiel 2 wird nun unter
Bezugnahme auf das Flußdiagramm aus Fig. 4 erklärt.
Zuerst wird ein Phaseninformation eines Objekts enthaltendes Interferenzstreifenbild (siehe Fig.
2) durch eine CCD Bildaufnahme-Kamera aufgenommen (S11). Anschließend werden die so
erhaltenen Interferenzstreifenbilddaten einer Fouriertransformation unterworfen (S12) und
C(η-fx,_ζ-fy) welches eine Spektralverteilung (Nebenbuckel, engl: side lobe) der Neigungsfrequenz
ist, wird durch Filtern extrahiert (S13).
Dann wird diese Verteilung C(η-fx, ζ-fy) einer inversen Fouriertransformation unterzogen, um
so c(x, y) zu erhalten und auf diese Weise eine periodische Phase (engl: wrapped phase) zu erhalten
(S14). Danach wird ein Rückführungsprozeß (engl: unwrapping) ausgeführt, um so die Phase
p(x, y) des Objekts entsprechend der Forminformation des Objekts zu bestimmen (S15). Dann wird
eine Ausgleichsebene der Phase p(x, y) unter Benutzung der Methode der kleinsten Quadrate
bestimmt (S16). Schließlich wird die Neigung des Objekts in Übereinstimmung mit den
differentiellen Koordinaten der Ausgleichsebene bestimmt (S17).
In konventionellen Fourier-Streifenanalyseverfahren, wie in der oben erwähnten Methode von
M. Takeda et al., wird zum Beispiel C(η-fx, ζ-fy), welches eine Spektralverteilung (Nebenbuckel,
engl: side lobe) der Neigungsfrequenz ist, extrahiert, ein Peak davon wird von seiner Position (fx,
fy) an den Koordinatenursprung verschoben, um so die Trägerfrequenz zu eliminieren, und danach
wird eine inverse Fouriertransformation ausgeführt, um die Phase (Form) des Objekts zu
bestimmen.
In diesem Beispiel wird die Neigung des Objekts dagegen als Teil der Form betrachtet, und die
Spektralverteilung (Nebenbuckel, engl: side lobe) der Neigungsfrequenz in dem oben erwähnten
Ausdruck (4) wird einer inversen Fouriertransformation unterworfen, ohne daß ihr Peak
verschoben wird, das heißt, ohne die Neigungsfrequenz zu eliminieren. Als Ergebnis enthält die
schließlich erlangte Phase p(x, y) des Objekts eine Neigungskomponente.
Insbesondere wird die oben erwähnte Phase p(x, y) in dem folgenden Ausdruck (6) dargestellt:
(6) p(x, y) = 2πfxx + 2πfyy + ϕ(x, y)
= ax + by + ϕ(x, y)
= tan(θx)x + tan(θy)y + ϕ(x, y)
= tan(θx)x + tan(θy)y + ϕ(x, y)
wobei
a der differentielle Koeffizient der Ausgleichsebene in x-Richtung ist; und
b der differentielle Koeffizient der Ausgleichsebene in y-Richtung ist.
a der differentielle Koeffizient der Ausgleichsebene in x-Richtung ist; und
b der differentielle Koeffizient der Ausgleichsebene in y-Richtung ist.
Dieses Verfahren benutzt also die Methode der kleinsten Quadrate um so eine Ausgleichsebene
der ohne die Neigungsfrequenz zu eliminieren bestimmten Form des Objekts zu bestimmen (das
heißt, eine Ebene, welche man durch das Fitten der Form mittels der Methode der kleinsten
Quadrate erhält), es bestimmt differentielle Koeffizienten in x- und y-Richtung der
Ausgleichsebene und erlangt die Neigungen qx und qy des Objekts mittels der Verwendung des
oben erwähnten Ausdrucks (6). Dadurch ist das Verfahren in der Lage, die Neigung des Objekts
leicht festzustellen.
In Beispiel 2 können andere Methoden der Ausgleichsrechnung außer der Fehlerquadratmethode
bei der Bestimmung einer die Form des Objekts verkörpernden Ebene angewandt werden,
wodurch auch eine wünschenswerte Ebene, welche an eine gekrümmte Fläche angepaßt ist,
bestimmt werden kann.
Das Objektlageermittlungsverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann
so gestaltet werden, daß eine Neigung des Objekts auch zu einem Zeitpunkt vor seiner Bewegung
mittels einer der oben beschriebenen gleichenden Methode bestimmt wird, um als eine
Referenzlage des Objekts definiert zu werden, und der Winkel zu diesem Zeitpunkt wird von dem
Winkel des Objekts, welcher nach dem Bewegen des Objekts wie oben erwähnt bestimmt wird,
abgezogen, um so die Veränderung der Lage des Objekts zu bestimmen.
Das Objektlageermittlungsverfahren in Übereinstimmung mit Beispiel 3, in welchem die
Lageveränderung des Objekts aus den jeweiligen Streifenbildern vor und nach einer Bewegung des
Objekts bestimmt wird, wird nun unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm aus Fig. 5 erklärt.
Zuerst wird ein Phaseninformation eines Objekts vor einer Bewegung enthaltendes
Interferenzstreifenbild (siehe Fig. 2) mit einer CCD Bildaufnahme Kamera aufgenommen (S21).
Anschließend werden die so erhaltenen Interferenzstreifenbilddaten einer Fouriertransformation
unterworfen (S22), eine Neigungsfrequenz (fx, fy) einer der Neigung des Objekts vor der
Bewegung entsprechenden Streifenkomponente wird durch Filtern extrahiert (S23) und die
Neigung des Objekts vor der Bewegung wird entsprechend dieser Neigungsfrequenz bestimmt
(S24).
Dann wird ein Phaseninformation eines Objekts nach einer Bewegung enthaltendes
Interferenzstreifenbild mit einer CCD Bildaufnahme Kamera aufgenommen (S25). Die so
erhaltenen Interferenzstreifenbilddaten nach der Bewegung werden einer Fouriertransformation
unterworfen (S26), eine Neigungsfrequenz (f'x, f'y) einer der Neigung des Objekts nach der
Bewegung entsprechenden Streifenkomponente wird durch Filtern extrahiert (S27) und die
Neigung des Objekts nach der Bewegung wird entsprechend dieser Neigungsfrequenz bestimmt
(S28). Aus der Differenz der so erhaltenen Neigungen des Objekts vor und nach der Bewegung
wird die Änderung der Neigung des Objekts durch die Bewegung bestimmt (S29).
Obwohl in diesem Beispiel die jeweiligen Neigungen vor und nach der Bewegung bestimmt
werden und die Neigungsänderung des Objekts zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung
entsprechend ihrer Differenz bestimmt wird, kann die Neigungsänderung des Objekts zwischen
dem Zustand vor und nach der Bewegung durch die Differenz der Neigungsfrequenzen der
Streifenbilder vor und nach der Bewegung bestimmt werden.
Des weiteren kann die Methode des oben genannten Beispiels 2 auf die jeweiligen Streifenbilder
vor und nach der Bewegung angewandt werden, und die Änderung der Neigung des Objekts
zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung kann aus der Differenz der so bestimmten
Neigungen des Objekts vor und nach der Bewegung bestimmt werden.
In diesem Fall können die jeweiligen Ausgleichsebenen der Form des Objekts vor und nach der
Bewegung bestimmt werden, um so die Neigungsänderung des Objekts zwischen dem Zustand vor
und nach der Bewegung aus der Differenz zwischen den jeweiligen Neigungen der zwei
Ausgleichsebenen vor und nach der Bewegung zu bestimmen. Alternativ können die jeweiligen
Formen des Objekts vor und nach der Bewegung bestimmt werden, um so die jeweiligen
differentiellen Koeffizienten in x- und y-Richtung der der Differenz zwischen den zwei Formen
vor und nach der Bewegung entsprechenden Ausgleichsebenen hervorzubringen und dadurch die
Neigungsänderung des Objekts zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung zu erhalten.
In dem Objektlageermittlungsverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist
es nicht notwendig das gesamte Streifenbild bei der Ausführung der Fouriertransformation zu
benutzen. Ausreichend günstige Ergebnisse können sogar auch erzielt werden, wenn nur ein Teil
des Streifenbilds der Fourieranalyse unterzogen wird. Weiterhin ist es nicht notwendig, daß das
Objekt eine Oberfläche mit einer hohen Reflektivität besitzt. Günstige Ergebnisse können sogar
auch erzielt werden, wenn das Objekt eine rauhe Oberfläche aufweist.
Nun wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der oben erwähnten
Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 8 erklärt. Die folgende Erklärung wird als
Beispiel einen Fall erläutern, in dem die vorliegende Erfindung auf eine Interferometervorrichtung
angewandt wird.
Wie in Fig. 8 gezeigt, werden in einem Interferometer des Michelsontyps 1 aus dem jeweiligen
reflektierten Strahlungsfluß einer Objektoberfläche 2 und einer Referenzoberfläche 3 gebildete
Interferenzstreifen auf der Bildaufnahmeoberfläche einer CCD 5 einer Bildaufnahmekamera 4
aufgenommen und in einen mit einer CPU und einem Bildverarbeitungsspeicher in Form einer
Bildeingangskarte 6 ausgestatteten Computer 7 eingelesen. Diese Eingangsinterferenzbilddaten
werden verschiedenen arithmetischen Operationen mittels einer Rechenvorrichtung, wie die in Fig.
6 und 7 gezeigten, unterworfen und die Ergebnisse dieser Operationen werden auf einem
Überwachungsbildschirm 7A angezeigt. Die von der Bildaufnahmekamera 4 ausgegebenen
Interferenzstreifenbilddaten werden hier auf eine CPU-Operation hin vorübergehend im Speicher
gespeichert.
In dieser Vorrichtung führt eine PZT (piezoelektrische) Bewegungsvorrichtung 10 eine relative
Translationsverschiebung zwischen der Objektoberfläche 2 und der Referenzoberfläche 3 durch,
das heißt eine Bewegung eines Elements mittels einer D/A-Wandlerkarte und einem
piezoelektrischen Treiber 9 entsprechend den Anweisungen des Computers 7.
Da diese Vorrichtung so konfiguriert ist, daß ein bewegliches Element von der PZT
(piezoelektrische) Bewegungsvorrichtung 10 angetrieben wird, kann eine Veränderung in der
relativen Neigung zwischen der Objektoberfläche 2 und der Referenzoberfläche 3 während des
Vorgangs des Antreibens des beweglichen Elements stattfinden. Diese Vorrichtung kann eine
solche Veränderung der relativen Neigung selbst genau nachweisen.
In dem Fall, daß eine Lageüberwachung wie die oben erwähnte nicht durchgeführt wird, kann
die Referenzoberfläche 3 (oder die Objektoberfläche 2) mittels der PZT (piezoelektrische)
Bewegungsvorrichtung 10 in Richtung der optischen Achse vor und zurück vibriert werden, um so
einen Überlagerungsstreifenabtastvorgang auszuführen. In diesem Fall wird ein solcher Vorgang
ausgeführt, nachdem die relative Neigung zwischen den zwei oben erwähnten Oberflächen 2 und 3
korrigiert wurde.
Im folgenden werden zwei Arten der PZT (piezoelektrische) Bewegungsvorrichtung 10 unter
Bezugnahme auf Fig. 9A und 9B erläutert.
Wie in Fig. 9A dargestellt, ist die erste Art so aufgebaut, daß drei piezoelektrische
Vorrichtungen 121, 122, 123 zur Unterstützung der Rückseite der Referenzoberfläche
(Referenzspiegel) 3 vorgesehen sind, und zwei Linien Lx, Ly welche die auch als Hebeldrehpunkt
wirkende piezoelektrische Vorrichtung 121 mit den jeweiligen piezoelektrischen Vorrichtungen
122, 123 auf dem die Referenzoberfläche 3 ausmachenden Referenzspiegel verbinden, orthogonal
zueinander sind.
Wenn die drei piezoelektrischen Vorrichtungen 121, 122, 123 um den gleichen Betrag
expandieren oder sich zusammenziehen, wird die Referenzoberfläche 3 des Referenzspiegels
entlang der z-Achse verschoben. Wenn nur die piezoelektrische Vorrichtung 122 expandiert oder
sich zusammenzieht, neigt sich die Referenzoberfläche 3 des Referenzspiegels in Richtung der x-
Achse, so daß sie um die y-Achse rotiert. Wenn nur die piezoelektrische Vorrichtung 123
expandiert oder sich zusammenzieht, neigt sich die Referenzoberfläche 3 des Referenzspiegels in
Richtung der y-Achse, so daß sie um die x-Achse rotiert. Die Beziehung zwischen der
Neigungsfrequenz und der Neigung wird in den folgenden Ausdrücken (7) dargestellt:
wobei
θx und θy die jeweiligen Neigungen einer gemittelten Ebene der Objektoberfläche in x- und y- Richtung sind; und
LPZT-0, LPZT-X und LPZT-Y die jeweiligen Beträge der Translationsbewegung der jeweiligen PZT Bewegungsvorrichtungen sind.
θx und θy die jeweiligen Neigungen einer gemittelten Ebene der Objektoberfläche in x- und y- Richtung sind; und
LPZT-0, LPZT-X und LPZT-Y die jeweiligen Beträge der Translationsbewegung der jeweiligen PZT Bewegungsvorrichtungen sind.
Die zweite Art ist andererseits so aufgebaut, daß die Rückseite der Referenzoberfläche
(Referenzspiegel) 3 mittig durch ein säulenartiges Rohr 124 unterstützt wird, wie in Fig. 9B
gezeigt. Die Referenzfläche 3 des Referenzspiegels wird verschoben, wenn das piezoelektrische
Rohr 124 ohne Neigung expandiert oder kontrahiert und wird ungehindert in Richtung der x- und
y-Achsen geneigt, wenn das piezoelektrische Rohr 124 sich neigend expandiert oder kontrahiert.
In der zweiten Art wird die Beziehung zwischen der Neigungsfrequenz und der Neigung durch
Ausdrücke ähnlich den oben erwähnten Ausdrücken (7) dargestellt.
In jeder der oben erwähnten Arten können jedoch Fehler in der relativen Neigung zwischen der
Objektoberfläche 2 und der Referenzoberfläche 3 wegen der
Ausdehnungs-/Kontraktionsgenauigkeit der drei piezoelektrischen Vorrichtungen 121, 122, 123
oder des piezoelektrischen Rohrs 124 auftreten. Diese Vorrichtung kann die Neigung in einem
solchen Fall vorteilhaft und einfach bestimmen.
Der interne Aufbau des einen wesentlichen Teil der Neigungsbestimmungsfunktion
ausmachenden Computers wird nun erläutert.
In einer ersten Art enthält der Computer 7 als Software ein FFT-Rechenelement 11, ein
Neigungsfrequenzberechnungselement 12 und ein Objektneigungsermittlungselement 13, wie in
Fig. 6 gezeigt.
Wie oben erwähnt, führt das FFT-Rechenelement 11 die Operation von Schritt 2 (S2) in Fig. 1
aus, um die ganzen oder einen Teil der erhaltenen Interferenzbilddaten einer Fouriertransformation
zu unterziehen. Das Neigungsfrequenzberechnungselement 12 bestimmt die Neigungsfrequenz
entsprechend dem von dem FFT-Rechenelement 11 berechneten Fourierspektrum und führt eine
Operation entsprechend Schritt 3 (S3) durch. Das Objektneigungermittlungselement 13 bestimmt
die Neigung des Objekts entsprechend der von dem Neigungsfrequenzberechnungselement 12
berechneten Neigungsfrequenz (daher entsprechend S4).
In einer zweiten Art enthält der Computer 7 als Software ein FFT-Rechenelement 21, ein
Objektforminformationberechnungselement 22 und ein Objektneigungermittlungselement 23, wie
in Fig. 7 gezeigt.
Wie oben erwähnt, führt das FFT-Rechenelement 21 die Operation von Schritt 12 (S12) in Fig.
4 aus, um die ganzen oder einen Teil der erhaltenen Interferenzbilddaten einer
Fouriertransformation zu unterziehen. Das Objektforminformationberechnungselement 22
berechnet die Forminformation des Objekts entsprechend dem von dem FFT-Rechenelement 21
berechneten Fourierspektrum und führt so eine Operation entsprechend den oben erwähnten
Schritten 13 bis 15 (S13 bis S15) durch. Entsprechend der von dem
Objektforminformationberechnungselement 22 berechneten Forminformation des Objekts bestimmt
das Objektneigungermittlungselement 23 eine Ausgleichsebene der Form (eine Ebene, welche
erhalten wird, indem die Form mit der Methode der kleinsten Quadrate angepaßt wird) und
bestimmt so die Neigung des Objekts (daher entsprechend S16 und S17).
Als Konsequenz kann sogar in einem Zustand, in welchem die Objektoberfläche 2 und die
Referenzoberfläche 3 durch eine Relativbewegung eine Neigung mit einem relativen optischen
Winkel θ aufweisen (schematisch dargestellt durch einen geneigten Zustand der Objektoberfläche
2a in Fig. 8) die Neigung einfach bestimmt werden, wodurch die Lage des Objekts (oder die Lage
der Referenzoberfläche 3) immer bestimmt werden kann.
Ohne auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt zu sein, können das Verfahren und
die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in vielfältiger Weise abgewandelt werden. Zum
Beispiel kann das bewegliche Element nicht nur mittels des oben erwähnten PZT sondern auch
mittels anderer Stellglieder getrieben werden, welche die Referenzfläche oder die Objektfläche
physikalisch bewegen können.
Obwohl die PZT Vorrichtungen in der oben erwähnten Ausführungsform so angeordnet sind,
daß sie genau die Schenkel eines rechtwinkligen Dreiecks bilden, können sie selbstverständlich
auch so angeordnet sein, daß sie die jeweiligen Schenkel eines gegeben Dreiecks auf dem
Referenzspiegel bilden.
Obwohl in der oben erwähnten Ausführungsform die Interferenzbilddaten mittels eines
Michelsoninterferometers aufgenommen werden, kann die vorliegende Erfindung
selbstverständlich genauso auf Interferenzbilddaten angewandt werden, die mittels anderer Arten
von Interferometern wie die des Fizeau Typs aufgenommen wurden.
Die der Neigung des Objekts in der vorliegenden Erfindung entsprechenden
Überlagerungsstreifen beinhalten nicht nur Streifen, welche auftreten, wenn ein Element geneigt
ist, sondern auch die Überlagerungsstreifen, welche aus der Tatsache resultieren, daß das Element
eine sogenannte Keilform aufweist.
Des weiteren ist die vorliegende Erfindung genauso auf verschiedene Arten von Streifenbildern,
wie Moiréstreifen, Speckle-Streifen über die Interferenzstreifen hinaus anwendbar.
Im Objektlageermittlungsverfahren und in einem dieses Verfahren verwendende Verfahren
(Anm. des Übersetzers: soll heißen "Vorrichtung") entsprechend der vorliegenden Erfindung wird
eine einzelne Aufnahme/Fläche von Überlagerungsstreifenbilddaten zur Bestimmung der
Wellenfront eines Objekts einer auf einer Fouriertransformation basierenden arithmetischen
Operation unterworfen, um so eine Neigungsfrequenz oder Phaseninformation des Objekts zu
bestimmen, entsprechend derer die Neigung des Objekts bestimmt wird. Diese Operationen
werden von einem Computer mittels Software berechnet. Daher ist es nicht nötig eine neue
Lagebestimmungsvorrichtung vorzusehen und die für die Bestimmung benötigte Zeit kann stark
verkürzt werden, wodurch die Ergebnisse der Bestimmung sehr genau gemacht werden können.
Als Konsequenz daraus kann insbesondere eine zweidimensionale Lage mittels einer
Systemkonfiguration ermittelt werden, welch hochgenau, sehr schnell und einfach ist.
Ein Objektlageermittlungsverfahren enthält die Schritte Aufnehmen von Phaseninformation des
Objekts enthaltenden Überlagerungsstreifenbilddaten; Unterwerfen der ganzen oder eines Teils der
Überlagerungsstreifenbilddaten arithmetischen Prozessen, welche Fouriertransformation benutzen,
um so eine Neigungsfrequenz eines der Neigung eines Objekts in den
Überlagerungsstreifenbilddaten entsprechenden Überlagerungsstreifen zu bestimmen; und die
Bestimmung der Neigung des Objekts entsprechend der Neigungsfrequenz.
Claims (27)
1. Objektlageermittlungsverfahren, durch welches eine relative Neigung eines Objekts (2)
bezogen auf eine Referenz (3) ermittelt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Erlangung von Phaseninformation des Objekts (2) enthaltenden Streifenbilddaten (S1);
arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation, um so eine Neigungsfrequenz eines von der Neigung des Objekts (2) in den Streifenbilddaten herrührenden Streifenmusteranteils zu bestimmen (S2, S3); und
Bestimmung der Neigung des Objekts (2) entsprechend der Neigungsfrequenz (S4).
Erlangung von Phaseninformation des Objekts (2) enthaltenden Streifenbilddaten (S1);
arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation, um so eine Neigungsfrequenz eines von der Neigung des Objekts (2) in den Streifenbilddaten herrührenden Streifenmusteranteils zu bestimmen (S2, S3); und
Bestimmung der Neigung des Objekts (2) entsprechend der Neigungsfrequenz (S4).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phaseninformation
Interferenzstreifeninformation ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (2) eine rauhe Oberfläche
besitzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (2) oder ein die Referenz
bereitstellender Referenzkörper (3) ein mittels eines Antriebselements (9, 10, 121, 122, 123, 124)
bewegbares Bewegungselement ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement eine
piezoelektrische Vorrichtung Antriebselements (9, 10, 121, 122, 123, 124) umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungsfrequenz bestimmt wird,
indem Positionskoordinaten eines vorbestimmten Peaks unter durch Fouriertransformation
erhaltenen Peaks in einem Frequenzkoordinatensystem bestimmt werden und eine arithmetische
Operation zur Berechnung der Neigungsfrequenz aus den Positionskoordinaten ausgeführt wird
(S2, S3).
7. Objektlageermittlungsvorrichtung, welche Phaseninformation des Objekts (2) und eine relative
Neigung des Objekts (2) bezogen auf eine Referenz (3) bestimmt, wobei die Vorrichtung umfaßt:
Streifenbilddatenerlangungsvorrichtung zur Erlangung von diese Phaseninformation enthaltenden Streifenbilddaten des Objekts (2);
Fouriertransformationberechnungsvorrichtung (11) zur arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation;
Neigungsfrequenzbestimmungsvorrichtung (12) zur Bestimmung einer Neigungsfrequenz von der Neigung des Objekts (2) in besagten Streifenbilddaten entsprechenden Streifen; und
Objektneigungsbestimmungsvorrichtung (13) zur Bestimmung einer Neigung des Objekts (2) entsprechend der Neigungsfrequenz.
Streifenbilddatenerlangungsvorrichtung zur Erlangung von diese Phaseninformation enthaltenden Streifenbilddaten des Objekts (2);
Fouriertransformationberechnungsvorrichtung (11) zur arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation;
Neigungsfrequenzbestimmungsvorrichtung (12) zur Bestimmung einer Neigungsfrequenz von der Neigung des Objekts (2) in besagten Streifenbilddaten entsprechenden Streifen; und
Objektneigungsbestimmungsvorrichtung (13) zur Bestimmung einer Neigung des Objekts (2) entsprechend der Neigungsfrequenz.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Phaseninformation
Interferenzstreifeninformation ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein
Michelsoninterferometer (1) ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (2) oder der die
Referenz bereitstellende Referenzkörper (3) ein mittels eines Antriebselements (9, 10, 121, 122,
123, 124) bewegbares Bewegungselement ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement eine
piezoelektrische Vorrichtung (9, 10, 121, 122, 123, 124) umfaßt.
12. Objektlageermittlungsverfahren, mittels welchem eine relative Neigung des Objekts (2)
bezogen auf eine Referenz (3) bestimmt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Erlangung von Phaseninformation des Objekts (2) enthaltenden Streifenbilddaten (S11);
arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation, um so Phaseninformation zu bestimmen, welche eine Neigung des Objekts (2) enthält (S12); und
Unterziehung der so erhaltenen Phaseninformation des Objekts (2) einer vorbestimmten arithmetischen Operation, um so die Neigung des Objekts (2) zu erhalten (S13, S14, S15, S16, S17).
Erlangung von Phaseninformation des Objekts (2) enthaltenden Streifenbilddaten (S11);
arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation, um so Phaseninformation zu bestimmen, welche eine Neigung des Objekts (2) enthält (S12); und
Unterziehung der so erhaltenen Phaseninformation des Objekts (2) einer vorbestimmten arithmetischen Operation, um so die Neigung des Objekts (2) zu erhalten (S13, S14, S15, S16, S17).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Phaseninformation
Interferenzstreifeninformation ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (2) eine rauhe
Oberfläche besitzt.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (2) oder ein die
Referenz bereitstellender Referenzkörper (3) ein mittels eines Antriebselements (9, 10, 121, 122,
123, 124) bewegbares Bewegungselement ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement eine
piezoelektrische Vorrichtung (9, 10, 121, 122, 123, 124) umfaßt.
17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Phaseninformation des Objekts
(2) bestimmt wird, indem eine vorbestimmte Spektralverteilung von der Neigung des Objekts
entsprechenden Streifen in durch die Fouriertransformation erhaltenen Spektralverteilungen in
einem Frequenzkoordinatensystem bestimmt wird und eine arithmetische Operation zur
Berechnung der Phaseninformation entsprechend der vorbestimmten Spektralverteilung
durchgeführt wird (S13, S14, S15).
18. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte arithmetische
Operation eine arithmetische Operation zur Bestimmung einer an die Phaseninformationen des
Objekts angepassten Ausgleichsebene der kleinsten Quadrate ist (S16).
19. Objektlageermittlungsvorrichtung, welche Phaseninformation des Objekts (2) und eine relative
Neigung des Objekts bezogen auf eine Referenz (3) bestimmt, wobei die Vorrichtung umfaßt:
Streifenbilddatenerlangungsvorrichtung zur Erlangung von Phaseninformation enthaltenden Streifenbilddaten des Objekts;
Fouriertransformationberechnungsvorrichtung (21) zur arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation;
Objektphaseninformationberechnungsvorrichtung (22) zur Bestimmung einer eine Neigung des Objekts einschließende Phaseninformation entsprechend der Fouriertransformation unterworfenen besagten Streifenbilddaten; und
Objektneigungsbestimmungsvorrichtung (23) zur Bestimmung der Neigung des Objekts (2) entsprechend der Phaseninformation des Objekts.
Streifenbilddatenerlangungsvorrichtung zur Erlangung von Phaseninformation enthaltenden Streifenbilddaten des Objekts;
Fouriertransformationberechnungsvorrichtung (21) zur arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation;
Objektphaseninformationberechnungsvorrichtung (22) zur Bestimmung einer eine Neigung des Objekts einschließende Phaseninformation entsprechend der Fouriertransformation unterworfenen besagten Streifenbilddaten; und
Objektneigungsbestimmungsvorrichtung (23) zur Bestimmung der Neigung des Objekts (2) entsprechend der Phaseninformation des Objekts.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Phaseninformation
Interferenzstreifeninformation ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein
Michelsoninterferometer (1) ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (2) oder der die
Referenz bereitstellende Referenzkörper (3) ein mittels eines Antriebselements (9, 10, 121, 122,
123, 124) bewegbares Bewegungselement ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement eine
piezoelektrische Vorrichtung (9, 10, 121, 122, 123, 124) umfaßt.
24. Objektlageermittlungsverfahren, mittels welchem eine Änderung der Neigung des Objekts (2)
zwischen dem Zustand vor und nach einer Bewegung von ihm bestimmt wird, wobei das
Verfahren umfaßt:
einen ersten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts (2) enthaltenden ersten Streifenbilddaten vor der Bewegung (S21);
arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von der Neigung des Objekts (2) vor der Bewegung in den ersten Streifenbilddaten entsprechenden Streifen zu bestimmen (S22, S23); und
Bestimmung von Neigungsinformation des Objekts (2) vor der Bewegung entsprechend der Neigungsfrequenz (S24);
einen zweiten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts (2) enthaltenden zweiten Streifenbilddaten nach der Bewegung (S25);
arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von der Neigung des Objekts (2) nach der Bewegung in den zweiten Streifenbilddaten entsprechenden Streifen zu bestimmen (S26, S27); und
Bestimmung von Neigungsinformation des Objekts (2) nach der Bewegung entsprechend der Neigungsfrequenz (S28); und
einen dritten Schritt der Bestimmung der Differenz der Neigungsinformation des Objekts (2) zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung, welche im ersten und zweiten Schritt bestimmt wurden, und Bestimmung einer Änderung der Neigung des Objekts (2) zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung (S29).
einen ersten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts (2) enthaltenden ersten Streifenbilddaten vor der Bewegung (S21);
arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von der Neigung des Objekts (2) vor der Bewegung in den ersten Streifenbilddaten entsprechenden Streifen zu bestimmen (S22, S23); und
Bestimmung von Neigungsinformation des Objekts (2) vor der Bewegung entsprechend der Neigungsfrequenz (S24);
einen zweiten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts (2) enthaltenden zweiten Streifenbilddaten nach der Bewegung (S25);
arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von der Neigung des Objekts (2) nach der Bewegung in den zweiten Streifenbilddaten entsprechenden Streifen zu bestimmen (S26, S27); und
Bestimmung von Neigungsinformation des Objekts (2) nach der Bewegung entsprechend der Neigungsfrequenz (S28); und
einen dritten Schritt der Bestimmung der Differenz der Neigungsinformation des Objekts (2) zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung, welche im ersten und zweiten Schritt bestimmt wurden, und Bestimmung einer Änderung der Neigung des Objekts (2) zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung (S29).
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Phaseninformation
Interferenzstreifeninformation ist.
26. Objektlageermittlungsverfahren, mittels welchem eine Änderung der Neigung des Objekts (2)
zwischen dem Zustand vor und nach einer Bewegung bestimmt wird, wobei das Verfahren umfaßt:
einen ersten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts (2) enthaltenden ersten Streifenbilddaten vor der Bewegung;
arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von der Neigung des Objekts (2) vor der Bewegung in ersten Streifenbilddaten entsprechenden Streifen zu bestimmen;
einen zweiten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts (2) enthaltenden zweiten Streifenbilddaten nach der Bewegung;
arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von der Neigung des Objekts (2) nach der Bewegung in den zweiten Streifenbilddaten entsprechenden Streifen zu bestimmen; und
einen dritten Schritt der Bestimmung der Differenz zwischen den im ersten und zweiten Schritt bestimmten Neigungsfrequenzen der den Neigungen des Objekts (2) vor und nach der Bewegung entsprechenden Streifen, und Bestimmung einer Änderung der Neigung des Objekts (2) zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung entsprechend der so bestimmten Differenz.
einen ersten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts (2) enthaltenden ersten Streifenbilddaten vor der Bewegung;
arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von der Neigung des Objekts (2) vor der Bewegung in ersten Streifenbilddaten entsprechenden Streifen zu bestimmen;
einen zweiten Schritt der Erlangung von Phaseninformation des Objekts (2) enthaltenden zweiten Streifenbilddaten nach der Bewegung;
arithmetische Verarbeitung der gesamten Streifenbilddaten oder Teilen davon unter Verwendung von Fouriertransformation, um so die Neigungsfrequenz von der Neigung des Objekts (2) nach der Bewegung in den zweiten Streifenbilddaten entsprechenden Streifen zu bestimmen; und
einen dritten Schritt der Bestimmung der Differenz zwischen den im ersten und zweiten Schritt bestimmten Neigungsfrequenzen der den Neigungen des Objekts (2) vor und nach der Bewegung entsprechenden Streifen, und Bestimmung einer Änderung der Neigung des Objekts (2) zwischen dem Zustand vor und nach der Bewegung entsprechend der so bestimmten Differenz.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Phaseninformation
Interferenzstreifeninformation ist.
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