DE102004012426A1 - Low-coherence interferometric method and apparatus for light-optical scanning of surfaces - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird eine Niederkohärenz-interferometrisches Gerät zur lichtoptischen Abtastung einer Oberfläche (19) eines Objektes, insbesondere einer konkaven Oberfläche (19), beispielsweise eines Bohrlochs, mit einem Kurzkohärenz-Interferometer, das eine kurzkohärente Meßlichtquelle (30), einen das von ihr ausgehende Licht auf einen Meßlichtstrahl (23) und einen Referenzlichtstrahl (22) aufteilenden Strahlteiler (13), einen Referenzreflektor (16), eine Meßoptik (17) und einen Detektor (35) umfaßt, dem der reflektierte Meßlichtstrahl (23) und der Referenzlichtstrahl (22) zum Erfassen eines Niederkohärenz-Interferenzsignals zugeführt werden. Der Meßlichtstrahl (23) wird von der Meßoptik (17), die eine numerische Apertur von nicht mehr als 0,3 hat, in einen sich in eine Abtastrichtung erstreckenden Fokusbereich (27) fokussiert, innerhalb welchem eine Steuer- und Auswerteeinheit (6) eine Abtastposition um einen Referenzpunkt variiert und eine dabei auftretende Übereinstimmung der Abtastposition mit der Oberfläche (19) registriert, um eine Abstandsinformation über einen Abstand des Referenzpunktes von der Oberfläche (19) des Objektes zu gewinnen. Aus der Abstandsinformation und der Position des Referenzpunktes wird eine Ortsinformation über eine lichtreflektierende Stelle der Oberfläche (19) ermittelt.Described is a low coherence interferometric device for optical scanning of a surface (19) of an object, in particular a concave surface (19), for example a borehole, with a short-coherence interferometer comprising a short-coherent measuring light source (30), a light emanating from it a beam splitter (13) dividing onto a measuring light beam (23) and a reference light beam (22), a reference reflector (16), a measuring optics (17) and a detector (35) to which the reflected measuring light beam (23) and the reference light beam (22) for detecting a low-coherence interference signal. The measuring light beam (23) is focused by the measuring optics (17), which has a numerical aperture of not more than 0.3, in a focusing area (27) extending in a scanning direction, within which a control and evaluation unit (6) Scanning position varies by a reference point and registered thereby a match of the scanning position with the surface (19) to obtain a distance information about a distance of the reference point of the surface (19) of the object. From the distance information and the position of the reference point, a location information about a light-reflecting point of the surface (19) is determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Niederkohärenz-interferometrisches Verfahren und ein Gerät zur lichtoptischen Abtastung einer Oberfläche eines Objektes, insbesondere einer gekrümmten Oberfläche, beispielsweise eines Bohrlochs.The The invention relates to a low coherence interferometric Method and a device for the light-optical scanning of a surface of an object, in particular a curved one Surface, for example a borehole.

Die Abtastung einer Oberfläche erfolgt in der Regel mit sequentiellen Verfahren, bei denen jeweils für eine bestimmte Stelle der Oberfläche eine Abstandsinformation über deren Abstand von dem Gerät (in der Regel von dessen Meßkopf) gewonnen wird und danach das Gerät mittels einer lateralen Verschiebung relativ zu der Oberfläche so positioniert wird, daß die Abstandsinformation für eine andere Stelle der Oberfläche gewonnen werden kann. Mit anderen Worten finden alternierend Abstandsabtastungen (distance scans) und Lateralverschiebungen statt, um nach und nach die gewünschte detaillierte dreidimensionale Information über den Verlauf der Oberfläche zu gewinnen.The Scanning a surface is usually done with sequential procedures, each for a specific Place the surface a distance information about their distance from the device (usually from its measuring head) and then the device positioned by means of a lateral displacement relative to the surface will that the Distance information for another part of the surface can be won. In other words, interval scans alternate (distance scans) and lateral shifts take place gradually the desired to gain detailed three-dimensional information about the course of the surface.

Die Erfindung richtet sich speziell auf Niederkohärenzinterferometrische Verfahren und Geräte zur Oberflächenabtastung. Dabei erfolgt die Abstandsabtastung mittels eines von dem Meßkopf des Gerätes auf die zu untersuchende Oberfläche gerichteten Meßlichtstrahls. Die Richtung des Lichtstrahls definiert dabei eine quer (in der Regel senkrecht) zu der Oberfläche verlaufende Abtastlinie, die in der Praxis fast immer gerade verläuft, obwohl grundsätzlich auch eine Abstandsabtastung auf einer gekrümmten Abtastlinie möglich ist. Nachfolgend wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit auf eine Abtastgerade Bezug genommen. Deren Richtung wird auch als "z-Richtung" bezeichnet. Da diese Abtastung in Längsrichtung des Lichtstrahls erfolgt, wird nachfolgend die Bezeichnung Longitudinalabtastung verwendet. In der englischsprachigen Literatur wird für solche Verfahren die Bezeichnung Low Coherence Distance Scan (LCDS) verwendet.The The invention is specifically directed to low coherence interferometric methods and devices for Surface scanning. The distance scanning takes place by means of one of the measuring head of the device the surface to be examined directed measuring light beam. The direction of the light beam defines a transverse (in the Rule perpendicular) to the surface extending scan line, which in practice almost always runs straight, though in principle also a distance scan on a curved scan line is possible. The following will be without limitation The general reference to a scanning line. Their direction is also called "z-direction". This one Scanning in the longitudinal direction of the light beam, the term longitudinal scan is used hereinafter. In the English-language literature is for such procedures the name Low Coherence Distance Scan (LCDS) is used.

Die Longitudinalabtastung mit LCDS-Verfahren basiert darauf, daß Licht einer niederkohärenten (spektral breitbandig emittierenden) Lichtquelle in zwei Lichtwege, nämlich einen Meßlichtweg, der zu der abzutastenden Oberfläche führt und einen Referenzlichtweg aufgeteilt wird und die beiden Teillichtwege vor dem Auftreffen auf einem Detektor derartig zusammengeführt werden, daß sie miteinander interferieren. Zu diesem Zweck enthält das Gerät eine Interferometer-Anordnung, die üblicherweise außer der niederkohärenten Lichtquelle einen Strahlteiler, einen Referenzreflektor und den Detektor umfaßt. Die Lichtwege zwischen diesen Elementen bilden Interferometerarme. Das Licht der Lichtquelle gelangt durch einen Lichtquellenarm zu dem Strahlteiler und wird dort aufgeteilt. Ein erster Lichtanteil wird als Meßlicht über einen Objektarm in Abtastrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche gestrahlt, während ein zweiter Lichtanteil als Referenzlicht über einen Reflektorarm zu dem Referenzreflektor gelangt. Beide Lichtanteile werden reflektiert (das Meßlicht an der zu untersuchenden Oberfläche, das Referenzlicht an dem Referenzreflektor) und auf dem gleichen Lichtweg (Objektarm bzw. Referenzarm) zu dem Strahlteiler zurückgeführt. Dort werden sie zusammengefaßt und über einen Detektionsarm des Interferometers derartig einem Detektor zugeführt, daß das aus der Zusammenfassung resultierende Licht ("Detektionslicht") beim Auftreffen auf den Detektor ein Interferenzsignal erzeugt, das eine Information über die Stärke der Reflexion des Meßlichts in Abhängigkeit von der jeweils eingestellten Longitudinal-Abtastposition enthält.The Longitudinal scanning with LCDS method is based on the fact that light a low-coherent (spectral broadband emitting) light source in two light paths, namely a measuring light path, the surface to be scanned leads and a reference light path is divided and the two partial light paths be merged in such a way before hitting a detector, that she interfere with each other. For this purpose, the device contains an interferometer arrangement, the usual except the low-coherent Light source a beam splitter, a reference reflector and the Detector includes. The light paths between these elements form interferometer arms. The light of the light source passes through a light source arm the beam splitter and is split there. A first proportion of light is used as measuring light over a Object arm in the scanning direction blasted onto the surface to be examined, while a second portion of light as reference light via a reflector arm to the Reference reflector arrives. Both light components are reflected (the measuring light on the surface to be examined, the reference light on the reference reflector) and on the same Light path (object arm or reference arm) returned to the beam splitter. There they are summarized and over one Detection of the interferometer such a detector fed to that from the summary light ("detection light") when hitting the detector Interference signal generated, which provides information about the strength of the reflection of the measuring light in dependence of contains the respectively set longitudinal scanning position.

Die Variation der Abtastposition längs der Abtastgeraden erfolgt üblicherweise durch Veränderung der Relation der Längen des Referenzlichtweges und des Meßlichtweges. Dadurch wird diejenige Position auf der Abtastgeraden verändert, für die die Voraussetzung für die Interferenz des Meßlichts und des Referenzlichts (nämlich daß sich die optischen Weglängen beider Lichtwege maximal um die Kohärenzlänge der Lichtquelle voneinander unterscheiden) erfüllt ist. Die aktuelle Abtastposition ist dabei jeweils diejenige Position auf der Abtastgeraden, für die die optische Länge des Meßlichtweges mit der optischen Länge des Referenzlichtweges (jeweils von der Strahlteilung bis zur Strahlzusammenführung) übereinstimmen ("Kohärenzbedingung"). In der Regel wird, der Referenzlichtweg dadurch verkürzt oder verlängert, daß der Referenzspiegel in Richtung des Referenzlichtstrahles verschoben wird.The Variation of the scanning position along the sampling line is usually done through change the relation of the lengths the reference light path and the Meßlichtweges. This will be the position changed on the scan line, for the the prerequisite for the interference of the measuring light and the reference light (viz that yourself the optical path lengths both light paths at most by the coherence length of the light source from each other distinguish) is. The current scanning position is the position in each case on the scanning line, for the the optical length of the measuring light path with the optical length of the reference light path (each from the beam splitting to the beam merge) match ( "Coherence condition"). In general, the reference light path thereby shortened or extended, that the reference mirror is moved in the direction of the reference light beam.

Bei der Longitudinalabtastung einer Oberfläche erreicht das Interferenzsignal ein Maximum, wenn die Abtastposition mit der Position der Oberfläche übereinstimmt. Dadurch wird die gewünschte Abstandsinformation für die Stelle der Oberfläche, auf die der Meßlichtstrahl gerichtet ist, ermittelt. Danach erfolgt eine Lateralverschiebung, um für eine andere Stelle der Oberfläche die Abstandsabtastung durchzuführen. Um das Verfahren zu beschleunigen, ist es selbstverständlich möglich, mit mehreren parallel auf die Oberfläche eingestrahlten Meßlichtstrahlen zu arbeiten und dadurch gleichzeitig in einem Longitudinal-Abtastschritt die Longitudinalabtastung für mehrere Punkte der Oberfläche durchzuführen. Auch dabei ist zur Abtastung einer größeren Oberfläche ein Verfahren erforderlich, bei dem alternierend eine Vielzahl von Longitudinal-Abtastschritten und Lateralverschiebungen stattfinden.at the longitudinal scanning of a surface reaches the interference signal a maximum when the scanning position coincides with the position of the surface. This will produce the desired distance information for the Place the surface, on the measuring light beam directed, determined. Thereafter, a lateral shift takes place, around for another part of the surface to perform the distance scan. To speed up the process, it is of course possible with several parallel to the surface irradiated measuring light beams and thereby simultaneously in a longitudinal scanning step the longitudinal scan for several points of the surface perform. Also this is to scan a larger surface Method required, in which alternately a plurality of longitudinal scanning steps and lateral shifts take place.

Aus der WO 03/073041 ist es bekannt, die Abtastposition mittels einer variablen Wellenlängenselektionseinrichtung im Detektionsarm zu variieren. Diese Abtastung erfolgt ohne translatorisch bewegliche Teile und ist deshalb schneller als das räumliche Verschieben eines Referenzspiegels. Die Vorrichtung ermöglicht es beispielsweise, eine mit hoher Geschwindigkeit an einem Meßkopf vorbeigeführte Folie laufend daraufhin zu überwachen, ob eine gewünschte Schichtstärke eingehalten wird. Die WO 03/073041 und die darin zitierten Dokumente enthalten weitere Erläuterungen über LCDS-Verfahren, auf die hier Bezug genommen wird.From WO 03/073041 it is known to vary the scanning position by means of a variable wavelength selection device in the detection arm. This scanning is done without translationally moving parts and is therefore faster than the spatial displacement of a reference mirror. The device makes it possible, for example, to continuously monitor a film guided past a measuring head at high speed to see whether a desired layer thickness is maintained. WO 03/073041 and the documents cited therein contain further explanations on LCDS methods, to which reference is hereby made.

Um mit einem Niederkohärenz-interferometrischen Gerät präzise Messungen mit einer guten Signalausbeute durchführen zu können, muß das Meßlicht auf die zu untersuchende Stelle der Probenoberfläche fokussiert werden. Bei der Abtastung von ebenen Oberflächen, beispielsweise wenn eine Folie oder eine rotierende Scheibe an einem Meßkopf vorbeigeführt wird, kann der Fokus unverändert während der Abtastung der gesamten Oberfläche beibehalten werden. Bei der Abtastung von gekrümmten Oberflächen besteht hingegen die Notwendigkeit, den Fokus entsprechend den Konturen der abzutastenden Oberfläche nachzuführen und zu ändern.Around with a low-coherence interferometric Device precise measurements With a good signal yield to perform the measuring light on the examined Place the sample surface be focused. When scanning flat surfaces, for example when a film or a rotating disk is guided past a measuring head, the focus can be unchanged while the scan of the entire surface are maintained. at the scanning of curved surfaces however, the need to focus according to the contours the surface to be scanned to track and change.

In dem US-Patent 6,144,449 wird vorgeschlagen, die erforderliche Übereinstimmung der Fokussierung mit der jeweiligen Abtastposition mittels Fokuskorrekturmitteln sicherzustellen, durch die bei dem Abtastvorgang jederzeit die Position des Fokus in Übereinstimmung mit der jeweiligen Abtastposition gebracht wird. Die vorgeschlagenen Fokuskorrekturmittel sind jedoch aufwendig und/oder haben einen großen Raumbedarf. Sie sind deshalb für viele Anwendungsfälle nicht oder nur eingeschränkt geeignet.In US Pat. No. 6,144,449 proposes the required match the focusing with the respective scanning position by means of focus correction means ensure the position at any time during the scanning process the focus in agreement is brought to the respective scanning position. The proposed However, focus correction means are expensive and / or have a large space requirement. They are therefore for many applications not or only partially suitable.

Zwar erlauben bekannte Niederkohärenz-interferometrische Verfahren und Geräte die Abtastung von Oberflächen mit hoher Präzision. Sie sind jedoch zur Abtastung von Oberflächen mit starken Unebenheiten, d.h. mindestens abschnittsweise gekrümmten Oberflächen, weitgehend ungeeignet. Lediglich die Abtastung ebener Oberflächen, wie zum Beispiel einer rotierenden Scheibe ( US 5,473,431 ) oder der erwähnten, an einem Meßkopf vorbeigeführten Folie, ist mit bekannten Niederkohärenz-interferometrischen Geräten mit hoher Geschwindigkeit möglich.While known low-coherence interferometric methods and apparatus permit the scanning of surfaces with high precision. However, they are for scanning surfaces with heavy bumps, ie at least partially curved surfaces, largely unsuitable. Only the scanning of flat surfaces, such as a rotating disk ( US 5,473,431 ) or the mentioned, passed on a measuring head foil is possible with known low-coherence interferometric devices at high speed.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie mit einem Niederkohärenz-interferometrischen Gerät eine beliebige, insbesondere auch (mindestens abschnittsweise) gekrümmte Oberfläche eines Objektes schneller abgetastet werden kann.task The invention is to show a way, as with a low coherence interferometric Device one any, in particular (at least in sections) curved surface of a Object can be scanned faster.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Niederkohärenz-interferometrisches Verfahren zur lichtoptischen Abtastung einer Oberfläche eines Objektes, insbesondere einer gekrümmten Oberfläche, mittels eines auf die Oberfläche gerichteten Meßlichtstrahls und eines Kurzkohärenz-Inter ferometers, das eine kurzkohärente Meßlichtquelle, einen Referenzreflektor, eine Meßoptik, einen Detektor und eine mit dem Detektor verbundenen Steuer- und Auswerteeinheit umfaßt, bei welchem durch Bewegung des Meßlichtstrahls relativ zu der Oberfläche unterschiedliche Lateralabtastpositionen eingestellt werden, bei denen der Meßlichtstrahl auf unterschiedliche lichtreflektierende Stellen der Oberfläche auftrifft, zur Bestimmung einer Abstandsinformation über die jeweils von dem Meßlichtstrahl beleuchtete Stelle der Oberfläche Longitudinal-Abtastschritte durchgeführt werden, bei denen eine Übereinstimmung einer entlang einer quer zu der Oberfläche verlaufenden Abtastlinie veränderlichen Abtastposition mit der Position einer lichtreflektierenden Stelle an der Oberfläche des Objektes detektiert wird, das sich dadurch auszeichnet, daß der Meßlichtstrahl mittels einer Meßoptik, die eine numerische Apertur von nicht mehr als 0,3 hat, in einen sich in Abtastrichtung um einen Zentralpunkt erstreckenden Fokusbereich fokussiert wird, und die Abtastposition unter Kontrolle der Steuer- und Auswerteeinheit entlang der Abtastlinie innerhalb eines Feinabtastbereiches variiert wird, der mindestens teilweise mit dem Fokusbereich (27) übereinstimmt.This object is achieved by a low-coherence interferometric method for light-optical scanning of a surface of an object, in particular a curved surface, by means of a directed to the surface measuring light beam and a short-coherence Inter ferometers, a short-coherent measuring light source, a reference reflector, a measuring optics, a detector and a control and evaluation unit connected to the detector, in which different lateral scanning positions are set by movement of the measuring light beam relative to the surface, in which the measuring light beam impinges on different light-reflecting points of the surface, for determining distance information on the respectively illuminated by the measuring light beam Site of the surface longitudinal scanning steps are performed, in which a match of along a transverse to the surface scan line variable scanning position is detected with the position of a light-reflecting spot on the surface of the object, which is characterized in that the measuring light beam by means of a measuring optics having a numerical aperture of not more than 0.3, in a focus area extending in the scanning direction about a central point is focused, and the scanning position is varied under control of the control and evaluation unit along the scanning line within a Feinabtastbereiches that at least partially with the focus area ( 27 ) matches.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein entsprechendes Niederkohärenz-interferometrisches.The Task is further solved by a corresponding low-coherence interferometric.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird das Meßlicht mittels einer Meßoptik, die eine numerische Apertur von nicht mehr als 0,3, vorzugsweise nicht mehr als 0,2 hat, in einen sich längs der Abtastgeraden erstreckenden Fokusbereich fokussiert.According to the invention measuring light by means of a measuring optics, which has a numerical aperture of not more than 0.3, preferably has not more than 0.2, extending in a along the Abtaststraaden Focus area focused.

Durch Verwendung einer Meßoptik mit einer so kleinen nu merischen Apertur wird das Meßlicht weniger scharf, d.h. zu einem größeren Lichtfleck, fokussiert. Dadurch werden die Signalintensität und die laterale Auflösung vermindert. Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß trotz dieser scheinbaren Nachteile bei der kombinierten Longitudinal- und Lateralabstatung von gekrümmten Oberflächen ausgezeichnete Ergebnisse bei Verwendung einer Meßoptik mit einer kleinen numerischen Apertur und damit verbundener "schlechterer" Fokussierung erreicht werden.By Use of a measuring optics With such a small nu meric aperture, the measuring light is less sharp, i. to a larger light spot, focused. This reduces the signal intensity and the lateral resolution. In the context of the invention it has been found that despite these apparent disadvantages excellent in the combined longitudinal and lateral ablation of curved surfaces Results when using a measuring optics with a small numerical Aperture and associated "worse" focus can be achieved.

Im Rahmen der Erfindung werden die optischen Eigenschaften einer Linse mit ungewöhnlich kleiner numerischer Apertur, abhängig von den Eigenschaften der zu untersuchenden Oberfläche, in mehrerlei Hinsicht vorteilhaft genutzt:

  • – Ein erster Anwendungsfall bezieht sich auf Oberflächen, die insgesamt eben sind, jedoch relativ grobe strukturelle Unebenheiten aufweisen, die mit vorbekannten Verfahren nur mit ständig variierender Fokussierung und deswegen relativ langsam abgetastet werden konnten. In solchen Fällen erlaubt die Erfindung die Abtastung der Oberfläche mit sehr viel höherer Geschwindigkeit. Sie macht sich dabei zu nutze, daß sich innerhalb des Fokusbereiches die Größe des von dem Meßlichtstrahl auf der Oberfläche erzeugten Lichtflecks in Abhängigkeit von der Longitudinalposition der Oberfläche nur wenig ändert und demzufolge die Intensität des reflektierten Lichtes weitgehend unabhängig von der Longitudinalposition der Oberfläche ist. Dadurch ist ohne Neueinstellung der Fokussierung eine Variation der Abtastposition über einen so großen räumlichen Bereich möglich, daß durch Verschieben der Abtastposition mit hoher Geschwindigkeit auch erhebliche Oberflächenrauhigkeiten, Stufen und Sprünge erfaßt werden können. Die Abtastposition läßt sich wesentlich schneller verschieben als der Fokusbereich, da dafür keine oder nur wesentlich geringere Massen mechanisch beschleunigt werden müssen.
  • – Ähnliches gilt auch für gleichmäßig gekrümmte Oberflächen, beispielsweise die Innenwand eines Bohrlochs, sofern der Meßkopf bei der Änderung der Lateralabtastposition relativ zu der Oberfläche so bewegt wird, daß sich der Meßlichtweg um weniger als die Länge des Fokusbereiches ändert.
  • – Wenn die zu untersuchende Oberfläche einen unregelmäßig gekrümmten Verlauf hat findet gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei Änderung der Lateralabtastposition zur Anpassung an die Form der Oberfläche eine Abtastungsgrobeinstellung (scanning coarse adjustment) statt, wobei der Feinabtastbereich und der Fokusbereich unter Kontrolle der Steuer- und Auswerteeinheit des Gerätes gleichgerichtet koaxial mit dem Meßlichtstrahl (d.h. auf der Abtastgeraden) verstellt werden. Sofern der unregelmäßig gekrümmte Verlauf der Oberfläche (beispielsweise als CAD/CAM-Daten) bekannt ist, kann eine Sollkurve vorgegeben werden, gemäß der der Fokusbereich in den unterschiedlichen Lateralabtastpositionen jeweils so eingestellt wird, daß die Oberfläche in dem Fokusbereich liegt. Für den Fall, daß die Oberflächenposition um mehr als einen vorbestimmten Grenzwert von der Sollkurve abweicht, ist der Steueralgorithmus bevorzugt so ausgebildet, daß bei der Abtastungsgrobeinstellung eine (von der vorbestimmten Sollkurve abweichende) Nachregelung der Position des Fokusbereiches stattfindet, wenn die Abweichung durch die Feinabtastung festgestellt wurde.
  • – Die Erfindung eignet sich in besonderem Maße auch zur Untersuchung von Oberflächen, die unregelmäßig ge krümmt sind, ohne daß der Verlauf der Krümmung so gut vorbekannt ist, daß die vorstehend erläuterte Abtastungsgrobeinstellung mittels einer Sollkurve möglich wäre. In diesem Fall wird für die Abtastungsgrobeinstellung die bei mindestens einem vorausgehenden Longitudinal-Abtastschritt gewonnene Abstandsinformation zum Steuern der Verschiebung des Fokusbereiches benutzt. Mit anderen Worten findet bei der Abtastungsgrobeinstellung eine geregelte Einstellung des Fokusbereiches statt, bei der zur Einstellung der Position des Fokusbereiches als Istwert Informationen verwendet werden, die bei einem oder mehreren Longitudinal-Abtastschritten gewonnen wurden. Im Gegensatz zu vorbekannten Geräten ( US 6,330,063 ) wird bei der Erfindung der Fokus nicht ständig synchron mit der Abtastposition eingestellt, sondern eine Nachführung des Fokusbereiches erfolgt im Rahmen der Abtastungsgrobeinstellung nur bei Bedarf, und zwar auf der Grundlage der Abstandsinformation mindestens einer vorhergehenden, von der aktuellen lichtreflektierenden Stelle beabstandeten Stelle.
In the context of the invention, the optical properties of a lens with an unusually small numerical aperture, depending on the properties of the surface to be examined, are advantageously used in several respects:
  • - A first use case refers to Surfaces that are generally flat, but have relatively rough structural unevenness that could be sampled with prior art methods only with constantly varying focus and therefore relatively slow. In such cases, the invention allows scanning of the surface at a much higher speed. It makes use of the fact that within the focus range the size of the light spot generated by the measuring light beam on the surface changes only slightly as a function of the longitudinal position of the surface and consequently the intensity of the reflected light is largely independent of the longitudinal position of the surface. As a result, without resetting the focus, a variation of the scanning position over such a large spatial area possible that significant surface roughness, steps and jumps can be detected by moving the scanning position at high speed. The scanning position can be moved much faster than the focus area, since no or only significantly lower masses need to be mechanically accelerated.
  • - The same applies to uniformly curved surfaces, for example the inner wall of a borehole, provided that the measuring head is moved when changing the Lateralabtastposition relative to the surface so that the Meßlichtweg changes less than the length of the focus area.
  • If the surface to be examined has an irregularly curved course, according to a preferred embodiment of the invention, when the lateral scanning position is changed to adapt to the shape of the surface, a scanning coarse adjustment takes place, the fine scanning area and the focusing area being under control of the control and scanning areas Evaluation unit of the device rectified coaxial with the measuring light beam (ie on the scanning line) can be adjusted. If the irregularly curved course of the surface is known (for example as CAD / CAM data), a setpoint curve can be specified according to which the focus area in the different lateral scanning positions is set such that the surface lies in the focus area. In the event that the surface position deviates from the setpoint curve by more than a predetermined limit, the control algorithm is preferably designed so that, in the sample coarse adjustment, a readjustment of the position of the focus area (deviating from the predetermined setpoint curve) takes place, if the deviation by the fine scan was determined.
  • - The invention is particularly suitable for the investigation of surfaces that are irregularly curved ge, without the course of the curvature is so well known that the above-described Abtastgrogrobeinstellung would be possible by means of a setpoint curve. In this case, for the sample coarse adjustment, the distance information obtained in at least one preceding longitudinal scanning step is used to control the shift of the focus area. In other words, in the case of the coarse adjustment, a regulated adjustment of the focus area takes place, in which information is used as the actual value for setting the position of the focus area, which information was obtained during one or more longitudinal scanning steps. In contrast to previously known devices ( US 6,330,063 In the invention, the focus is not set constantly in synchronism with the scanning position, but tracking of the focus area is performed as needed within the scope of the sample coarse adjustment, based on the distance information of at least one preceding location spaced from the current light-reflecting location.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung läßt sich die Länge L des Fokusbereiches aus der numerischen Apertur NA und der Wellenlänge λo des verwendeten Lichts berechnen gemäß:

Figure 00090001
For the purposes of the present invention, the length L of the focus area can be calculated from the numerical aperture NA and the wavelength λ o of the light used according to:
Figure 00090001

Darin ist a ein Skalierungsfaktor, dessen Wert von der im Einzelfall vertretbaren Grad der Unschärfe in der Nähe der Grenze des Fokusbereiches abhängt. Bevorzugt ist a ≤ 2, besonders bevorzugt a ≤ 1,5. Der Feinabtastbereich liegt vorzugsweise vollständig innerhalb des so definier ten Fokusbereiches. Es sind aber auch Anwendungsfälle möglich, bei denen die Longitudinalabtastung auf Interferenzsignalen basiert, die aus Reflexionen innerhalb des Fokusbereiches resultieren, sich die Feinabtastung aber über die Grenzen des Fokusbereiches hinaus erstreckt.In this a is a scaling factor, the value of which is reasonable in the individual case Degree of blur near the limit of the focus area depends. Preferably, a ≤ 2, especially preferably a ≦ 1.5. The Feinabtastbereich is preferably completely within the so-defined th Focus area. But there are also possible applications in which the longitudinal scan based on interference signals resulting from reflections within the Focus range results, but the fine scan over the Borders of the focus area extends.

Bevorzugt wird Meßlicht aus dem nahen infraroten Spektralbereich mit einer Zentralwellenlänge λo im Bereich von 800 bis 1.300 nm verwendet. Durch eine Meßoptik mit NA = 0,08 wird das Meßlicht aus diesem Spektralbereich in einen Fokusbereich mit einer Länge von über 150 μm fokussiert. Der Durchmesser des Fokusbereichs beträgt bei den als Beispiel angegebenen Werten von λo und NA (abhängig von der konkreten Wellenlänge λo und dem konkret betrachteten Teilabschnitt des Fokusbereiches) etwa 10 bis 20 μm. Im allgemeinen hat der Fokusbereich bevorzugt eine Länge von etwa 100 bis 300 μm und eine Breite von 5 bis 20 μm.Preferably, measuring light from the near infrared spectral range with a central wavelength λ o in the range of 800 to 1,300 nm is used. By a measuring optics with NA = 0.08, the measuring light is focused from this spectral range in a focus area with a length of about 150 microns. The diameter of the focus area is approximately 10 to 20 μm in the case of the values of λ o and NA given as an example (depending on the specific wavelength λ o and the specifically considered section of the focus area). In general, the focus area preferably has a length of about 100 to 300 μm and a width of 5 to 20 μm.

Die Variation der Abtastposition im Rahmen der Feinabtastung kann durch Änderung der Länge des Referenzlichtweges, insbesondere durch Verstellen der Position eines Referenzreflektors, erreicht werden. Bevorzugt wird die Longitudinal-Abtastposition mittels einer variablen Wellenlängenselektionseinrichtung im Detektionslichtweg gemäß der WO 03/073041 variiert. Auch andere Verfahren zur schnellen Longitudinalabtastung (mit möglichst wenig mechanischer Bewegung) können im Rahmen der Erfindung vorteilhaft verwendet werden. Beispiele werden in der WO 03/073041 als Zitate 4 bis 6 zitiert.The variation of the scanning position in the context of fine scanning can be achieved by changing the length of the reference light path, in particular by adjusting the position of a reference reflector become. Preferably, the longitudinal scanning position is varied by means of a variable wavelength selection device in the detection light path according to WO 03/073041. Other methods for fast longitudinal scanning (with as little mechanical movement as possible) can be advantageously used within the scope of the invention. Examples are cited in WO 03/073041 as citations 4 to 6.

Die erfindungsgemäße Meßoptik mit einer numerischen Apertur von maximal 0,3 wird, insbesondere für die Abtastung von Bohrlöchern, vorzugsweise mittels einer GRIN-Linse realisiert. Dieser Linsentyp wird in der Optik für verschiedene Zwecke eingesetzt. Beispielsweise wird in der DE 19819762 A1 ein Modulationsinterferometer beschrieben, bei dem eine GRIN-Linse (gradient index lens) verwendet wird.The measuring optics according to the invention with a numerical aperture of at most 0.3 is realized, in particular for the scanning of boreholes, preferably by means of a GRIN lens. This lens type is used in optics for various purposes. For example, in the DE 19819762 A1 a modulation interferometer using a gradient index lens (GRIN) lens.

Die Erfindung ermöglicht eine verbesserte Qualitätskontrolle in der industriellen Fertigung von Maschinenteilen mit gekrümmten, vor allem konkaven Oberflächen, zum Beispiel Zahnrädern, Einspritzdüsen und Bohrlöchern. Speziell in der Mikrosystemtechnik besteht ein Bedarf nach einer schnellen, präzisen und kostengünstigen Möglichkeit zum Untersuchen von Innenräumen von Bauteilen, da bereits kleinste Unregelmäßigkeiten an deren Innenwänden störend sind. Beispielsweise haben sie einen erheblichen Einfluß auf das Strömungsverhalten eines den Innenraum durchströmenden Fluids.The Invention allows an improved quality control in the industrial production of machine parts with curved, vor all concave surfaces, for example gears, injectors and boreholes. Especially in microsystems technology, there is a need for one fast, precise and cost-effective possibility for examining interiors of components, since even the smallest irregularities on the inner walls are disturbing. For example, they have a significant impact on that Flow behavior of a flowing through the interior Fluid.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Die darin dargestellten Besonderheiten können einzeln oder in Kombination verwendet werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Es zeigen:Further Details and advantages of the invention will become apparent from an embodiment with reference to the attached Figures explained. The features shown therein can be used individually or in combination used to preferred embodiments of the invention create. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Niederkohärenzinterferometrischen Gerätes; 1 an embodiment of a Niederkohärenzinterferometrischen device;

2 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung der in ein Bohrloch eindringenden Meßsonde des in 1 dargestellten Gerätes; 2 an enlarged sectional view of the penetrating into a borehole probe of 1 represented device;

3 eine Prinzipskizze des Meßkopfes eines Niederkohärenz-interferometrischen Gerätes in drei Phasen A, B und C zur Erläuterung des Zusammenwirkens von Feinabtastung und Abtastungsgrobeinstellung; 3 a schematic diagram of the measuring head of a low-coherence interferometric device in three phases A, B and C to explain the interaction of fine scanning and scanning coarse adjustment;

4 eine stark abstrahierte Prinzipskizze eines Abtastvorgangs in drei Phasen A, B und C mit verschiedenen Detektionspositionen des Fokusbereiches; 4 a highly abstracted schematic diagram of a scanning process in three phases A, B and C with different detection positions of the focus area;

5 ein Ausführungsbeispiel eines Meßfühlers; und 5 an embodiment of a probe; and

6 die Abbildungsverhältnisse bei Verwendung mehrerer Meßlichtquellen. 6 the imaging conditions when using multiple measuring light sources.

Das in den 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Niederkohärenz-interferometrischen Gerätes besteht aus einem relativ zu einem zu untersuchenden Objekt beweglichen Meßkopf 1 und einer stationären Basiseinheit 4. Die Basiseinheit 4 enthält eine niederkohärente, breitbandige Meßlichtquelle 30, deren Licht über eine Linse 31 in eine Lichtleitfaser 32 eingekoppelt wird. Die Lichtleitfaser 32 leitet das Licht über einen optischen Verzweiger 33 der Lichtleitfaser 5 zu, die zu dem Meßkopf 1 führt. Die Lichtleitfasern 5 und 32 sind bevorzugt Single-Mode-Fasern.That in the 1 and 2 shown embodiment of a low-coherence interferometric device consists of a relative to an object to be examined movable measuring head 1 and a stationary base unit 4 , The base unit 4 contains a low coherent, broadband measuring light source 30 whose light is through a lens 31 in an optical fiber 32 is coupled. The optical fiber 32 directs the light through an optical splitter 33 the optical fiber 5 to that to the measuring head 1 leads. The optical fibers 5 and 32 are preferably single-mode fibers.

In dem Meßkopf 1 wird das aus der Lichtleitfaser 5 austretende Licht mittels der Linse 10 kollimiert und einem Freistrahlteiler 13 zugeführt. Der Freistrahlteiler 13 teilt das Licht in einen Meßlichtweg 23 und einen Referenzlichtweg 22 auf.In the measuring head 1 will that be out of the optical fiber 5 escaping light by means of the lens 10 collimated and a free beam splitter 13 fed. The free jet divider 13 divides the light into a measuring light path 23 and a reference light path 22 on.

Auf dem Referenzlichtweg 22 wird das Referenzlicht durch eine Linse 12 refokussiert und durch einen Spiegel 14 einer langgestreckten Referenzoptik 15 zugeführt. Die Referenzoptik 15 bildet einen von der Linse 12 erzeugten Fokus auf einen Referenzreflektor 16 ab. Nach Reflexion an dem Referenzreflektor 16 gelangt das Referenzlicht auf demselben Weg wieder zurück zu dem Freistrahlteiler 13. Der Freistrahlteiler 13 sowie die Referenzoptik 15 und der Referenzreflektor 16 sind in einer Strahlteilereinheit 2 des Meßkopfes 1 befestigt.On the reference light path 22 the reference light is through a lens 12 refocused and through a mirror 14 an elongated reference optics 15 fed. The reference optics 15 forms one of the lens 12 generated focus on a reference reflector 16 from. After reflection at the reference reflector 16 the reference light returns on the same way back to the free beam splitter 13 , The free jet divider 13 as well as the reference optics 15 and the reference reflector 16 are in a beam splitter unit 2 of the measuring head 1 attached.

Auf dem Meßlichtweg 23 wird das Meßlicht von einer Linse 11 fokussiert und einer Meßoptik 17 zugeführt, die bevorzugt ebenso wie die Referenzoptik 15 des Referenzlichtweges als Staboptik mit einer GRIN-Linse ausgeführt ist. Die Meßoptik 17 ist Teil einer sehr dünnen Meßsonde 3 mit einem Durchmesser von ca. 500 bis 800 μm, die in Bohrlöcher mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm eingeführt werden kann. Auf der von dem Strahlteiler 13 abgewandten Seite der Meßoptik 17 ist in dem Meßlichtweg 23 ein Ablenkelement 18 angeordnet, das einen Meßlichtstrahl 23a auf die zu untersuchenden Oberfläche 19, im gezeigten Ausführungsbeispiel die Innenfläche eines Bohrloches, ablenkt. An einer lichtreflektierenden Stelle 19a der Oberfläche 19 der zu untersuchenden Probe wird das Meßlicht reflektiert und gelangt über das Ablenkelement 18, die Meßoptik 17 und die Linse 11 wieder zurück zu dem Strahlteiler 13, wo es mit dem Referenzlicht, das den Referenzlichtweg durchlaufen hat, zusammengeführt wird.On the measuring light path 23 the measuring light is from a lens 11 focused and a measuring optics 17 fed, the preferred as well as the reference optics 15 of the reference light path is designed as a rod optic with a GRIN lens. The measuring optics 17 is part of a very thin probe 3 with a diameter of about 500 to 800 microns, which can be inserted in holes with a diameter of less than 1 mm. On the from the beam splitter 13 opposite side of the measuring optics 17 is in the measuring light path 23 a deflecting element 18 arranged, which has a Meßlichtstrahl 23a on the surface to be examined 19 , In the illustrated embodiment, the inner surface of a borehole deflects. At a light-reflecting point 19a the surface 19 the sample to be examined, the measuring light is reflected and passes over the deflecting element 18 , the measuring optics 17 and the lens 11 back to the beam splitter again 13 where it is merged with the reference light that has passed the reference light path.

Die Intensität des von der untersuchten Oberfläche 19 reflektierten Meßlichtes ist je nach Beschaffenheit der Oberfläche großen Schwankungen unterworfen. Die damit verbundenen Probleme bei der Auswertung werden dadurch reduziert, daß bei dem in 1 gezeigten Niederkohärenz-interferometrischen Gerät der Referenzlichtweg eine konstante Länge hat. Deshalb sind die Intensitätsschwankungen des Referenzlichts, dessen Intensität in der Regel deutlich größer als die des Meßlichts ist, minimal.The intensity of the surface examined 19 reflected measuring light is depending on Be the surface is subject to great fluctuations. The associated problems in the evaluation are reduced by the fact that in the 1 shown low coherence interferometric device, the reference light path has a constant length. Therefore, the intensity fluctuations of the reference light, the intensity of which is usually much greater than that of the measuring light, minimal.

Das in dem Strahlteiler 13 aus Meßlicht und Referenzlicht gebildete Detektionslicht wird über die Linse 10 wieder in die Lichtleitfaser 5 eingekoppelt und der Basiseinheit 4 und damit dem Detektor 35 zugeleitet. Im einfachsten Fall weist der Detektor 35 nur ein einziges Detektor-Element auf, bei dem es sich bevorzugt um eine PIN-Diode handelt.That in the beam splitter 13 Detection light formed from the measuring light and the reference light is transmitted via the lens 10 back into the optical fiber 5 coupled and the base unit 4 and thus the detector 35 fed. In the simplest case, the detector points 35 only a single detector element, which is preferably a PIN diode.

Unterschiedliche Längen des Referenzlichtweges und des Meßlichtweges führen dazu, daß in dem Detektionslicht gewisse Wellenlängenbereiche aus dem Spektrum der Meßlichtquelle 30 durch destruktive Interferenz ausgelöscht sind. In der Basiseinheit 4 ist eine variable Wellenlängenselektionseinrichtung 34 angeordnet, die mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 6 verbunden ist. Sie läßt bevorzugt Licht mit Wellenlängen, die einer vorbestimmten Folge von Wellenzahlen entsprechen, passieren. Diese Folge wird unter Kontrolle der Steuer- und Auswerteeinheit 6 so verstellt, daß die Abtastposition, auf die sich das von dem Detektor 35 erfaßte Niederkohärenzsignal bezieht, variiert wird. Nähere Informationen hierzu können der weiter oben zitierten WO 03/073041 A1 entnommen werden, deren Inhalt durch Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Stimmt die Abtastposition mit einer lichtreflektierenden Stelle der zu untersuchenden Oberfläche 19 überein, so wird von dem Detektor 35 ein Interferenzsignal erzeugt, das von der Steuer- und Auswerteeinheit 6 registriert wird. Für diese Abtastposition ermittelt die Steuer- und Auswerteeinheit 6 die gewünschte Abstandsinformation.Different lengths of the reference light path and the Meßlichtweges cause that in the detection light certain wavelength ranges from the spectrum of the measuring light source 30 destroyed by destructive interference. In the base unit 4 is a variable wavelength selection device 34 arranged with a control and evaluation unit 6 connected is. It preferably passes light having wavelengths corresponding to a predetermined sequence of wavenumbers. This sequence is under the control of the control and evaluation unit 6 adjusted so that the scanning position to which the detector 35 detected low-coherence signal is varied. Further information can be found in WO 03/073041 A1 cited above, the content of which is incorporated by reference into the content of the present application. Is the scanning position with a light-reflecting point of the surface to be examined 19 match, so is the detector 35 an interference signal generated by the control and evaluation 6 is registered. The control and evaluation unit determines for this sampling position 6 the desired distance information.

Eine Besonderheit des in 1 gezeigten Niederkohärenzinterferometrischen Gerätes besteht darin, daß der Meßlichtstrahl 23 von der Meßoptik 17 nicht in einen scharfen Lichtfleck (in der Größenordnung der Lichtwellenlänge) auf der zu untersuchenden Oberfläche 19 fokussiert wird, sondern in einen sich senkrecht zur Oberfläche 19 erstreckenden Fokusbereich 27, in dem sich die Breite des Meßlichtstrahles 23 nur geringfügig ändert. Dies wird, wie erläutert, durch eine Meßoptik 17 erreicht, die eine numerische Apertur von nicht mehr als 0,3, bevorzugt nur 0,05 bis 0,2 hat. Innerhalb des Fokusbereiches 27 wird die Abtastposition unter Kontrolle der Steuer- und Auswerteeinheit 6 längs einer Abtastgeraden 9 innerhalb eines Feinabtastbereiches 29 variiert, der ein Teil des Fokusbereiches ist und beispielsweise eine Länge von 100 μm haben kann (2).A peculiarity of in 1 Niederkohärenzinterferometrischen device shown is that the Meßlichtstrahl 23 from the measuring optics 17 not in a sharp spot of light (of the order of the wavelength of light) on the surface to be examined 19 is focused, but in a perpendicular to the surface 19 extending focus area 27 , in which the width of the measuring light beam 23 only slightly changes. This is, as explained, by a measuring optics 17 which has a numerical aperture of not more than 0.3, preferably only 0.05 to 0.2. Within the focus area 27 the scanning position is under the control of the control and evaluation unit 6 along a scan line 9 within a fine scan range 29 which is part of the focus range and may for example have a length of 100 μm ( 2 ).

Das Ablenkelement 18 ist, bevorzugt gemeinsam mit der Meßsonde 3, die die Meßoptik 17 enthält, mittels des Antriebs 20 um ihre Längsachse rotierbar, so daß ein ringförmiger Bereich der Innenfläche eines Bohrlochs untersucht werden kann. Zum Untersuchen der gesamten Innenfläche des Bohrlochs wird die Meßsonde 3 in Längsrichtung in das Bohrloch hineingeschoben. Bei schrittweiser Bewegung der Meßsonde 3 werden so die Innenflächen in aufeinanderfolgenden ringförmigen Bereichen abgetastet. Bevorzugt wird die Meßsonde 3 stetig bewegt, so daß die nacheinander abgetasteten lichtreflektierenden Stellen der Oberfläche 19 wendelförmig aneinander angrenzen.The deflection element 18 is, preferably together with the probe 3 that the measuring optics 17 contains, by means of the drive 20 rotatable about its longitudinal axis, so that an annular portion of the inner surface of a borehole can be examined. To examine the entire inner surface of the borehole becomes the measuring probe 3 pushed in the longitudinal direction in the hole. With gradual movement of the probe 3 Thus, the inner surfaces are scanned in successive annular areas. The measuring probe is preferred 3 steadily moved so that the successively scanned light-reflecting spots of the surface 19 adjoin each other helically.

Das Ablenkelement 18 ist bevorzugt als Prisma ausgeführt, kann aber beispielsweise auch ein Spiegel sein. Bevorzugt beträgt sein Ablenkwinkel (Winkel α zwischen der Achse der Meßoptik 17 und der Abtastgeraden 9) 90°, jedoch ist dies nicht zwingend. Auch wenn der Meßlichtstrahl 23 von dem Ablenkelement 18 um weniger oder auch mehr als 90° abgelenkt wird, können Bohrlöcher untersucht werden, sofern die Anordnung so ist, daß durch Rotation der Meßsonde 3 die Innenflächen eines Bohrlochs lückenlos abgetastet werden können. Ein Ablenkwinkel von 90° ist aber vorteilhaft, weil bei senkrechter Reflexion ein maximaler Anteil des Meßlichtes zurück in die Meßsonde 3 reflektiert wird. Bevorzugt ist das Ablenkelement 18 austauschbar. Es kann beispielsweise abnehmbar an der Meßoptik 17 befestigt sein oder eine aus Meßoptik 17 und Ablenkelement 18 bestehende Baueinheit kann insgesamt austauschbar sein, so daß die Meßsonde 3 jeweils optimal an das zu untersuchende Objekt (beispielsweise ein Bohrloch oder ein Zahnrad) angepaßt werden kann.The deflection element 18 is preferably designed as a prism, but may for example also be a mirror. Preferably, its deflection angle (angle α between the axis of the measuring optics 17 and the sampling line 9 ) 90 °, but this is not mandatory. Even if the measuring light beam 23 from the deflector 18 Boreholes can be examined by less or more than 90 °, provided that the arrangement is such that by rotation of the probe 3 the inner surfaces of a borehole can be scanned gapless. A deflection angle of 90 ° is advantageous, however, because with vertical reflection, a maximum proportion of the measuring light back into the probe 3 is reflected. The deflection element is preferred 18 interchangeable. It can be removable, for example, on the measuring optics 17 be attached or one of Meßoptik 17 and deflector 18 existing assembly may be interchangeable as a whole, so that the probe 3 each can be optimally adapted to the object to be examined (for example, a borehole or a gear).

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der gesamte Meßkopf 1 mittels einer Mehrachsenaktorik (nicht gezeigt) dreidimensional beweglich, wobei die Bewegung unter Kontrolle der Steuer- und Auswerteeinheit 6 präzise steuerbar ist. Innerhalb des Meßkopfes 1 ist der Abstand der Meßoptik 17 von dem Strahlteiler 13 mittels eines Aktuators 21 verstellbar. Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, daß die gesamte Strahlteilereinheit 2 relativ zu der Meßsonde 3 verschiebbar ist.In the embodiment shown, the entire measuring head 1 by means of a multi-axis actuator (not shown) three-dimensionally movable, wherein the movement under control of the control and evaluation unit 6 is precisely controllable. Inside the measuring head 1 is the distance of the measuring optics 17 from the beam splitter 13 by means of an actuator 21 adjustable. This is preferably achieved in that the entire beam splitter unit 2 relative to the probe 3 is displaceable.

Durch Änderung des Abstandes der Meßoptik 17 von dem Strahlteiler 13 kann die Position des Zentrums F0 des Fokusbereiches 27 in Abtastrichtung so verschoben werden, daß sich die Wände des Bohrlochs innerhalb des Fokusbereichs 27 (bei mittig in dem Bohrloch 36 positionierter Meßsonde 3) befinden. Insbesondere kann die Position des Fokusbereiches 27 an eine Durchmesseränderung des Bohrlochs angepaßt werden, ohne daß ein auf der zu untersuchenden Oberfläche gebildeter Meßlichtfleck lateral verschoben wird.By changing the distance of the measuring optics 17 from the beam splitter 13 can the position of the center F 0 of the focus area 27 be moved in the scanning direction so that the walls of the borehole within the focus area 27 (at the center of the hole 36 positioned probe 3 ) are located. In particular, the position of the focus area 27 be adapted to a diameter change of the borehole without a laterally formed on the surface to be examined Meßlichtfleck is moved.

Bei der beschriebenen Konstruktion wird der Feinabtastbereich 29 gleichgerichtet und synchron koaxial mit dem Fokusbereich verschoben, wobei auch der Betrag der Verschiebung für beide Bereiche gleich ist, also das Zentrum Q0 des Feinabtastbereiches während der Verschiebung einen konstanten Abstand zu dem Zentrum F0 des Fokusbereiches hat. Generell ist es vorteilhaft, wenn bei der Abtastungsgrobeinstellung die Verschiebung des Fokusbereiches 27 und die Verschiebung des Feinabtastbereiches 29 gleichgerichtet und synchron stattfindet, wobei eine Verschiebung um gleiche Beträge besonders vorteilhaft ist.In the described construction, the fine scanning area becomes 29 rectified and synchronously shifted coaxially with the focus area, wherein also the amount of displacement for both areas is the same, so the center Q 0 of the Feinabtastbereiches during the displacement has a constant distance to the center F 0 of the focus area. In general, it is advantageous if, in the case of scanning coarse adjustment, the shift of the focus area 27 and the shift of the fine scan area 29 rectified and synchronous takes place, with a shift by equal amounts is particularly advantageous.

Da der Durchmesser eines zu untersuchenden Bohrlochs in der Regel (zumindest auf 100 μm genau) bekannt ist, kann der Abstand zwischen der Meßoptik 17 und dem Strahlteiler 13 vor dem Einbringen in das Bohrloch so eingestellt werden, daß die Oberfläche in dem Fokusbereich 27 liegt. Beispielsweise kann über eine (nicht gezeigte) Tastatur der Durchmesser des zu untersuchenden Bohrlochs, z.B. 3 mm oder 5 mm, an die Steuer- und Auswerteeinheit 6 übertragen werden.Since the diameter of a borehole to be examined is generally known (at least to 100 μm), the distance between the measuring optics 17 and the beam splitter 13 be adjusted prior to insertion into the wellbore so that the surface in the focus area 27 lies. For example, the diameter of the borehole to be examined, for example 3 mm or 5 mm, can be fed to the control and evaluation unit via a keyboard (not shown) 6 be transmitted.

Bevorzugt wird aber die Position des Fokusbereiches 27 automatisch, im dargestellten Fall durch Änderung des Abstandes zwischen der Meßsonde 3 und der Strahlteilereinheit 2, eingestellt. Dazu verwendet die Steuer- und Auswerteeinheit 6 die bei der Feinabtastung gewonnene Abstandsinformation. Die automatische Positionierung des Fokusbereiches 27 basiert auf einem Zusammenwirken der Feinabtastung und der Abtastungsgrobeinstellung, die anhand von 3 näher erläutert wird.However, the position of the focus area is preferred 27 automatically, in the case shown by changing the distance between the probe 3 and the beam splitter unit 2 , discontinued. The control and evaluation unit uses this 6 the distance information obtained in the fine scan. The automatic positioning of the focus area 27 is based on an interaction of the fine scan and the sample coarse adjustment, which is based on 3 is explained in more detail.

3 zeigt als stark schematisierte Prinzipskizze die in diesem Zusammenhang wesentlichen Funktionen eines erfindungsgemäßen Gerätes in drei Bewegungsphasen A, B und C. Das Gerät entspricht weitgehend der anhand der 1 und 2 erläuterten Ausführungsform, wobei jedoch der Meßlichtstrahl 23a ohne Ablenkelement gerade auf die abzutastende Oberfläche 19 gestrahlt wird und die Variation der Longitudinal-Abtastposition durch entsprechende Variation der Position des Referenzreflektors 16 bewirkt wird. Die Längen des Abtastbereiches und des Fokusbereiches sind mit q bzw. f bezeichnet und zur besseren Erkennbarkeit stark übertrieben dargestellt. Obwohl die Meßoptik 17 einfachheitshalber als einfache Linse dargestellt ist, handelt es sich selbstverständlich um eine vorzugsweise als Staboptik ausgebildete optische Anordnung mit einer numerischen Apertur von weniger als 0,3. 3 shows as a highly schematized schematic diagram of the essential in this context functions of a device according to the invention in three movement phases A, B and C. The device largely corresponds to the basis of 1 and 2 explained embodiment, but wherein the Meßlichtstrahl 23a without deflecting straight on the surface to be scanned 19 is irradiated and the variation of the longitudinal scanning position by corresponding variation of the position of the reference reflector 16 is effected. The lengths of the scanning area and the focus area are denoted by q and f, respectively, and greatly exaggerated for better visibility. Although the measuring optics 17 For the sake of simplicity, it is shown as a simple lens, it is of course a preferably designed as a rod optical arrangement with a numerical aperture of less than 0.3.

Die Teilfigur A zeigt einen Zustand, bei dem das Zentrum F0 des Fokusbereiches 27 mit der lichtreflektierenden Stelle 19a der Oberfläche 19 übereinstimmt. Die Länge des Referenzlichtweges 22 ist so eingestellt, daß die Mitte Q0 des Feinmeßbereiches 29 mit F0 übereinstimmt. Dies bedeutet, daß die mit Q0' bezeichnete Position des Referenzspiegels 16 so eingestellt ist, daß die optische Weglänge des Referenzlichtweges 22 (zwischen Strahlteiler 13 und Referenzreflektor 16) und die optische Weglänge des Meßlichtweges 23 (zwischen Referenzreflektor 13 und reflektierender Stelle 19a) übereinstimmt, wenn sich der Referenzspiegel in der mit Q0' bezeichneten Lage befindet. Bei der Feinabtastung wird der Referenzspiegel 16 um ± q/2 oszillierend bewegt. Entsprechend bewegt sich die Longitudinal-Abtastposition um ± q/2 in dem Feinabtastbereich 29.The sub-figure A shows a state in which the center F 0 of the focus area 27 with the light-reflecting point 19a the surface 19 matches. The length of the reference light path 22 is set so that the center Q 0 of the Feinmeßbereiches 29 coincides with F 0 . This means that the position of the reference mirror denoted Q 0 ' 16 is set so that the optical path length of the reference light path 22 (between beam splitters 13 and reference reflector 16 ) and the optical path length of the measuring light path 23 (between reference reflector 13 and reflective site 19a ) coincides when the reference mirror is in the position indicated by Q 0 '. Fine-tuning becomes the reference mirror 16 oscillated by ± q / 2. Accordingly, the longitudinal scanning position moves by ± q / 2 in the fine scanning area 29 ,

Die Teilfigur B zeigt eine Bewegungsphase, bei der die Oberfläche 19 gegenüber der Teilfigur A um Δs nach rechts verschoben ist. Da die Feinabtastung sehr schnell ist, wird die neue Position der Oberfläche sofort detektiert. Das entsprechende Referenzsignal wird von dem Detektor erfaßt, wenn sich der Referenzspiegel 16 in der mit Q1' bezeichneten um Δq verschobenen Position befindet. Die Position des Fokusbereiches 27 ist noch die gleiche wie bei Teilfigur A (Δf = 0).The sub-figure B shows a movement phase in which the surface 19 relative to the sub-figure A is shifted by Δs to the right. Since fine scanning is very fast, the new position of the surface is detected immediately. The corresponding reference signal is detected by the detector when the reference mirror 16 is in the position indicated by Q 1 'shifted by Δq position. The position of the focus area 27 is still the same as in subfigure A (.DELTA.f = 0).

Die im Rahmen der vorausgehenden Feinabtastung erkannte Verschiebung der Oberfläche 19 wird von der Steuer- und Auswerteeinheit des Gerätes zu einem Steuersignal für den Aktuator 21 verarbeitet, der die erforderliche Abtastgrobanpassung durch entsprechende Verschiebung des Fokusbereiches 27 und des Abtastbereiches 29 (d.h. der Mittelpunkte F0 und Q0 dieser Bereiche) bewirkt. Dadurch werden der Strahlteiler 13 und der Referenzreflektor 16 (bei der dargestellten Ausführungsform auch die Meßoptik 17) um einen Betrag Δf = Δs so verschoben, daß F0 und Q0 wieder in der Longitudinalposition der lichtreflektierenden Stelle liegen (Teilfigur C). Der Mittelpunkt des Abtastbereiches befindet sich wieder in der ursprünglichen (in Teilfigur A mit Q0' bezeichneten) Position (Δq = 0).The shift of the surface detected in the previous fine scan 19 is from the control and evaluation of the device to a control signal for the actuator 21 processed, the required Abtastgrobanpassung by appropriate displacement of the focus area 27 and the scanning range 29 (ie the centers F 0 and Q 0 of these areas) causes. This will cause the beam splitter 13 and the reference reflector 16 (In the illustrated embodiment, the measuring optics 17 ) by an amount Δf = Δs shifted so that F 0 and Q 0 are again in the longitudinal position of the light-reflecting point (part C). The center point of the scanning area is again in the original position (designated by Q 0 'in subfigure A) (Δq = 0).

Für den praktischen Erfolg der Erfindung ist wichtig, daß die Feinabtastung sehr viel schneller stattfindet, als die Abtastgrobeinstellung. Quantitativ kann man sagen, daß die mittlere Abtastgeschwindigkeit der Feinabtastung vq, die sich aus der Länge q des Abtastbereiches und der Periodendauer T der Feinabtastung berechnen läßt gemäß vq = q/T, mindestens zehn mal so groß ist wie die maximale Geschwindigkeit vf,max der Bewegung des Zentrums F0 des Fokusbereiches bei der Abtastungsgrobeinstellung. Dadurch wird jede Änderung der Position der bei der Feinabtastung erfaßten lichtreflektierenden Stelle sofort detektiert. Dies ermöglicht nicht nur eine schnelle Erfassung auch feiner Oberflächenstrukturen, sondern auch eine praktisch verzögerungsfreie Nachregelung der Position von F0 und Q0 im Rahmen der Abtastungsgrobeinstellung.For the practical success of the invention, it is important that the fine scanning takes place much faster than the scanning coarse adjustment. Quantitatively one can say that the average scanning speed of the fine scan v q , which can be calculated from the length q of the scan area and the period T of the fine scan according to v q = q / T, is at least ten times the maximum speed v f , max of the movement of the center F 0 of the focus area in the sample coarse adjustment. Thereby, any change in the position of the light-reflecting spot detected in the fine scanning is immediately detected. This allows not only a fast detection of even fine surface structures, but also a virtually delay-free readjustment of the position of F 0 and Q 0 in the context of scanning coarse adjustment.

Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Abtastungsgrobeinstellung dadurch, daß innerhalb des Meßkopfes 1 eine entsprechende Verschiebung (der Komponenten 13, 16 und 17) stattfindet. Für manche Anwendungszwecke, insbesondere für die Abtastung relativ großer Objekte mit komplizierten Oberflächen ist es vorteilhaft, wenn stattdessen der gesamte Meßkopf 1 präzise kontrolliert dreidimensional bewegt wird. Entsprechende Technologien stehen beispielsweise aus der Robotertechnik zur Verfügung.At the in 3 illustrated embodiment form the scanning coarse adjustment takes place in that within the measuring head 1 a corresponding shift (of the components 13 . 16 and 17 ) takes place. For some applications, especially for the scanning of relatively large objects with complicated surfaces, it is advantageous if instead the entire measuring head 1 precise controlled three-dimensional moves. Corresponding technologies are available, for example, from robotics.

4 veranschaulicht eine Oberflächenprofildetektion einer Oberfläche 19, die eine Stufe aufweist. Zum Abtasten verschiedener lichtreflektierender Stellen 19a der Oberfläche 19 wird der Meßlichtstrahl 23 lateral in die gezeigten Detektionspositionen A, B und C bewegt. Bei der Detektionsposition A befindet sich das Zentrum F0 des Fokusbereiches 27, das im folgenden als mit dem Zentrum Q0 des Feinabtastbereiches übereinstimmend angenommen wird, unterhalb der Oberfläche 19. Von der Steuer- und Auswerteeinheit 6 wird deshalb der Abstand zwischen Q0 und der Oberfläche 19 mit einem negativen Vorzeichen registriert. Anschließend wird der Meßlichtstrahl durch eine Lateralbewegung des Meßkopfes 1 entlang der Oberfläche 19 in die Detektionsposition B bewegt. Bedingt durch die in 2 gezeigte Stufe in dem Profil der Oberfläche 19 befinden sich Q0 und F0 nun oberhalb der Oberfläche 19, so daß der Abstand zwischen dem Zentrum 28 des Fokusbereiches 27 und der lichtreflektierenden Stelle der Oberfläche 19 mit einem positiven Vorzeichen registriert wird. 4 illustrates a surface profile detection of a surface 19 that has a step. For scanning different light-reflecting areas 19a the surface 19 becomes the measuring light beam 23 moved laterally into the detection positions A, B and C shown. At the detection position A, the center F 0 of the focus area is located 27 , which is hereinafter assumed to coincide with the center Q 0 of the fine scanning area, below the surface 19 , From the control and evaluation unit 6 is therefore the distance between Q 0 and the surface 19 registered with a negative sign. Subsequently, the Meßlichtstrahl by a lateral movement of the measuring head 1 along the surface 19 moved to the detection position B. Due to the in 2 shown stage in the profile of the surface 19 Q 0 and F 0 are now above the surface 19 so that the distance between the center 28 of the focus area 27 and the light-reflecting location of the surface 19 is registered with a positive sign.

Während für die Detektionsposition A der Abstand zwischen dem Zentrum F0 des Fokusbereiches 27 und der Oberfläche 19 relativ klein ist, ist in der Detektionsposition B der Abstand des Zentrums F0 von der Oberfläche 19 relativ groß. Bei der anschließenden Lateralbewegung in die Detektionsposition C werden deshalb der Fokusbereich 27 und der Feinabtastbereich 29 von der Steuer- und Auswerteeinheit näher zur Oberfläche 19 bewegt. Ein solches Verschieben in Abtastrichtung erfordert eine Bewegung des Meßkopfes 1 oder der Strahlteilereinheit 2 relativ zu der Meßsonde 3. Dies ist wegen der zu bewegenden Masse nur wesentlich langsamer möglich als das Variieren der Abtastposition innerhalb des Fokusbereiches. Deshalb sind Bewegungen des Meßkopfes 1 in Abtastrichtung in der Regel auch langsamer, als dessen gleichmäßige Lateralbewegung entlang der Oberfläche 19. Obwohl von der Steuer- und Auswerteeinheit bereits während der Lateralbewegung des Meßkopfes von der Detektionsposition B zur Detektionsposition C (z.B. durch Betätigen des in 1 gezeigten Aktuators) eine Bewegung des Fokusbereiches 27 in Abtastrichtung gestartet wurde, hat F0 in der Detektionsposition C noch nicht seine optimale Lage nahe der Oberfläche 19 erreicht. Der beim Übergang von der Detektionsposition B in die Detektionsposition C eingeleitete Einstellvorgang der Lage des Fokusbereiches 27 wird deshalb auch beim Übergang in (nicht gezeigte) weitere Detektionspositionen fortgesetzt, bis der Abstand zwischen F0 und der Oberfläche 19 einen vorgegebenen Schwellenwert nicht mehr überschreitet.While for the detection position A, the distance between the center F 0 of the focus area 27 and the surface 19 is relatively small, in the detection position B, the distance of the center F 0 from the surface 19 relatively large. In the subsequent lateral movement into the detection position C, therefore, the focus area 27 and the fine scanning area 29 from the control and evaluation unit closer to the surface 19 emotional. Such a displacement in the scanning direction requires a movement of the measuring head 1 or the beam splitter unit 2 relative to the probe 3 , This is due to the mass to be moved only much slower possible than varying the scanning position within the focus area. Therefore, movements of the measuring head 1 in the scanning direction usually slower than its uniform lateral movement along the surface 19 , Although of the control and evaluation unit already during the lateral movement of the measuring head of the detection position B to the detection position C (eg by pressing the in 1 shown actuator) a movement of the focus area 27 was started in the scanning direction, F 0 in the detection position C has not yet its optimal position near the surface 19 reached. The setting process of the position of the focus area initiated during the transition from the detection position B into the detection position C. 27 is therefore also in the transition to (not shown) further detection positions continue until the distance between F 0 and the surface 19 does not exceed a given threshold.

Um möglichst rasch ein Oberflächenprofil einer Oberfläche 19 ermitteln zu können, wird also von der Steuer- und Auswerteeinheit 6 die in einer ersten Detektionsposition beim Abtasten einer ersten lichtreflektierenden Stelle der Oberfläche 19 gewonnene Abstandinformation von der Oberfläche 19 dazu genutzt, bereits während einer Lateralbewegung zu einer zweiten Detektionsposition eine Bewegung des Fokusbereiches 27 in Abtastrichtung zu steuern. Auf diese Weise muß der Fokusbereich 27 nicht für jede Detektionsposition einzeln eingestellt werden. Statt dessen wird der Fokusbereich 27 kontinuierlich unter Benutzung der für die jeweils vorhergehende Detektionsposition ermittelten Abstandsinformation in Abtastrichtung verschoben. Da sich Oberflächenprofile auf einer Längenskala von einigen 10 Mikrometern bei konkaven Oberflächen 19 von Bauteilen meist stetig ändern, läßt sich durch die beschriebene Steuerung einer Bewegung des Fokusbereiches 27 die Geschwindigkeit, mit der eine konkave Oberfläche 19 untersucht werden kann, wesentlich erhöhen.To as quickly as possible a surface profile of a surface 19 To be able to determine, so from the control and evaluation 6 in a first detection position when scanning a first light-reflecting point of the surface 19 gained distance information from the surface 19 used during a lateral movement to a second detection position, a movement of the focus area 27 to control in the scanning direction. In this way, the focus area must be 27 not set individually for each detection position. Instead, the focus area becomes 27 continuously shifted in the scanning direction using the distance information determined for the respective preceding detection position. As surface profiles on a length scale of some 10 microns with concave surfaces 19 Of components usually change continuously, can be described by the control of a movement of the focus area 27 the speed with which a concave surface 19 can be significantly increased.

Eine Besonderheit des in 1 gezeigten interferometrischen Gerätes besteht darin, daß in dem Meßkopf 1 eine CCD-Kamera 42 angeordnet ist. Mittels dieser CCD-Kamera 42 wird ein Bild der zu untersuchenden Oberfläche 19 im sichtbaren Spektralbereich erfaßt, während der Detektor 35 bevorzugt für Licht im nahen infraroten Spektralbereich sensitiv ist.A peculiarity of in 1 shown interferometric device is that in the measuring head 1 a CCD camera 42 is arranged. By means of this CCD camera 42 becomes an image of the surface to be examined 19 detected in the visible spectral range while the detector 35 is preferably sensitive to light in the near infrared spectral range.

Der Meßkopf 1 enthält eine zweite Lichtquelle 46 zum Erzeugen von sichtbarem Licht für die CCD-Kamera 42. Diese zweite Lichtquelle 46 ist eine Ringleuchte, die um den Meßlichtweg herum angeordnet ist. Von der zweiten Lichtquelle 46 ausgesandtes Licht gelangt durch die Meßoptik 17 zu dem zu untersuchenden Objekt. Das Ablenkelement 18 ist als ein Strahlteiler-Würfel ausgebildet, der an seiner 45° Grenzschicht eine Reflexionsschicht 37 aufweist, die für Licht des nahen infraroten Spektralbereichs reflektierend wirkt und für Licht des sichtbaren Spektralbereichs durchlässig ist. Folglich wird das in 2 mit dem Pfeil 25 symbolisierte Licht für die CCD-Kamera 42 von ihm nicht abgelenkt, während Licht des nahen infraroten Spektralbereichs von dem Ablenkelement 18 zu der zu untersuchenden Oberfläche abgelenkt wird. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird das von der CCD-Kamera 42 erfaßte Licht des sichtbaren Spektralbereiches vom Grund eines Bohrlochs reflektiert.The measuring head 1 includes a second light source 46 for generating visible light for the CCD camera 42 , This second light source 46 is a ring light, which is arranged around the Meßlichtweg around. From the second light source 46 emitted light passes through the measuring optics 17 to the object to be examined. The deflection element 18 is formed as a beam splitter cube, which at its 45 ° boundary layer, a reflection layer 37 which is reflective to light of the near infrared spectral range and transparent to light of the visible spectral range. Consequently, the in 2 with the arrow 25 symbolized light for the CCD camera 42 not deflected by it while light of the near infrared spectral range from the deflector 18 is deflected to the surface to be examined. In the embodiment shown, that of the CCD camera 42 detected light of the visible spectral range from the bottom of a borehole reflected.

Das vom Grund des Bohrloches reflektierte sichtbare Licht gelangt durch das Ablenkelement 18 zurück in die Meßoptik 17 und wird über die Linse 11 dem Strahlteiler 13 zugeführt. Dort wird es über eine Linse 40 und einen Spiegel 41 auf eine CCD-Kamera 42 gelenkt. Zur Verbesserung der Bildqualität ist vor der CCD-Kamera 42 ein optisches Filter 44 angeordnet, das Licht aus dem nahen infraroten Spektralbereich abhält. Die CCD-Kamera 42 ist über ein Kabel 45 mit einer Bildverarbeitungseinheit verbunden, die Teil der im Basisteil 4 angeordneten Steuer- und Auswerteeinheit 6 ist.The visible light reflected from the bottom of the well passes through the deflector 18 back to the measuring optics 17 and is about the lens 11 the beam splitter 13 fed. There it will be over a lens 40 and a mirror 41 on a CCD camera 42 directed. To improve the picture quality is in front of the CCD camera 42 an optical filter 44 arranged, the light from the near infrared spectral range stops. The CCD camera 42 is over a cable 45 connected to an image processing unit, which is part of the base part 4 arranged control and evaluation 6 is.

Mittels der Bildverarbeitungseinheit werden aus dem von der CCD-Kamera 42 erfaßten Bild des Objektes Koordinaten zur Steuerung des Meßkopfes 1 gewonnen, insbesondere der Mittelpunkt eines zu untersuchenden Bohrloches bestimmt. Auf Basis dieser Daten kann die Meßsonde 3 zu diesem Mittelpunkt hingeführt werden. Auf diese Weise ist es leichter und schneller möglich, die Meßsonde 3 in ein Bohrloch einzuführen, da die Gefahr einer Beschädigung des Meßfühlers 3 durch eine Kollision mit dem Objekt vermieden wird.By means of the image processing unit are from the of the CCD camera 42 captured image of the object coordinates to control the measuring head 1 obtained, in particular the center of a borehole to be examined determined. Based on this data, the measuring probe 3 be led to this center. In this way, it is easier and faster possible, the probe 3 to introduce into a borehole, as the risk of damage to the probe 3 is avoided by a collision with the object.

Ein weiterer Vorteil der CCD-Kamera 42 liegt darin, daß das von ihr erfaßte Bild dazu genutzt werden kann, eine in der Praxis kaum vermeidbare Exzentrizität der rotierenden Meßsonde 3 zu erfassen und zu kalibrieren. Da das von der CCD-Kamera 42 erfaßte Licht von der Meßoptik 17 abgebildet wird und sichtbares Licht von dem Ablenkelement 18 allenfalls unwesentlich beeinflußt wird, macht sich eine Exzentrizität der rotierenden Meßsonde 3 darin bemerkbar, daß das sichtbare Licht von der Meßoptik 17 nicht in einen kreisförmigen Bereich, sondern in einen sich zyklisch bewegenden Bereich auf die zu untersuchende Oberfläche 19 abgebildet wird. Mittels der CCD-Kamera 42 kann auf diese Weise eine Exzentrizität der rotierenden Meßsonde 3 erfaßt und beim Ermitteln einer Ortsinformation über die zu untersuchende Oberfläche 19 berücksichtigt werden.Another advantage of the CCD camera 42 lies in the fact that the image captured by her can be used to a practically unavoidable eccentricity of the rotating probe 3 to capture and calibrate. Because of the CCD camera 42 detected light from the measuring optics 17 and visible light from the deflector 18 is influenced at most insignificantly, makes an eccentricity of the rotating probe 3 noticeable in that the visible light from the measuring optics 17 not in a circular area, but in a cyclically moving area on the surface to be examined 19 is shown. By means of the CCD camera 42 can in this way an eccentricity of the rotating probe 3 detected and in determining a location information about the surface to be examined 19 be taken into account.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Meßsonde 3. Wie im Vorhergehenden erläutert wurde, sind die wesentlichen Elemente der Meßsonde 3 die Staboptik 17 und das Ablenkelement 18. Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Ablenkelement 18 als Strahlteiler ausgeführt, der mit einem im nahen infraroten Spektralbereich wirksamen Spiegel 38 kombiniert ist. Dieser Strahlteiler weist eine Reflexionsschicht 37 auf, die für Licht des nahen infraroten Spektralbereichs halb durchlässig ist. Auf diese Weise wird das aus der Meßoptik 17 austretende Meßlicht 23 in zwei entgegengesetzt verlaufende Teilstrahlen 23b und 23c aufgeteilt, so daß gleichzeitig zwei gegenüberliegende lichtreflektierende Stellen 7, 8 eines Bohrlochs abgetastet werden können. 5 shows a further embodiment of a measuring probe 3 , As explained above, the essential elements of the probe are 3 the rod optics 17 and the deflector 18 , At the in 5 The embodiment shown is the deflection element 18 designed as a beam splitter having an effective in the near infrared spectral range mirror 38 combined. This beam splitter has a reflection layer 37 which is semi-transmissive to light of the near infrared spectral range. In this way, that is from the measuring optics 17 emerging measuring light 23 in two opposite partial beams 23b and 23c divided, so that at the same time two opposite light-reflecting points 7 . 8th a borehole can be scanned.

Mittels des als Strahlteiler ausgebildeten Ablenkelements 18 werden zwei Meßlichtwege geschaffen, die sich geringfügig unterscheiden. Auf einem ersten Meßlichtweg wird der erste Teilstrahl des Meßlichts nämlich sofort von der Reflexionsschicht 37 des Ablenkelements 18 um 90° abgelenkt und der zu untersuchenden Oberfläche 19 zugeführt. Auf dem zweiten Meßlichtweg tritt der zweite Teilstrahl des Meßlichts zunächst durch die Reflexionsschicht 37 hindurch, wird dann von dem Spiegel 38 reflektiert und nach erneutem Eintritt in den Strahlteiler von der Reflexionsschicht 37 reflektiert und der zweiten lichtreflektierenden Stelle 8 der zu untersuchenden Oberfläche 19 zugeführt. Von der Oberfläche 19 reflektiertes Meßlicht gelangt über die beiden beschriebenen Meßlichtwege wieder zurück zu der Meßoptik 17 und von dort zu dem Detektor 35. Der Spiegel 38 ist bevorzugt leicht gewölbt, damit die beiden Fokusbereiche 27 jeweils denselben Abstand zu dem Ablenkelement 18 haben.By means of the deflector formed as a beam splitter 18 Two measuring light paths are created, which differ slightly. Namely, on a first measuring light path, the first partial beam of the measuring light is instantaneously from the reflection layer 37 the deflecting element 18 deflected by 90 ° and the surface to be examined 19 fed. On the second measuring light path, the second partial beam of the measuring light first passes through the reflection layer 37 through, then from the mirror 38 reflected and after re-entry into the beam splitter of the reflection layer 37 reflected and the second light-reflecting point 8th the surface to be examined 19 fed. From the surface 19 reflected measuring light passes through the two measuring light paths described back to the measuring optics 17 and from there to the detector 35 , The mirror 38 is preferably slightly curved, so that the two focus areas 27 each the same distance to the deflection 18 to have.

Der durch die Anordnung des Strahlteilers 37 und des Spiegels 38 bedingten Weglängenunterschied der beiden Meßlichtwege ist aus den Abmessungen der Meßsonde 3 bekannt. Der übrige Weglängenunterschied der beiden Meßlichtwege hängt davon ab, wie genau der Meßfühler 3 im Mittelpunkt des Bohrloches sitzt. Mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 6 kann (beispielsweise gemäß der WO 03/073041) für jeden der beiden Meßlichtwege und damit für die beiden gegenüberliegenden lichtreflektierenden Stellen 7, 8 der zu untersuchenden Oberflächen 19 jeweils eine Abstandsinformation gewonnen werden.The by the arrangement of the beam splitter 37 and the mirror 38 conditional path length difference of the two Meßlichtwege is from the dimensions of the probe 3 known. The remaining path length difference of the two measuring light paths depends on how exactly the sensor 3 sits in the center of the hole. By means of the control and evaluation unit 6 can (for example, according to WO 03/073041) for each of the two Meßlichtwege and thus for the two opposite light-reflecting points 7 . 8th the surfaces to be examined 19 in each case a distance information can be obtained.

Mit der in 5 gezeigten Meßsonde 3 kann folglich nicht nur die Geschwindigkeit erhöht werden, mit der ein Bohrloch untersucht werden kann, sondern es läßt sich auch unabhängig von der beschriebenen CCD-Kamera 42 eine mechanische Exzentrizität der Meßsonde 3 bestimmen und kompensieren. Wenn sich nämlich der Strahlteiler 37 in einer vom Mittelpunkt des Bohrlochs abweichenden Position befindet, ist der Abstand der gegenüberliegenden lichtreflektierenden Stellen 7, 8 der zu untersuchenden Oberfläche 19 zum Strahlteiler 37 unterschiedlich. Dieser Unterschied wird über die in der Steuer- und Auswerteeinheit 6 gewonnene Abstandsinformation ermittelt und kann zum Kompensieren der Exzentrizitäten genutzt werden. Insbesondere läßt sich auf diese Weise die Präzision, mit der ein Durchmesser des Bohrlochs ermittelt werden kann, erhöhen.With the in 5 shown measuring probe 3 Consequently, not only can the speed at which a borehole be examined be increased, but it can also be independent of the described CCD camera 42 a mechanical eccentricity of the probe 3 determine and compensate. If, in fact, the beam splitter 37 is located in a deviating from the center of the wellbore position, the distance between the opposite light-reflecting points 7 . 8th the surface to be examined 19 to the beam splitter 37 differently. This difference is made over in the control and evaluation unit 6 obtained distance information is determined and can be used to compensate for the eccentricities. In particular, in this way the precision with which a diameter of the borehole can be determined can be increased.

Bei einer geeigneten Ausgestaltung der Reflexionsschicht 37 ist es möglich, zwei Wellenlängen gleichzeitig zur Niederkohärenz-interferometrischen Abtastung verschiedener Oberflächenpunkte zu nutzen. Dazu ist die Reflexionsschicht 37 für Licht eines ersten Wellenlängenbereichs, beispielsweise um 830 nm, halb durchlässig und für Licht eines zweiten Wellenlängenbereiches, beispielsweise um 1.300 nm, durchlässig. In der Steuer- und Auswerteeinheit 6 lassen sich diese beiden Wellenlängenbereiche trennen und daraus verschiedene Niederkohärenz-interferometrische Signale erzeugen und auswerten. Während das Meßlicht im Bereich des ersten Wellenlängenbereichs durch den im vorhergehenden beschriebenen Strahlverlauf eine Information über Wände des Bohrlochs vermittelt, kann mit dem Meßlicht des zweiten Wellenlängenbereichs der Grund eines Bohrlochs untersucht werden. Dabei ist es insbesondere auch möglich, hinter dem ersten Ablenkelement 18 ein weiteres Ablenkelement (nicht gezeigt) anzuordnen, mit dem Licht des zweiten Wellenlängenbereichs um einen Winkel zwischen 0° und fast 180°, bevorzugt 90°, abgelenkt und so ebenfalls zur Untersuchung der Wände des Bohrlochs genutzt werden kann. Auf diese Weise können gleichzeitig benachbarte lichtreflektierende Stellen der Oberfläche 19 untersucht werden.In a suitable embodiment of the reflection layer 37 For example, it is possible to use two wavelengths simultaneously for low-coherence interferometric scanning of different surface points. This is the reflection layer 37 for light of a first wavelength range, for example around 830 nm, semi-transmissive and transparent for light of a second wavelength range, for example around 1300 nm. In the control and evaluation unit 6 These two wavelength ranges can be separated and used to generate and evaluate various low-coherence interferometric signals. While the measuring light in the region of the first wavelength range conveys information about walls of the borehole through the beam path described above, the ground of a borehole can be investigated with the measuring light of the second wavelength range. It is also possible in particular behind the first deflecting element 18 another deflector (not shown) to be arranged, with the light of the second wavelength range by an angle between 0 ° and almost 180 °, preferably 90 ° deflected and so can also be used to study the walls of the borehole. In this way, simultaneously adjacent light-reflecting points of the surface 19 to be examined.

Um die Geschwindigkeit, mit welcher eine Oberfläche 19 untersucht werden kann, weiter zu erhöhen, können – wie in 6 dargestellt – mehrere voneinander beabstandete Meßlichtquellen 30 verwendet werden. Die Meßlichtquellen 30 sind beispielsweise mittels eines parallelen Lichtleitfaser-Arrays entlang einer Linie angeordnet. Über eine rotierende Zusatzoptik 50 werden Meßlichtquellen 30 von der ebenfalls rotierenden Meßoptik 17 stets winkelrichtig auf die Innenfläche eines Bohrlochs übertragen.To the speed with which a surface 19 can be studied, further increase, as in 6 shown - a plurality of spaced measuring light sources 30 be used. The measuring light sources 30 are arranged along a line, for example, by means of a parallel optical fiber array. Via a rotating additional optics 50 become measuring light sources 30 from the likewise rotating measuring optics 17 always transmitted with the correct angle to the inner surface of a borehole.

In dem Basisteil 4 ist für jede einzelne der Meßlichtquellen 30 ein eigener Detektor 35 oder ein Detektorelement eines gemeinsamen Detektors 35 vorgesehen. Auf diese Weise läßt sich bei Verwendung von drei Meßlichtquellen 30 eine Oberfläche 19 dreimal so schnell untersuchen. Selbstverständlich ist die Anzahl der verwendeten Meßlichtquellen 30 aber nicht notwendigerweise auf drei beschränkt.In the base part 4 is for each of the measuring light sources 30 a separate detector 35 or a detector element of a common detector 35 intended. In this way can be when using three Meßlichtquellen 30 a surface 19 examine three times as fast. Of course, the number of measuring light sources used 30 but not necessarily limited to three.

Die Zusatzoptik 50 ist als Prisma mit einer ungeraden Anzahl von Reflexionen, beispielsweise als Dove-Prisma oder ein Schmidt-Pechan-Prisma ausgebildet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Zusatzoptik 50 als kegelstumpfförmiges Dove-Prisma ausgeführt, das mittels eines Motors 51 um dieselbe geometrische Achse wie die Meßsonde 3 rotierbar ist. Wie man anhand des gezeigten Strahlengangs des Meßlichts durch das Dove-Prisma 50 erkennt, wird von der Linse 11 kommendes Meßlicht bei Eintritt in das Prisma 50 dessen Basisfläche 52 zugeführt und dort reflektiert, so daß es zur Seite 53 austritt. Rotiert das Dove-Prisma 50 um dieselbe Achse wie die Meßoptik 17 der Meßsonde 3 mit der halben Umdrehungsgeschwindigkeit der Meßoptik 17, so werden die entlang einer Linie angeordneten Meßlichtquellen 30 stets winkelrichtig auf die zu untersuchende Oberfläche 19 eines Bohrlochs projiziert.The additional optics 50 is designed as a prism with an odd number of reflections, such as a Dove prism or a Schmidt-Pechan prism. In the embodiment shown, the additional optics 50 executed as a frustoconical Dove prism, by means of a motor 51 around the same geometric axis as the probe 3 is rotatable. As can be seen from the beam path of the measuring light through the Dove prism 50 recognizes, is from the lens 11 incoming measuring light when entering the prism 50 its base area 52 fed and reflected there, leaving it to the side 53 exit. Rotates the dove prism 50 around the same axis as the measuring optics 17 the measuring probe 3 with half the rotational speed of the measuring optics 17 , so are the measurement light sources arranged along a line 30 always at the right angle to the surface to be examined 19 projected a borehole.

11
Meßkopfmeasuring head
22
StrahlteilereinheitBeam splitter
33
Meßsondeprobe
44
Basiseinheitbase unit
55
Lichtleitfaseroptical fiber
66
Steuer- und AuswerteeinheitTax- and evaluation unit
77
lichtreflektierende Stellereflective Job
88th
lichtreflektierende Stellereflective Job
99
AbtastgeradeAbtastgerade
1010
Linselens
1111
Linselens
1212
Linselens
1313
Strahlteilerbeamsplitter
1414
Spiegelmirror
1515
Referenzoptikreference optics
1616
Referenzreflektorreference reflector
1717
Meßoptikmeasurement optics
1818
Ablenkelementdeflector
1919
Oberflächesurface
19a19a
lichtreflektierende Stellereflective Job
2020
Antriebdrive
2121
Aktuatoractuator
2222
Referenzlichtwegreference light
2323
Meßlichtwegmeasuring light path
23a23a
Meßlichtstrahlmeasuring light beam
2424
Referenzpunktreference point
2525
CCD-LichtCCD light
2727
Fokusbereichfocus area
2828
Zentrum des Fokusbereichescenter of the focus area
2929
Feinabtastbereichfine-scan
3030
Meßlichtquellemeasuring light source
3131
Linselens
3232
Lichtleitfaseroptical fiber
3333
Verzweigersplitter
3434
WellenlängenselektionseinrichtungWavelength selection means
3535
Detektordetector
3636
Bohrlochwell
3737
Reflexionsschichtreflective layer
3838
Spiegelmirror
4040
Linselens
4141
Spiegelmirror
4242
CCD-KameraCCD camera
4444
Filterfilter
4545
Kabelelectric wire
4646
Lichtquellelight source
5050
Zusatzoptikadditional optics
5151
Motorengine
5252
Basisflächefootprint
5353
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Claims (32)

Niederkohärenz-interferometrisches Verfahren zur lichtoptischen Abtastung einer Oberfläche (19) eines Objektes, insbesondere einer gekrümmten Oberfläche, mittels eines auf die Oberfläche gerichteten Meßlichtstrahls (23a) und eines Kurzkohärenz-Interferometers, das eine kurzkohärente Meßlichtquelle (30), einen Referenzreflektor (16), eine Meßoptik (17), einen Detektor (35) und eine mit dem Detektor (35) verbundenen Steuer- und Auswerteeinheit (6) umfaßt, bei welchem durch Bewegung des Meßlichtstrahls (23a) relativ zu der Oberfläche unterschiedliche Lateralabtastpositionen eingestellt werden, bei denen der Meßlichtstrahl (23a) auf unterschiedliche lichtreflektierende Stellen (19a) der Oberfläche auftrifft, zur Bestimmung einer Abstandsinformation über die jeweils von dem Meßlichtstrahl beleuchtete Stelle (19a) der Oberfläche Longitudinal-Abtastschritte durchgeführt werden, bei denen eine Übereinstimmung einer entlang einer quer zu der Oberfläche verlaufenden Abtastlinie veränderlichen Abtastposition mit der Position einer lichtreflektierenden Stelle (19a) an der Oberfläche (19) des Objektes detektiert wird, wobei – das von der Meßlichtquelle (30) ausgehende Licht mittels eines Strahlteilers (13) auf einen Meßlichtweg (23) und einen Referenzlichtweg (21) aufgeteilt wird, – ein erster Teil des Lichtes als fokusierter Meßlichtstrahl (23a) auf das Objekt gestrahlt und an der lichtreflektierenden Stelle (19a) reflektiert wird, – ein zweiter Teil des Lichtes als Referenzlicht auf den Referenzreflektor (16) gestrahlt und dort reflektiert wird, und – das reflektierte Meßlicht und das reflektierte Referenzlicht an einer Strahlzusammenführung so zusammengeführt werden, daß das resultierende Detektionslicht beim Auftreffen auf den Detektor (35) ein Interferenzsignal erzeugt, das eine Information über die Stärke der Reflexion des Meßlichtes in Abhängigkeit von der jeweils eingestellten Longitudinal-Abtastposition enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßlichtstrahl (23a) mittels einer Meßoptik (17), die eine numerische Apertur von nicht mehr als 0,3 hat, in einen sich in Abtastrichtung um einen Zentralpunkt (28) erstreckenden Fokusbereich (27) fokussiert wird, und die Abtastposition unter Kontrolle der Steuer- und Auswerteeinheit (6) entlang der Abtastlinie innerhalb eines Feinabtastbereiches (29) variiert wird, der mindestens teilweise mit dem Fokusbereich (27) übereinstimmt.Low-coherence interferometric method for light-optical scanning of a surface ( 19 ) of an object, in particular a curved surface, by means of a measuring light beam directed onto the surface ( 23a ) and a short-coherence interferometer, which is a short-coherent measuring light source ( 30 ), a reference reflector ( 16 ), a measuring optics ( 17 ), a detector ( 35 ) and one with the detector ( 35 ) connected control and evaluation unit ( 6 ), in which by movement of the measuring light beam ( 23a ) are adjusted relative to the surface different Lateralabtastpositionen in which the Meßlichtstrahl ( 23a ) to different light-reflecting sites ( 19a ) impinges on the surface, for determining a distance information about the respectively illuminated by the Meßlichtstrahl body ( 19a ) surface longitudinal scanning steps are carried out, in which a match of a along a transverse to the surface scan line changing scanning position with the position of a light-reflecting point ( 19a ) on the surface ( 19 ) of the object is detected, wherein - that of the measuring light source ( 30 ) outgoing light by means of a beam splitter ( 13 ) on a Meßlichtweg ( 23 ) and a reference light path ( 21 ), - a first part of the light as a focused measuring light beam ( 23a ) is irradiated on the object and at the light-reflecting point ( 19a ), - a second part of the light as reference light on the reference reflector ( 16 ) and reflected there, and - the reflected measuring light and the reflected reference light are combined at a beam merger so that the resulting detection light when hitting the detector ( 35 ) generates an interference signal which contains information about the strength of the reflection of the measuring light as a function of the respectively set longitudinal scanning position, characterized in that the measuring light beam ( 23a ) by means of a measuring optics ( 17 ) having a numerical aperture of not more than 0.3, in a scanning direction about a central point ( 28 ) extending focus area ( 27 ) and the scanning position under control of the control and evaluation unit ( 6 ) along the scan line within a fine scan area (FIG. 29 ) that is at least partially aligned with the focus area ( 27 ) matches. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Änderung der Lateralabtastposition zur Anpassung an die Form der Oberfläche eine Abtastungsgrobeinstellung stattfindet, bei der der Feinabtastbereich (29) und der Fokusbereich (27) mittels der Steuer- und Auswerteeinheit (6) gleichgerichtet koaxial mit dem Meßlichtstrahl verschoben werden.Method according to Claim 1, characterized in that, when the lateral scanning position is changed in order to adapt to the shape of the surface, a scanning coarse adjustment takes place in which the fine scanning region ( 29 ) and the focus area ( 27 ) by means of the control and evaluation unit ( 6 ) are rectilinearly moved coaxially with the Meßlichtstrahl. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abtastungsgrobeinstellung das Zentrum (Q0) des Feinabtastbereiches einen konstanten Abstand zu dem Zentrum (F0) des Fokusbereichs (27) hat, vorzugsweise mit dem Zentrum (F0) des Fokusbereichs (27) übereinstimmt.Method according to Claim 2, characterized in that, in the case of sample coarse adjustment, the center (Q 0 ) of the fine scanning region is at a constant distance from the center (F 0 ) of the focal region (F 0 ). 27 ), preferably with the center (F 0 ) of the focus area ( 27 ) matches. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abtastungsgrobeinstellung die Position des Fokusbereichs (27) unter Kontrolle der Steuer- und Auswerteeinheit (6) unter Verwendung einer vorgegebenen Sollkurve verschoben wird.Method according to one of Claims 2 or 3, characterized in that, in the case of the sample coarse adjustment, the position of the focus area ( 27 ) under control of the control and evaluation unit ( 6 ) is shifted using a predetermined target curve. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von der vorgegebenen Sollkurve abgewichen wird, wenn die Longitudinal-Abtastung ergibt, daß der Abstand des Zentrums (F0) des Fokusbereichs (27) von der Oberfläche (19) einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.Method according to Claim 4, characterized in that deviations from the predetermined setpoint curve are produced, if the longitudinal scanning results in the distance of the center (F 0 ) of the focus area ( 27 ) from the surface ( 19 ) exceeds a predetermined limit. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abtastungsgrobeinstellung die bei mindestens einem vorausgehenden Longitudinal-Abtastschritt gewonnene Abstandsinformation zum Steuern der Verschiebung des Fokusbereiches (27) genutzt wird.Method according to one of Claims 2 to 5, characterized in that, in the case of the sample coarse adjustment, the distance information obtained in at least one preceding longitudinal scanning step is used to control the shift of the focus range ( 27 ) is being used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßlicht zwischen der Meßoptik (17) und der Oberfläche (19) ein Ablenkelement (18) durchläuft, durch welches es, vorzugsweise um 90°, in Richtung auf die Oberfläche abgelenkt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring light between the measuring optics ( 17 ) and the surface ( 19 ) a deflecting element ( 18 ), through which it is deflected, preferably by 90 °, in the direction of the surface. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkelement (18) ein Prisma ist.Method according to claim 7, characterized in that the deflecting element ( 18 ) is a prism. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkelement (18) mittels eines Antriebes (20) rotiert wird, um den Meßlichtstrahl (23a) auf einen ringförmigen Bereich der Oberfläche (19) der Probe zu richten.Method according to one of claims 7 or 8, characterized in that the deflection element ( 18 ) by means of a drive ( 20 ) is rotated to the measuring light beam ( 23a ) on an annular area of the surface ( 19 ) of the sample. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkelement (18) das Meßlicht in zwei Teilstrahlen aufteilt, die in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt werden.Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the deflection element ( 18 ) divides the measuring light into two partial beams, which are deflected in opposite directions. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkelement (18) ein Strahlteiler ist.Method according to one of claims 7 to 10, characterized in that the deflection element ( 18 ) is a beam splitter. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß, der Meßlichtstrahl in Teilstrahlen verschiedener Wellenlängenbereiche aufgeteilt wird, die Teilstrahlen verschiedenen lichtreflektierenden Stellen der Oberfläche zugeführt werden, die reflektierten Teilstrahlen gemeinsam mit dem Referenzlicht zusammengeführt werden, und für jeden der verschiedenen Wellenlängenbereiche ein Niederkohärenz-Interferenzsignal erzeugt und von der Steuer- und Auswerteeinheit (6) ausgewertet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring light beam is divided into partial beams of different wavelength ranges, the partial beams are supplied to different light-reflecting points of the surface, the reflected partial beams are combined together with the reference light, and a low-coherence interference signal for each of the different wavelength ranges generated by the control and evaluation unit ( 6 ) is evaluated. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß, die beiden Teilstrahlen jeweils durch ein Ablenkelement (18) in Richtung auf die Oberfläche (19) abgelenkt werden, vorzugsweise um 90° abgelenkt werden.Method according to Claim 12, characterized in that the two partial beams are each guided by a deflection element ( 18 ) towards the surface ( 19 ) are deflected, preferably deflected by 90 °. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektionslicht mittels einer variablen Wellenlängenselektionseinrichtung (34) in Abhängigkeit von seiner Wellenlänge derartig selektiert wird, daß zu dem Detektor (35) selektiv bevorzugt Licht mit Wellenlängen gelangt, die einer vorbestimmten Folge von Wellenzahlen entsprechen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the detection light is detected by means of a variable wavelength selection device ( 34 ) is selected in dependence on its wavelength in such a way that to the detector ( 35 ) selectively reaches light having wavelengths corresponding to a predetermined sequence of wavenumbers. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Kurzkohärenz-Interferometer, das eine kurzkohärente Meßlichtquelle (30), einen Referenzreflektor (16), einen Strahlteiler (13), eine Meßoptik (17), einen Detektor (35) und eine mit dem Detektor (35) verbundenen Steuer- und -Auswerteeinheit (6) umfaßt, und einer Steuer- und Auswerteeinheit (6) zur Steuerung der zur Einstellung unterschiedlicher Lateralabtastpositionen erforderlichen Relativbewegung des Meßlichtstrahls relativ zu der Oberfläche und zur Steuerung der Longitudinalabtastung, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßoptik eine numerische Apertur von nicht mehr als 0,3 hat, so daß das Meßlicht in einen sich in Abtastrichtung um einen Zentralpunkt (28) erstreckenden Fokusbereich (27) fokussiert wird, und die Steuer- und Auswerteeinheit (6) eine Feinabtastung steuert, bei der die Abtastposition entlang der Abtastlinie innerhalb eines Feinabtastbereiches variiert wird, der ein Teilbereich des Fokusbereiches ist.Apparatus for carrying out the method according to one of the preceding claims with a short-coherence interferometer, which has a short-coherent measuring light source ( 30 ), a reference reflector ( 16 ), a beam splitter ( 13 ), a measuring optics ( 17 ), a detector ( 35 ) and one with the detector ( 35 ) associated control and evaluation unit ( 6 ), and a control and evaluation unit ( 6 ) for controlling the relative movement of the measuring light beam relative to the surface and for controlling the longitudinal scanning required for setting different lateral scanning positions, characterized in that the measuring optics have a numerical aperture of not more than 0.3 so that the measuring light is in a scanning direction in the scanning direction a central point ( 28 ) extending focus area ( 27 ), and the control and evaluation unit ( 6 ) controls a fine scan in which the scan position along the scan line is varied within a fine scan area which is a partial area of the focus area. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßoptik (17) eine Staboptik ist.Apparatus according to claim 15, characterized in that the measuring optics ( 17 ) is a rod optics. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßoptik (17) eine GRIN-Linse einschließt.Apparatus according to claim 16, characterized in that the measuring optics ( 17 ) includes a GRIN lens. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßoptik (17) eine numerische Apertur von mindestens 0,05 und höchstens 0,2 hat.Device according to one of claims 15 to 17, characterized in that the measuring optics ( 17 ) has a numerical aperture of at least 0.05 and at most 0.2. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtastungsgrobeinstellung der Abstand der Meßoptik (17) von dem Strahlteiler (13) veränderlich ist.Apparatus according to one of Claims 15 to 18, characterized in that the distance of the measuring optics ( 17 ) from the beam splitter ( 13 ) is changeable. Gerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (13) und der Referenzreflektor (16) an einer Strahlteilereinheit (2) befestigt sind, die zur Änderung des Abstandes, von der Meßoptik (17) relativ zu dieser verschiebbar ist.Apparatus according to claim 19, characterized in that the beam splitter ( 13 ) and the reference reflector ( 16 ) on a beam splitter unit ( 2 ), which are used to change the distance from the measuring optics ( 17 ) is displaceable relative to this. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßoptik (17) in eine dünne Meßsonde, vorzugsweise mit einem Durchmesser von weniger als 3 mm, besonders bevorzugt weniger als 1 mm, integriert ist.Device according to one of claims 15 to 20, characterized in that the measuring optics ( 17 ) is integrated into a thin measuring probe, preferably with a diameter of less than 3 mm, more preferably less than 1 mm. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (13), der Referenzreflektor (16) und die Meßoptik (17) in einem relativ zu der Probe beweglichen Meßkopf (1) angeordnet sind.Device according to one of claims 15 to 21, characterized in that the beam splitter ( 13 ), the reference reflector ( 16 ) and the measuring optics ( 17 ) in a relative to the sample movable measuring head ( 1 ) are arranged. Gerät nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerteeinheit (6) einen Motor steuert, mittels dem der Meßkopf (1) relativ zu dem Objekt beweglich ist.Device according to one of Claims 17 to 22, characterized in that the control and evaluation unit ( 6 ) controls a motor, by means of which the measuring head ( 1 ) is movable relative to the object. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 23; dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (1) eine CCD- Kamera (42) enthält, die ein Bild des Objektes erfaßt, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (6) mittels einer Bildverarbeitungseinheit aus dem Bild Koordinaten zur Steuerung des Meßkopfes (1) ermittelt.Apparatus according to any one of claims 15 to 23; characterized in that the measuring head ( 1 ) a CCD camera ( 42 ), which captures an image of the object, wherein the control and evaluation unit ( 6 ) by means of an image processing unit from the image coordinates for controlling the measuring head ( 1 ). Gerät nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das von der CCD-Kamera (42) erfaßte Bild von der Meßoptik (17) abgebildet wird.Apparatus according to claim 24, characterized in that the signal from the CCD camera ( 42 ) captured image of the measuring optics ( 17 ) is displayed. Gerät nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (35) und die CCD-Kamera (42) in unterschiedlichen spektralen Wellenlängenbereichen sensitiv sind.Apparatus according to one of claims 24 or 25, characterized in that the detector ( 35 ) and the CCD camera ( 42 ) are sensitive in different spectral wavelength ranges. Gerät nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die CCD-Kamera (42) für Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich sensitiv ist.Apparatus according to claim 26, characterized in that the CCD camera ( 42 ) is sensitive to light from the visible spectral range. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (35) für Licht aus dem infraroten, insbesondere dem nahen infraroten Spektralbereich sensitiv ist.Device according to one of Claims 15 to 27, characterized in that the detector ( 35 ) is sensitive to light from the infrared, in particular the near infrared spectral range. Gerät nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Lichtquelle (46) zum Erzeugen des von der CCD-Kamera (42) erfaßten Lichtes vorgesehen ist.Device according to one of Claims 24 to 28, characterized in that a second light source ( 46 ) for generating the from the CCD camera ( 42 ) detected light is provided. Gerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lichtquelle (46) eine Ringleuchte ist, die im Meßkopf (1) um den Meßlichtweg herum angeordnet ist.Apparatus according to claim 29, characterized in that the second light source ( 46 ) is a ring light in the measuring head ( 1 ) is arranged around the Meßlichtweg around. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 30; dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere kurzkohärente Meßlichtquellen (30) aufweist, die Licht zum Erzeugen eines Interferenz-Signals aussenden, wobei eine Zusatzoptik (50) diese Meßlichtquellen (30) über die Meßoptik (17) entlang einer Linie auf die zu untersuchende Oberfläche (19) abbildet.Apparatus according to any of claims 15 to 30; characterized in that it comprises a plurality of short-coherent measuring light sources ( 30 ), which emit light for generating an interference signal, wherein an additional optics ( 50 ) these measuring light sources ( 30 ) via the measuring optics ( 17 ) along a line on the surface to be examined ( 19 ) maps. Gerät nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzoptik (50) ein Prisma mit einer ungeraden Anzahl von Reflexionen, vorzugsweise ein Dove-Prisma oder ein Schmidt-Pechan-Prisma, enthält, das mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit rotierbar ist, die halb so groß, wie die Umdrehungsgeschwindigkeit der Meßoptik (17) ist.Apparatus according to claim 31, characterized in that the additional optics ( 50 ) comprises a prism having an odd number of reflections, preferably a dove prism or a Schmidt-Pechan prism, which is rotatable at a rotational speed which is half as great as the rotational speed of the measuring optics ( 17 ).
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