DE102010046907A1 - Method for forming robust one shot-interferometer i.e. short coherency interference microscopy, involves evaluating interferogram for determination form, micro form, ripple and/or roughness or optical path length - Google Patents
Method for forming robust one shot-interferometer i.e. short coherency interference microscopy, involves evaluating interferogram for determination form, micro form, ripple and/or roughness or optical path length Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010046907A1 DE102010046907A1 DE102010046907A DE102010046907A DE102010046907A1 DE 102010046907 A1 DE102010046907 A1 DE 102010046907A1 DE 102010046907 A DE102010046907 A DE 102010046907A DE 102010046907 A DE102010046907 A DE 102010046907A DE 102010046907 A1 DE102010046907 A1 DE 102010046907A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- robust
- reflector
- interferometer
- arrangement
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
- A61B5/0062—Arrangements for scanning
- A61B5/0066—Optical coherence imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
- G01B9/02032—Interferometers characterised by the beam path configuration generating a spatial carrier frequency, e.g. by creating lateral or angular offset between reference and object beam
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02056—Passive reduction of errors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/0209—Low-coherence interferometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
- G01B2290/15—Cat eye, i.e. reflection always parallel to incoming beam
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Der Einsatz eines Tripelreflektors im Strahlengang X eines Michelson-Interferometers lässt sich bereits bei F. Twyman und A. Green finden, s. a.
Als Stand der Technik werden hier das klassische Linnik-Interferometer, das als optische Anordnung bereits in
Stand der Technik ist hier auch das Interferometer, vorgeschlagen 1988 von K. Körner und H. Fritz, gemäß den Patentschriften
Hierbei sind – im Gegensatz zur Anordnung nach F. Twyman und A. Green – die Strahlteilungs- und Strahlvereinigungsfläche im Interferometer deutlich voneinander separiert und dabei zueinander parallel angeordnet. Im Objektarm ist ein Messobjektiv zur Objektbeleuchtung und zur mikroskopischen Objektabbildung und im Referenzarm ist ein Tripelreflektor zur Strahlführung mit Wellenfrontinversion und Strahlführung mit vorbestimmtem Parallelversatz angeordnet, so dass nach der Rekombination die Lateral-Shear der beiden interferierenden Wellenfronten vollständig eliminiert werden kann. Durch diese Interferometer-Anordnung ist bei qualifizierter Nutzung für die interferometrische, flächenhafte Rauheits- oder Profilmessung an nano-präzisions-bearbeiteten Oberflächen eine Tiefen-Messunsicherheit tief im Sub-Nanometer-Bereich erreichbar, da hierbei der interferometrische Referenzspiegel virtueller Natur ist, der somit physikalisch bedingt, frei von Restrauheit sowie Partikeln ist. Der Raumeckenpunkt und die Kanten des Tripelreflektors können sich bei diesem Interferometer vorteilhafterweise außerhalb des genutzten Strahlenganges befinden, wodurch sich im Referenzstrahlengang die unerwünschte Streustrahlung, insbesondere vom Raumeckenpunkt, stark vermindert.Here are - in contrast to the arrangement according to F. Twyman and A. Green - the beam splitting and beam combination surface in the interferometer clearly separated from each other and arranged parallel to each other. The object arm has a measuring objective for object illumination and for microscopic object imaging, and a triple reflector for beam guidance with wavefront inversion and beam guidance with a predetermined parallel offset is arranged in the reference arm so that the lateral shear of the two interfering wavefronts can be completely eliminated after recombination. This interferometer arrangement, with qualified use for interferometric, areal roughness or profile measurement on nano-precision machined surfaces, achieves a deep measurement uncertainty deep in the sub-nanometer range, since the interferometric reference mirror is of a virtual nature, thus physically conditionally, free of residual roughness and particles. The corner point and the edges of the triple reflector can be located in this interferometer advantageously outside of the used beam path, which greatly reduces the unwanted scattered radiation, in particular from the corner point in the reference beam path.
Diese oben genannten Interferometer vermeiden am Ausgang des Interferometers, also bei der Interferenz, die Wellenfront-Inversion von Objekt- und Referenzstrahlung zueinander. Diese Vermeidung der Wellenfront-Inversion zueinander ist eine zwingend notwendige Voraussetzung für die Interferenzauswertung von Messpunkten im Messfeld außerhalb der optischen Achse des Messobjektivs bei der Nutzung räumlich inkohärenter oder partiell inkohärenter Lichtquellen.These interferometers mentioned above avoid the wave front inversion of object and reference radiation at the output of the interferometer, that is to say in the case of interference. This avoidance of the wavefront inversion from one another is an absolutely necessary prerequisite for the interference evaluation of measurement points in the measurement field outside the optical axis of the measurement objective when using spatially incoherent or partially incoherent light sources.
Bei einem Interferenzmikroskop mit dem Objektiv im Objektarm oder einem Interferometer mit Messobjektiv im Objektarm und jeweils nur einem Planspiegel im Referenzarm besteht dagegen eine hier sehr schädliche Wellenfront-Inversion der interferierenden Wellen zueinander, da im Gegensatz zum Objektarm am Planspiegel – also im Referenzarm – keine Wellenfront-Inversion erzeugt wird. Dies kann zum vollständigen Verschwinden der Interferenzerscheinung bei der Nutzung räumlich inkohärenter oder räumlich partiell inkohärenter Lichtquellen führen. Die Einführung einer Wellenfront-Inversion auch im Referenzarm ist deshalb bei der Interferometrie mit mikroskopischer Abbildung im Objektarm eine zwingend notwendige Voraussetzung für eine linienhafte und flächige interferenz-mikroskopische One-Shot-Vermessung eines Objekts ohne mechanischen Scan.In an interference microscope with the lens in the object arm or an interferometer with measuring lens in the object arm and only one plane mirror in the reference, however, there is a very harmful wavefront inversion of the interfering waves to each other, as in contrast to the object arm on the plane mirror - ie in the reference arm - no wavefront Inversion is generated. This can lead to the complete disappearance of the interference phenomenon when using spatially incoherent or spatially partially incoherent light sources. The introduction of wavefront inversion also in the reference arm is therefore an essential prerequisite for interferometric microscopy imaging in the object arm for a linear and area-like interference-microscopic one-shot measurement of an object without a mechanical scan.
Dies ist bei einer Anordnung gemäß der Offenlegungsschrift
Von besonderem Vorteil ist bei diesem Ansatz mit dem Kippspiegel im kollimierten Strahlengang, dass die Ortsfrequenz für die Schwerpunktwellenlänge, beziehungsweise die Schwerpunktwellenzahl, im räumlichen Interferogramm am Ausgang des Interferometers in erster Näherung nicht von der Neigung der Objektoberfläche in Relation zum Interferometer beeinflusst wird. Diese Invarianz der Ortsfrequenz stellt einen großen Vorteil für die Auswertung von räumlichen Interferogrammen dar.Of particular advantage in this approach with the tilting mirror in the collimated beam path, that the spatial frequency for the centroid wavelength, or the center of gravity wave number, in the spatial interferogram at the output of the interferometer in a first approximation is not affected by the inclination of the object surface in relation to the interferometer. This invariance of the spatial frequency represents a major advantage for the evaluation of spatial interferograms.
Diese in [5] beschriebene nachgeordnete Neigungsvorrichtung ist jedoch in der Regel recht anfällig für unerwünschte Dejustierungen und somit ist das Interferometer in der Regel auch nicht langzeitstabil. Damit kann sich auch die Signalform eines kurzkohärenten räumlichen Interferogramms in weitgehend unbekannter Weise verändern, was für die Auswertung einen erheblichen Nachteil darstellen kann.However, this subordinate tilt device described in [5] is generally quite susceptible to undesired misalignments and thus the interferometer is usually not long-term stable. Thus, the waveform of a short-coherent spatial interferogram can change in a largely unknown manner, which can represent a significant disadvantage for the evaluation.
Eine gezielte Veränderung des Winkels zwischen den interferierenden Wellenfronten mittels Neigungsvorrichtung, beispielsweise um die Ortsfrequenz für die Schwerpunktwellenlänge im räumlichen Interferogramm vorbestimmt zu verändern, kann hierbei zu einem unerwünschten Lateralversatz von Objektwellenfront und Referenzwellenfront bei der Detektion führen, der nur aufwendig oder durch eine Justierung in einigen Fällen gegebenenfalls gar nicht zu kompensieren ist. Damit ist bei dieser Anordnung die Möglichkeit, die Ortsfrequenz für die Schwerpunktwellenlänge im räumlichen Interferogramm in einfacher Art und Weise zu verändern, stark eingeschränkt. Weiterhin kann es bei einer suboptimalen Justierung des recht komplexen Interferometers permanent zu einer nur teilweisen lateralen Überdeckung von Objektwellenfront und Referenzwellenfront kommen, was eine Quelle von Messfehlern darstellen oder den Tiefenmessbereich erheblich einschränken kann, da bei fehlender Überlagerung der Interferenzeffekt verschwindet.A targeted change in the angle between the interfering wavefronts by tilting device, for example, to change the spatial frequency for the centroid wavelength in the spatial interferogram predetermined, this can lead to an undesirable lateral displacement of the object wavefront and reference wavefront during detection, which is complicated or by an adjustment in some If necessary, it can not be compensated for. Thus, in this arrangement, the ability to change the spatial frequency for the center wavelength in the spatial interferogram in a simple manner, severely limited. Furthermore, a suboptimal adjustment of the rather complex interferometer can permanently lead to only partial lateral coverage of the object wavefront and reference wavefront, which can be a source of measurement errors or severely limit the depth measurement range since the interference effect disappears in the absence of superimposition.
In der Veröffentlichung von
Das Gewinnen räumlicher Interferogramme für die One-Shot-Messtechnik mittels Neigungsvorrichtung in Form eines planen Kippspiegels im Interferometer, wobei sich dieser jedoch stets außerhalb des objektabbildenden und auch außerhalb des fokussierten Referenz-Strahlenganges, also in einem kollimierten Strahlengang befindet, wird als der hier gegebene Stand der Technik angesehen.The gaining of spatial interferograms for the one-shot measurement technique by inclination device in the form of a plane tilting mirror in the interferometer, but this is always outside of the object-imaging and outside of the focused reference beam path, ie in a collimated beam path, as given here Prior art considered.
Bei diesem Prinzip führt die Neigung einer Objektoberfläche in Bezug zum Interferometer vorteilhafterweise nicht zu einem Verändern der Ortsfrequenz für die Schwerpunktwellenlänge, beziehungsweise die Schwerpunktwellenzahl, in einem räumlichen Interferogramm. Jedoch kann sich der Interferenzkontrast schon bei einer relativ geringen Verkippung oder bei einer Neigung der Objektoberfläche dem Wert null nähern. Ein vergleichsweise hoher Interferenzkontrast im detektierten räumlichen Interferogramm kann über einen vergleichsweise großen Verkipp- oder Neigungswinkelbereich der Objektoberfläche nur dann erreicht werden, wenn diese Objektoberfläche mittels Optik mit hoher numerischer Apertur und mit lateral nahezu beugungsbegrenzten Fokuspunkten oder fokussierten Linienbildern beleuchtet wird.In this principle, the inclination of an object surface with respect to the interferometer advantageously does not lead to a change of the spatial frequency for the centroid wavelength, or the centroid wave number, in a spatial interferogram. However, the interference contrast may approach zero even at a relatively small tilt or tilt of the object surface. A comparatively high interference contrast in the detected spatial interferogram can only be achieved over a comparatively large tilting or tilting angle range of the object surface if this object surface is illuminated by means of high numerical aperture optics and laterally almost diffraction-limited focus points or focused line images.
Dagegen sind im Rahmen dieser Erfindung Interferenzmikroskope vom Michelson-Typ-Interferometer, bei denen die Ortsfrequenz für die Schwerpunktwellenlänge in einem räumlichen Interferogramm am Ausgang des Interferometers durch Kippung des planen Referenzspiegels oder durch Kippung des Objekts in Bezug zum Interferometer oder des Interferometers in Bezug zum Objekt zu verändern ist, überhaupt nicht von Interesse. Für Messobjekte mit variierender und unbekannter Oberflächenneigung kann es bei diesem Ansatz bei der Auswertung von räumlichen Interferogrammen erhebliche Probleme geben. Deshalb werden derartige Ansätze hier nicht als relevanter Stand der Technik angesehen und werden deshalb hier auch nicht aufgeführt.By contrast, Michelson-type interferometer interference microscopes are those in which the spatial frequency for the centroid wavelength in a spatial interferogram at the output of the interferometer by tilting the plane reference mirror or by tilting the object with respect to the interferometer or the interferometer with respect to the object to change is not of interest at all. For measuring objects with varying and unknown surface inclination, this approach may pose considerable problems in the evaluation of spatial interferograms. Therefore, such approaches are not considered as relevant prior art and are therefore not listed here.
Das Gewinnen räumlicher Interferogramme für die One-Shot-Messtechnik mittels Lateral-Shear zwischen Objekt- und Referenzwellenfronten am Ausgang eines Zweistrahl-Interferometers stellt grundsätzlich eine weitere Möglichkeit der Erzeugung räumlicher Interferogramme für die One-Shot-Messtechnik, beispielsweise zur Erfassung des Abstands, dar. Denn vorbestimmt eingestellte Lateral-Shear in einer interferometrischen Anordnung kann als Grundlage zur Generierung von Interferenzen zueinander geneigter Wellenfronten in einer ausgezeichneten Ebene des optischen Abbildungssystems am Ausgang des Interferometers mit Vorteil genutzt werden.The acquisition of spatial interferograms for the one-shot measurement technique by means of lateral shear between object and reference wavefronts at the output of a two-beam interferometer fundamentally represents a further possibility of generating spatial interferograms for the one-shot measurement technique. For example, for detecting the distance. For a predetermined set lateral shear in an interferometric arrangement can be used as a basis for generating interference of mutually inclined wavefronts in an excellent plane of the optical imaging system at the output of the interferometer with advantage.
Die beim Deutschen Patent- und Markenamt mit dem Aktenzeichen
Es soll an dieser Stelle auch darauf hingewiesen werden, dass das Erzeugen räumlich dargestellter Interferogramme, spatial interferograms, mit zueinander geneigten Wellenfronten für die statische Fourier-Transformations-Spektroskopie als Single-Shot-Ansatz bereits auf
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht zum einen darin, vor allem robuste One-Shot-Messtechnik (ROSI) mit einer vergleichsweise hohen lateralen Auflösung zur Erfassung von Abstand, Tiefe, Profil, Form, Welligkeit und/oder Rauheit oder der optischen Weglänge in oder an technischen oder biologischen Objekten, auch in Schichtenform oder auch zur optischen Kohärenz-Tomografie (OCT), insbesondere auch mit One-Shot-Multi-Punkt-Antastung, bei der die Signale in der Regel in Wavelet-Form entstehen, der wirtschaftlichen Nutzung zuzuführen. Die Messung soll in einer vergleichsweise kurzen Messzeit ausgeführt werden können. Weiterhin soll die Verkippung und/oder die Neigung der Objektoberfläche oder deren Form, bzw. Mikroform, keinen oder nur einen geringen Einfluss auf die Signalform, insbesondere die Frequenz des Wavelets, aufweisen.The object of the invention is, firstly, robust one-shot measurement technology (ROSI) with a comparatively high lateral resolution for detecting distance, depth, profile, shape, waviness and / or roughness or the optical path length in or on technical or biological objects, also in layer form or also for optical coherence tomography (OCT), in particular also with one-shot multi-point probing, in which the signals generally arise in wavelet form, for economic use. The measurement should be able to be carried out in a comparatively short measuring time. Furthermore, the tilting and / or inclination of the object surface or its shape, or microform, should have little or no influence on the signal shape, in particular the frequency of the wavelet.
Damit ist also die erfinderische Aufgabe zu lösen, beim optischen Antasten der Objektoberfläche, eines Objektpunktes oder eines Objektvolumens mit einem Interferometer optische Signale in bestgeeigneter, also möglichst gut auswertbarer Signalform für ein punktförmiges, ein linienhaftes Messfeld oder auch für ein flächiges Messfeld mit vielen einzelnen Messpunkten ohne einen mechanischen, zeitseriell erfolgenden Tiefen-Scan bereitzustellen. Es besteht wegen der Forderung nach einer hohen lateralen Auflösung auch die Aufgabe, das Messsystem mit einer vergleichsweise hohen numerischen Apertur bis in den Grenzbereich des technisch Machbaren auszubilden. Durch eine große und gegebenenfalls auch sehr große numerische Apertur soll ein vergleichsweise hoher Anteil des auf das Objekt eingestrahlten Lichts zur Detektion gebracht werden, so dass die Messzeit gemäß der Aufgabenstellung vergleichsweise kurz gewählt werden kann und Messungen auch in einer vibrationsbelasteten Umgebung, an bewegten Komponenten oder bei der In-Vivo-Diagnostik am lebenden Menschen möglich sind. Dabei sollen insbesondere Tumorzellen sicher erkannt werden können. Mittels beigestellter Femtosekunden-Laser sollen Tumorzellen in Echtzeit hochpräzise lokalisiert auf der Basis mittels optischer Sensorik aus dem Inspektionsgebiet gewonnener Daten zerstört werden können. Die Behandlungsmethoden im Speziellen oder gar die speziellen Zerstörungsverfahren von lebendem Gewebe liegen aber außerhalb des Rahmens dieser Erfindung, da sich diese auf die Scout-Sensorik zur zwei- und dreidimensionalen Darstellung von Tumorzellen, die Inspektion von lebendem Gewebe, beziehungsweise auf die zwei- und dreidimensionale Materialmessung fokussieren soll.So that is the inventive task to solve the optical probing of the object surface, an object point or an object volume with an interferometer optical signals in bestgeeigneter, so the best possible evaluable waveform for a punctiform, a line-like field or even for a two-dimensional measuring field with many individual measuring points without providing a mechanical, time-serial depth scan. Due to the requirement for a high lateral resolution, there is also the task of designing the measuring system with a comparatively high numerical aperture up to the limit of the technically feasible. By a large and possibly also very large numerical aperture, a comparatively high proportion of the light irradiated to the object to be detected so that the measurement time can be selected comparatively short according to the task and measurements even in a vibration environment, on moving components or in vivo diagnostics are possible on living humans. In particular, tumor cells should be able to be reliably detected. By means of the femtosecond laser provided, tumor cells should be able to be destroyed in a highly precise localized manner on the basis of data obtained from the inspection area by means of optical sensors. The treatment methods in particular or even the special destruction methods of living tissue are outside the scope of this invention, as these on the scout sensor technology for two- and three-dimensional representation of tumor cells, the inspection of living tissue, or on the two- and three-dimensional Focus material measurement.
Es sollen dabei viele lateral benachbarte Objektelemente oder Objektpunkte gleichzeitig angemessen werden-können. Das heißt, es besteht die Aufgabe, beim Stand der verfügbaren Auswerte-Algorithmen gut auswertbare und vergleichsweise robuste optische Signale bei der optischen Antastung von Objekten durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung mittels eines das Objekt anmessenden Interferometers, auch in der Form eines hochaperturigen Interferenzmikroskops mit Messobjektiv im Objektarm, möglichst schnell bereitzustellen.Many laterally adjacent object elements or object points should be able to be appropriate at the same time. That is, there is the task, in the state of available evaluation algorithms well evaluable and relatively robust optical signals in the optical probing of objects by the inventive method and the inventive arrangement by means of an object interferometer measuring, also in the form of a high-aperture interference microscope with measuring objective in the object arm to provide as quickly as possible.
Die Ortsfrequenz für die Schwerpunktwellenlänge der Signale in Wavelet-Form, beziehungsweise die Schwerpunktwellenzahl kS in einem räumlichen Interferogramm, soll dabei in hohem Maße konstant oder vorbestimmt einstellbar sowie von der Verkippung und Neigung der Objektoberfläche in hohem Maße unabhängig sein.The spatial frequency for the centroid wavelength of the signals in wavelet form, or the center of gravity wavenumber kS in a spatial interferogram should be highly constant or predetermined adjustable and be highly independent of the tilt and tilt of the object surface.
Dabei ist im Einzelnen die Aufgabe zu lösen, den Betrag der Neigung interferierender Wellenfronten, die auf einem Detektor ein räumliches Interferogramms bilden, mit einfachen Mitteln, kostengünstig, möglichst langzeitstabil und weitgehend unveränderlich durch Umgebungseinflüsse, also auch sehr robust, zu realisieren. Die beim Einsatz eines optischen Systems typischerweise auftretenden Dejustierungen durch Veränderung der Lage von Komponenten, auch durch Temperaturveränderungen im Umfeld sowie durch veränderliche mechanische Verspannungen, z. B. in den Halteelementen der Komponenten im Messsystem, sollen keinen oder nur einen vergleichsweise geringen Einfluss auf den Betrag der Neigung der interferierenden Wellenfronten bei der Detektion haben. Das kann bekannterweise nur dann erreicht werden, wenn auch das Spektrum des interferierenden Lichts unveränderlich bleibt. In particular, the problem to be solved, the amount of inclination of interfering wavefronts that form a spatial interferogram on a detector, with simple means, cost, as long-term stable and largely invariable by environmental influences, so also very robust to realize. The misalignments typically occurring when using an optical system by changing the position of components, also by temperature changes in the environment as well as by varying mechanical stresses, eg. B. in the holding elements of the components in the measuring system, should have no or only a relatively small effect on the amount of inclination of the interfering wavefronts in the detection. As is known, this can only be achieved if the spectrum of the interfering light remains invariable.
Dabei ist im Einzelnen weiterhin die Aufgabe zu lösen, den Einfluss der Dispersion bei der Anwendung refraktiver Komponenten insbesondere im interferometrischen Strahlengang, vernachlässigbar klein zu halten, um eine weitgehend konstante Mittenfrequenz im entstehenden Interferenz-Wavelet zu erreichen. Dies wiederum begünstigt in hohem Maße eine vergleichsweise einfache und zuverlässige Signalverarbeitung. Der Einfluss der Dispersion des Objekts ist natürlich stets gegeben und ist auch bei der Signalverarbeitung zu beachten und gegebenenfalls durch eine geeignete Algorithmik zu bearbeiten.In particular, the object remains to be solved to keep the influence of the dispersion in the application of refractive components, especially in the interferometric beam path, negligibly small in order to achieve a substantially constant center frequency in the resulting interference wavelet. This in turn greatly facilitates comparatively simple and reliable signal processing. Of course, the influence of the dispersion of the object is always given and must also be taken into account during signal processing and, if necessary, processed by suitable algorithms.
Einsatzgebiete der erfinderischen Lösung sollen sein: Die Mikroform- und die Mikroprofilmessung, die Messung der Rauheit sowie auch die Miniform-Messung, die Form-Messung an nicht oder nur wenig kooperativen Oberflächen, wie auch z. B. menschliches Lebergewebe. Ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung ist hier auch die Erfassung der Mikroform von Zellen, insbesondere auch Tumorzellen am lebenden Organismus. Es geht hierbei in der Tendenz eher um das oberflächennahe optische Antasten.Fields of application of the inventive solution should be: The microform and the micro-profile measurement, the measurement of roughness and the mini-form measurement, the shape measurement on not or little cooperative surfaces, as well as z. B. human liver tissue. An example of the application of the invention is also the detection of the microform of cells, in particular tumor cells on the living organism. In this case, the tendency is rather the near-surface optical probing.
Dabei kann das erfindungsgemäße Interferometer auch als Scout-Sensor-System zur Erkundung der dreidimensionalen Umgebung und der dreidimensionalen Feinstruktur eines Operationsgebietes bereits in der chirurgischen Operationsphase bei einem Menschen eingesetzt werden. Dabei befindet sich das erfindungsgemäße Interferometer innerhalb eines hochkomplexen und multi-sensoriellen spektroskopischen Diagnose-Systems, das beispielsweise auch ein Raman-Spektrometer beinhalten kann. Dadurch sollen zusätzliche Informationen über menschliches Gewebe in auffälligen Organgebieten gewonnen werden, um beispielsweise bösartige Zellen und Tumore vergleichsweise sicher durch parallelisiert detektierte multi-sensorielle Datensätze bereits in der chirurgischen Operationsphase zu identifizieren. Das hochkomplexe, multi-sensorielle spektroskopische Diagnose-System kann auch ein Nah-Infrarot-Spektrometer – speziell auch in der Form eines Differenzspektrometers – und/oder ein Multiphotonen-Mikroskop beinhalten. Weitere Details dazu gehen jedoch eindeutig über den Umfang dieser Erfindung hinaus.In this case, the interferometer according to the invention can also be used as a scout sensor system for exploring the three-dimensional environment and the three-dimensional fine structure of an operating area already in the surgical operation phase in a human. In this case, the interferometer according to the invention is located within a highly complex and multi-sensor spectroscopic diagnostic system, which may include, for example, a Raman spectrometer. This is intended to provide additional information about human tissue in conspicuous organ areas, for example, to identify malignant cells and tumors comparatively securely by means of parallelized detected multi-sensorial data sets already in the surgical operation phase. The highly complex, multi-sensor spectroscopic diagnostic system may also include a near infrared spectrometer, especially in the form of a differential spectrometer, and / or a multiphoton microscope. However, further details are clearly beyond the scope of this invention.
Die zu lösende Aufgabe ist, dass die optischen Daten für alle Sensoren des Gesamtsystems parallelisiert und zeitgleich aus demselben Inspektionsgebiet oder Objektbereich gewonnen werden, also für alle Sensoren des multi-sensoriellen Systems derselbe und gemeinsam genutzte optische Inspektionskanal zum Objekt besteht. Dabei können die einzelnen Sensoren zeitgleich in unterschiedlichen spektralen Bereichen arbeiten.The problem to be solved is that the optical data for all sensors of the overall system be parallelized and simultaneously obtained from the same inspection area or object area, ie for all sensors of the multi-sensorial system the same and shared optical inspection channel to the object. The individual sensors can work simultaneously in different spectral ranges.
Dabei besteht also auch die Aufgabe, Therapiestrahlung beispielsweise für Tumorzellen, beispielsweise aus einem Femtosekunden-Laser, einem Inspektionsgebiet fokussiert und zielgenau und in einer medizinisch sinnvollen Parametrisierung zuzuführen. Dazu ist somit die Aufgabe zu lösen, den optischen Zugang für die Therapiestrahlung zum Therapiegebiet in Echtzeit – bezogen auf den Vorgang einer chirurgischen Operation – zu ermöglichen. Art und Erzeugung sowie Parametrisierung von Therapiestrahlung – beispielsweise zur präzisen Zerstörung von Tumorzellen oder Gewebebehandlung – soll mit den Erkenntnissen der neuesten Forschung erfolgen und ist in seinen Details nicht Bestandteil dieser Erfindung.Thus, there is also the task of focusing therapy radiation, for example for tumor cells, for example, from a femtosecond laser, an inspection area and supplying it accurately and in a medically meaningful parameterization. For this purpose, the object to be solved, the optical access for the therapy radiation to the therapeutic area in real time - in relation to the operation of a surgical operation - to enable. The type and generation as well as the parameterization of therapy radiation - for example for the precise destruction of tumor cells or tissue treatment - should be based on the findings of the latest research and is not part of this invention in its details.
Für die parallelisierte Gewinnung multi-sensorieller Datensätze ist weiterhin die Aufgabe zu lösen, eine interferometrische Anordnung mit mehr als einem Interferometer-Ausgang bereitzustellen, um weitere Sensor-Systeme, wie beispielsweise ein hochauflösendes Nah-Infrarot-Differenz-Spektrometer, ankoppeln zu können, das zielgenau Messungen im Operationsgebiet durchführt, um beispielsweise Verdachtsmomente auf Tumorzellen beim Patienten sicher zu entkräften oder bestätigen zu können. So sollen topografische als auch beispielsweise spektroskopische Daten parallelisiert und in Echtzeit gewonnen werden können.For the parallelization of multi-sensor data sets, the object remains to be solved to provide an interferometric arrangement with more than one interferometer output in order to couple other sensor systems, such as a high-resolution near-infrared difference spectrometer, the accurately performs measurements in the operating area, for example, to be able to reliably refute or confirm suspicion on tumor cells in the patient. So topographic as well as spectroscopic data should be parallelized and obtained in real time.
Ein weiteres Anwendungsgebiet stellt auch die Messung von polierten und auch nichtpolierten optischen Asphären und Freiformflächen dar. Hier kann ein optisches Materialbearbeitungssystem dem erfinderischen Scout-Sensor beigeordnet sein. Dieses Bearbeitungssystem soll auf den Erkenntnissen der neuesten Materialforschung beruhen und ist in seinen Details und der Parametrisierung ebenfalls nicht Bestandteil dieser Erfindung.Another field of application is the measurement of polished and also non-polished optical aspheres and free-form surfaces. Here, an optical material processing system can be associated with the inventive scout sensor. This editing system should be based on the findings of the latest Material research is based in its details and the parameterization also not part of this invention.
Eine besondere Motivation für die Anwendung der Erfindung ist die Nutzbarmachung der interferometrischen Verstärkung eines schwachen Objektsignals von einem eher wenig kooperativen Messobjekt.A particular motivation for the application of the invention is the utilization of the interferometric amplification of a weak object signal from a rather uncooperative measurement object.
Die Messanordnung und das Verfahren sollen auch zur optischen Kohärenz-Tomografie (OCT), insbesondere mit Multi-Punkt-Antastung, für technische oder biologische Objekte eingesetzt werden.The measuring arrangement and the method should also be used for optical coherence tomography (OCT), in particular with multi-point probing, for technical or biological objects.
Ein spezielles Anwendungsgebiet kann die biologische und medizinische Grundlagenforschung darstellen, beispielsweise können die erfinderischen Verfahren und Anordnungen durch die Ankopplung, insbesondere spektral höchstauflösender, Sensorsysteme zur Aufklärung der Entstehung und des Wachstums, einschließlich der Stoffwechselprozesse in vivo von Tumorzellen, eingesetzt werden.A particular field of application may be biological and medical basic research, for example, the inventive methods and arrangements by the coupling, in particular spectrally super-resolution, sensor systems for the detection of formation and growth, including the metabolic processes in vivo of tumor cells, can be used.
Hier wird der Begriff Licht stets als Synonym für elektromagnetische Strahlung vom Terahertz-, über den Infrarot- bis zum tiefen UV-Bereich verwendet.Here, the term light is always used as a synonym for electromagnetic radiation from the terahertz, over the infrared to the deep UV range.
Verfahren zur Lösung der Aufgaben:Method for solving the tasks:
Zu 1. Es handelt sich um ein Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI), auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), zur Abstands-, Tiefen-, Profil-, Form-, Welligkeits-, Mikroform-, Mikroprofil- und/oder Rauheitsmessung oder zur Messung der optischen Weglänge eines Objekts oder eines Objektdetails oder dessen räumlicher oder zeitlicher Veränderung und/oder zur Optischen Kohärenz-Tomografie (OCT) oder zur Optischen Kohärenz-Mikroskopie (OCM), insbesondere auch als optisch messender Scout-Sensor in einem multisensoriellen System zur Materialmessung und zur Materialbearbeitung oder in einem System zur multisensoriellen Erkennung von Tumorzellen, lebenden Geweben und zur insbesondere optischen Behandlung derselben. Das multisensorielle System kann insbesondere mit spektraler Höchstauflösung in mehreren Spektralbereichen vom tiefen UV-Bereich, über den sichtbaren und den Nahinfrarot-Bereich bis in den mittleren, langwelligen Infrarot-Bereich sowie den Terahertz-Bereich ausgebildet sein.1. This is a robust one-shot interferometry (ROSI) technique, also known as high-kimed short-coherence interference microscopy (HA KIM), for distance, depth, profile, shape, waviness, microform -, micro-profile and / or roughness measurement or for measuring the optical path length of an object or an object detail or its spatial or temporal change and / or optical coherence tomography (OCT) or optical coherence microscopy (OCM), in particular as optical measuring scout sensor in a multi-sensorial material measurement and material processing system or in a multi-sensorial detection system for tumor cells, living tissues and especially optical treatment thereof. The multi-sensorial system can be designed, in particular, with maximum spectral resolution in a plurality of spectral ranges from the deep UV range through the visible and the near infrared range to the medium, long-wave infrared range and the terahertz range.
Dazu ist mindestens ein Zweistrahl-Interferometer, auch in Form eines hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops, oder eine Vielzahl von Zweistrahl-Interferometern angeordnet.For this purpose, at least one two-beam interferometer, also in the form of a high-aperture short-coherence interference microscope, or a plurality of two-beam interferometers is arranged.
Dabei ist mindestens eine monochromatische und/oder polychromatische Quelle elektromagnetischer Strahlung dem Zweistrahl-Interferometer oder der Vielzahl von Zweistrahl-Interferometern zugeordnet. Diese kann als Multipunkt-Lichtquelle lateral feinstrukturiert, auch in Linien- oder Flächenform oder auch dreidimensional, ausgebildet sein.In this case, at least one monochromatic and / or polychromatic source of electromagnetic radiation is associated with the two-beam interferometer or the plurality of two-beam interferometers. This can be laterally finely structured as a multi-point light source, also in line or surface form or even in three dimensions.
Dieses Zweistrahl-Interferometer oder eine Vielzahl von Zweistrahl-Interferometern ist jeweils mit einer Strahlteiler-Fläche in jedem Zweistrahl-Interferometer zur Erzeugung von Objekt- und Referenzlicht, also in Form von Objekt- oder Referenz-Strahlenbündeln oder Objekt- oder Referenz-Wellenfronten je nach geometrisch- oder wellenoptischer Betrachtungsweise, durch Teilung der Wellenamplitude des in das Zweistrahl-Interferometer eintretenden Lichts ausgebildet. Dieser Strahlteiler-Fläche ist jeweils eine zumindest näherungsweise parallel gegenüberliegende und von dieser räumlich separierte Strahlvereiniger-Fläche zur Wiedervereinigung von Objekt- und Referenzlicht zum Zweck der Interferenz zugeordnet.This two-beam interferometer or a plurality of two-beam interferometers is each with a beam splitter surface in each two-beam interferometer for generating object and reference light, ie in the form of object or reference beams or object or reference wavefronts depending on geometric or wave optical view, formed by dividing the wave amplitude of the light entering the two-beam interferometer. This beam splitter surface is in each case associated with an at least approximately parallel opposed and spatially separated beam combiner surface for the reunification of object and reference light for the purpose of interference.
Der Referenzstrahlengang im Zweistrahl-Interferometer ist jeweils mit einem Retro-Reflektor zur Retro-Reflexion des Referenzlichts ausgebildet. Der Retro-Reflektor weist jeweils mindestens zwei Teilaperturen (TAT-E, TAT-A oder TAF-E, TAF-A) auf, von denen eine Teilapertur (TAT-E, TAF-E) jeweils allein für in den Retro-Reflektor hineingehendes Licht und eine Teilapertur jeweils allein (TAT-A, TAF-A) für aus dem Retro-Reflektor herausgehendes Licht genutzt wirdThe reference beam path in the two-beam interferometer is each formed with a retro-reflector for retro-reflection of the reference light. The retro-reflector has in each case at least two partial apertures (TAT-E, TAT-A or TAF-E, TAF-A), of which a partial aperture (TAT-E, TAF-E) in each case alone for entering into the retro-reflector Light and a sub-aperture each alone (TAT-A, TAF-A) is used for outgoing from the retro-reflector light
Das Zweistrahl-Interferometer oder eine Vielzahl von Zweistrahl-Interferometern besitzt weiterhin einen Objektstrahlengang mit einem das Objekt oder mindestens ein Element des Objekts beleuchtenden und abbildenden Messobjektiv.The two-beam interferometer or a plurality of two-beam interferometers further has an object beam path with a measuring objective illuminating and imaging the object or at least one element of the object.
Für die Beleuchtung und Abbildung eines Objekts biologischer oder technischer Natur mittels Messobjektiv wird hier synonym auch der Begriff optisches Antasten verwendet.For the illumination and imaging of an object of a biological or technical nature by means of a measuring objective, the term optical probing is also used synonymously here.
Dem Zweistrahl-Interferometer oder einer Vielzahl von Zweistrahl-Interferometern ist weiterhin mindestens ein gerasterter Detektor oder eine Vielzahl von gerasterten Detektoren für elektromagnetische Strahlung zugeordnet, mit welchem mindestens ein räumliches Interferogramm registriert wird. The two-beam interferometer or a plurality of two-beam interferometers is further associated with at least one screened detector or a plurality of screened detectors for electromagnetic radiation, with which at least one spatial interferogram is registered.
Erfindungsgemäß werden die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:
- • Geometrische Separierung von hinlaufendem und zurücklaufendem Strahlenbündel im Referenzstrahlengang zumindest näherungsweise in der Größe des Referenz-Strahlenbündel-Durchmessers mittels Retro-Reflexion mittels der lateralen Positionierung und/oder der geometrischen Ausbildung des Retro-Reflektors im Zweistrahl-Interferometer. Dadurch wird eine Separierung von in den Retro-Reflektor einfallendem Licht und von nach der Retro-Reflexion austretendem Licht durchgeführt. Der Betrag dieser Separierung liegt mindestens in der Größe des Referenz-Strahlenbündel-Durchmessers, so dass sich die entgegenlaufenden Strahlenbündel nicht überdecken.
- • Erzeugen einer vorbestimmten Neigung eines Referenzstrahlenbündels zu je einem Objektstrahlenbündel am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers durch Mittel zur zumindest näherungsweise achromatischen Strahlablenkung im Referenzstrahlengang auf der Basis von Reflexion und/oder Diffraktion und/oder Refraktion, einschließlich von Maßnahmen zur vorbestimmten geometrischen Ausbildung des Retro-Reflektors oder von Komponenten desselben,
- • und/oder Erzeugen der vorbestimmten Neigung eines Referenzstrahlenbündels zu je einem Objektstrahlenbündel am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers mittels Reflexion von Referenzstrahlenbündel oder Objektstrahlenbündel bei deren Wiedervereinigung an der separierten Strahlvereiniger-Fläche, so dass als Resultat der Summe der Mittel und Maßnahmen zur achromatischen Strahlablenkung des Referenzstrahlenbündels und der Wiedervereinigung an der Strahlvereiniger-Fläche eine vorbestimmte Neigung des Referenzstrahlenbündels zu je einem Objektstrahlenbündel mit dem Winkel alpha am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers besteht,
- • Erzeugen von räumlichen Kurzkohärenz-Interferenzen zueinander geneigter Objekt- und Referenzstrahlenbündel auf einem gerasterten Detektor elektromagnetischer Strahlung, wobei der Neigungswinkel alpha am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers zumindest näherungsweise unabhängig von der Wellenlänge gemacht ist, und diese vorbestimmte Neigung im Überdeckungsbereich von Objekt- und Referenzwellenfronten auf dem gerasterten Detektor – also im räumlichen Interferogramm – eine Änderung des optischen Gangunterschieds zwischen den interferierenden Wellenfronten über der lateralen Ausdehnung des räumlichen Interferogramms bewirkt, der zu einer Modulation der Intensität im räumlichen Interferogramm führt,
- • Bildung mindestens eines Signalmaximums oder mindestens eines Signalminimums im räumlichen Interferogramm auf dem gerasterten Detektor,
- • Detektion mindestens eines räumlichen Interferogramms auf dem gerasterten Detektor und
- • Auswertung eines räumlichen Interferogramms zur Bestimmung von Abstand, Tiefe, Profil, Form, Mikroform, Welligkeit und/oder Rauheit oder der optischen Weglänge in oder an einem biologischen oder technischen Objekt oder Objektdetail.
- Geometric separation of traveling and returning beam in the reference beam path at least approximately in the size of the reference beam diameter by means of retro-reflection by means of the lateral positioning and / or the geometric design of the retro-reflector in the two-beam interferometer. As a result, a separation of light incident in the retro-reflector and of light emerging after the retro-reflection is carried out. The amount of this separation is at least the size of the reference beam diameter, so that the counter-rotating beams do not overlap.
- Generating a predetermined inclination of a reference beam to an object beam at the output of the two-beam interferometer by means for at least approximately achromatic beam deflection in the reference beam on the basis of reflection and / or diffraction and / or refraction, including measures for the predetermined geometric formation of the retrospective Reflector or components thereof,
- • and / or generating the predetermined inclination of a reference beam to each object beam at the output of the two-beam interferometer by reflection of reference beam or object beam at their reunification at the separated Strahlereiniger surface, so that as a result of the sum and measures for achromatic beam deflection of the Reference beam and the reunification at the Strahlvereiniger surface is a predetermined inclination of the reference beam to each object beam with the angle alpha at the output of the two-beam interferometer,
- Generating spatial short-coherence interference of mutually inclined object and reference beams on a rasterized detector of electromagnetic radiation, wherein the inclination angle alpha at the output of the two-beam interferometer is at least approximately independent of the wavelength, and this predetermined tilt in the coverage area of object and reference wavefronts on the screened detector - ie in the spatial interferogram - causes a change in the optical path difference between the interfering wavefronts over the lateral extent of the spatial interferogram, which leads to a modulation of the intensity in the spatial interferogram,
- Formation of at least one signal maximum or at least one signal minimum in the spatial interferogram on the screened detector,
- Detection of at least one spatial interferogram on the screened detector and
- Evaluation of a spatial interferogram for determining distance, depth, profile, shape, microform, waviness and / or roughness or the optical path length in or on a biological or technical object or object detail.
Von Vorteil für den Betrieb eines hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) ist es, wenn auf dem gerasterten Detektor mindestens die Halbwertsbreite der Einhüllenden des räumlichen Interferogramms in der Mitte des Tiefenmessbereiches Platz findet.It is advantageous for the operation of a high-aperture short-coherence interference microscope (HA KIM) if at least the half-width of the envelope of the spatial interferogram fits into the middle of the depth-measuring range on the rastered detector.
Zu 2. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie zumindest näherungsweise eine Eliminierung der Lateral-Shear von Objekt- und Referenzstrahlenbündel auf dem gerasterten Detektor elektromagnetischer Strahlung durch die simultane Abstimmung
- • des Betrags und des Vorzeichens der lateralen Bündelseparierung bei der Retro-Reflexion im Referenzstrahlengang,
- • des Betrags und des Vorzeichens der vorbestimmten geometrischen Separierung der Strahlteilungsfläche und Strahlvereinigungsfläche unter Berücksichtigung der Brechungsindizes der optischen Materialien, die zwischen Strahlteilungsfläche und Strahlvereinigungsfläche angeordnet sind,
- • sowie des Winkelbetrags und des Vorzeichens des Neigungswinkels alpha des Referenzstrahlenbündels R zum Objektstrahlenbündel O
- The amount and the sign of the lateral bundle separation in the retro reflection in the reference beam path,
- The magnitude and sign of the predetermined geometric separation of the beam splitting surface and beam combining surface taking into account the refractive indices of the optical materials disposed between the beam splitting surface and the beam combining surface,
- • and the angle and the sign of the inclination angle alpha of the reference beam R to the object beam O
Zu 3. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie eine Wellenfrontformung von Objekt- und Referenzwellen am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers mittels Zylinderoptik oder anamorphotisch wirkender Prismen durchgeführt, so dass bei der Wellenfrontformung vorbestimmt ausgeprägter Astigmatismus für Objekt- und Referenzwellen eingeführt wird. Bei der Detektion eines jeden räumlichen Interferogramms durch astigmatische Fokussierung – von jeweils einer ein räumliches Interferogramm bildenden Objekt- und Referenz-Zylinderwelle wird dieses räumliche Interferogramm zumindest näherungsweise jeweils in linienhafter Form auf dem gerasterten Detektor ausgebildet.3. Furthermore, in the method for robust one-shot interferometry, wavefront-shaping of object and reference waves at the output of the two-beam interferometer is preferably carried out by means of cylinder optics or anamorphic prisms, so that predetermined wavefront shaping produces astigmatism for object and reference waves is introduced. In the detection of each spatial interferogram by astigmatic focusing - one of each a spatial Interferogram forming object and reference cylinder wave, this spatial interferogram is formed at least approximately in linear form on the rasterized detector.
Zu 4. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie eine konfokale Diskriminierung mittels Spalt oder Pinhole-Blende für das zurückkommende Objektlicht durchgeführt. Dadurch kann Streulicht vom Objekt reduziert werden.4. Furthermore, in the method for robust one-shot interferometry, confocal discrimination by means of a gap or pinhole diaphragm is preferably carried out for the returning object light. As a result, scattered light from the object can be reduced.
Zu 5. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie eine konfokale Diskriminierung mittels Spalt oder Pinhole-Blende für das zurückkommende Referenzlicht durchgeführt. Dadurch entsteht eine tiefpassgefilterte Referenz-Wellenfront, wodurch sich der Einfluss von kohärenten Störungen im räumlichen Interferogramm verringern kann.In addition, in the method for robust one-shot interferometry, confocal discrimination by means of a gap or pinhole aperture is preferably carried out for the returning reference light. This results in a low-pass filtered reference wavefront, which may reduce the influence of coherent perturbations in the spatial interferogram.
Zu 6. Bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie wird weiterhin vorzugsweise auch der zweite Ausgang A3 des Zweistrahl-Interferometers, der durch die Anordnung mit getrennten Orten für Strahlteilung und vereinigung vom Eingang geometrisch entkoppelt ist, gemeinsam mit dem Ausgang A2 für die Dual-balanced Technik genutzt. Dies erfolgt, um den Gleichanteil – aufgrund der Gegenphasigkeit des Signals des zweiten Ausgangs – im detektierten Interferogramm elektronisch und/oder numerisch zumindest näherungsweise eliminieren zu können.To 6. In the method for robust one-shot interferometry is also preferably also the second output A3 of the two-beam interferometer, which is geometrically decoupled by the arrangement with separate locations for beam splitting and association from the input, together with the output A2 for the Dual balanced technology used. This is done so that the DC component - due to the antiphase of the signal of the second output - in the detected interferogram electronically and / or numerically at least approximately eliminated.
Zu 7. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie mindestens ein Ausgang des Zweistrahl-Interferometers für die NIR-Spektroskopie genutzt. Damit können zusätzliche Informationen über das Objekt gewonnen werden, so dass multisensorielle Daten zur Erhöhung der Sicherheit, beispielsweise bei der Erkennung von Tumorzellen, gewonnen werden können.To 7. Furthermore, preferably in the method for robust one-shot interferometry at least one output of the two-beam interferometer for NIR spectroscopy is used. This allows additional information about the object to be obtained so that multi-sensor data can be obtained to increase safety, for example in the detection of tumor cells.
Zu 8. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie mindestens ein Ausgang des Zweistrahl-Interferometers für die Raman-Spektroskopie genutzt. Damit können zusätzliche Informationen über das Objekt gewonnen werden, so dass multisensorielle Daten zur Erhöhung der Sicherheit, beispielsweise bei der Erkennung von Tumorzellen, zur Verfügung stehen.To 8. Furthermore, preferably in the method for robust one-shot interferometry at least one output of the two-beam interferometer for Raman spectroscopy is used. This allows additional information about the object to be obtained so that multi-sensor data is available to increase safety, for example in the detection of tumor cells.
Zu 9. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie mindestens ein Ausgang des Zweistrahl-Interferometers für die Fluoreszenz-Spektroskopie genutzt. Damit können zusätzliche Informationen über das Objekt gewonnen werden, so dass multisensorielle Daten zur Erhöhung der Sicherheit, beispielsweise bei der Erkennung von Tumorzellen, zur Verfügung stehen.9. Furthermore, in the method for robust one-shot interferometry, at least one output of the two-beam interferometer is preferably used for fluorescence spectroscopy. This allows additional information about the object to be obtained so that multi-sensor data is available to increase safety, for example in the detection of tumor cells.
Zu 10. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie mindestens ein Ausgang des Zweistrahl-Interferometers für die Multiphotonen-Mikroskopie genutzt. Damit können zusätzliche Informationen über das Objekt gewonnen werden, so dass multisensorielle Daten zur Erhöhung der Sicherheit, beispielsweise bei der Erkennung von Tumorzellen, zur Verfügung stehen.To 10. Furthermore, preferably in the method for robust one-shot interferometry at least one output of the two-beam interferometer is used for multiphoton microscopy. This allows additional information about the object to be obtained so that multi-sensor data is available to increase safety, for example in the detection of tumor cells.
Zu 11. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie mindestens ein Ausgang des Zweistrahl-Interferometers simultan für die Differenz-Spektroskopie genutzt. Dies kann im nahinfraroten Bereich erfolgen. Damit können zusätzliche Informationen über das Objekt gewonnen werden, so dass multisensorielle Daten zur Erhöhung der Sicherheit, beispielsweise bei der Erkennung von Tumorzellen, zur Verfügung stehen.To 11. Furthermore, preferably in the method for robust one-shot interferometry at least one output of the two-beam interferometer is used simultaneously for differential spectroscopy. This can be done in the near-infrared area. This allows additional information about the object to be obtained so that multi-sensor data is available to increase safety, for example in the detection of tumor cells.
Durch den Neigungswinkel alpha des Referenzstrahlenbündels R zum Objektstrahlenbündel O ist eine eindeutige Trennmöglichkeit von Objekt- und Referenzlicht bei der Detektion gegeben, so dass beispielsweise für die NIR-Differenz-Spektroskopie eine sehr präzise Referenz in Echtzeit zur Verfügung steht. So können auch kleinste Schwankungen der Intensität einer oder mehrerer Lichtquellen beispielsweise durch eine Subtraktions-Operation vom Messergebnis ferngehalten werden. Auch andere Differenzverfahren mit dem Ziel höchster Sensitivität sind hier anwendbar. Überall dort, wo eine Referenz zum Objektlicht benötigt wird, kann dieser Ansatz mit der Trennmöglichkeit von Objekt- und Referenzlicht durch Einführung des Neigungswinkels alpha zwischen Referenzstrahlenbündels R und Objektstrahlenbündel O angewendet werden.Due to the inclination angle alpha of the reference beam R to the object beam O, a clear separation possibility of object and reference light is given in the detection, so that, for example, for NIR difference spectroscopy is a very precise reference in real time available. Thus, even the smallest fluctuations in the intensity of one or more light sources can be kept away from the measurement result, for example by a subtraction operation. Other differential methods with the goal of highest sensitivity are applicable here. Wherever a reference to the object light is needed, this approach can be applied with the possibility of separating object and reference light by introducing the angle of inclination alpha between the reference beam R and the object beam O.
Die Details dieser Verfahren wie NIR-Spektroskopie, Raman-Spektroskopie, Multiphotonen-Mikroskopie, Fluoreszenz-Spektroskopie und die Sinnhaftigkeit der Kopplung derselben innerhalb eines multisensoriellen Systems, insbesondere zur Diagnose von Tumorzellen, steht im Rahmen dieser Erfindung nicht im Vordergrund. Die Details der Applikation, die Parametrisierung sowie die sinnvolle Auswahl von Kopplungen dieser Verfahren sind hier durch den kundigen Fachmann anzugehen. Hierbei geht es speziell darum, multimodale und multisensoriell erzeugte Messdaten – wie insbesondere topografische und mehrfach spektroskopische – mit vergleichsweise geringer Messunsicherheit zu liefern, aus denen aussagefähige Indikatoren abgeleitet werden. Mittels rechnerunterstützter und modellbasierter Verknüpfung dieser Indikatoren zu komplexen Indikator-Matrizen sollen Aussagen mit hoher Zuverlässigkeit in Bezug auf das Vorhandensein von Tumorzellen – also bei der Krebsfrüherkennung – in Operations-Echtzeit getroffen werden können.The details of these methods, such as NIR spectroscopy, Raman spectroscopy, multiphoton microscopy, fluorescence spectroscopy and the meaningful coupling of the same within a multisensorial system, in particular for the diagnosis of tumor cells, are not in the focus of this invention. The details of the application, the parameterization as well as the sensible selection of couplings of these procedures are to be addressed here by the skilled person. This is especially about multimodal and multi-sensorially generated measurement data - such as in particular topographic and multiple spectroscopic - deliver with comparatively low uncertainty, from which meaningful indicators are derived. Using computer-aided and model-based linking of these indicators to complex indicator matrices, it should be possible to make statements with high reliability regarding the presence of tumor cells - that is, in early cancer detection - in real-time operations.
Zu 12. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie über eine Teilapertur des Messobjektivs geeignete Laser-Strahlung zur Laser-Behandlung von lebendem Gewebe oder biologischem toten Material oder Laser-Strahlung zur Bearbeitung von nichtbiologischem Material zugeführt. Die durch multisensorielle Messungen gewonnenen Informationen können in Prozess-Echtzeit zur In-Prozess-Bearbeitung von Material verwendet werden. Andererseits können beispielsweise kanzerogene Hautzellen nach deren multisensoriellgestützter Erkennung sehr schnell und den Patienten schonend und vollständig durch geeignete Laserbehandlung entfernt werden. Dabei kann eine Teilapertur des Messsystems, das vorzugsweise als Schwarzschild-Spiegel-Objektiv mit geeigneter Verspiegelung für die Laserstrahlung ausgebildet ist, genutzt werden.12. Furthermore, preferably in the method for robust one-shot interferometry over a partial aperture of the measuring objective, suitable laser radiation is supplied for the laser treatment of living tissue or biological dead material or laser radiation for processing non-biological material. The information gathered through multisensor measurements can be used in process real time for in-process machining of material. On the other hand, for example, carcinogenic skin cells can be removed very quickly and the patient gently and completely by appropriate laser treatment after their multi-sensorially assisted detection. In this case, a partial aperture of the measuring system, which is preferably designed as a Schwarzschild mirror objective with suitable mirroring for the laser radiation, can be used.
Zu 13. Weiterhin sind vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie im Messobjektiv und/oder im Objektstrahlengang Mittel zur chromatischen Längsaufspaltung angeordnet, um eine Tiefenseparierung von Fokuspunkten zur Implementierung der chromatischkonfokalen Technik durchzuführen. Dies dient der erheblichen Vergrößerung des wellenoptischen Schärfentiefebereichs.13. Furthermore, in the method for robust one-shot interferometry in the measuring objective and / or in the object beam path, means for chromatic longitudinal splitting are preferably arranged in order to perform a depth separation of focus points for implementing the chromatic confocal technique. This serves to considerably increase the wave-optical depth of field.
Zu 14. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie das Zweistrahl-Interferometer mit einer Vielzahl von Eingangsbündeln optisch gespeist, so dass eine Vielzahl von Objektbündeln und Referenzbündeln parallelisiert gebildet wird. Jedem gebildeten Referenzbündel ist ein Retro-Reflektor und jedem gebildeten Objektbündel ist ein Messobjektiv zugeordnet und es kann somit eine parallelisierte optische Abtastung des Objekts durchgeführt werden. Der Begriff optische Abtastung wird hier synonym für das optische Anmessen des Objekts gebraucht.14. Furthermore, in the method for robust one-shot interferometry, the two-beam interferometer is preferably optically fed with a multiplicity of input beams, so that a multiplicity of object bundles and reference bundles are formed in parallel. Each reference bundle formed is a retro-reflector and each measuring object bundle is associated with a measuring objective and thus a parallelized optical scanning of the object can be carried out. The term optical scanning is used here synonymously for the optical measurement of the object.
Anordnungen zur Lösung der Aufgaben:Arrangements for the solution of the tasks:
Zu 15. Es geht hierbei um eine Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI), auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), zur Abstands-, Tiefen-, Profil-, Form-, Welligkeits-, Mikroform-, Mikroprofil- und/oder Rauheitsmessung oder zur Messung der optischen Weglänge eines Objekts oder eines Objektdetails oder dessen räumlicher oder zeitlicher Veränderung und/oder zur Optischen Kohärenz-Tomografie (OCT) oder zur Optischen Kohärenz-Mikroskopie (OCM), insbesondere auch als optisch messender Scout-Sensor in einem multisensoriellen System zur Materialmessung und zur Materialbearbeitung oder in einem System zur Erkennung von Tumorzellen und zur optischen Behandlung derselben mit den Merkmalen des Oberbegriffs.
Im Referenzstrahlengang ist der Retro-Reflektor dabeiThe retro-reflector is included in the reference beam path
- • entweder als kompakter Tripelspiegelreflektor mit drei Planspiegelflächen,Either as a compact triple mirror reflector with three plane mirror surfaces,
- • oder als Tripelspiegel-Anordnung, bestehend aus einer Dachkantspiegel-Anordnung und einer einzelnen, dieser Dachkantspiegel-Anordnung zugeordneten Planspiegelfläche,Or as a triple mirror arrangement, consisting of a roof-edge mirror arrangement and a single planar mirror surface associated with this roof-edge mirror arrangement,
- • oder als Tripelspiegel-Anordnung, bestehend aus drei einzelnen Planspiegelflächen, die jeweils zumindest näherungsweise eine Raumecke darstellen,• or as a triple mirror arrangement, consisting of three individual plane mirror surfaces, each representing at least approximately a corner of the room,
- • oder der Retro-Reflektor ist mit mindestens einem fokussierendem Referenzobjektiv und einem Referenz-Endreflektor ausgebildet, welcher jemals zumindest näherungsweise in der Fokusposition dieses Referenzobjektivs angeordnet,• or the retro-reflector is formed with at least one focusing reference lens and a reference end reflector, which ever at least approximately arranged in the focus position of this reference lens,
- • und der Retro-Reflektor weist dabei stets jeweils mindestens zwei Teilaperturen (TAT-E, TAT-A oder TAF-E, TAF-A) auf, von denen eine Teilapertur (TAT-E, TAF-E) jeweils allein für in den Retro-Reflektor hineingehendes Licht und eine Teilapertur jeweils allein (TAT-A, TAF-A) für aus dem Retro-Reflektor herausgehendes Licht genutzt wird.• And the retro-reflector always has at least two sub-apertures (TAT-E, TAT-A or TAF-E, TAF-A), of which a sub-aperture (TAT-E, TAF-E) each alone in the Retro-reflector entering light and a sub-aperture each alone (TAT-A, TAF-A) is used for outgoing from the retro-reflector light.
Erfindungsgemäß besteht entweder eine vorbestimmte Winkelabweichung delta_beta von der idealen Raumecke mindestens einer Planspiegelfläche
- • des kompakten Tripelspiegelreflektors,
- • oder der Tripelspiegel-Anordnung, bestehend aus einer Dachkantspiegel-Anordnung und einer einzelnen, dieser Dachkantspiegel-Anordnung zugeordneten Planspiegelfläche
- • oder der Tripelspiegel-Anordnung im Referenzstrahlengang.
- • Oder, es sind erfindungsgemäß mindestens einer der beiden Teilaperturen (TAT-E, TAT-
- A) Mittel zur Durchführung einer zumindest näherungsweise achromatischen Strahlablenkung zum Einführen einer vorbestimmten Strahlablenkung delta_rho zugeordnet.
- • Oder, der Retro-Reflektor mit fokussierendem Referenzobjektiv und Referenz-Endreflektor weist in dessen kollimierten Strahlengang mindestens zwei Teilaperturen (TAF-E, TAF-A) auf, von denen eine Teilapertur (TAF-E) allein für in den Retro-Reflektor hineingehendes Licht und eine Teilapertur (TAF-A) allein für aus dem Endreflektor herausgehendes Licht genutzt wird. So wird eine Separierung von in den Retro-Reflektor einfallendem und austretendem Licht durchgeführt und im kollimierten Strahlengang sind mindestens einer dieser beiden Teilaperturen (TAF-E, TAF-A) Mittel zur Durchführung einer zumindest näherungsweise achromatischen Strahlablenkung zum Einführen einer vorbestimmten Neigung delta_rho des Referenzstrahlenbündels zugeordnet
- • und/oder mittels vorbestimmter Rest-Winkelabweichung delta_gamma von der Parallelität von Strahlteiler-Fläche und dieser gegenüberliegenden, separierten Strahlvereiniger-Fläche besteht nach der Strahlvereinigung am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers jeweils eine vorbestimmte Neigung einer Referenzwellenfront zu je einer Objektwellenfront.
- • the compact triple mirror reflector,
- • or the triple mirror arrangement, consisting of a roof edge mirror assembly and a single, this roof edge mirror assembly associated planar mirror surface
- • or the triple mirror arrangement in the reference beam path.
- Or, according to the invention, at least one of the two sub-apertures (TAT-E, TAT-
- A) associated with means for performing an at least approximately achromatic beam deflection for introducing a predetermined beam deflection delta_rho.
- • Or, the retro-reflector with focusing reference lens and reference end reflector has in its collimated beam path at least two sub-apertures (TAF-E, TAF-A), of which a sub-aperture (TAF-E) alone for entering the retro-reflector Light and a sub-aperture (TAF-A) is used solely for outgoing light from the end reflector. Thus, a separation of incident and emerging in the retro-reflector light is performed and in the collimated beam path at least one of these two sub-apertures (TAF-E, TAF-A) means for performing an at least approximately achromatic beam deflection for introducing a predetermined inclination delta_rho of the reference beam associated
- • and / or by means of a predetermined residual angular deviation delta_gamma from the parallelism of the beam splitter surface and this opposite, separated beam combiner surface there is a predetermined inclination of a reference wavefront to an object wavefront after the beam combination at the output of the two-beam interferometer.
Zu 16. Weiterhin ist vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI), auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM) der Referenz-Endreflektor des Retro-Reflektors mit fokussierendem Referenzobjektiv als Planspiegel zur einmaligen Reflexion des fokussierten Referenzstrahlenbündels ausgebildet.To 16. Furthermore, preferably in the arrangement for robust one-shot interferometry (ROSI), also in the form of high-aperture short-coherence interference microscopy (HA KIM) the reference end reflector of the retro-reflector with focusing reference lens as a plane mirror for single reflection of the focused Reference beam formed.
Zu 17. Weiterhin ist vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI), auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM) der Referenz-Endreflektor des Retro-Reflektors mit fokussierendem Referenzobjektiv als Dreifach-Planspiegel-Gruppe zur dreifachen Reflexion des fokussierten Referenzstrahlenbündels ausgebildet ist, wobei die drei Planspiegel jeweils senkrecht zu einer gemeinsamen Bezugsebene angeordnet sind. Der sich dadurch ergebende Querversatz des rücklaufenden Referenzstrahlenbündels führt zu einer Strahlablenkung, so dass sich eine Neigung des Referenzstrahlenbündels zum Objektstrahlenbündel am Ausgang des Interferometers ergibt.To 17. Furthermore, preferably in the arrangement for robust one-shot interferometry (ROSI), also in the form of high-aperture short-coherence interference microscopy (HA KIM) the reference end reflector of the retro-reflector with focusing reference lens as a triple-plane mirror group is formed three times reflection of the focused reference beam, wherein the three plane mirrors are each arranged perpendicular to a common reference plane. The resulting transverse offset of the returning reference beam leads to a beam deflection, so that there is an inclination of the reference beam to the object beam at the output of the interferometer.
Zu 18. Weiterhin sind vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie die Mittel zur zumindest näherungsweise achromatischen Strahlablenkung als achromatisierter Ablenkkeil oder eine Spiegeltreppe oder eine achromatische Prismenspiegeltreppe ausgebildet.For 18. Furthermore, in the arrangement for robust one-shot interferometry, the means for at least approximately achromatic beam deflection are preferably designed as an achromatized whipstock or a mirrored staircase or an achromatic prism mirrored staircase.
Zu 19. Weiterhin ist vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie der Ablenkkeil als Kombination aus refraktivem Prismenkeil und mindestens einem diffraktiven optischen Element (DOE) ausgebildet.To 19. Furthermore, preferably in the arrangement for robust one-shot interferometry of the whipstock is formed as a combination of refractive prism wedge and at least one diffractive optical element (DOE).
Zu 20. Weiterhin sind vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie sowohl die Anordnung von Strahlteiler-Fläche und Strahlvereiniger-Fläche als auch die Planspiegel der Tripelspiegel-Anordnung als eine Starrkörper-Anordnung ausgebildet, so dass die vorbestimmte Winkelabweichung delta_beta von der idealen Raumecke vorbestimmt fest und dauerhaft eingestellt ist.To 20. Furthermore, preferably in the arrangement for robust one-shot interferometry, both the arrangement of the beam splitter surface and Strahlereiniger surface and the plane mirror of the triple mirror arrangement are designed as a rigid body arrangement, so that the predetermined angular deviation delta_beta of the ideal room corner is predetermined fixed and permanent.
Zu 21. Weiterhin ist vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie mindestens eine Lichtquelle lateral feinstrukturiert, auch in Linien- oder Flächenform oder auch dreidimensional, ausgebildet.21, furthermore, in the case of the arrangement for robust one-shot interferometry, at least one light source is preferably laterally finely structured, also in line or planar form or else in three dimensions.
Zu 22. Weiterhin sind vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie im Messobjektiv und/oder im Objektstrahlengang refraktive und/oder diffraktive Mittel zur chromatischen Längsaufspaltung angeordnet.22. Furthermore, refractive and / or diffractive means for chromatic longitudinal splitting are preferably arranged in the arrangement for robust one-shot interferometry in the measuring objective and / or in the object beam path.
Zu 23. Weiterhin sind vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie im Messobjektiv und/oder im Objektstrahlengang die Mittel zur chromatischen Längsaufspaltung mit diffraktiv-optischen Elementen ausgebildet.To 23. Furthermore, preferably in the arrangement for robust one-shot interferometry in the measuring objective and / or in the object beam path, the means for chromatic longitudinal splitting with diffractive optical elements are formed.
Zu 24. Weiterhin sind bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie vorzugsweise viele miniaturisierte Messobjektive in Zeilen- oder Matrixanordnung angeordnet und dazu geometrisch entsprechend, Tripel-Reflektoren in Zeilen- oder Matrixanordnung ausgerichtet, wobei die Tripel-Reflektoren zumindest näherungsweise je eine vorbestimmte Winkelabweichung delta_beta aufweisen.To 24. Furthermore, in the arrangement for robust one-shot interferometry, preferably many miniaturized measuring objectives are arranged in row or matrix arrangement and geometrically correspondingly, triple reflectors aligned in row or matrix arrangement, the triple reflectors at least approximately each a predetermined Angular deviation have delta_beta.
Zu 25. Weiterhin sind bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), vorzugsweise miniaturisierte Messobjektive in Form eines Mikrolinsen-Arrays angeordnet. To 25. Furthermore, in the arrangement for robust one-shot interferometry, also in the form of high-aperture short-coherence interference microscopy (HA KIM), preferably miniaturized measuring objectives are arranged in the form of a microlens array.
Zu 26. Weiterhin ist bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), der Retro-Reflektor vorzugsweise als Anordnung aus zwei halbierten, zumindest näherungsweise baugleichen Referenz-Halbobjektiven mit den Brennweiten f'_1 und f'_2 = f' ausgebildet. Diese beiden Referenz-Halbobjektive bilden ein Retro-Reflektor-System. Dabei befinden sich deren optischen Achsen in einem kleinen vorbestimmten Abstand delta_e parallel zueinander und die Brennebenen der beiden halbierten, baugleichen Referenz-Halbobjektive koinzidieren zumindest näherungsweise. Diese zwei Referenz-Halbobjektive sind hochstabil und starr zueinander kombiniert. Ein derartiges Retro-Reflektor-System erzeugt eine konstante achromatische Neigung des Ausgangsstrahlenbündels zu dessen Eingangsstrahlenbündel von
Hierbei ist möglich, dass beispielsweise durch Single-Point-Diamantbearbeitung die beiden Spiegel eines Schwarzschild-Objektivs so als Referenz-Halbobjektive gefertigt werden, dass diese zwei zumindest näherungsweise baugleichen Schwarzschild-Halbsystemen entsprechen, deren optische Achsen parallel zueinander angeordnet und um einen kleinen Betrag delta_e versetzt sind. Im einfachsten Fall weisen die beiden Spiegel jeweils zwei Kugelschalen auf, deren Mittelpunkte etwas, also um delta_e, versetzt sind. Diese beiden Schwarzschild-Halbsysteme weisen die gleiche Brennweite f'_1 und f'_2 = f' auf und die Brennebenen der beiden Halbsysteme fallen zusammen. Die beiden Schwarzschild-Halbsystem-Spiegel befinden sich vorzugsweise jeweils auf demselben Grundkörper. Bei der Montage eines derartigen modifizierten Schwarzschild-Systems ist jedoch sorgfältig auf die azimutale Lage der beiden modifizierten Spiegelhälften zueinander zu achten, um die Aberrationen zu minimieren. Weiterhin ist bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), das objektabbildende Messobjektiv vorzugsweise mit einer vergleichsweise hohen numerischen Apertur ausgebildet. Diese numerische Apertur kann deutlich mehr als 0,1 betragen.It is possible that, for example, by single-point diamond processing, the two mirrors of a Schwarzschild lens are made as reference half lenses that these correspond to at least approximately identical Schwarzschild half systems whose optical axes arranged parallel to each other and delta_e by a small amount are offset. In the simplest case, the two mirrors each have two spherical shells whose center points are offset slightly, that is, by delta_e. These two Schwarzschild half systems have the same focal length f'_1 and f'_2 = f 'and the focal planes of the two half systems coincide. The two Schwarzschild half-system mirrors are preferably each on the same base body. However, when assembling such a modified Schwarzschild system, care must be taken with respect to the azimuthal position of the two modified mirror halves to minimize aberrations. Furthermore, in the arrangement for robust one-shot interferometry, also in the form of high-aperture short-coherence interference microscopy (HA KIM), the object-imaging measuring objective is preferably formed with a comparatively high numerical aperture. This numerical aperture can be significantly more than 0.1.
Zu 27. Weiterhin ist bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), vorzugsweise die Quelle elektromagnetischer Strahlung im Frequenzraum als über der Zeit durchstimmbare Frequenzkamm-Laserlichtquelle, oder als – hinsichtlich optischer Weglänge 2L über der Zeit – durchstimmbares Vielstrahl-Interferometer ausgebildet. Somit ändern sich die Abstände der Intensitätsmaxima der Frequenzkamm-Laserlichtquelle im Frequenzkamm, bzw. die Transmissionsmaxima des Vielstrahl-Interferometers im Frequenzraum. Dabei ist die optische Weglänge oder die optische Verzögerungslänge 2L jeweils zumindest näherungsweise einmal dem optischen Gangunterschied x im hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskop (HA KIM) zu einem Zeitpunkt des zeitlichen Durchstimmens gleichgemacht. Dieser Ansatz wurde bereits in der deutschen Offenlegungsschrift
Zu 28. Weiterhin sind bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), vorzugsweise neben den Mitteln des Durchstimmens auch Mittel zur gleichzeitigen Durch- oder Nachfokussierung im Objektstrahlengang angeordnet, welche mit Mitteln zur Synchronisierung der durchstimmbaren Frequenzkamm-Lichtquelle oder mit Mitteln zur Synchronisierung eines über der Zeit durchstimmbaren Vielstrahl-Interferometers kombiniert sind. Somit ändern sich beim Durchstimmen die Abstände der Intensitätsmaxima des FC-Lasers im Frequenzkamm, bzw. die Transmissionsmaxima des Vielstrahl-Interferometers.To 28. Furthermore, in the arrangement for robust one-shot interferometry, also in the form of high-aperture short-coherence interference microscopy (HA KIM), preferably in addition to the means of tuning also means for simultaneous through- or Nachfokussierung arranged in the object beam path, which means for synchronizing the tunable frequency comb light source or combined with means for synchronizing a time-tunable multi-beam interferometer. Thus, the pitches of the intensity maxima of the FC laser in the frequency comb, or the transmission maxima of the multi-beam interferometer change when tuning.
Zu 29. Weiterhin sind vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), die Mittel zur gleichzeitigen Durch- oder Nachfokussierung im Objektstrahlengang als vorbestimmt steuerbare Flüssigkeitslinse, als vorbestimmt steuerbarer Membranspiegel oder als räumlicher, vorbestimmt steuerbarer Lichtmodulator ausgebildet. Vorzugsweise befinden sich dabei die Mittel zur gleichzeitigen Durch- oder Nachfokussierung im Objektstrahlengang in der Fourier-Ebene des Objektstrahlenganges, damit sich der Abbildungsmaßstab der Abbildung zumindest näherungsweise nicht ändert.29. Furthermore, in the case of the arrangement for robust one-shot interferometry, also in the form of high-aperture short-coherence interference microscopy (HA KIM), the means for simultaneous through- or post-focussing in the object beam path as a predeterminable liquid lens are preferably predetermined controllable membrane mirror or as a spatial, predetermined controllable light modulator. Preferably, the means for simultaneous through- or refocusing in the object beam path are in the Fourier plane of the object beam path, so that the magnification of the image does not change, at least approximately.
Weiterhin sind bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), vorzugsweise Mittel zur Wellenfrontformung im Objektraum angeordnet. Damit besteht die Möglichkeit, Asphären zu vermessen. Diese können statisch ausgebildet sein, oder auch in der Zeit vorbestimmt veränderlich ausgebildet sein.Furthermore, in the arrangement for robust one-shot interferometry, also in the form of high-aperture short-coherence interference microscopy (HA KIM), means for wave front shaping are preferably arranged in the object space. This makes it possible to measure aspheres. These may be static or may be designed to be variable over time.
Weitere Verfahrensmerkmale zur Lösung der Aufgaben:Further process features for solving the tasks:
Zu 30. Weiterhin werden vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:
- – Nach- bzw. Durchfokussieren des Sensors in Relation zum Messobjekt, so dass sich der optische Gangunterschied zumindest für den Hauptstrahl im Objektstrahlengang im Zweistrahl-Interferometer sich zumindest näherungsweise nicht ändert und
- – gleichzeitiges Durchstimmen der Quelle elektromagnetischer Strahlung im Frequenzraum mittels durchstimmbarer Frequenzkamm-Laserlichtquelle oder mittels durchstimmbarem Vielstrahl-Interferometer hinsichtlich optischer Weglänge 2L – also des „einfachen” optischen Gangunterschieds x_zu im Vielstrahl-Interferometer. Dabei wird die aktuelle Fokusebene, speziell der Fokuspunkt auf der optischen Achse des Objektstrahlenganges des hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) stets zumindest näherungsweise dort lokalisiert, wo eine Kompensation des optischen Gangunterschieds x des Kurzkohärenz-Interferenz mikroskops durch die einfache optische Verzögerungslänge 2L der Frequenzkamm-Laserlichtquelle oder des Vielstrahl-Interferometers auf der optischen Achse des Objektstrahlenganges besteht.
- - Refocusing or focussing of the sensor in relation to the measurement object, so that the optical path difference, at least approximately does not change at least for the main beam in the object beam path in the two-beam interferometer, and
- - Simultaneous tuning of the source of electromagnetic radiation in the frequency space by means of tunable frequency comb laser light source or by means of tunable multi-beam interferometer in terms of optical path length 2L - ie the "simple" optical path difference x_zu in the multi-beam interferometer. In this case, the current focal plane, especially the focal point on the optical axis of the object beam path of the high-aperture short-coherence interference microscope (HA KIM) is always at least approximately localized where a compensation of the optical path difference x of the short-coherence interference microscope by the simple optical delay length 2L of the frequency comb Laser light source or the multi-beam interferometer on the optical axis of the object beam path consists.
Somit ändern sich beim Durchstimmen die Abstände der Intensitätsmaxima der Frequenzkamm-Laserlichtquelle im Frequenzkamm, bzw. die Transmissionsmaxima des Vielstrahl-Interferometers im Frequenzraum. Dabei ist die optische Verzögerungslänge 2L der Frequenzkamm-Laserlichtquelle oder des Vielstrahl-Interferometers jeweils zumindest näherungsweise einmal dem optischen Gangunterschied x im hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskop (HA KIM) zu einem Zeitpunkt des zeitlichen Durchstimmens gleichgemacht. Dabei erfolgt eine Detektion – vorzugsweise eine Kurzzeit-Detektion – in einem Zeitfenster in der Zeit des Durchstimmens mittels gerasterten Detektors. Dabei kann der gerasterte Detektor zur Kurzzeit-Detektion befähigt sein. Es kann aber auch dem optischen Strahlengang ein schnelles Shutter-System zugeordnet sein oder die Lichtquelle kann auch als Kurzpuls-Lichtquelle ausgebildet sein. Vorzugsweise kann auch in der Frequenzkamm-Laserlichtquelle oder im Vielstrahl-Interferometer eine schnelle Gegenbewegung mittels Piezostelltechnik vorbestimmt erzeugt werden, so dass sich im Zeitfenster der Bildaufnahme mittels gerasterten Detektors das räumliche Interferogramm praktisch nicht verändert, weil auch der optische Gangunterschied sich in diesem Zeitfenster nicht ändert. Dabei kann es von Vorteil sein, wenn die optische Abtastung im Objektraum vorzugsweise in Schritten der etwa halben Kohärenzlänge, welche sich aus dem globalen Spektrum der Lichtquelle ergibt, vorgenommen wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass die wellenoptische Schärfentiefe hierbei die Kohärenzlänge übersteigt. Der optische Gangunterschied im Objektarm des hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) wird also beim Durchstimmen der Frequenzkamm-Laserlichtquelle im Frequenzkamm oder des Vielstrahl-Interferometers nicht verändert.Thus, the pitches of the intensity maxima of the frequency comb laser light source in the frequency comb, or the transmission maxima of the multi-beam interferometer in the frequency domain change when tuning. At this time, the optical retardation length 2L of the frequency-comb laser light source or the multi-beam interferometer is made equal at least approximately once to the optical retardation x in the high-aperture short-coherence interference microscope (HA KIM) at a time of temporal tuning. In this case, a detection - preferably a short-term detection - in a time window in the time of tuning by rasterized detector. The rasterized detector can be capable of short-time detection. However, it can also be assigned to the optical beam path, a fast shutter system or the light source can also be designed as a short pulse light source. Preferably, in the frequency comb laser light source or in the multi-beam interferometer fast countermovement by means of piezoelectric adjustment can be generated in a predetermined manner, so that practically does not change the spatial interferogram in the time window of image acquisition by rasterized detector, because the optical path difference does not change in this time window , It may be advantageous if the optical scanning in the object space is preferably carried out in steps of approximately half the coherence length, which results from the global spectrum of the light source. It is assumed that the wave-optical depth of field exceeds the coherence length. The optical path difference in the object arm of the high-aperture short-coherence interference microscope (HA KIM) is thus not changed when tuning the frequency comb laser light source in the frequency comb or the multi-beam interferometer.
Zu 31. Weiterhin werden vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:
- – Nach- bzw. Durchfokussieren des Sensors in Relation zum Messobjekt, so dass der optische Gangunterschied – zumindest für den Hauptstrahl im Objektstrahlengang im Zweistrahl-Interferometer – sich zumindest näherungsweise nicht ändert und
- – gleichzeitiges Durchstimmen eines dem hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskop (HA KIM) zugeordneten Zweistrahl-Interferometers hinsichtlich seines optischen Gangunterschieds x_zu. Dabei wird die aktuelle Fokusebene, speziell der Fokuspunkt auf der optischen Achse des Objektstrahlenganges des hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) stets zumindest näherungsweise dort lokalisiert, wo eine Kompensation des optischen Gangunterschieds x des hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) durch den optischen Gangunterschied x_zu des zugeordneten Zweistrahl-Interferometers auf der optischen Achse des Objektstrahlenganges besteht.
- - Refocusing or focussing of the sensor in relation to the measurement object, so that the optical path difference - at least approximately does not change - at least for the main beam in the object beam path in the two-beam interferometer - and
- - Simultaneous tuning of a two-beam interferometer associated with the high-aperture short-coherence interference microscope (HA KIM) with respect to its optical path difference x_zu. In this case, the current focus plane, especially the focal point on the optical axis of the object beam path of the high-aperture short-coherence interference microscope (HA KIM) is always at least approximately localized where a compensation of the optical path difference x of the high-aperture short-coherence interference microscope (HA KIM) by the optical path difference x_zu the associated two-beam interferometer on the optical axis of the object beam path consists.
Dabei ist der optische Gangunterschieds x_zu des zugeordneten Zweistrahl-Interferometers jeweils zumindest näherungsweise einmal dem optischen Gangunterschied x im hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskop (HA KIM) zu einem Zeitpunkt des zeitlichen Durchstimmens gleichgemacht. Somit besteht also eine Gangunterschieds-Kompensation und es erfolgt dabei eine Detektion – vorzugsweise eine Kurzzeit-Detektion – in einem Zeitfenster in der Zeit des Durchstimmens mittels gerasterten Detektors. Dabei kann der gerasterte Detektor zur Kurzzeit-Detektion befähigt sein. Es kann aber auch dem optischen Strahlengang ein schnelles Shutter-System zugeordnet sein oder die Lichtquelle kann auch als Kurzpuls-Lichtquelle ausgebildet sein. Vorzugsweise kann im zugeordneten Zweistrahl-Interferometer eine schnelle Gegenbewegung mittels Piezostelltechnik vorbestimmt erzeugt werden, so dass sich im Zeitfenster der Bildaufnahme mittels gerasterten Detektors das räumliche Interferogramm praktisch nicht verändert, weil auch der optische Gangunterschied sich in diesem Zeitfenster nicht ändert. Dabei kann es von Vorteil sein, wenn die optische Abtastung im Objektraum vorzugsweise in Schritten der etwa halben Kohärenzlänge, welche sich aus dem Spektrum des detektierten interferierenden Lichts ergibt, vorgenommen wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass die wellenoptische Schärfentiefe hierbei die Kohärenzlänge übersteigt. Der optische Gangunterschied im Objektarm des hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) wird also beim Durchstimmen des zugeordneten Zweistrahl-Interferometers hierbei nicht verändert. In this case, the optical path difference x_zu of the associated two-beam interferometer is made equal at least approximately once to the optical path difference x in the high-aperture short-coherence interference microscope (HA KIM) at a time of the temporal tuning. Thus, there is a path difference compensation and there is a detection - preferably a short-term detection - in a time window in the time of tuning by rasterized detector. The rasterized detector can be capable of short-time detection. However, it can also be assigned to the optical beam path, a fast shutter system or the light source can also be designed as a short pulse light source. Preferably, in the associated two-beam interferometer, a fast countermovement by means of piezoelectric technology can be generated in a predetermined manner, so that practically does not change the spatial interferogram in the time window of image acquisition by means of rasterized detector, because even the optical path difference does not change in this time window. It may be advantageous if the optical scanning in the object space is preferably carried out in steps of approximately half the coherence length, which results from the spectrum of the detected interfering light. It is assumed that the wave-optical depth of field exceeds the coherence length. The optical path difference in the object arm of the high-aperture short-coherence interference microscope (HA KIM) is thus not changed in this case when tuning the associated two-beam interferometer.
Zu 32. Das kurzzeitige „zeitliche Einfrieren” der räumlichen Interferogramme” im Scan in der Zeit einer Bildaufnahme mittels gerasterten Detektors, also beim gleichzeitigen Durchstimmen und Nach- bzw. Durchfokussieren, kann vorzugsweise aber auch mittels einer schnellen „logistischen Gegenbewegung” mittels hochdynamischer Piezostelltechnik vorbestimmt am Reflektor im Referenzarm erfolgen. Der optische Gangunterschied im Objektarm wird auch hierbei im Messen nicht verändert. Dies ist insbesondere bei nichtendoskopischen Applikationen ein gut umsetzbarer Ansatz. Dies grenzt sich eindeutig vom Vorschlag von G. Häusler in
Mit diesen Messverfahren ist es möglich, auch bei starken Vibrationen und starken Luftturbulenzen auswertbare räumliche Interferogramme aus dem Volumen des oder der Messobjekte zu generieren und zu detektieren. Mittels bei Vibrationen und/oder starken Luftturbulenzen in verschiedenen Fokuspositionen „in einem Schuss” detektierte Wavelets und Wavelet-Gruppen können in Verbindung mit Sensoren, welche zusätzlich auch Messergebnisse über Vibrationsbewegungen und Vibrationsfrequenzen des Messobjekts als Starrkörper und gegebenenfalls auch der Luftturbulenzen detektieren, zu in sich konsistenten dreidimensionalen Datensätzen, also Punktwolken verrechnet werden. Dies kann auch auf der Basis modellgestützter Ansätze mit a prioriInformationen über das Messobjekt erfolgen. Hierbei können gegebenenfalls auch elastische Deformationen des Messobjekts zeitaufgelöst und dreidimensional gemessen werden.With these measuring methods, it is possible to generate and detect evaluable spatial interferograms from the volume of the object or objects to be measured, even in the case of strong vibrations and strong air turbulences. By means of vibrations and / or strong air turbulences in different focus positions "in one shot" detected wavelets and wavelet groups can be detected in conjunction with sensors which additionally also detect measurement results on vibration movements and vibration frequencies of the measurement object as a rigid body and possibly also of air turbulence Consistent three-dimensional data sets, so point clouds are charged. This can also be done on the basis of model-based approaches with a priori information about the measurement object. If necessary, elastic deformations of the measurement object can also be measured time-resolved and three-dimensionally.
Dies ermöglicht den Einsatz der Interferometrie insbesondere auch in endoskopischen Applikationen, in denen eine Fokussierung mittels vorbestimmt steuerbarer Flüssigkeitslinse, steuerbaren Membranspiegels als räumlichen Lichtmodulators gut möglich ist, jedoch kein Tiefen-Scannen oder eine Änderung des optischen Gangunterschiedes im Referenzarm, beispielsweise sich aus Gründen des verfügbaren Volumens verbietet. Diese Ansätze ermöglichen somit auch das erfolgreiche Betreiben von interferometrischer In line-Messtechnik in Bereichen und industriellen Umgebungen, insbesondere auch in der metallverarbeitenden Fertigungstechnik, die der Interferometrie bisher wegen nicht beherrschbarer Störeinflüsse weitgehend verschlossen blieben.This allows the use of interferometry in particular in endoscopic applications in which a focus by means of a predeterminable controllable liquid lens, controllable membrane mirror as a spatial light modulator is well possible, but no depth scanning or a change in the optical path difference in the reference, for example, for reasons of available Volume prohibits. These approaches thus also allow the successful operation of interferometric in-line metrology in areas and industrial environments, especially in metal-working manufacturing technology, which remained largely closed to interferometry because of uncontrollable interference.
Zu 33. Weiterhin können bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:
- – Verschieben des Interferometers zum Messobjekt oder Verschieben des Messobjekts zum Interferometer und dadurch Ändern der optischen Weglänge im Objektarm,
- – kurzzeitiges Ändern der optischen Weglänge im Referenzarm in Zeitabständen, in denen der optische Gangunterschied sich maximal um die Kohärenzlänge beziehungsweise die halbe Kohärenzlänge des interferierenden Lichts geändert hat, so dass sich durch dieses kurzzeitige Ändern der optischen Weglänge im Referenzarm in einem Zeitfenster der optische Gangunterschied im Interferometer nicht ändert. Diese Bewegung zum kurzzeitigen Ändern der optischen Weglänge im Referenzarm kann mittels Piezostelltechnik vorbestimmt erzeugt werden. Dabei erfolgt eine Detektion mittels gerasterten Detektors vorzugsweise eine Kurzzeit-Detektion in diesem Zeitfenster, also bei einem zumindest näherungsweise unveränderlichen optischen Gangunterschied.
- Shifting the interferometer to the measurement object or shifting the measurement object to the interferometer and thereby changing the optical path length in the object arm,
- - Short-term change of the optical path length in the reference arm at intervals in which the optical path difference has changed by a maximum of the coherence length or half the coherence length of the interfering light, so that this temporary change in the optical path length in the reference arm in a time window, the optical path difference in Interferometer does not change. This movement to temporarily change the optical path length in the reference arm can be generated by means of piezoelectric predetermined. In this case, a detection by means of rastered detector preferably a short-term detection in this time window, ie at an at least approximately invariable optical path difference.
Dies entspricht dem Vorschlag von G. Häusler aus dem Jahr 2005, dargestellt in [10], und wird deshalb hier nicht beansprucht.This corresponds to the proposal of G. Häusler from 2005, presented in [10], and is therefore not claimed here.
Beschreibung der Figuren Description of the figures
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der
Hier wird der Begriff Licht stets als Synonym für elektromagnetische Strahlung vom Terahertz-, über das Infrarot- bis zum tiefen UV-Spektrum verwendet.Here, the term light is always used as a synonym for electromagnetic radiation from the terahertz, over the infrared to the deep UV spectrum.
Die
Das Licht, welches an der Strahlteiler-Fläche
Das Objektlichtbündel trifft nach dem Passieren des Halb-Schwarzschild-Messobjektivs
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Ein weiteres Ausführungsbeispiel (AB2) – hier ohne Darstellung in einer Figur – ist als Schwarzschild-Objektiv aufgebaut. Hierbei sind durch Single-Point-Diamantbearbeitung die beiden Spiegel des Schwarzschild-Objektivs so als Referenz-Halbobjektive gefertigt, dass diese zumindest näherungsweise zwei baugleichen Schwarzschild-Halbsystemen entsprechen, deren optische Achsen parallel zueinander angeordnet und um einen kleinen Betrag delta_e versetzt sind. Im einfachsten Fall weisen die beiden Spiegel jeweils zwei Kugelschalen auf, deren Mittelpunkte etwas, also um delta_e, versetzt sind. Diese beiden Schwarzschild-Halbsysteme weisen die gleiche Brennweite f'_1 und f'_2 = f' auf und die Brennebenen der beiden Halbsysteme fallen zusammen. Die beiden Schwarzschild-Halbsystem-Spiegel befinden sich vorzugsweise jeweils auf demselben Grundkörper. Bei der Montage eines derartigen modifizierten Schwarzschild-Systems ist jedoch sorgfältig auf die azimutale Lage der beiden modifizierten Spiegelhälften zueinander zu achten, um die Aberrationen zu minimieren.Another embodiment (AB2) - here without representation in a figure - is constructed as a Schwarzschild lens. In this case, the two mirrors of the Schwarzschild objective are manufactured as reference half-objectives by single-point diamond machining such that they correspond at least approximately to two identical Schwarzschild half systems whose optical axes are arranged parallel to one another and offset by a small amount delta_e. In the simplest case, the two mirrors each have two spherical shells whose center points are offset slightly, that is, by delta_e. These two Schwarzschild half systems have the same focal length f'_1 and f'_2 = f 'and the focal planes of the two half systems coincide. The two Schwarzschild half-system mirrors are preferably each on the same base body. However, when assembling such a modified Schwarzschild system, care must be taken with respect to the azimuthal position of the two modified mirror halves to minimize aberrations.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel (AB3) – hier ohne Darstellung in einer Figur – ist mit einer Multipunktlichtquelle, deren Lichtpunkte nach Abbildung ein Messfeld flächig abdecken, zur Mikroformmessung an rauen Oberflächen aufgebaut. Dabei ist eine Matrixkamera
Die
Das Licht von einer spektral breitbandigen Lichtquelle
Das vom metallischen Werkstück
Die beiden Interferenzbündelpaare IB1 und IB2 verlassen den Interferometerblock
In einem anderen hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel (AB4) wird – um ein besonders schlankes System zu generieren – das Licht des Ferntosekunden-Lasers
Die
Dieses multi-modales Messsystem ist auch für eine Objektklasse geeignet, die aufgrund der Objektcharakteristik keine sehr gute Pupillenausleuchtung im rücklaufenden Objektlicht gewährleistet, wobei hier im detektierten Objektlicht auch Speckling auftreten kann, also Speckling tolerierbar ist, auch, wenn sich dadurch die Messunsicherheit vergrößert. Durch eine hardware-basierte konfokale Filterung an einer Spaltblende wird eine zumindest partiell tiefpassgefilterte Objekt-Zylinderwelle erzeugt.This multi-modal measuring system is also suitable for an object class, which does not ensure very good pupil illumination in the returning object light due to the object characteristic. Here, too, speckling can occur in the detected object light, ie, bacon is tolerable, even if this increases the measurement uncertainty. A hardware-based confocal filtering on a slit diaphragm produces an at least partially low-pass filtered object cylinder shaft.
Die Beleuchtung erfolgt unter anderem mit einem Lichtquellen-System
Nach dem Passieren eines weiteren Strahlteilers
Das vom menschlichen Gewebe
Die über das Strahlteilersystem
In einem weiteren Ausführungsbeispiel AB6 ist die PPPS aus Kalziumfluorit ohne angefügte Prismen ausgebildet, so dass der multisensorielle Liniensensor auch als spektrales Weitbereichssystem vom ultravioletten Spektralbereich bis zur Wellenlänge von 2,5 μm im Infrarot-Bereich genutzt werden kann.In a further embodiment AB6, the PPPS is made of calcium fluoride without attached prisms, so that the multisensor line sensor can also be used as a spectral wide-range system from the ultraviolet spectral range to the wavelength of 2.5 μm in the infrared range.
Die
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 1565533 [0001] US 1565533 [0001]
- DD 282371 A7 [0003] DD 282371 A7 [0003]
- US 4983042 [0003] US 4983042 [0003]
- DE 102006015387 A1 [0007] DE 102006015387 A1 [0007]
- DE 102010006239 [0016] DE 102010006239 [0016]
- DE 2008062879 A1 [0073] DE 2008062879 A1 [0073]
- DE 2008020902 B4 [0073] DE 2008020902 B4 [0073]
- DE 2005023212 B4 [0081] DE 2005023212 B4 [0081]
- DE 102006007172 A1 [0098] DE 102006007172 A1 [0098]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- G. Spur, K. Körner, H. Fritz, L. Nyársik und E. Uhlmann: ”Optical Measurement of Micro-Topography of Ultra-Precision Manufactured Surfaces”, Tagungsunterlagen: 7th International Conference an Production/Precision Engineering (7th ICPE), Chiba/Tokyo, Japan, 15.–17. September 1994, S. 639–643, Advancement of Intelligent.Production: Eiji Usui. (Editor), © 1994 Elsevier Science B. V./The Japan Society for Precision Engineering [0003] G. Spur, K. Körner, H. Fritz, L. Nyársik and E. Uhlmann: "Optical Measurement of Micro-Topography of Ultra Precision Manufactured Surfaces", conference papers: 7th International Conference on Production / Precision Engineering (7th ICPE), Chiba / Tokyo, Japan, 15.-17. September 1994, pp. 639-643, Advancement of Intelligent. Production: Eiji Usui. (Editor), © 1994 Elsevier Science BV / The Japan Society for Precision Engineering [0003]
-
M. Hering, K. Körner und B. Jähne in Applied Optics, Vol. 48, Nummer 3, Seite 525 bis 538 vom 20. Januar 2009 [0011] M. Hering, K. Körner and B. Jähne in Applied Optics, Vol. 48,
Number 3, pages 525 to 538 of January 20, 2009 [0011] - M. Hering, S. Herrmann, M. Banyay, K. Körner und B. Jähne bereits im Jahr 2006 in den Proceedings of SPIE, Vol. 6188, 61880E-1 bis 61880E-11 [0011] M. Hering, S. Herrmann, M. Banyay, K. Körner, and B. Jähne, in the Proceedings of SPIE, Vol. 6188, 61880E-1 to 61880E-11, as early as 2006. [0011]
- G. W. Stroke und A. T. Funkhouser im Jahr 1965 zurückgeht, s. a. G. W. Stroke, A. T. Funkhouser, ”Fourier-Transform Spectroscopy using imaging without computing and with stationary interferometers”, Physics Letters, Vol. 16, S. 272–274, 1965 [0017] GW Stroke and AT Funkhouser, in 1965, see GW Stroke, AT Funkhouser, "Fourier-Transform Spectroscopy using imaging without computing and with stationary interferometers", Physics Letters, Vol. 16, pp. 272-274, 1965 [0017]
Claims (32)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201010046907 DE102010046907B4 (en) | 2010-08-16 | 2010-09-24 | Robust one-shot interferometer and method, especially as a scout sensor for multi-sensor material measurement or tumor cell detection |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010035303 | 2010-08-16 | ||
DE102010035303.5 | 2010-08-16 | ||
DE201010046907 DE102010046907B4 (en) | 2010-08-16 | 2010-09-24 | Robust one-shot interferometer and method, especially as a scout sensor for multi-sensor material measurement or tumor cell detection |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010046907A1 true DE102010046907A1 (en) | 2012-02-16 |
DE102010046907B4 DE102010046907B4 (en) | 2013-01-31 |
Family
ID=45528495
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201010046907 Active DE102010046907B4 (en) | 2010-08-16 | 2010-09-24 | Robust one-shot interferometer and method, especially as a scout sensor for multi-sensor material measurement or tumor cell detection |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102010046907B4 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20170067821A1 (en) * | 2014-05-23 | 2017-03-09 | University Of Massachusetts | Fourier domain terahertz coherence tomography (tct) |
US9739594B2 (en) | 2013-09-03 | 2017-08-22 | Universität Stuttgart | Robust one-shot interferometer |
DE102016003334A1 (en) * | 2016-03-14 | 2017-09-14 | Universität Stuttgart (Körperschaft Des Öffentlichen Rechts) | Arrangement and method for Raman spectroscopy, in particular for tumor tissue and aortic diagnostics |
DE102016014802A1 (en) * | 2016-12-13 | 2018-06-14 | Universität Stuttgart | Arrangement and method for robust single-shot interferometry |
WO2019120470A1 (en) | 2017-12-18 | 2019-06-27 | Universität Stuttgart | Method and assembly for chromatic confocal spectral interferometry or spectral domain oct |
WO2019120472A1 (en) | 2017-12-18 | 2019-06-27 | Universität Stuttgart | Interferometer with a schwarzschild objective, in particular for spectral interferometry |
JP2021513641A (en) * | 2018-01-26 | 2021-05-27 | ヴィゾテック・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツングVisotec GmbH | How to create a two-dimensional interferogram using a Michaelson-type free beam interferometer |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012023248A1 (en) * | 2012-10-29 | 2014-04-30 | Universität Stuttgart | Method and arrangement for FT spectroscopy, in particular also for imaging radiation source and substance analysis as well as tumor tissue diagnostics |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1565533A (en) | 1923-11-10 | 1925-12-15 | Hilger Ltd Adam | Manufacture of lenses and in apparatus therefor |
DD282317A5 (en) * | 1989-04-12 | 1990-09-05 | Energiewerke Nord Gmbh | ARRANGEMENT FOR CLEANING OF EXISTING CORE POWER PLANT MANUFACTURERS |
DD282371A7 (en) | 1988-02-10 | 1990-09-12 | Akad Wissenschaften Ddr | METHOD AND ARRANGEMENT FOR MEASURING THE MICROSTRUCTURE OF TECHNICAL SURFACES |
US5568257A (en) * | 1991-07-09 | 1996-10-22 | Nikon Corporation | Adjusting device for an alignment apparatus |
DE102005023212B4 (en) | 2005-05-16 | 2007-07-12 | Häusler, Gerd, Prof. Dr. | Method and device for fast and accurate white light interferometry |
DE102006007172A1 (en) | 2006-02-08 | 2007-08-16 | Universität Stuttgart | Arrangement for rapid locally resolved flat surface spectroscopic analysis or imaging has flat raster array of pinholes turned about acute angle relative to spectral axis on detector matrix which fills up with elongated su-matrices |
DE102006015387A1 (en) | 2006-04-03 | 2007-10-04 | Robert Bosch Gmbh | Interferometric measuring device for e.g. measuring surface or volume of device-under-test, has object arm and reference arm formed for line-like focusing of object beam on object surface and reference e.g. mirror |
US20080285043A1 (en) * | 2005-12-06 | 2008-11-20 | Carl Zeiss Meditec Ag | Interferometric Sample Measurement |
DE102008062879A1 (en) | 2008-10-10 | 2010-05-12 | Universität Stuttgart | Method and device for scalable confocal interferometry |
DE102008020902B4 (en) | 2008-04-18 | 2010-07-29 | Universität Stuttgart | Arrangement and method for confocal spectral two-beam interferometry |
DE102010006239B3 (en) | 2010-01-22 | 2011-03-10 | Universität Stuttgart | Interferometric arrangement e.g. Michelson interferometer, for determining e.g. distance of polished glass surface, has track lines for forming triangle such that preset amount of lateral shear is caused between reference and object bundles |
-
2010
- 2010-09-24 DE DE201010046907 patent/DE102010046907B4/en active Active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1565533A (en) | 1923-11-10 | 1925-12-15 | Hilger Ltd Adam | Manufacture of lenses and in apparatus therefor |
DD282371A7 (en) | 1988-02-10 | 1990-09-12 | Akad Wissenschaften Ddr | METHOD AND ARRANGEMENT FOR MEASURING THE MICROSTRUCTURE OF TECHNICAL SURFACES |
US4983042A (en) | 1988-02-10 | 1991-01-08 | Akademie Der Wissenschaften Der Ddr | Method and system for measuring the microstructure of surfaces |
DD282317A5 (en) * | 1989-04-12 | 1990-09-05 | Energiewerke Nord Gmbh | ARRANGEMENT FOR CLEANING OF EXISTING CORE POWER PLANT MANUFACTURERS |
US5568257A (en) * | 1991-07-09 | 1996-10-22 | Nikon Corporation | Adjusting device for an alignment apparatus |
DE102005023212B4 (en) | 2005-05-16 | 2007-07-12 | Häusler, Gerd, Prof. Dr. | Method and device for fast and accurate white light interferometry |
US20080285043A1 (en) * | 2005-12-06 | 2008-11-20 | Carl Zeiss Meditec Ag | Interferometric Sample Measurement |
DE102006007172A1 (en) | 2006-02-08 | 2007-08-16 | Universität Stuttgart | Arrangement for rapid locally resolved flat surface spectroscopic analysis or imaging has flat raster array of pinholes turned about acute angle relative to spectral axis on detector matrix which fills up with elongated su-matrices |
DE102006015387A1 (en) | 2006-04-03 | 2007-10-04 | Robert Bosch Gmbh | Interferometric measuring device for e.g. measuring surface or volume of device-under-test, has object arm and reference arm formed for line-like focusing of object beam on object surface and reference e.g. mirror |
DE102008020902B4 (en) | 2008-04-18 | 2010-07-29 | Universität Stuttgart | Arrangement and method for confocal spectral two-beam interferometry |
DE102008062879A1 (en) | 2008-10-10 | 2010-05-12 | Universität Stuttgart | Method and device for scalable confocal interferometry |
DE102010006239B3 (en) | 2010-01-22 | 2011-03-10 | Universität Stuttgart | Interferometric arrangement e.g. Michelson interferometer, for determining e.g. distance of polished glass surface, has track lines for forming triangle such that preset amount of lateral shear is caused between reference and object bundles |
Non-Patent Citations (8)
Title |
---|
G. Spur, K. Körner, H. Fritz, L. Nyársik und E. Uhlmann: "Optical Measurement of Micro-Topography of Ultra-Precision Manufactured Surfaces", Tagungsunterlagen: 7th International Conference an Production/Precision Engineering (7th ICPE), Chiba/Tokyo, Japan, 15.-17. September 1994, S. 639-643, Advancement of Intelligent.Production: Eiji Usui. (Editor), (CR) 1994 Elsevier Science B. V./The Japan Society for Precision Engineering |
G. W. Stroke und A. T. Funkhouser im Jahr 1965 zurückgeht, s. a. G. W. Stroke, A. T. Funkhouser, "Fourier-Transform Spectroscopy using imaging without computing and with stationary interferometers", Physics Letters, Vol. 16, S. 272-274, 1965 |
HERING, M. et al: Correlated speckle noise in white-light interferometry: theoretical analysis of measurement uncertainty, Applied Optics, Vo. 48, No. 3, 2009, 525-538 * |
HERING, M. et al: One-Shot Line-Profiling White Light Interferometer with Spatial Phase Shift for Measuring Rough Surfaces, Proc. of SPIE, Vol. 6188, 2006, 61880E-1 bis 61880E-11 * |
M. Hering, K. Körner und B. Jähne in Applied Optics, Vol. 48, Nummer 3, Seite 525 bis 538 vom 20. Januar 2009 |
M. Hering, S. Herrmann, M. Banyay, K. Körner und B. Jähne bereits im Jahr 2006 in den Proceedings of SPIE, Vol. 6188, 61880E-1 bis 61880E-11 |
SPUR, G. et al: Optical Measurement of Micro-Topography of Ultra-Precision Manufactured Surfaces, Advancement of Intelligent Production, Eiji Usui (Editor), 1994, Elsevier Science B.V./The Japan Society for Precision Engineering, 639-643 * |
STROKE, G.W. et al: Fourier-Transform Spectroscopy Using Holographic imaging without Computing and with Stationary Interferometers, Physics Letters, Vol. 16, No.3, 1965, 272-274 * |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9739594B2 (en) | 2013-09-03 | 2017-08-22 | Universität Stuttgart | Robust one-shot interferometer |
US20170067821A1 (en) * | 2014-05-23 | 2017-03-09 | University Of Massachusetts | Fourier domain terahertz coherence tomography (tct) |
US9927355B2 (en) * | 2014-05-23 | 2018-03-27 | University Of Massachusetts | Fourier domain terahertz coherence tomography (TCT) |
DE102016003334A1 (en) * | 2016-03-14 | 2017-09-14 | Universität Stuttgart (Körperschaft Des Öffentlichen Rechts) | Arrangement and method for Raman spectroscopy, in particular for tumor tissue and aortic diagnostics |
WO2017157514A1 (en) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | Universität Stuttgart | Arrangement and method for raman spectroscopy |
DE102016014802A1 (en) * | 2016-12-13 | 2018-06-14 | Universität Stuttgart | Arrangement and method for robust single-shot interferometry |
DE102016014802B4 (en) * | 2016-12-13 | 2018-09-27 | Universität Stuttgart | Arrangement and method for robust two-beam interferometry with a triple-reflection arrangement |
US11231269B2 (en) | 2016-12-13 | 2022-01-25 | Universität Stuttgart | Arrangement and method for robust single-shot interferometry |
WO2019120470A1 (en) | 2017-12-18 | 2019-06-27 | Universität Stuttgart | Method and assembly for chromatic confocal spectral interferometry or spectral domain oct |
WO2019120472A1 (en) | 2017-12-18 | 2019-06-27 | Universität Stuttgart | Interferometer with a schwarzschild objective, in particular for spectral interferometry |
JP2021513641A (en) * | 2018-01-26 | 2021-05-27 | ヴィゾテック・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツングVisotec GmbH | How to create a two-dimensional interferogram using a Michaelson-type free beam interferometer |
JP7297766B2 (en) | 2018-01-26 | 2023-06-26 | ヴィゾテック・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | Method for creating a two-dimensional interferogram using a Michelson-type free-beam interferometer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102010046907B4 (en) | 2013-01-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102010046907B4 (en) | Robust one-shot interferometer and method, especially as a scout sensor for multi-sensor material measurement or tumor cell detection | |
EP2843360B1 (en) | Robust one shot interferometer and OCT method, in particular for material measurement and tumour cell detection | |
EP2526373B1 (en) | Method and assembly for robust interferometry | |
DE69121633T2 (en) | Method and apparatus for measuring spectral absorption in opaque material and method and apparatus for measuring a distribution of microscopic absorption | |
DE102008062879B4 (en) | Method and arrangement for scalable interferometry | |
EP1794540B1 (en) | Optical measuring device for measuring several surfaces of a measuring object | |
DE102011016660B4 (en) | Method and arrangement for short coherence holography | |
EP1805477B1 (en) | Interferometric method and arrangement | |
DE102008020902B4 (en) | Arrangement and method for confocal spectral two-beam interferometry | |
EP3555557B1 (en) | Arrangement and method for robust single-shot interferometry | |
DE3318678A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR INTERFEROMETRY OF RAUER SURFACES | |
CH697225B1 (en) | A process for obtaining tomograms topographs and the eye structure. | |
DE102010006239B3 (en) | Interferometric arrangement e.g. Michelson interferometer, for determining e.g. distance of polished glass surface, has track lines for forming triangle such that preset amount of lateral shear is caused between reference and object bundles | |
DE102005006724A1 (en) | Interferometric method e.g. for recording of separation and form and optical coherence tomography (OCT), involves having multi-wavelength source or tunable source and imaging on receiver by focusing systems | |
EP3760992A1 (en) | Method and fourier transform spectrometer with dual beam interferometer for single-shot-imaging fourier spectroscopy | |
DE102014111979A1 (en) | interferometer | |
EP3430362A1 (en) | Arrangement and method for raman spectroscopy | |
DE102010044826B4 (en) | Detector and measuring device and method for determining the thickness of a sample | |
EP2912420B1 (en) | Method and arrangement, in particular also for imaging fourier transformation spectroscopy in mobile use | |
EP3760990B1 (en) | Method and shear-invariant michelson type interferometer for single-shot-imaging ft-spectroscopy | |
DE102018109649A1 (en) | Method and device for testing geometric properties of optical components | |
WO2007131602A1 (en) | Arrangement and method for confocal transmitted-light microscopy, in particular also for measuring moving phase objects | |
WO2009124569A1 (en) | Optical coherence tomography system and optical coherence tomography method | |
DE102010056122B3 (en) | Assembly for robust interferometry for recording e.g. distance, in or on biological objects for optical coherence tomography, has interferometer consists of absolute lateral-shear between reference-and object bundles | |
DE102017001524A1 (en) | Arrangement for measuring at least partially reflective surfaces |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20130501 |
|
R084 | Declaration of willingness to licence |