DE102006015387A1

DE102006015387A1 - Interferometrische Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102006015387A1
Application number: DE102006015387A
Authority: DE
Inventors: Marco Hering; Walter Happold; Sven Frieder Herrmann; Christian Knoll; Wolfgang Osten; Klaus Koerner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2007-10-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine interferometrische Messvorrichtung für die Vermessung der Oberfläche (6.1) oder des Volumens eines Messobjektes (6) auf der Basis der Weißlicht-Interferometrie mit einer kurzkohärenten Lichtquelle (1), deren Strahlung über einen Eingangsstrahlengang einem Strahlteiler (7.1) zugeführt ist und mittels desselben in einen über einen Objektarm zu der Oberfläche (6.1) geführten Objektstrahl und in einen über einen Referenzarm zu einer Referenz (6.2) geführten Referenzstrahl aufgeteilt wird, wonach der von der Oberfläche (6.1) reflektierte Objektstrahl und der von der Referenz (6.2) reflektierte Referenzstrahl zum Bilden eines Interferenzmusters zur Interferenz gebracht, das gebildete Interferogramm in einer Beobachtungsebene (F9.1) mittels einer Sensoranordnung (10.1) erfasst und in einer Auswerteeinrichtung einer Bestimmung der Oberflächentopografie unterzogen wird. Ein schnelles, genaues Vermessen von Höhenprofilen insbesondere rauer Oberflächen wird dadurch erreicht, dass die Lichtquelle und/oder ein ihr nachgeordneter optischer Aufbau in dem Eingangsstrahlengang zum Erzeugen einer im Querschnitt zur optischen Achse - in y-Richtung - linienhaft in Form eines schmalen Streifens ausgedehnten Strahlung ausgebildet ist/sind, die über die - in x-Richtung verlaufende - Linienbreite räumlich kohärent ist, und dass der Objektarm und der Referenzarm zur linienhaften Fokussierung des Objektstrahls auf der Oberfläche (6.1) einerseits und der ...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf eine interferometrische Messvorrichtung für die Vermessung der Oberfläche oder des Volumens eines Messobjektes auf der Basis der Weißlicht-Interferometrie mit einer kurzkohärenten Lichtquelle, deren Strahlung über einen Eingangsstrahlengang einem Strahlteiler zugeführt ist und mittels desselben in einen über einen Objektarm zu der Oberfläche geführten Objektstrahl und in einen über einen Referenzarm zu einer Referenz geführten Referenzstrahl aufgeteilt wird, wonach der von der Oberfläche reflektierte Objektstrahl und der von der Referenz reflektierte Referenzstrahl zum Bilden eines Interferenzmusters zur Interferenz gebracht, das gebildete Interferogramm in einer Beobachtungsebene mittels einer Sensoranordnung erfasst und in einer Auswerteeinrichtung einer Bestimmung der Oberflächentopografie unterzogen wird.
Eine derartige interferometrische Messvorrichtung für die Vermessung der Oberfläche eines Objekts auf der Basis der Weißlicht-Interferometrie ist in der DE 10 2004 017 232 A1 angegeben. Bei dieser bekannten interferometrischen Messvorrichtung wird, wie bei der Weißlicht-Interferometrie üblich, ein Eingangsstrahl in einen über einen Objektarm zu dem Objekt geführten Objektstrahl und einen über einen Referenzarm zu einer Referenz geführten Referenzstrahl aufgeteilt, wonach der reflektierte Objektstrahl und der reflektierte Referenzstrahl zur Interferenz gebracht, das Interferenzmuster bzw. Interferogramm mittels einer flächenhaften Sensoranordnung erfasst und in einer Auswerteeinrichtung zum Bestimmen der dreidimensionalen Oberflächenstruktur ausgewertet wird. Die Lichtquelle gibt dabei, wie bei der Weißlicht-Interferometrie üblich, eine zeitlich kurzkohärente Strahlung ab, so dass Interferenzen nur innerhalb der entsprechend begrenzten Kohärenzlänge auftreten. Die Abtastung der Oberfläche in Tiefenrichtung erfolgt mittels einer relativen Änderung der optischen Weglänge zwischen Objektarm und Referenzarm, wobei die Position des Interferogramms, d.h. die Lage in Abhängigkeit des Gangunterschieds zwischen Referenzstrahl und Objektstrahl die Höheninformation an dem betreffenden Punkt der Objektoberfläche beinhaltet, die z.B. durch Erfassen des Interferenzmaximums detektiert wird. Eine Schwierigkeit bei einer derartigen Tiefenabtastung besteht darin, dass während der Tiefenabtastung ein Bildstapel erstellt wird, der dem jeweiligen Gangunterschied genau und eindeutig zugeordnet werden muss, wodurch sich z.B. Messungen (an umlaufenden Schweißnähten zylinderförmiger Objekte oder) an bewegten Messobjekten als schwierig oder nicht durchführbar erweisen können. Ebenso gestaltet sich die Messung an nicht-planen Oberflächen schwierig, da – aufgrund des flächig messenden Verfahrens – eine Serie von Einzelmessungen durchgeführt und die ermittelten Topographien aneinander gesetzt werden müssen. Außerdem ist die Anordnung insbesondere bei runden Oberflächen als ungünstig anzusehen, da in weiten Bereichen aufgrund der Oberflächenneigung viel Licht von der Auswerteeinrichtung weggestreut wird und somit verloren geht.
Grundlegende Arbeiten zu verschiedenen Aspekten der Weißlicht-Interferometrie (WLI) und weißlichtinterferometrischen Messvorrichtungen betreffen die konventionelle, scannende Weißlicht-Interferometrie (L. Deck, and P. de Groot, High-speed noncontact profiler based on scanning whitelight interferometry, Appl. Opt. 33, 7334-7338 (1994); T. Dresel, G. Häusler, and H. Venzke, Threedimensional sensing of rough surfaces by coherence radar, Appl. Opt. 31, 919-925 (1992); A.F. Zuluaga and R. Richards-Kortum, Spatially resolved spectral interferometry for determination of subsurface structure, Opt. Lett. 24, 519-521 (1999); nicht-scannende WL-Punktsensoren (J. Schwider and L. Zhou, Dispersive interferometric profiler, Opt. Lett. 19, 995-997 (1994); T.E. Carlsson and B. Nillson, Measurement of distance to diffuse surfaces using non scanning coherence radar, J. Opt. 29, 146-151 (1998); C. Bosbach, F. Depriereux, T. Pfeifer and B. Michelt, Fiber-optic interferometer for absolute distance measurement with high measuring frequency, Proc. SPIE 4900, 408-415 (2002); R.H. Marshall, Y.N. Ning, X. Jiang, A.W. Palmer, B.T. Meggitt and K.T.V. Grattan, A Novel Electronically Scanned White Light Interferometer Using a Mach Zehnder Approach, Journal of Lightwave Technology 14, 397-402 (1996)) und nicht-scannende WL-Liniensensoren nicht auf rauen Oberflächen (M. Hart, D.Vass and M.L. Begbie, Fast surface profiling by spectral analysis of white light interferograms with fourier transform spectroscopy, Appl. Opt. 37, 1764-1769 (1998) sowie I. Zeylikovich, A. Gilerson and R.R. Alfano, Nonmechanical grating generated scanning coherence microscopy, Opt. Lett. 23, 1797-1799 (1998)). Ferner sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Weißlicht-Interferometrie in DE 41 08 944 A1 offenbart.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine interferometrische Messvorrichtung der eingangs angegebenen Art bereitzustellen, mit der bei robustem Aufbau eine schnelle und dabei hochgenaue Tiefenmessung an insbesondere auch optisch rauen Oberflächen durchgeführt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Lichtquelle und/oder ein ihr nachgeordneter optischer Aufbau in dem Eingangsstrahlengang zum Erzeugen einer im Querschnitt zur optischen Achse – in y-Richtung – linienhaft in Form eines schmalen Streifens ausgedehnten Strahlung ausgebildet ist/sind, die über die – in x-Richtung verlaufende – Linienbreite räumlich kohärent ist, und dass der Objektarm und der Referenzarm zur linienhaften Fokussierung des Objektstrahls auf der Oberfläche einerseits und der Referenz andererseits ausgebildet sind.
Auf diese Weise wird mittels der Sensoranordnung mit angeschlossener Auswerteeinrichtung der Abstand zum Messobjekt entlang einer Schnittlinie bestimmt. Zur Erlangung eines 3D-Profils (zweidimensionaler Datensatz mit Höhenwerten) kann das Messobjekt während des Messvorganges gegebenenfalls auch bewegt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, von einem Probenvolumen zwei- oder dreidimensionale Transparenz- oder Reflexionsprofile zu ermitteln. Zu einer zusammenfassenden Darstellung der optischen Kohärenz-Tomografie sei auf A.F. Fercher, W. Drexler, C.K. Hitzenberger and T. Lasser, Optical coherence tomography-principles and applications, Rep. Prog. Phys. 66, 239-303 (2003) verwiesen.
Dabei tragen zum Erzeugen eines eindeutig erfassbaren Interferogramms hohen Kontrasts wesentlich die Maßnahmen bei, dass die Brennlinien auf der Oberfläche und der Referenz bei rauer Oberfläche relativ zu entstehenden Speckles eines Specklemusters in in ihrer- in x-Richtung zeigenden – Breitenrichtung schmal sind, sowie ferner die Maßnahmen, dass der reflektierte Objektstrahl und der reflektierte Referenzstrahl mittels einer ihnen zugeordneten Optik soweit in x-Richtung aufgeweitet werden, dass in der Beobachtungsebene die Speckles entlang der x-Achse eine Ausdehnung besitzen, die größer ist als die Ausdehnung der Interferogramme in der x-Richtung.
Der Aufbau und die Auswertung werden dadurch begünstigt, dass die Wellenfronten des reflektierten Objektstrahls und des reflektierten Referenzstrahls vermittels einer Neigungsanordnung in der xz- Ebene um einen bestimmten Winkelversatz zueinander geneigt sind, sowie ferner dadurch, dass die Wellenfronten in der yz-Ebene parallel zueinander verlaufen.
Weiterhin tragen zum Erreichen eines hohen Interferenzkontrasts u.a. unter Vermeidung von Aberrationen die Maßnahmen bei, dass der zu vermessenden Oberfläche und der Referenz jeweils ein Prüfobjektiv gleichen Aufbaus in Linnik-Konfiguration zugeordnet ist.
Zur Optimierung der Beleuchtungs- und Abbildungseigenschaften und damit Messgenauigkeit tragen des Weiteren die Maßnahmen bei, dass das jeweilige Prüfobjektiv als Mikroskopobjektiv sowohl zur Beleuchtung als auch zur Abbildung der Oberfläche einerseits und der Referenz andererseits oder als Objektiv für eine makroskopische Abbildung ausgebildet sind.
Verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen zum Erzielen einer hinreichend hohen räumlichen Kohärenz über die Linienbreite bestehen darin, dass der der Lichtquelle nachgeordnete optische Aufbau in dem Eingangsstrahlengang als Zylinderoptik oder anderes anamorphotisches System oder als Spaltblende jeweils in der Gegenstandsebene einer abbildenden Anordnung zum Formen der linienhaften Strahlung bzw. Beleuchtung ausgebildet ist.
Für den Aufbau und die Funktion ist des Weiteren vorteilhaft, dass die abbildende Anordnung als Tubusobjektiv ausgebildet ist.
Die Einstell- und Justiermöglichkeiten werden dadurch begünstigt, dass die Neigungsanordnung eine im Strahlengang des reflektierten Referenzstrahls angeordnete, definiert verstellbare Umlenkeinheit zum Bewirken des Winkelversatzes aufweist. Ebenso kann mit dieser Umlenkeinheit verhindert werden, dass Referenz- und Objektstrahl in der Beobachtungsebene lateral zueinander versetzt sind.
Vorteilhafte Verwendungen der interferometrischen Messvorrichtung bestehen darin, dass sie zur Vermessung eines längserstreckten oder (z.. einer umlaufenden Schweißnaht eines) zylindrischen Körpers eingesetzt wird, wobei die x-Achse in Richtung der Längsachse des Körpers gerichtet ist und der zylindrische Körper gedreht wird.
Bevor die Erfindung anhand eines Aufbauspiels näher erläutert wird, werden nachfolgend zum Verständnis der Erfindung einige wesentliche Zusammenhänge und Ausführungsmöglichkeiten dargelegt.
Insbesondere bei optisch rauen Oberflächen werden bei der vorliegenden interferometrischen Messvorrichtung besondere Bedingungen der räumlichen Kohärenz und der statistischen Eigenschaften des resultierenden Speckle-Bildes in der Beobachtungsebene eingehalten.
Die räumliche Kohärenz zur Definition s. z.B. M. Born and E. Wolf Principles of Optics (Cambridge: University Press, 1999) 286-289) innerhalb einer „Auflösungszelle" ergibt die für eine genaue Tiefenmessung erforderliche Interferenz. Als Auflösungszelle soll das Gebiet auf der Oberfläche des Messobjektes oder gegebenenfalls im Volumen des Messobjektes bezeichnet werden, das physikalisch in die Bestimmung eines einzelnen Höhen- oder Abstandswertes einfließt und nicht mehr von umliegenden Bereichen getrennt werden kann. Bei der vorliegenden Messvorrichtung ist dies einerseits der Bereich, der durch die Ausdehnung (in x-Richtung) der beleuchtenden Strahlung auf dem Messobjekt gegeben ist und nicht über eine Optik weiter aufgelöst wird. Zum anderen (in y-Richtung) ist der Bereich durch die Auflösung der Optik gegeben. Durch den Einsatz einer fasergekoppelten Lichtquelle, z.B. einer Superlumineszenzdiode, oder einer anderen Quelle mit hinreichend geringer Ausdehnung kann die Auflösungszelle mit ausreichend hoher Kohärenz beleuchtet werden. Bei der vorliegenden interferometrischen Messvorrichtung besteht daher eine wesentliche Maßnahme darin, dass Beleuchtungs- und Abbildungsoptik dementsprechend aufeinander abgestimmt sind.
Ist die Ausdehnung der Speckles klein gegenüber der Ausdehnung des gebildeten Interferenzmusters bzw. des beobachteten Interferogramms, so verursachen die mit den Speckles verbundenen Intensitätsschwankungen wiederum Schwankungen im Kontrast des Interferogramms. Dieser Zusammenhang ist Büchern der Optik (z.B. M.Born and E. Wolf, Principles of Optics (Cambridge: University Press, 1999) 286-289) zu entnehmen, in denen Zwei-Strahl-Interferenz beschrieben ist. Die statistischen Eigenschaften, insbesondere die Statistik zweiter Ordnung, des Speckle-Feldes in der Beobachtungsebene sind in J.W. Goodman in Dainty (Ed.), Laser speckle and related phenomena, (Berlin; Springer Verlag, 1984) 9-75 und beispielsweise dem Fachartikel L. Leushake, and M. Kirchner, Threedimensional correlation coefficient of speckle intensity for rectangular and circular apertures, J. Opt. Soc. Am. A7, 827-832 (1990) abgehandelt, auf die hier verwiesen sei. Kann der Kontrast des Interferogramms nicht annähernd als konstant angenommen werden, so ist eine genaue Lagebestimmung des Interferogramms durch Methoden der Signal-Verarbeitung nicht möglich und die Bestimmung der Topographie ist insbesondere bei rauen Oberflächen mit einer großen Messunsicherheit überlagert.
Um den Einfluss von Specklen bei rauen Oberflächen zu verringern, ist die Optik so gestaltet, dass die Ausdehnung der Speckles entlang des räumlichen Phasenshiftes, d.h. entlang der Richtung, in die sich die Interferogramme erstrecken, größer als die räumliche Ausdehnung des Interferogramms selbst ist. Der räumliche Phasenshift wird dabei durch die Neigung oder Kippung der Referenzwellenfront relativ zu der Wellenfront des reflektierten Objektstrahls erzeugt, wodurch eine schnelle Tiefenabtastung bei einfachem Aufbau erzielt wird.
Sowohl dem Messobjekt als auch der Referenz bzw. Referenzfläche, die üblicherweise ein Spiegel ist, wird ein Prüfobjektiv zugeordnet, um die Anordnung eines Linnik-Interferometers zu realisieren. Das Prüfobjektiv kann ein Mikroskopobjektiv sein und dient dabei sowohl der Beleuchtung von Objekt- und Referenzoberfläche als auch der Abbildung derselben. Das Prüfobjektiv kann aber auch als ein Objektiv für die makroskopische Abbildung ausgebildet sein. Weiterhin kann in bekannter Weise im Strahlengang dem Prüfobjektiv ein Tubusobjektiv vorgeordnet sein.
Dem Tubusobjektiv wiederum ist eine spektralbreitbandige Quelle elektromagnetischer Strahlung vorgeordnet. Die Strahlung der Quelle, in der Regel eine Lichtquelle im sichtbaren oder nahen infraroten Spektralbereich, wird linienhaft geformt und auf das Messobjekt und die Referenz abgebildet. Unter breitbandig ist eine Lichtquelle zu verstehen, die eine Kohärenzlänge im Bereich von einigen μm hat, wie sie auch in der konventionellen WLI verwendet wird. Unter linienhaft ist hier eine Intensitätsverteilung der Lichtquelle zu verstehen, die entlang einer Raumrichtung in der Gegenstandsebene der zuvor beschriebenen abbildenden Anordnung ausgedehnt ist und in der Raumrichtung (Gegenstandsebene) senkrecht dazu sehr schmal ist. Eine solche linienhafte Strahlung kann in verschiedener Weise realisiert werden. Beispielsweise kann eine Punktlichtquelle über Zylinderoptiken oder andere anamorphotische Systeme zur Linie in der Gegenstandsebene der abbildenden Anordnung, also vor dem Tubusobjektiv, geformt werden. Oder eine Spaltblende in der Gegenstandsebene wird mit einer ausgedehnten Lichtquelle beleuchtet. Oder es wird eine Lichtquelle verwendet, die selbst eine linienhaft geformte Strahlung abgibt. Dies kann beispielsweise eine die Strahlung emittierende Fläche einer Superlumineszenz Diode sein, die dann über ein Tubusobjektiv und Prüfobjektiv auf das Objekt und die Referenz abgebildet wird.
Um im Folgenden die Beschreibung des Aufbaus und der Wirkungsweise zu vereinfachen, wird ein Koordinatensystem eingeführt, das durch die Anordnung der Beleuchtung definiert ist:
Die optische Achse der vom Messobjekt zurückgestreuten elektromagnetischen Strahlung ist als z-Achse definiert. Die Achse, die parallel zur Linie der Beleuchtung verläuft, wird als y-Achse definiert, und die Achse, die senkrecht zur Linie der beleuchteten Strahlung und damit entlang der schmalen Ausdehnung derselben verläuft, wird als x-Achse definiert.
Die von dem Messobjekt und der Referenz reflektierte bzw. zurückgestreute elektromagnetische Strahlung wird von der numerischen Apertur der beiden Prüfobjektive eingesammelt und entlang der x-Richtung zu einem parallelen Strahlenbündel geformt, d.h. kollimiert. Mit anderen Worten bilden die Prüfobjektive jeweils den betreffenden Bereich des Messobjektes und der Referenz gegen unendlich ab und das parallele Strahlenbündel, das von einem Objektpunkt ausgeht, kann so den Strahlteiler, Neutralfilter oder andere optische Elemente ohne Störung passieren. Dies bringt wesentliche Vorteile, da solche optischen Elemente auf divergierende Strahlenbündel aberrierend wirken. Eine nachgeordnete anamorphotische Optik oder eine Zylinderlinse ist nun so angeordnet, dass sie von Objekt- und Referenzstrahl passiert wird und zusammen mit den Prüfobjektiven entlang der y-Achse abbildend (in Bezug auf Objekt und Referenz) wirkt. In der xz-Ebene ist das Gesamtsystem so geartet, dass ebene Wellen in der Beobachtungsebene aufeinander treffen.
Der Objektstrahl und der Referenzstrahl werden über eine optische Anordnung so zusammengeführt, dass sich ihre optischen Achsen in der Beobachtungsebene schneiden. Des Weiteren verlaufen der Objektstrahl und der Referenzstrahl in der yz-Ebene parallel zueinander. In der xz-Ebene hingegen ist der Referenzstrahl um einen bestimmten Winkel geneigt gegenüber der optischen Achse (z-Achse) und damit auch gegenüber dem Objektstrahl. Dies lässt sich über verschiedene Anordnungen erreichen. Erfindungsgemäß wird die Neigung über eine Spiegelanordnung ähnlich einem Mach-Zehnder-Inferometer erzielt, mit der auch ein Versatzdes Referenzstrahls bewirkt werden kann. Dazu wird einer der Spiegel oder werden ein oder mehrere Umlenkelemente des Interferometers um die y-Achse gedreht und versetzt. Alternativ kann die Neigung mit Hilfe einer optischen Anordnung erzielt werden. Dazu wird aus den kollimierten Strahlen der Prüfobjektive mit Hilfe einer Zylinderlinse oder einer anderen anamorphotischen Optik jeweils eine (gegebenenfalls virtuelle) Brennlinie, die parallel zur y-Achse orientiert ist, erzeugt. Dazu muss auch die Achse der Zylinderlinse parallel zur y-Achse ausgerichtet sein. Die so erzeugten Brennlinien (von Objekt und Referenz) werden in x-Richtung zueinander versetzt angeordnet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Strahlen von Referenz und Messobjekt zwar parallel verlaufen, aber in der xz-Ebene zueinander ebenfalls versetzt sind. Eine Linse oder eine andere rotationssymmetrische Optik ist nun in Lichtrichtung so angeordnet, dass die vorderseitige Brennebene am Ort der Brennlinien liegt. Hinter dem optischen Element sind nun beide Strahlen in der xz-Ebene zueinander geneigt und insbesondere in der rückseitigen Brennebene (die dann mit der Beobachtungsebene übereinstimmt) schneiden sich die Achsen beider Strahlen.
In der Beobachtungsebene ist eine zweidimensionale Sensoranordnung (Sensor-Array), in der Regel eine flächenhafte CCD- oder CMOS-Kamera, angeordnet. Die Abbildung entlang der y-Achse sorgt nun dafür, dass sich die in der elektromagnetischen Strahlung enthaltenen Informationen, die einem Punkt oder kleinen Gebiet der Objektoberfläche zuzuordnen ist, über eine ganze Zeile (entlang der x-Achse) der zweidimensionalen Sensoranordnung erstreckt. Durch die Überlagerung der ebenen und zueinander geneigten Wellenfronten von Objekt- und Referenzstrahl in der Beobachtungsebene ändert sich der optische Gangunterschied zwischen beiden Wellen linear mit dem Ort. Dies hat zur Folge, dass auf der zweidimensionalen Sensoranordnung die durch das Interferogramm gegebenen Korrelogramme der einzelnen Objektpunkte räumlich zerlegt vorliegen. Wird der Winkel zwischen Objekt- und Referenzstrahl nun geeignet gewählt, so lassen sich in jedem einzelnen Bild die Positionen der Korrelogramme bestimmen und daraus wiederum die Topographie der Schnittlinie des Messobjektes berechnen. Durch die Inkaufnahme eines eingeschränkten Messbereiches wird somit die Zerlegung der Korrelogramme ohne mechanisches Verändern des Gangunterschieds bei der Tiefenabtastung erreicht.
Bei der Messung auf rauen Oberflächen wird sowohl die räumliche Kohärenz der Strahlung, mit der das Messobjekt beleuchtet wird, als auch die Statistik des Speckle-Feldes in der Beobachtungsebene besonders berücksichtigt. Für das Auftreten von Interferenz der interferometrischen Messvorrichtung ist die Kohärenz der elektromagnetischen Strahlung wesentlich, wie beispielsweise in M. Born and E. Wolf, Principles of Optics (Cambridge; University Press, 1999) 286-289 näher dargelegt. Dabei kann der Grad der Kohärenz zwischen kohärent und inkohärent liegen. Wird das Messobjekt räumlich inkohärent beleuchtet, so überlagern sich die aufgrund von Streuung an der rauen Oberfläche des Messobjektes in der Beobachtungsebene anstehenden Speckle-Muster ebenso inkohärent. Werden nun diese Speckle-Muster mit der Referenzwelle zur Interferenz gebracht, so überlagern sich die entsprechenden Interferogramme und der zu beobachtende Kontrast sinkt stark ab. Bei räumlich vollständig inkohärenter Beleuchtung der rauen Oberfläche führt die Überlagerung der Speckle-Muster in der Beobachtungsebene zu einer gleichmäßigen Intensitätsverteilung, d.h. der sogenannte Speckle-Kontrast fällt ab auf Null und es lässt sich keine Interferenz mehr beobachten. Daher wird bei der Beleuchtung des Messobjektes dafür gesorgt, dass der Bereich, der von der abbildenden Optik aufgelöst werden kann, hinreichend räumlich kohärent beleuchtet wird. Dieser Bereich, der wie bereits erläutert, als Auflösungszelle bezeichnet wird, ist entlang der y-Achse eingegrenzt durch das Auflösungsvermögen der abbildenden Optik. Das Auflösungsvermögen wird gemäß dem Rayleigh-Kriterium definiert und ist dementsprechend durch die Apertur der Abbildungs-Optik bestimmt. Entlang der x-Achse wird der gesamte Bereich hinreichend räumlich kohärent beleuchtet, und zwar so, dass die räumliche Kohärenz erst für Distanzen maßgeblich abfällt, die größer sind als die Breite der Linie, mit der das raue Objekt beleuchtet wird.
Das Speckle-Feld in der Beobachtungsebene selbst zeichnet sich aus durch eine starke Intensitätsvariation in Abhängigkeit vom Ort. Da das Interferogramm, von dem die Position des Maximums (des Betrages) der Kohärenzfunktion genauestens zu detektieren ist, ebenfalls in dieser Ebene vorliegt, ist das Messsignal stark vom Ort abhängig und von der Intensitätsverteilung beeinflusst. Die Lagebestimmung des Maximums, wie sie beispielsweise in K.G. Larkin, Efficient nonlinear algorithm for envelope detection in white light interferometry, J. Opt. Soc. Am. A 13, 832-843 (1996) beschrieben ist, ist dadurch beeinflusst und die Genauigkeit der Höhenbestimmung kann stark reduziert sein. Um diesen Einfluss möglichst gering zu halten, wird die Ausdehnung der einzelnen Speckle so groß gehalten, dass sie nicht kleiner ist als die Ausdehnung des Interferogramms selbst. Da die Interferogramme entlang des räumlichen Gangunterschiedes vorliegen, also entlang der x-Achse, wird hierfür die Ausdehnung der Speckles entlang eben dieser Achse betrachtet. Da die Ausdehnung der Speckles entlang der x-Achse durch die Brennweite des Prüfobjektives und die Breite der Streifen entlang der x-Achse, mit dem das Messobjekt beleuchtet wird, bestimmt ist, wird der optische Aufbau der interferometrischen Messvorrichtung entsprechend ausgelegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a), b) und c) eine schematische Darstellung einer interferometrischen Messvorrichtung in einer xz-Ebene bzw. zwei Abschnitte der interferometrischen Messvorrichtung in einer yz-Ebene,
2 einen Ausschnitt von Speckle-Mustern in einer Beobachtungsebene in schematischer Darstellung und
3 eine schematische perspektivische Ansicht einer Abtastung eines zylindrischen Messobjektes.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung mit teilweiser Wiedergabe des Strahlengangs, wobei in den Teilbildern a) einerseits und b) und c) andererseits aufgrund der Anisotropie des Aufbaus Ansichten in verschiedenen angegebenen Ebenen dargestellt sind. Dabei sind die optischen Elemente in Gruppen 1 bis 10 gegliedert.
In Teilbild a) ist das gesamte System dargestellt. Die optischen Elemente der Gruppe 1 umfassen eine Lichtquelle 1.1, eine dieser im Strahlengang nachgeordnete Linse 1.2, ein Mikroskopobjektiv 1.3 sowie eine Blende 1.4. Die Lichtquelle 1.1 selbst kann räumlich ausgedehnt sein und besitzt die benötigten Eigenschaften hinsichtlich der zeitlichen Kohärenz, d.h. die von ihr abgegebene Strahlung ist kurzkohärent bzw. breitbandig. Die Linse 1.2 kollimiert die emittierte Strahlung und das Mikroskopobjekt 1.3 fokussiert wiederum in seine Brennebene. Die Lochblende 1.4, die in der Brennebene des Mikroskopobjektivs angeordnet ist, stellt damit in guter Näherung eine Punktlichtquelle dar. Die von dieser Punktlichtquelle ausgehende elektromagnetische Strahlung hat eine homogene Intensitätsverteilung, die einem zweidimensionalen Gauß-Profil folgt. Außerdem besitzt sie eine hohe räumliche Kohärenz, die bei der vorliegenden interferometrischen Messvorrichtung besonders berücksichtigt wird und entscheidend für die Funktionsfähigkeit der Sensorik mit der Auswertung ist. Statt der Lochblende könnte an der betreffenden Stelle eine homogen ausgeleuchtete Spaltblende angeordnet sein, die auf das Messobjekt 6 abgebildet wird. Beim Einsatz einer Spaltblende würden sich dann die optischen Elemente der nachfolgend beschriebenen Gruppe 2 erübrigen. Als weitere Alternative könnte an der Stelle der Lochblende eine Punkt- oder Spaltlichtquelle unmittelbar angeordnet sein.
Die Elemente der Gruppe 2 bilden ein anamorphotisches System und erzeugen so eine im Querschnitt linienhafte Strahlung bzw. Beleuchtung im Raum. Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Strahlung, die von der Punktlichtquelle, vorliegend also der Blende 1.4 ausgeht, mit einer Linse 2.1 kollimiert. Eine nachgeordnete Linse 2.2 ist eine Zylinderlinse, deren Achse parallel zur y-Achse verläuft und somit in der gegebenen Perspektive wirkt. In der Brennebene F2.2 der Zylinderlinse 2.2 entsteht so die linienhafte Beleuchtung. Diese ist zu verstehen als ein schmaler Streifen, der von der Punktlichtquelle am Ort der Lochblende 1.4 ausgeleuchtet wird und entlang der y-Achse orientiert ist. Die Breite des Streifens, d.h. seine Ausdehnung in x-Richtung ist dabei sehr schmal und Idealerweise die beugungsbegrenzte Abbildung über das Teleskop mit den Linsen 2.1 und 2.2 der Punktlichtquelle am Ort der Lochblende 1.4. Da die Breite entscheidend ist für die Ausdehnung der Speckles entlang der x-Achse, wird durch die hier vorgenommene Beleuchtung die Funktionsweise der Sensorik mit der Auswertung entscheidend begünstigt.
Die Elemente der Gruppe 3 umfassen Strahl-Umlenkeinheiten 3.1, 3.2 und haben keine Funktion, die für die Funktionsweise der Sensorik unabdingbar sind. Sie können aber eingesetzt werden, um den Strahlengang so zu falten, dass die Anordnung äußeren Randbedingungen gerecht wird. Diese Randbedingungen sind meist räumliche Begrenzungen. Die Strahl-Umlenkeinheiten 3.1 und 3.2 können als Umlenkspiegel oder als Prisma ausgeführt sein und können alternativ oder zusätzlich an anderen Stellen im Aufbau angeordnet sein.
Die Gruppe 4 umfasst ein Tubusobjektiv 4.1, das die in der F2.2-Ebene gebildete Linie gegen unendlich abbildet. Die F2.2-Ebene ist ebenso die vorderseitige Brennebene des Tubusobjektivs 4.1 und wird daher auch als F4.1-Ebene bezeichnet.
Die Gruppe 7 umfasst Strahlteiler 7.1, 7.2, 7.3 und eine Umlenkeinheit 7.4. Der dem Tubusobjektiv 4.1 nachgeordnete Strahlteiler 7.1 teilt die über den beschriebenen Eingangsstrahlengang verlaufende elektromagnetische Strahlung in Objekt- und Referenzstrahl. Die Strahlteiler 7.1 für den Objektstrahl bzw. 7.1 und 7.3 für den Referenzstrahl werden von parallelen Lichtbündeln durchlaufen. Dadurch werden Aberrationen durch die Strahlteiler im Vergleich zu divergenten Strahlenbündeln reduziert.
Die Gruppe 5 umfasst vorliegend zwei Prüfobjektive 5.1, 5.2, die jeweils ein Teleskop mit dem Tubusobjektiv 4.1 bilden. Da beide Prüfobjektive 5.1 und 5.2 identisch sind, entspricht der Aufbau einer Linnik-Konfiguration, die wesentlich zur Erzeugung eines möglichst störungsfreien Interferogramms und genauen Messwerterfassung beiträgt. Das Teleskop bestehend aus den optischen Elementen 4.1 (Tubusobjektiv) und 5.1 (Prüfobjektiv) bildet den linienhaften Streifen der F4.1-Ebene/F2.2-Ebene in die Brennebene F5.1 (F5.1-Ebene) des Prüfobjektivs 5.1 ab, an dessen Position sich die Oberfläche 6.1 des Messobjekts 6 befindet. Analog dazu bildet das aus den optischen Elementen 4.1 und 5.2 bestehende Teleskop die Linie der F4.1-Ebene/F2.2-Ebene in die Brennebene F5.2 (F5.2-Ebene) des Prüfobjektivs 5.2 ab, an dessen Position sich die Referenz 6.2 befindet. Im allgemeinen ist die Referenz 6.2 als Spiegel hoher Planarität ausgeführt.
Da die Objektoberfläche 6.1 und die Referenz 6.2 in der jeweiligen Brennebene der Prüfobjektive 5.1 bzw. 5.2 liegen, werden sie gegen unendlich abgebildet. Aus diesem Grunde passiert die elektromagnetische Strahlung, die sowohl von der Objektoberfläche 6.1 als auch von der Referenz 6.2 zurückgestreut bzw. gespiegelt wird, als parallele Strahlenbündel die nachgeordnete Anordnung der Gruppe 7, die ein modifiziertes Mach-Zehnder-Interferometer darstellt und neben den Strahlteilern 7.1, 7.2, 7.3, die z.B. als Strahlteilerwürfel oder Pellicle ausgestaltet sind, eine Strahl-Umlenkeinheit 7.2 aufweist, die den Strahl um einen Winkel von ungefähr 90° ablenkt. Die Strahl-Umlenkeinheit 7.4 kann z.B. als Umlenkspiegel oder als Prisma ausgeführt sein. Ihre Positionierung erfolgt so, dass der Winkel in einem bestimmten Bereich Δα um 90° frei wählbar und einstellbar ist, wobei Δα die Abweichung der Strahl-Umlenkeinheit 7.4 von ihrer 90°-Anordnung bezeichnet. Nicht in dem Teilbild a) dargestellt ist, dass auch die Position der Strahl-Umlenkeinheit 7.4 verändert werden kann, dass sich die Achsen von Referenz- und Objektstrahl in der nachfolgenden Beobachtungsebene F9.1 schneiden. Dieser Versatz, der wiederum zu einer Änderung des optischen Gangunterschiedes führt, ist mit dem Prüfobjektiv 5.2 und der Referenz 6.2 auszugleichen, so dass die Position der Referenz 6.2 nicht mehr exakt mit der eingezeichneten Kreislinie in Teilbild a) übereinstimmen muss. Dies führt wiederum dazu, dass der alternative Weg des Referenzstrahls über die Strahlteiler 7.3, 7.1 und 7.2 zur Beobachtungsebene F9.1 einen optischen Gangunterschied im Objektstrahl aufweist. Dies ist als wünschenswerte Eigenschaft anzusehen, da sich dadurch keine zusätzliche Interferenz und damit verbunden keine Abschwächung des Kontrasts in der Beobachtungsebene ergeben.
Die optischen Elemente der Gruppe 8, nämlich Elemente 8.1 und 8.2, gleichen die Intensität ab und sorgen für einen Ausgleich der Dispersion. Das Element 8.1 wird gebildet aus einem oder mehreren transparenten Körpern, die aus dem gleichen Material bestehen und die gleiche Dicke besitzen wie die optischen Komponenten des Referenzstrahlenganges, deren Einflüsse durch Dispersion zu kompensieren sind. Dies kann, wie in Teilbild a) dargestellt, der zusätzliche optische Weg durch den Strahlteilerwürfel 7.2 sein oder der optische Weg durch das Element 8.1. Das Element 8.1 gleicht die Intensität des Referenzstrahlenganges so an, dass der Interferenzkontrast in der Beobachtungsebene F9.1 maximal ist. Das Element 8.2 kann dabei durch einen Neutral-Dichte Filter bzw. einen Grau-Filter realisiert sein, mit dessen Hilfe die Intensität des Referenzstrahls entsprechend abgeschwächt werden kann.
Am Ausgang des Interferometers werden Objekt- und Referenzstrahl über den Strahlteiler 7.2 überlagert. Das optische Element 9.1 der Gruppe 9 ist hier beispielhaft als Zylinderlinse ausgeführt, deren Achse parallel zur x-Achse verläuft. Mit entscheidend für die Funktionsweise der Sensorik ist, dass das optische Element 9.1, das auch aus einer anamorphotischen Linsenabfolge bestehen kann, zusam men mit den Elementen der Gruppe 5 für eine Abbildung innerhalb der yz-Ebene von Messobjekt 6 und Referenz 6.2 in die Beobachtungsebene sorgt. In der Ansicht des Teilbilds a) selbst, d.h. in der xz-Ebene, hat das optische Element 9.1 keine beugende Wirkung, so dass die parallelen Strahlenbündel des Objekt- bzw. Referenzstrahls als ebene Wellen das optische Element 9.1 passieren und sich auch als ebene Wellen mit einem eingeschlossenen Winkel von 2 Δα in der Beobachtungsebene F9.1 überlagern. In der Beobachtungsebene selbst wird das Interferenzmuster von einer zweidimensionalen Sensoranordnung 10.1 (Sensor-Array) der Gruppe 10 erfasst und aufgezeichnet. Die zweidimensionale Sensoranordnung 10.1 ist Teil z.B. einer CCD- oder CMOS-Kamera.
In dem Teilbild b) ist die Abbildung des Messobjekts bzw. der messenden Objektoberfläche 6.1 innerhalb der yz-Ebene auf die zweidimensionale Sensoranordnung 10.1 als gestrichelte Linie dargestellt. Die Abbildung erfolgt dabei über das durch das Prüfobjektiv 5.1 und die Zylinderlinse 9.1, die in dieser Ansicht beugend wirkt, gebildete Teleskop. Mittels einer durchgezogenen Linie ist die Beleuchtung des Messobjektes 6 dargestellt. In die gemeinsame Brennebene F5.1/F4.1 des Prüfobjektivs 5.1 und des Tubusobjektivs 4.1 wird ein Bild der Punktlichtquelle in der yz-Ebene projiziert. Dadurch entsteht innerhalb der yz-Ebene eine kollimierte Beleuchtung der Objektoberfläche 6.1 durch das Prüfobjektiv 5.1. Gleiches gilt für die Anordnung im Referenzarm, was aus der Fig. nicht hervorgeht.
Aufgrund der teleskopischen Anordnung von Prifobjektiv 5.1 und Tubusobjektiv 4.1 passieren nur parallele Strahlenbündel die Strahlteiler 7.1 und 7.2. Wie bereits erwähnt, reduziert diese Anordnung Aberrationen, wie sie bei divergenten Strahlenbündeln durch die Strahlteiler entstehen würden. Die strahlteilende Wirkung der Strahlteiler 7.1 und 7.2 kann in dieser Ansicht nicht dargestellt werden.
In Teilbild c) ist die Beleuchtungs-Optik mit dem Eingangsstrahlengang und dem anschließenden weiteren Beleuchtungsstrahlengang dargestellt. Diese Ansicht ist in Teilbild a) durch die Strich-Punkt-Linie angegeben. Der Strahlengang selbst ist entfaltet dargestellt, d.h. dass die Strahl-Umlenkeinheit 3.1 vernachlässigt ist. Durch die Zylinderlinse 2.2 (oder eine anamorphotische Optik) unterscheidet sich die Funktionsweise der Beleuchtungs-Optik in dieser Ansicht der yz-Ebene von derjenigen nach Teilbild a). Gemäß Teilbild c) erzeugen die optischen Elemente der Gruppe 1 analog zu den Ausführungen zu Teilbild a) eine Punktlichtquelle am Ort der Lochblende 1.4. Da die Zylinderlinse 2.2 in der yz-Ebene nicht beugend wirkt, bildet die Linse 2.1 mit dem Tubusobjektiv 4.1 ein weiteres Teleskop und bildet so die Punktlichtquelle in die gemeinsame Brennebene F5.1/F4.1 des Prüfobjektivs 5.1 und des Tubusobjektivs 4.1 ab. In anderen Worten wird die durch die Lochblende 4.1 transmittierende Strahlung durch die Linse 2.1 kollimiert. Die afokale Abbildungsstufe, bestehend aus den Objektiven 4.1 und 5.1 bzw. 5.2 sorgt somit für eine kollimierte Beleuchtung des Messobjektes 6.1 und der Referenz 6.2.
2 zeigt die bei der erfindungsgemäßen interferometrischen Messvorrichtung, beispielsweise mit dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, erhaltenen, in x-Richtung ausgedehnten Speckles SP auf der Sensoranordnung 10.1 bzw. in der Beobachtungsebene F9.1, wobei die Ausdehnung der Speckles in x-Richtung größer ist als die Ausdehnung auftretender (nicht gezeigter) Interferenzmuster, die auch als Korrelogramm oder Interferogramm bezeichnet werden.
3 zeigt einen Abschnitt der interferometrischen Messvorrichtung im Bereich des abgetasteten Objekts 6.1, das als zylindrischer Körper ausgebildet ist. Beispielsweise könnte sich eine umlaufende Schweißnaht (rotationssymmetrisch) auf der Umwandung des Zylinders befinden, die mit dem Liniensensor erfasst werden soll. In 3 soll die dargestellte Zylinderlinse schematisch verdeutlichen, dass nicht rotationssymmetrisch (also punktförmig) beleuchtet wird. Dabei ist die Zylinderlinse stellvertretend für die optischen Elemente 2.2 bis 5.1 nach 1 anzusehen.
Wesentliche Eigenschaften der interferometrischen Messvorrichtung bestehen also in der Anordnung, dass das Messobjekt innerhalb eines schmalen, linienhaften Streifens hinreichend kohärent beleuchtet wird und die reflektierte bzw. zurückgestreute elektromagnetische Strahlung über eine Optik aufgeweitet wird und der zurückgestreute Objektstrahl anschließend unter unterschiedlichem Winkel zum Referenzstrahl auf die Sensoranordnung bzw. dessen Detektorfläche trifft, wodurch eine räumliche Zerlegung des Interferogramms in der Sensorebene (Detektorebene) erzielt wird.
Eine weitere wichtige Eigenschaft der interferometrischen Messvorrichtung ist, wie aus den vorstehenden Erläuterungen hervorgeht, dass das Messobjekt 6 so beleuchtet wird und die zurückgestreute Strahlung so die abbildende Optik passiert, dass das resultierende Speckle-Feld in der Beobachtungsebene F9.1 gemäß seiner Statistik zweiter Ordnung (s. z.B. obige Definition) eine Ausdehnung der Speckles entlang des erzeugten Phasenshifts, d.h. entlang der x-Achse, besitzt, die größer ist als die Ausdehnung der Korrelogramme bzw. Interferogramme in dieser Richtung.
Weitere wichtige Maßnahmen der interferometrischen Messvorrichtung zum Erzielen störungsfreier, zuverlässig auswertbarer Interferogramme und genaue Messergebnisse bestehen darin, dass sowohl im Objekt- als auch im Referenzstrahlengang identische Prüfobjektive verwendet werden gemäß einer Linnik-Konfiguration bei einem Mach-Zehnder-Interferometeraufbau, bei dem Strahltrennung und Strahlzusammenführung räumlich getrennt stattfinden.
Mit der dargestellten interferometrischen Messvorrichtung sind insbesondere ausgedehnte Objekte mit rauen Oberflächen und zylindrische Bauteile beispielsweise mit umlaufenden Schweißnähten in ihrem Höhenprofil topographisch genau ausmessbar, wobei die zeilenweise Abtastung die Handhabung einfach gestaltet und ein zeitaufwändiges „Stitchen", wie bei der herkömmlichen Tiefenabtastung mit der flächigen Erfassung der konventionellen WLI z-Achse entfallen kann. Ebenso verbessern sich die optischen Eigenschaften, da bei Zylindern die Oberfläche parallel zur z-Achse geführt werden kann.

Claims

Interferometrische Messvorrichtung für die Vermessung der Oberfläche (6.1) oder des Volumens eines Messobjektes (6) auf der Basis der Weißlicht-Interferometrie mit einer kurzkohärenten Lichtquelle (1), deren Strahlung über einen Eingangsstrahlengang einem Strahlteiler (7.1) zugeführt ist und mittels desselben in einen über einen Objektarm zu der Oberfläche (6.1) geführten Objektstrahl und in einen über einen Referenzarm zu einer Referenz (6.2) geführten Referenzstrahl aufgeteilt wird, wonach der von der Oberfläche (6.1) reflektierte Objektstrahl, dessen optische Achse in z-Richtung verläuft, und der von der Referenz (6.2) reflektierte Referenzstrahl zum Bilden eines Interferenzmusters zur Interferenz gebracht, das gebildete Interferogramm in einer Beobachtungsebene (F 9.1) mittels einer Sensoranordnung (10.1) erfasst und in einer Auswerteeinrichtung einer Bestimmung der Oberflächentopografie oder Bestimmung einer räumlichen Struktur in einem Volumen unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle und/oder ein ihr nachgeordneter optischer Aufbau in dem Eingangsstrahlengang zum Erzeugen einer im Querschnitt zur optischen Achse – in y-Richtung -linienhaft in Form eines schmalen Streifens ausgedehnten Strahlung ausgebildet ist sind, die über die – in x-Richtung verlaufende – Linienbreite räumlich kohärent ist, und dass der Objektarm und der Referenzarm zur linienhaften Fokussierung des Objektstrahls auf der Oberfläche (6.1) einerseits und der Referenz (6.2) andererseits ausgebildet sind.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennlinien auf der Objekt-Oberfläche (6.1) und der Referenz (6.2) bei rauer Oberfläche relativ zu entstehenden Speckles eines Specklemusters in ihrer – in x-Richtung zeigenden – Breitenrichtung schmal sind.
Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der reflektierte Objektstrahl und der reflektierte Referenzstrahl mittels einer ihnen zugeordneten Optik so in x-Richtung aufgeweitet werden, dass in der Beobachtungsebene (F 9.1) die Speckles entlang der x-Achse eine Ausdehnung besitzen, die größer ist als die Ausdehnung der Interferogramme in der x-Richtung.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenfronten des reflektieren Objektstrahls und des reflektierten Referenzstrahls vermittels einer Neigungsanordnung in der xz-Ebene um einen bestimmten Winkelversatz (2Δα) zueinander geneigt sind.
Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenfronten in der yz-Ebene parallel zueinander verlaufen.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zu vermessenden Oberfläche (6.1) und der Referenz (6.2) jeweils ein Prüfobjektiv (5.1, 5.2) gleichen Aufbaus in Linnik-Konfiguration zugeordnet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Prüfobjektiv (5.1, 5.2) als Mikroskopobjektiv sowohl zur Beleuchtung als auch zur Abbildung der Oberfläche (6.1) einerseits und der Referenz (6.2) andererseits oder als Objektiv für eine makroskopische Abbildung ausgebildet sind.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der Lichtquelle (1.1) nachgeordnete optische Aufbau in dem Eingangsstrahlengang als Zylinderoptik oder anderes anamorphotisches System oder als Spaltblende jeweils in der Gegenstandsebene einer abbildenden Anordnung zum Formen der linienhaften Strahlung ausgebildet ist oder die Lichtquelle selbst linienhaft ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die abbildende Anordnung als Tubusobjektiv (4.1) ausgebildet ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungsanordnung eine im Strahlengang des reflektierten Referenzstrahls angeordnete, definiert verstellbare Umlenkeinheit (7.4) zum Bewirken des Winkelversatzes aufweist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildung des Objektes in y-Richtung so ausgebildet ist, dass im Zusammenspiel mit der angepassten Beleuchtung innerhalb des aufgelösten Bereichs durch die Abbildung räumliche Kohärenz herrscht.
Verwendung einer Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Vermessung einer längserstreckten oder umlaufenden Schweißnaht eines zylindrischen Körpers eingesetzt wird, wobei die y-Achse in Richtung der Längsachse des Körpers gerichtet ist und der zylindrische Körper gedreht wird.