DE102014216278A1

DE102014216278A1 - Vorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Objekts

Info

Publication number: DE102014216278A1
Application number: DE102014216278.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Rembe; Tobias Braun; Alexander Dräbenstedt
Original assignee: Polytec GmbH
Current assignee: Polytec GmbH
Priority date: 2014-08-15
Filing date: 2014-08-15
Publication date: 2016-02-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Objekts, mit einer Strahlungsquelle (1) zum Erzeugen eines Ausgangsstrahls (2), einer Strahlteilereinheit (3) zum Aufteilen des Ausgangsstrahls (2) in einen Messstrahl (4) und einen Referenzstrahl (5) sowie einer optischen Überlagerungsvorrichtung und einem Detektor (7), wobei Überlagerungsvorrichtung und Detektor (7) derart zusammenwirkend ausgebildet sind, dass der von dem Objekt zumindest teilweise reflektierte und/oder gestreute Messstrahl (4) als Empfangsstrahl (6) mit dem Referenzstrahl (5) auf einer Detektionsfläche des Detektors (7) zur Ausbildung einer optischen Referenz überlagert sind, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung eine optische Messkopfeinheit (10), einen Messstrahl-Lichtleiter (41) und einen Empfangsstrahl-Lichtleiter (61) aufweist, wobei die Messkopfeinheit (10) im Strahlengang des Messstrahls (4) zwischen Strahlteiler und Objekt und im Strahlengang des Empfangsstrahls (6) zwischen Objekt und Detektor (7) angeordnet ist, wobei der Messstrahl (4) über den Messstrahl-Lichtleiter (41) zu der Messkopfeinheit (10) gleitet wird und der Empfangsstrahl (6) mittels der Messkopfeinheit (10) in den Empfangsstrahl-Lichtleiter (61) eingekoppelt und mittels des Empfangsstrahl-Lichtleiters (61) zu dem Detektor (7) geleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Objekts gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vorrichtungen zur interferometrischen Vermessung eines Objekts sind in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt: So ist beispielsweise ein typischer Aufbau als Laser-Doppler-Vibrometer bekannt, welcher einen Laser als Strahlungsquelle zur Erzeugung eines Ausgangsstrahls, eine Strahlteilervorrichtung zur Aufteilung des Ausgangsstrahls in einen Mess- und einen Referenzstrahl sowie einen Detektor umfasst.
Der Messstrahl wird auf einen Messpunkt auf dem Objekt geleitet und der zumindest teilweise reflektierte Messstrahl (Empfangsstrahl genannt) wird zusammen mit dem Referenzstrahl auf einer Detektorfläche des Detektors überlagert, so dass durch Auswertung des Interferenzsignals beispielsweise auf eine Bewegung der Objektoberfläche am Messpunkt in Richtung der optischen Achse des Messstrahls rückgeschlossen werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorbekannte Vorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Objekts hinsichtlich der Variabilität zu verbessern.
Gelöst ist die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Objekts gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Objekts weist eine Strahlungsquelle zum Erzeugen eines Ausgangsstrahls, eine Strahlteilereinheit zum Aufteilen des Ausgangsstrahls in einen Mess- und einen Referenzstrahl sowie eine optische Überlagerungsvorrichtung und einen Detektor auf.
Die Überlagerungsvorrichtung und der Detektor sind derart zusammenwirkend ausgebildet, dass der von dem Objekt zumindest teilweise reflektierte und/oder gestreute Messstrahl als Empfangsstrahl mit dem Referenzstrahl auf einer Detektionsfläche des Detektors zur Ausbildung einer optischen Referenz überlagert wird.
Hinsichtlich dieses Grundaufbaus entspricht die erfindungsgemäße Vorrichtung somit vorbekannten Vorrichtungen zur interferometrischen Vermessung eines Objekts.
Wesentlich ist, dass die Vorrichtung eine optische Messkopfeinheit, einen Messstrahl-Lichtleiter und einen Empfangsstrahl-Lichtleiter aufweist.
Der Begriff „Lichtleiter” bezeichnet hierbei und im Folgenden gegenständliche Lichtleiter, d. h. Lichtleiter, bei denen die Strahlung im Gegensatz zu einem optischen Freistrahl in einem nicht gasförmigen Medium geleitet wird. Ein Lichtleiter kann insbesondere als optische Faser oder planarer Lichtleiter insbesondere auf oder in einer Trägerplatte ausgebildet sein.
Die Messkopfeinheit ist im Strahlengang des Messstrahls zwischen Strahlteiler und Objekt und im Strahlengang des Empfangsstrahls zwischen Objekt und Detektor angeordnet. Hierbei wird der Messstrahl über den Messstrahl-Lichtleiter zu der Messkopfeinheit geleitet und der Empfangsstrahl mittels der Messkopfeinheit in den Empfangsstrahl-Lichtleiter eingekoppelt und mittels des Empfangsstrahl-Lichtleiters zu dem Detektor geleitet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich somit insbesondere dadurch von dem vorbekannten Stand der Technik, dass für den Messstrahl und für den Empfangsstrahl jeweils ein Lichtleiter vorgesehen ist. Die Verwendung von Lichtleitern erhöht die Variabilität der Vorrichtung erheblich, da in den Lichtleiter beispielsweise weitere Lichtstrahlen in einfacher Weise ein- und auskoppelbar sind und eine einfache Anordnung oder ein Austausch von optischen Mitteln zur Fokussierung des Messstrahls auf das Objekt und entsprechend zur Einkopplung des Empfangsstrahls in den Strahlengang der Vorrichtung ermöglicht wird. Insbesondere kann bei Verwendung der Lichtleiter bei dem Herstellen der Vorrichtung das Anordnen der optischen Messkopfeinheit erheblich vereinfacht werden, da eine optisch abgestimmte und justierte Messkopfeinheit in einfacher Weise mittels an sich bekannter Techniken mit dem Empfangsstrahl-Lichtleiter und dem Messstrahl-Lichtleiter verbunden werden kann. In gleicher Weise kann ebenso einfach ein Austausch der optischen Messkopfeinheit erfolgen, ohne dass eine neue Justierung der optischen Komponenten notwendig ist.
Durch die Verwendung von separaten Lichtleitern für Messstrahl und Empfangsstrahl wird weiterhin die Variabilität dadurch erhöht, dass in einfacher Weise die Strahlengänge von Messstrahl und Empfangsstrahl in der Messkopfeinheit mittels optischer Mittel beeinflusst werden können. Darüber hinaus hat sich ergeben, dass auf diese Weise Störungen des Messsignals verringert oder vermieden werden und daher eine höhere Variabilität und/oder der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegeben ist:
Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass insbesondere ein Einkoppeln von Teilen des Messstrahls in den Strahlengang des Empfangsstrahls, welche nicht von dem Objekt reflektiert werden, sondern von anderen Bestandteilen, beispielsweise von optischen Mitteln, wie Linsen, zu einer Signalschwächung und/oder Messfehlern führen kann.
Ein an sich bekannter Aufbau eines Interferometers in Freistrahl-Optik, d. h. bei welchem die Strahlengänge im Wesentlichen im freien Raum verlaufen, weist am Ausgang des Interferometers einen Strahlteiler auf, wobei zwischen diesem Strahlteiler und dem Objekt die optischen Achsen von Messstrahl und Empfangsstrahl typischerweise identisch sind und mittels des Strahlteilers innerhalb des Interferometers die Strahlengänge von Mess- und Empfangsstrahl getrennt werden.
Untersuchungen haben ergeben, dass eine analoge Umsetzung bei Verwendung von Lichtleitern Signalschwächungen oder Messfehler zur Folge haben kann. Diese können vermieden oder zumindest verringert werden, indem – wie zuvor beschrieben – für Mess- und Empfangsstrahl zumindest für Teilstrecken des Strahlengangs separate Lichtleiter verwendet werden. Vorteilhafterweise weist daher die optische Messkopfeinheit einen Lichtleiter-Eingang für den Messstrahl und einen Lichtleiter-Ausgang für den Empfangsstrahl auf. Der Übergang des Messstrahls aus dem Lichtleiter in einen Freistrahl zur Abbildung auf das Objekt erfolgt somit bevorzugt innerhalb der optischen Messkopfeinheit und ebenso bevorzugt das Einkoppeln des von dem Objekt zumindest teilweise reflektierten oder gestreuten Messstrahls als Empfangsstrahl (welcher somit zunächst ebenfalls einen Freistrahl darstellt) in den Empfangsstrahl-Lichtleiter.
Denn hierdurch ist in einfacher Weise ein Anordnen der Messkopfeinheit möglich, da lediglich die entsprechenden Lichtleitereingänge bzw. Ausgänge mit entsprechenden Lichtleiteranschlüssen der restlichen Vorrichtung verbunden werden müssen. Eine optische Justierung ist somit im Wesentlichen hinsichtlich der vorgenannten Übergänge zwischen Lichtleiter und Freistrahl bei Messstrahl und Empfangsstrahl notwendig und kann beispielsweise bei abgetrennter Messkopfeinheit separat von der restlichen Vorrichtung erfolgen.
Vorzugsweise weist die optische Messkopfeinheit ein gemeinsames Objektiv für Mess- und Empfangsstrahl auf. Durch die Verwendung eines gemeinsamen Objektivs reduziert sich der Aufwand der optischen Justierungen. Darüber hinaus kann durch ein Ausrichten oder Verschwenken des Objektivs in einfacher Weise sowohl der Strahlengang von Messstrahl, als auch von Empfangsstrahl auf einen gemeinsamen Messpunkt auf dem Objekt gerichtet werden. Bevorzugt ist das Objektiv ortsfest in der Messkopfeinheit angeordnet, so dass die Ausrichtung in einfacher Weise durch ein Ausrichten oder Verschwenken der Messkopfeinheit erfolgt.
Das Objektiv weist vorzugsweise zumindest eine optische Linse, insbesondere eine Sammellinse zum Fokussieren auf einen Messpunkt auf dem Objekt auf, welche sowohl im Strahlengang von Messstrahl, als auch im Strahlengang von Empfangsstrahl angeordnet ist. Insbesondere weist das Objekt bevorzugt zumindest eine Zerstreuungslinse und eine Sammellinse auf. Das Objektiv dient zur Fokussierung auf eine Messpunkt auf dem Objekt.
Bevorzugt münden Messstrahl-Lichtleiter und Empfangsstrahl-Lichtleiter in das Objektiv. Aus dem Messstrahl-Lichtleitern tritt in diesem Fall der Messstrahl als Freistrahlen aus, welcher in das Obektiv mündet. Entsprechen tritt der Empfangsstrahl als Freistrahl aus dem Objektiv in den Empfangsstrahl-Lichtleiter ein.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass am Ende der Lichtleiter jeweils ein Glas-Spacer angeordnet ist, welcher weiter bevorzugt an der dem Ende des Lichtleiters gegenüberliegenden Seite eine mit einer Linse, insbesondere mit einer GRIN-Linse verbunden ist. Aus der GRIN-Linse tritt in diesem Fall der oben erwähnte Messstrahl als Freistrahl aus, bzw. der Empfangsstrahl in den Lichtleiter ein. Die grundsätzliche Verwendung und Funktionsweise eine GRIN-Linse wir weiter unten detailliert beschrieben.
Das Objektiv weist bevorzugt Lichtleiter-Kopplungen zum lösbaren anschließen des Empfangsstrahl-Lichtleiters und des Messstrahl-Lichtleiters auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Messkopf Lichtleiter-Kopplungen zum lösbaren anschließen des Empfangsstrahl-Lichtleiters und des Messstrahl-Lichtleiters auf. Hierdurch kann der Messkopf in einfacher Weise von der restlichen Vorrichtung getrennt und insbesondere ausgetauscht werden. In dieser vorteilhaften Ausführungsform weist die Messkopfeinheit bevorzugt zumindest zwei Messkopfeinheit-Lichtleiter auf, welche einerseits den Messstrahl von der Lichtleiter-Kopplung des Messstrahl-Lichtleiters in die Messkopfeinheit führen und andererseits den Empfangsstrahl aus der Messkopfeinheit zu dem Empfangsstrahl-Lichtleiter führen. Die Enden der Messkopfeinheit-Lichtleiter sind bevorzugt in der Messkopfeinheit wie zuvor beschrieben ausgebildet, insbesondere mit Anordung jeweils eines Glas-Spacers und einer GRIN-Linse.
Vorzugsweise werden in der optischen Messkopfeinheit der Messstrahl nach Austreten aus dem Messstrahl-Lichtleiter und der Empfangsstrahl vor Eintreten in den Empfangsstrahl-Lichtleiter als Strahlen mit paralleler, beabstandeter optischer Achse geführt. Hierdurch kann aufgrund der parallelen optischen Achsen in einfacher Weise ein Abbilden auf einen gemeinsamen Messpunkt auf dem Objekt erfolgen, Insbesondere wie zuvor als bevorzugte Ausführungsform beschrieben mittels eines gemeinsamen Objektivs und insbesondere einer gemeinsamen optischen Linse, insbesondere einer Sammellinse. Weiter bevorzugt erfolgt das Abbilden über eine gemeinsame Zerstreuungslinse und eine gemeinsame Sammellinse, insbesondere über einen gemeinsamen Achromaten.
Darüber hinaus ist durch die parallele, aber räumlich beabstandete Führung der Strahlen in einfacher Weise ein paralleles, nebeneinanderliegendes Anordnen der Enden von Messstrahl-Lichtleiter und Empfangsstrahl-Lichtleiter möglich. Der Abstand der parallelen optischen Achsen von Messstrahl nach Austreten aus dem Messstrahl-Lichtleiter und Empfangsstrahl vor Eintreten in den Empfangsstrahl-Lichtleiter liegt vorzugsweise im Bereich 0.1 mm bis 10 mm, insbesondere bei etwa 2 mm.
Vorzugsweise weist die Messkopfeinheit optische Mittel zur Kollimation von Messstrahl und/oder Empfangsstrahl auf, insbesondere bevorzugt zur Kollimation von sowohl Messstrahl, als auch Empfangsstrahl. Die Verwendung von kollimierten Strahlen ermöglicht in einfacher Weise eine gemeinsame Fokussierung von Mess- und Empfangsstrahl auf einen Messpunkt auf dem Objekt.
Insbesondere bei der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung, mit parallelen, räumlich beabstandeten optischen Strahlachsen von Messstrahl nach Austritt aus dem Lichtleiter und Empfangsstrahl vor Eintritt in den Lichtleiter wird hinsichtlich der Auslegung und Verwendung von optischen Mitteln weiterhin erheblich vereinfacht, indem optische Mittel zur Kollimation von Messstrahl nach Austreten aus dem Messstrahl-Lichtleiter und optische Mittel zur Kollimation des Empfangsstrahls vor Eintreten in den Empfangsstrahl-Lichtleiter vorgesehen sind.
Insbesondere die Kombination eines kollimierten Messstrahls und eines kollimierten Empfangsstrahls mit optisch parallelen, voneinander beabstandeten Strahlachsen in einem Bereich nach Austreten aus dem Messstrahl-Lichtleiter bzw. vor Eintreten in den Empfangsstrahl-Lichtleiter ermöglicht somit einen einfachen und robusten Aufbau.
Vorzugsweise erfolgt die Kollimation mittels einer an sich bekannten GRIN-Linse. Solche auch als Gradienten-Linsen oder Gradienten-Index-Linsen bezeichneten Linsen weisen einen senkrecht zur Strahlachse sich ändernden optischen Brechungsindex auf, typischerweise senkrecht zur Strahlrichtung abnehmenden Brechungsindex. Solche GRIN-Linsen weisen den Vorteil auf, dass ein einfaches Anordnen an das Ende einer optischen Faser möglich ist, insbesondere mittels Splicen oder Kleben und darüber hinaus mittels solcher Linsen in einfacher Weise eine Kollimation erzielt werden kann.
Vorzugsweise sind daher die Enden von Empfangsstrahl-Lichtleiter und Messstrahl-Lichtleiter parallel zueinander und in einer gemeinsamen Ebene endend angeordnet, wobei bevorzugt die vorgenannte gemeinsame Ebene senkrecht zu den parallelen optischen Strahlachsen von Messstrahl und Empfangsstrahl steht.
Untersuchungen des Anmelders haben gezeigt, dass in vorteilhafter Weise die Messkopfeinheit derart ausgebildet ist, dass ein Einkoppeln von Teilen des Messstrahls, welche nicht von dem Objekt reflektiert oder gestreut werden, in den Empfangsstrahl-Lichtleitern vermieden wird. Untersuchungen zeigten, dass beispielsweise Rückreflexionen des Messstrahls an der Oberfläche verwendeter optischer Mittel, wie beispielsweise Linsen oder Reflexion bzw. Streuung an Einschlüssen in transparenten optischen Mitteln, wie beispielsweise Gaseinschlüsse in Form kleiner Bläschen in Linsen bei ungünstiger Positionierung zum Einkoppeln solcher reflektierter oder gestreuter Anteile des Messstrahls in den Empfangsstrahl-Lichtleiter führen.
Solche unerwünschten Einkopplungen können insbesondere durch eine oder Kombination mehrerer der nachfolgend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen der Messkopfeinheit vermieden oder zumindest verringert werden:
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in der Messkopfeinheit ein für den Messstrahl undurchdringliches optisches Trennelement vorgesehen. Das Trennelement ist zwischen dem Frei-Strahlengang des Messstrahls und dem Frei-Strahlengang des Empfangsstrahls angeordnet, insbesondere bevorzugt unmittelbar, vor den Enden von Messstrahl-Lichtleiter und Empfangsstrahl-Lichtleiter.
Auf diese Weise wird insbesondere unerwünschte Streustrahlung des Messstrahls, welche in einem anderen Winkel als im vorgesehenen Winkel zum Einkoppeln des Empfangsstrahl-Lichtleiters verläuft, ausgeblendet.
Vorzugsweise sind Empfangsstrahl-Lichtleiter und Messstrahl-Lichtleiter zumindest im Endbereich in der Messkopfeinheit parallel nebeneinander angeordnet.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass ein gemeinsames optisches Mittel, wie beispielsweise eine optische Linse und insbesondere eine Zerstreuungslinse, zur Beeinflussung des aus dem Messstrahl-Lichtleiter austretenden Messstrahls und des in dem Empfangsstrahl-Lichtleiter eingekoppelten Empfangsstrahls vorgesehen ist. Hierbei können besonders effizient Störanteile vermieden werden, in dem das zuvor genannte optische Trennelement zwischen den Enden der Lichtleiter und dem vorgenannten optischen Mittel vorgesehen ist, insbesondere bevorzugt, indem sich das Trennelement vollständig zwischen dem Ende der Lichtleiter einerseits und dem zuvor genannten optischen Mittel andererseits erstreckt.
Alternativ oder zusätzlich ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Messkopfeinheit die Vorrichtung derart ausgebildet, dass Messstrahl und Empfangsstrahl auf der Detektionsfläche des Detektors polarisiert überlagert werden und im Strahlengang der Messkopfeinheit ein optisches Polarisationselement vorgesehen ist, welches derart zusammenwirkend ausgebildet ist, dass Messstrahlanteile, welche vor Beeinflussung durch das optische Polarisationselement reflektiert werden und eine andere Polarisierung aufweisen, nicht zur optischen Interferenz auf der Detektionsfläche des Detektors beitragen.
Hierbei wird somit im Sinne eines Polarisationsfilters vermieden, dass Strahlanteile des Messstrahls, welche nicht durch das erste optische Polarisationselement beeinflusst wurden, zu einem Messsignal beitragen oder zumindest solch ein störender Einfluss verringert.
Die Ausbildung der Vorrichtung derart, dass Messstrahl und Empfangsstrahl auf der Detektionsfläche des Detektors polarisiert überlagert werden kann in an sich bekannter Weise erfolgen. insbesondere können eine oder mehrere Polarisationsfilter im Strahlengang des Ausgangsstrahls und/oder des Messstrahls und/oder des Referenzstrahls und/oder des Empfangsstrahls angeordnet sein. Eine besonders einfache Ausgestaltung ergibt sich durch Anordnen eines Polarisationselements im Ausgangsstrahl, da hierdurch die Polarisierung von Mess- und Referenzstrahl somit bereits sichergestellt ist und lediglich ein Polarisationselement zur optischen Polarisation notwendig ist.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird eine Strahlungsquelle verwendet, welche bereits einen polarisierten Ausgangsstrahl erzeugt, wie beispielsweise ein Erbium-Laser, insbesondere ein Faserlaser, bevorzugt ein Erbium-Faserlaser. In dieser vorteilhaften Ausgestaltung ist somit kein zusätzliches Polarisationselement zur optischen Polarisation von Mess- und Referenzstrahl notwendig.
Hierbei zeigt sich ein Vorteil bei Verwendung von optischen Lichtleitern, welche die Polarisation beibehalten und insbesondere von sogenannten optischen PM-Fasern (polarisation-maintaining): Solche Lichtleiter erhalten typischerweise die Polarisation, d. h. es ist sichergestellt, dass nicht aufgrund von Störeffekten eine Änderung der Polarisation im Strahlengang erfolgt. PM-Fasern können beispielsweise dadurch realisiert werden, indem parallel zum Faserkern eingearbeitete Stresselemente vorgesehen sind.
Da gemäß Untersuchungen des Anmelders insbesondere optische Komponenten, wie beispielsweise Linsen, welche in der Messkopfeinheit im Freistrahlengang des Messstrahls angeordnet sind, durch Reflexion oder Streuungen zu Störungen beitragen können, ist das optische Polarisationselement vorzugsweise daher derart angeordnet, dass zwischen Faserende des Messstrahl-Lichtleiters und optischen Polarisationselement zumindest ein optisches Mittel angeordnet ist, insbesondere eine optische Linse und bevorzugt eine Streulinse. Denn hierdurch werden zumindest Reflexionen und Streuungen des einen optischen Mittels und insbesondere einer Streulinse nicht zu einer Verfälschung des Messsignals beitragen.
Insbesondere ist es daher vorteilhaft, dass das optische Polarisationselement derart angeordnet ist, dass im Strahlengang des Messstrahls vor Austreten aus der Vorrichtung und Auftreffen auf das Objekt als letztes optisches Mittel das optische Polarisationselement angeordnet ist. Denn hierdurch ist sichergestellt, dass alle optische Mittel, zumindest alle optischen Linsen, welche sich im Strahlengang des Messstrahls zwischen Ende des Messstrahl-Lichtleiters und optischen Polarisationselement befinden, nicht durch Streuung oder Reflexion zu einer Verfälschung des Messsignals beitragen.
Bei den vorgenannten Ausgestaltungen mit Polarisationselement würde zwar solche Streustrahlung, welche zufälligerweise eine gleiche Polarisierung aufweist, wie bei Beeinflussung durch das erste optische Polarisationselement, zu einem Messsignal beitragen können. Es ist jedoch äußerst unwahrscheinlich, dass bei einem Störeinfluss wie einer Reflexion an einem optischen Mittel oder einer Reflexion oder Streuung aufgrund von Einschlüssen in einem transparenten optischen Mittel eine derartige Polarisation erfolgt.
Das optische Polarisationsmittel ist bevorzugt am Strahlausgang der Messkopfeinheit angeordnet. Hierbei kann das optische Polarisationsmittel lediglich im Strahlengang des Messstrahls, lediglich im Strahlengang des Empfangsstrahls oder sowohl im Strahlengang des Messstrahls als auch im Strahlengang des Empfangsstrahls angeordnet sein. Bevorzugt ist das optische Polarisationselement sowohl im Strahlengang des Messstrahls als im Strahlengang des Empfangsstrahls angeordnet, so dass eine Beeinflussung mittels des ersten optischen Polarisationselementes bei Verlassen des Messstrahls und bei Einkoppeln des Empfangsstrahls erfolgt.
Hierdurch wird in besonders hohem Maße das Einkoppeln störender Strahlung vermieden.
Untersuchungen des Anmelders haben weiterhin gezeigt, dass bei Verwendung einer Kollimationslinse in einer bevorzugten Ausführungsform durch dezentrale Strahlengänge von Mess- und Empfangsstrahl alternativ oder zusätzlich Störeffekte verringert oder vermieden werden können:
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messkopfeinheit eine Kollimationslinse und Mess- und Empfangsstrahl sind derart geführt, dass die optischen Achsen von Mess- und Empfangsstrahl die Kollimationslinse in einer gemeinsamen Hälfte durchdringen. Dies widerspricht somit dem an sich üblichen Vorgehen, die Apertur einer Kollimationslinse möglichst flächendeckend auszunutzen. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird im Gegenteil lediglich eine gemeinsame Hälfte der den Lichtleitern zugewandten Oberfläche der Kollimationslinse von Mess- und Empfangsstrahl durchdrungen. Hierdurch wird ein großer Anteil von Messstrahlanteilen, welche an oder in der Kollimationslinse reflektiert werden, von einer Einkopplung in den Empfangsstrahl-Lichtleiter ausgeschlossen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind optische Mittel vorgesehen, so dass der Messstrahl kollimiert wird und zu dem Empfangsstrahl parallel verläuft. Hierzu können insbesondere GRIN-Linsen verwendet werden, um den Messstrahl nach Austritt aus dem Messstrahl-Lichtleiter zu kollimieren und um den nach unendlich abgebildeten Empfangsstrahl in den Empfangsstrahl-Lichtleiter einzukoppeln.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch Verwendung einer optischen Linse und vorzugsweise unter Verwendung weiterer optischer Mittel wie beispielsweie eines Achromaten und/oder einer Sammellinse, in einfacher Weise eine Fokussierung von Mess- und Empfangsstrahl auf einen Objektpunkt auf der Oberfläche des zu vermessenden Objekts möglich ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können an sich bekannte Strahlungsquellen eingesetzt werden. Insbesondere ist die Strahlungsquelle bevorzugt als Laser ausgebildet.
Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in besonderer Weise zur Verwendung von Strahlung im nicht sichtbaren Bereich geeignet. Insbesondere die Verwendung von Lichtleitern ermöglicht in einfacher Weise das Einrichten der gewünschten Strahlengänge von Strahlung im nicht sichtbaren Bereich. Bevorzugt ist die Strahlungsquelle daher zum Erzeugen eines Ausgangsstrahls mit einer Wellenlänge größer 1400 nm, bevorzugt im Wellenlängenbereich 1500 nm bis 2000 nm, insbesondere bevorzugt im Wellenlängenbereich 1500 nm bis 1580 nm ausgebildet. Insbesondere werden bevorzugt an sich bekannte Laser, insbesondere Laser mit einer Wellenlänge von 1550 nm verwendet.
Die Verwendung von Licht im nicht sichtbaren Bereich mit einer Wellenlänge größer 1400 nm weist den Vorteil auf, dass solches Licht nicht in das Auge eindringt und somit gegenüber sichtbarem Licht innerhalb einer Laserklasse größere Leistungen verwendet werden können. Weiterhin wird durch die höhere Photonenzahl bei gleicher Leistung bei Verwendung von Licht im nicht sichtbaren Bereich verglichen mit sichtbarem Licht eine höhere Empfindlichkeit und eine bessere Auflösung bei Schwingungsmessungen erzielt.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform weist die Vorrichtung weiterhin eine Ziel-Lichtquelle zum Erzeugen eines Ziel-Lichtstrahls im sichtbaren Bereich auf, insbesondere mit einer Wellenlänge im Bereich 390 nm bis 700 nm. Die Ziel-Lichtquelle ist derart angeordnet und ausgebildet, dass der Ziel-Lichtstrahl mit dem Messstrahl vor Austritt des Lichtstrahls aus der Messkopfeinheit überlagert wird. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der Ziel-Lichtstrahl in dem Messstrahl-Lichtleiter eingekoppelt wird, bevorzugt ohne Freistrahlkomponenten, insbesondere mittels eines Wavelength Division Multiplexers.
Die Verwendung einer Ziel-Lichtquelle wie zuvor beschrieben weist den Vorteil auf, dass für den Benutzer in einfacher Weise auf dem Objekt der Messort ersichtlich ist. Die Verwendung solch einer Ziel-Lichtquelle ist somit insbesondere bei Ausgestalten der Strahlungsquelle zum Erzeugen eines nicht sichtbaren Ausgangsstrahls vorteilhaft.
Bei der vorbeschriebenen bevorzugten Ausführungsform zeigt sich somit ein weiterer Vorteil der Verwendung des Messstrahl-Lichtleiters: Durch die Verwendung an sich bekannter optischer Mittel, wie beispielsweise des beschriebenen Wavelength Division Multiplexers kann in einfacher Weise und ohne die Notwendigkeit der Justierung optischer Komponenten wie im Falle einer Freistrahl-Optik der Ziel-Lichtstrahl mit dem Messstrahl überlagert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann wie vorbekannte Interferometer eingesetzt werden, insbesondere zur Schwingungsmessung an dem Objekt. Vorzugsweise weist die Vorrichtung daher eine Auswerteeinheit auf, welche mit dem Detektor zur Auswertung der Messsignale des Detektors verwendet wird, insbesondere hinsichtlich der Auswertung von Schwingungsdaten des Objekts, wie beispielsweise einer Schwingungsfrequenz und/oder Schwingungsamplitude.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer vorzugsweisen Ausführungsform heterodyn ausgebildet ist, indem eine Frequenzschiebevorrichtung im Strahlengang von Mess- und/oder Empfangsstrahl vorgesehen ist.
Besonders vorteilhaft ist hierbei, die Frequenzschiebevorrichtung als eine in Wellenleitertechnik ausgebildete Frequenzschiebevorrichtung vorzusehen. Denn hierdurch kann weiterhin ein Freistrahl vermieden werden, insbesondere, in dem der Messstrahl-Lichtleiter und/oder der Empfangsstrahl-Lichtleiter unmittelbar mit der Frequenzschiebevorrichtung verbunden ist und so zwischen Frequenzschiebevorrichtung und Empfangsstrahl-Lichtleiter und/oder Messstrahl-Lichtleiter, bevorzugt sowohl Empfangsstrahl-Lichtleiter als auch Messstrahl-Lichtleiter kein optischer Freistrahl im Strahlengang von Messstrahl und Empfangsstrahl vorliegt.
Auch hier führt die Vermeidung von Strahlengängen als Freistrahl insbesondere zu einem einfacheren Aufbau und einer erhöhten Sicherheit gegen Dejustierungen.
Durch die Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels eines separaten Empfangsstrahl-Lichtleiters und Messstrahl-Lichtleiters ist die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zur Auswertung nach dem Diversity-Prinzip geeignet:
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Auswertung nach dem Diversity-Prinzip ausgebildet, insbesondere, weist die Vorrichtung zumindest einen zweiten Detektor, einen Referenzstrahlteilervorrichtung und eine Empfangsstrahl-Strahlteilervorrichtung auf, welche derart ausgebildet und angeordnet sind, dass ein erster Referenz-Teilstrahl mit einem ersten Empfangs-Teilstrahl auf die Detektionsfläche des Detektors und ein zweiter Referenz-Teilstrahl mit einem zweiten Empfangs-Teilstrahl auf eine Detektionsfläche des zweiten Detektors überlagert werden.
Hierdurch kann in einfacher Weise nach dem im Funkbereich bereits bekannten Diversity-Prinzip die Wahrscheinlichkeit von Signalausfällen deutlich verringert werden. Die Verwendung des Diversity-Prinzips bei der interferometrischen Vermessung eines Objekts ist an sich bekannt und beispielsweise in DE 10 2012 211 549 B3 beschrieben. Der Inhalt dieses Dokuments wird per Referenz vollumfänglich einbezogen. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise hinsichtlich der Anwendung des Diversity-Prinzips gemäß der in der genannten Schrift beschriebenen Vorrichtung bzw. einer dort beschriebenen vorzugsweisen Ausführungsform ausgebildet.
Wie bereits erwähnt, führt die Vermeidung von Freistrahlbereichen insbesondere im Strahlengang von Messstrahl und/oder Empfangsstrahl zu erheblichen Vorteilen bei der Herstellung und Verwendung der Vorrichtung insbesondere hinsichtlich der Justage der optischen Komponenten und somit auch der Robustheit bei Verwenden der Vorrichtung.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung daher zwischen Strahlungsquelle und Messkopfeinheit und/oder zwischen Messkopfeinheit und Detektor keinen Freistrahlbereich mit einer Strahllänge größer 1 cm, bevorzugt keinen Freistrahlbereich mit einer Strahllänge größer 0,5 cm, insbesondere keinen Freistrahlbereich mit einer Strahllänge größer 0,1 cm auf. Insbesondere ist bevorzugt, dass vorgenannte Bedingungen sowohl zwischen Strahlungsquelle und Messkopfeinheit, als auch zwischen Messkopfeinheit und Detektor zutreffen.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind somit die Strahlengänge von Mess- und Referenzstrahl im Wesentlichen vollständig durch Lichtleiter ausgebildet, wobei hier unterschiedliche und abwechselnde Lichtleiterarten, insbesondere kombiniert optische Fasern und planare Lichtleiter eingesetzt werden können. Hierdurch kann in einfacher Weise ein modularer Aufbau erzielt werden, indem beispielsweise durch Vorsehen von Lichtleiter-Kupplungen ein Austausch der Strahlungsquelle und/oder der Messkopfeinheit und/oder des Detektors in einfacher Weise möglich ist, ohne dass hierdurch eine erneute Justierung der optischen Komponenten notwendig wird. Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass einzelne Komponenten geringfügige Freistrahlbereiche aufweisen. So ist beispielsweise die Verwendung einer Strahlungsquelle ohne Freistrahlbereich, insbesondere eines Faserlasers, bevorzugt. Ebenso liegt die Verwendung einer Strahlungsquelle mit Freistrahlbereich, bevorzugt kleiner der zuvor angegebenen Obergrenzen der Strahllängen, im Rahmen der Erfindung. Ebenso liegt die Verwendung von optischen Komponenten im Rahmen der Erfindung, wie beispielsweise Wave Length Divison Multiplexer (WDM), welche geringfügige Freistrahlbereiche aufweisen. Da solche optischen Komponenten jedoch typischerweise als fertiges Bauteil in die Vorrichtung eingesetzt werden, führen die geringfügigen Freistrahlbereiche in solchen optischen Komponenten nicht zu zusätzlichen notwendigen optischen Justierungen, da die optischen Komponenten an sich justiert sind und der Freistrahlbereich innerhalb der optischen Komponenten bei typischer Verwendung nicht zu einer Dejustierung führt.
Die vorgenannte Bedingung, dass vorzugsweise kein Freistrahlbereich mit einer Strahllänge größer 1 cm, bevorzugt größer 0,5 cm, insbesondere größer 0,1 cm vorliegt bezieht sich jeweils auf jeden der vorhandenen Freistrahlbereiche in den genannten Abschnitten der Strahlengänge. Bei dieser vorzugsweisen Ausführungsform liegt es somit im Rahmen, dass die Summe aller Freistrahlbereiche die vorgenannten Obergrenzen überschreiten kann. Es ist jedoch weiterhin vorteilhaft, dass insgesamt die Summe aller Freistrahlbereiche zwischen Strahlungsquelle und Messkopfeinheit und/oder zwischen Messkopfeinheit und Detektor kleiner 10 cm, bevorzugt kleiner 5 cm, weiter bevorzugt kleiner 1 cm, insbesondere bevorzugt kleiner 0,5 cm ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass diese Bedingung sowohl auf den Strahlengang zwischen Strahlungsquelle und Messkopfeinheit, als auch zwischen Messkopfeinheit und Detektor zutrifft.
Vorzugsweise ist die Messkopfeinheit daher lösbar mit dem Messstrahl-Lichtleiter und dem Empfangsstrahl-Lichtleiter verbunden, insbesondere bevorzugt mittels als Lichtleiter-Steckverbindungen ausgebildeten Kupplungen. Die Messkopfeinheit kann hierzu wie zuvor beschrieben Messkopfeinheit-Lichtleiter aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, dass die Vorrichtung zwischen Strahlungsquelle, den vorgenannten Kupplungen und dem Detektor keinen Freistrahlbereich aufweist. Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der Detektor an sich Freistrahlbereiche aufweist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Ausbildung als Mehrkanal-Interferometer geeignet:
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Mehrkanal-Interferometer wird der Messstrahl in eine Mehrzahl von Teilmessstrahlen aufgeteilt, welche auf einen oder bevorzugt auf eine Mehrzahl verschiedener Messpunkte auf dem Objekt abgebildet wird. Entsprechend werden von dem einen Messpunkt oder von der Mehrzahl verschiedener Messpunkte Empfangsstrahlen, welche hinsichtlich ihrer Anzahl der Anzahl der Messstrahlen entsprechen, in den Strahlengang des Interferometers eingekoppelt und auf einer Mehrzahl von Detektoren, welche ebenfalls der Anzahl von Messstrahlen bzw. Empfangsstrahlen entsprechen, mit einer entsprechenden Anzahl von Referenzstrahlen überlagert, so dass auf einen Detektor jeweils ein Paar aus einem Empfangsstrahl und einem Referenzstrahl überlagert ist. Hierbei ist es vorteilhaft, für jeden Messstrahl jeweils einen Messstrahl-Lichtleiter und für jeden Empfangsstrahl jeweils einen Empfangsstrahl-Lichtleiter vorzusehen. Hierdurch kann die Vielzahl von Strahlengängen für die Messstrahlung mit den Empfangsstrahlen in einfacher Weise überlagert und den jeweiligen optischen Komponenten zugeführt werden.
Insbesondere ist es somit vorteilhaft, für jeden Referenzstrahl ebenfalls jeweils einen separaten Lichtleiter vorzusehen und insbesondere sämtliche Strahlengänge, wie zuvor beschrieben ohne Freistrahlengänge auszubilden. Hierdurch ist eine besonders hohe Modularität möglich, da eine oder mehrere Messkopfeinheiten für jeweils eine oder mehrere Empfangsstrahl-Lichtleiter vorgesehen werden können und somit die Variabilität bei Verwendung der Vorrichtung durch Austausch einer oder mehrerer Messkopfeinheiten in einfacher Weise erhöht wird.
Bei der bevorzugten Ausbildung der Vorrichtung als Mehrkanal-Interferometer, ist bevorzugt für jedes Paar von Mess- und Empfangsstrahl jeweils eine Messkopfeinheit vorgesehen, welche bevorzugt wie zuvor beschrieben ausgebildet ist, so dass nach Austritt des Messtrahls aus dem Messstrahl-Lichtleiter und vor Eintritt des Empfangsstrahls in den Empfangsstrahl-Lichtleiter parallele, voneinander beabstandete Strahlen und insbesondere bevorzugt kollimierte Strahlen vorliegen.
In der bevorzugten Ausführungsform, in welcher für jedes Paar von Empfangs- und Referenzstrahl jeweils eine Messkopfeinheit vorgesehen ist, wird insbesondere bevorzugt für jedes Paar von Mess- und Empfangsstrahl somit jeweils ein Objektiv vorgesehen, so dass in einfacher Weise die verschiedenen Kanäle durch Drehen bzw. Verschwenken der jeweiligen Messkopfeinheit auf einem gewünschten Messpunkt auf dem Objekt gerichtet werden können. Eine besonders einfache und robuste Ausgestaltung ergibt sich in einer bevorzugten Ausführungsform, in dem die Messkopfeinheit GRIN-Linsen („Gradientenindex-Linse”) oder ein Mikrolinsen-Array zum Auskoppeln des Messstrahls aus dem Messstrahl-Lichtleiter und zum Einkoppeln des Empfangsstrahls in den Empfangsstrahl-Lichtleiter aufweist.
Vorzugsweise sind zumindest Messstrahl-Lichtleiter und Empfangsstrahl-Lichtleiter lösbar mit der Vorrichtung verbunden, so dass ein Austausch dieser Lichtleiter in einfacher Weise möglich ist. Insbesondere sind bevorzugt zuindest der Messstrahl-Lichtleiter und der Empfangsstrahl Lichtleiter mittels optischer Steck- oder Splice-Verbindungen mit der Vorrichtung verbunden sind, insbesondere mittels Lichtleiter-Kopplungen. Insbesondere sind hierbei sogenannte FC/APC-Steckverbindungen vorteilhaft.
Weitere bevorzugte Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen werden im Folgenden anhand der Figuren und von Ausführungsbeispielen beschrieben. Dabei zeigt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung als heterodynes Vibrometer;
2 in den Teilbildern a bis c drei Ausführungsbeispiele einer Messkopfeinheit für eine Vorrichtung gemäß 1;
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit austauschbarer Messkopfeinheit;
4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung als Mehrkanalvibrometer;
5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Auswertung nach dem Polarisations-Diversity-Prinzip und
6 eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Kollimationseinheit einer Messkopfeinheit zur Auswertung nach dem räumlichen Diversity-Prinzip.
In den 1 bis 5 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Objekts, welche als Vibrometer ausgebildet ist.
Die Vorrichtung weist eine Strahlungsquelle 1 auf, welche als Laser zum Erzeugen eines Ausgangsstrahls 2 mit einer Wellenlänge von 1550 nm ausgebildet ist. Weiterhin ist eine Strahlteilereinheit 3 vorgesehen, zum Aufteilen des Ausgangsstrahls in einen Messstrahl 4 und einen Referenzstrahl 5. Die Strahlteilereinheit 3 ist derart ausgebildet, dass der Messstrahl eine höhere Intensität gegenüber dem Referenzstrahl aufweist, vorliegend weist der Messstrahl etwa 90% und der Referenzstrahl etwa 10% der Intensität des Ausgangsstrahls auf. Hierdurch wird ein höhere Messgenauigkeit insbesondere bei nicht spiegelnden Oberflächen des Objekts erzielt.
Der Messstrahl 4 wird auf die Oberfläche eines Objekts O abgebildet und der von dem Objekt O zumindest teilweise reflektierte und/oder gestreute Messstrahl 4 wird als Empfangsstrahl 6 mit dem Referenzstrahl 5 auf einer Detektionsfläche eines Detektors 7 zur Ausbildung einer optischen Referenz überlagert.
Nicht dargestellt ist eine Auswerteeinheit, insbesondere ein elektronischer Rechner und/oder Controller, welche mit dem Detektor 7 verbunden ist, um aus den Messsignalen des Detektors 7 Schwingungsdaten des Objekts O zu ermitteln.
Der Detektor 7 ist hierbei als an sich bekannter balancierter Detektor („Balanced-Detector”) ausgebildet, d. h. er weist zwei Detektionsflächen auf, auf denen jeweils ein Empfangsteilstrahl mit einem Referenzteilstrahl überlagert ist. Die Verwendung eines balancierten Detektors ist an sich bekannt und in H. R. Carleton and W. T. Maloney „A Balanced Optical Heterodyne Detektor", Applied Optics, Vol. 7, Issue 6, pp. 1241–1243 (1968), http://dx.doi.org/10.1364/AO.7.001241 beschrieben.
Hierzu ist ein Strahlteiler 8 vorgesehen, welcher den Referenzstrahl 5 in einen ersten und einen zweiten Referenzteilstrahl aufteilt und ebenso den Empfangsstrahl 6 in einen ersten und einen zweiten Empfangsteilstrahl aufteilt. Auf einer ersten Detektorfläche des Balanced-Detectors 7 werden die beiden ersten Teilstrahlen von Referenz- und Empfangsstrahl überlagert.
Entsprechend werden auf der zweiten Detektorfläche des Balanced-Detectors 7 des jeweils zweiten Teilstrahlen von Referenz- und Empfangsstrahl überlagert. Der Detektor 7 wird daher in seiner Gesamtheit auch als differentieller Detektor bezeichnet. Die entsprechende Ausgestaltung und das Vorsehen weiterer optischer Mittel zur Ausbildung eines Balanced-Detectors ist an sich bekannt. Ebenso kann auf den Strahlteiler 8 verzichtet werden und stattdessen ein Detektor 7 mit lediglich einer Detektionsfläche vorgesehen sein, auf welcher Referenzstrahlen 5 und Empfangsstrahl 6 zur Ausbildung einer optischen Referenz mittels weiterer optischer Mittel überlagert sind.
Die Vorrichtung gemäß 1 ist als heterodynes Vibrometer ausgebildet. Hierzu ist eine Frequenzschiebevorrichtung 9 im Strahlengang des Messstrahls 4 vorgesehen. Mittels der Frequenzschiebevorrichtung 9 wird die Frequenz des Messstrahls gegenüber der des Frequenzstrahls verschoben, so dass sich eine Trägerfrequenz ausbildet und insbesondere auch die Bewegungsrichtung der Oberfläche des Objekts O aus den Messdaten des Detektors 7 ermittelt werden kann.
Die Vorrichtung gemäß 1 weist eine optische Messkopfeinheit 10 auf, welche im Strahlengang des Messstrahls 4 zwischen Strahlteilereinheit 3 und Objekt O sowie im Strahlengang des Empfangsstrahls 6 zwischen Objekt O und Detektor 7 angeordnet ist. Der Strahlengang des Messstrahls 4 ist zwischen Strahlteilereinheit 3 und Messkopfeinheit 10 – abgesehen von der Zwischenschaltung weiterer optischer Komponenten – in einem als optische Faser ausgebildeten Messstrahllichtleiter 41 geführt. Der Empfangsstrahl ist zwischen Messkopfeinheit 10 und Strahlteiler 8 in einem Empfangsstrahl-Lichtleiter 61 geführt, welcher ebenfalls als optische Faser ausgebildet ist.
Der Messstrahl wird über den Messstrahl-Lichtleiter 41 zu der Messkopfeinheit 10 geleitet und der Empfangsstrahl wird mittels der Messkopfeinheit 10 in den Empfangsstrahl-Lichtleiter 61 eingekoppelt und mittels des Empfangsstrahl-Lichtleiters 61 zu dem Detektor 7 geleitet.
Die Vorrichtung weist weiterhin eine Ziel-Lichtquelle 11 auf, welche als Laserdiode ausgebildet ist und einen Ziel-Lichtstrahl im sichtbaren Bereich erzeugt, vorliegend mit einer Wellenlänge von etwa 660 nm. Der Lichtstrahl der Ziel-Lichtquelle 11 wird über eine optische Faser zu einem Wavelength Divisors Multiplexer (WDM) 12 geleitet und mittels diesen in den Strahlengang des Messstrahls 4 eingekoppelt, so dass Messstrahl 4 und Ziel-Lichtstrahl ab dem Wavelength Division Multiplexer 12 überlagert sind und somit auch der Ziel-Lichtstrahl an dem Messpunkt auf das Objekt O auftrifft. Der Benutzer kann somit in einfacher Weise den Ort der Messung erkennen.
Die Messkopfeinheit 10 weist zwei GRIN-Linsen 4g, 6g auf, wobei eine GRIN-Linse 4g am Ende des Messstrahl-Lichtleiters 41 und die zweite GRIN-Linse 6g am Beginn des Empfangsstrahl-Lichtleiters 61 angeordnet ist. Die GRIN-Linsen 4g, 6g sind parallel nebeneinander angeordnet und derart ausgebildet, dass Messstrahl 4 und Empfangsstrahl 6 jeweils kollimiert austreten. Es kann somit mittels einer Streulinse 13 und Sammellinse 14 in einfacher Weise der Messstrahl 4 auf den Messpunkt auf dem Objekt O fokussiert werden und der Empfangsstrahl 6 von dem Messpunkt des Objekts O in den Empfangsstrahl-Lichtleiter 61 eingekoppelt werden. Darüber hinaus kann durch einfaches Verschieben der Sammellinse 14 entlang der optischen Achse eine Fokussierung erfolgen.
Die Vorrichtung gemäß 1 weist somit den Vorteil auf, dass der Messstrahl 4 über den Messstrahl-Lichtleiter 41 zu der Messkopfeinheit 10 geführt wird und der Empfangsstrahl 10 über den Empfangsstrahl-Lichtleiter 61 von der Messkopfeinheit 10 zu dem Detektor 7 geführt wird. Hierdurch sind eine hohe Variabilität und ein robuster Aufbau gewährleistet. Insbesondere sind bei der Vorrichtung gemäß 1 abgesehen von der Messkopfeinheit 10 sämtliche Strahlengänge innerhalb von Lichtleitern geführt, teilweise ausgebildet durch optische Fasern oder durch planare Lichtleiter innerhalb der optischen Komponenten.
So kann beispielsweise die Strahlungsquelle 1 in einfacher Weise mittels einer Faserkupplung FK1 mit der Strahlteilereinheit 3 verbunden werden und somit insbesondere auch in einfacher Weise die Strahlungsquelle ausgetauscht werden, ohne dass optisch eine Neujustierung erfolgen müsste.
Die Frequenzschiebevorrichtung 9 ist ebenfalls ohne jegliche Freistrahlkomponente ausgebildet. Sie kann mittels eines akkustoopischen Lithiumniobat-Wellenleiter-Frequenzschiebers ausgebildet sein, wie beispielsweise in EP 0 448 775 B1 oder DE 10 2013 209 833 beschrieben.
Da auch Strahlteilereinheit 3 und Strahlteiler 8 als fused coupler mit einander angenäherten Glasfaserkernen ausgebildet sind, liegt bei der Vorrichtung gemäß 1 außerhalb der Messkopfeinheit 10 somit kein Freistrahlbereich mit einer Strahllänge größer 0,5 cm vor. Lediglich der WDM, weist intern einen geringen Freistrahlbereich auf. Da es sich jedoch bei dem WDM um eine fertige Zukaufkomponente handelt, welche bei der Herstellung justiert wird, ergibt sich im Interferometer kein zusätzlicher Justagebedarf.
In 2 sind in den Teilbildern a bis c drei verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Messkopfeinheit 10 dargestellt, welche jeweils beispielsweise bei der Vorrichtung gemäß 1 anstelle der dort abgebildeten Messkopfeinheit 10 verwendet werden kann.
Zur Vermeidung von Wiederholungen wird nachfolgend auf die wesentlichen Unterschiede gegenüber der in 1 dargestellten Messkopfeinheit 10 eingegangen:
Die Messkopfeinheit gemäß 2a weist ein als schwarz beschichtetes Trennblech ausgebildetes für den Messstrahl undurchdringliches optisches Trennelement 15 auf, welches sich vollständig ausgehend vom Ende der GRIN-Linsen 4b und 6g zu der Streulinse 13 erstreckt. Das Trennblech ist aufrecht (senkrecht zur Zeichenebene gemäß 2) mittig zwischen den Strahlachsen von Mess- und Referenzstrahl und parallel zu diesen angeordnet. Es erstreckt sich in der Höhenausdehnung (senkrecht zur Zeichenebene in 2) über die gesamte Ausdehnung der Streulinse 13. Hierdurch wird in einfacher Weise vermieden, dass Teilstrahlen des Messstrahls 4, welche insbesondere an oder in der Streulinse 13 gestreut oder reflektiert werden, in den Empfangsstrahl-Lichtleiter 61 einkoppeln. Solche reflektierten oder gestreuten Teilstrahlen werden somit in einfacher Weise mittels des optischen Trennelements 15 ausgeblendet.
In Teilbild b der 2 ist ein Ausführungsbeispiel an einer Messkopfeinheit 10 gezeigt, bei welcher mittels eines optischen Polarisationselementes 16 Messfehler vermieden werden: Das Polarisationselement 16 ist als λ/4-Platte ausgebildet, welche im Strahlengang des Messstrahls 4 hinter der Sammellinse 14 und im Strahlengang des Empfangsstrahls 6 vor der Sammellinse 14 angeordnet ist, so dass eine Einwirkung auf die Polarisation des Messstrahls bei Austreten und des Empfangsstrahls bei Eintreten erfolgt.
Die Strahlungsquelle 1 ist derart ausgebildet, dass bereits ein polarisierter Ausgangsstrahl 2 vorliegt und die weiteren optischen Komponenten sind derart ausgebildet und angeordnet, dass auf den Detektionsflächen des Detektors jeweils Mess- und Empfangsstrahl in gleicher Polarisierung zur Ausbildung eines Interferenzsignals überlagert sind. Hierbei ist insbesondere auch das vorgenannte optische Polarisationselement 16 berücksichtigt. Werden nun Teilstrahlen des Messstrahls aufgrund von Streuung und Reflektion in dem Empfangsstrahl-Lichtleiter 61 eingekoppelt, welche nicht das Polarisationselement 16 zweifach durchlaufen haben, so besitzen diese mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit eine andere Polarisation und tragen daher nicht zu einem Interferenzsignal auf der Detektionsfläche des Detektors bei, so dass keine Verfälschung des Messergebnisses durch solche reflektierte oder gestreute Störstrahlung vorliegt.
In 2c ist schließlich ein drittes Beispiel einer Messkopfeinheit 10 dargestellt. Hier werden Messfehler aufgrund von Reflexion oder Streuung des Messstrahls dadurch vermieden, dass Mess- und Empfangsstrahl derart geführt sind, dass die optischen Achsen von Mess- und Empfangsstrahl die Sammellinse 14 in einer gemeinsamen Hälfte durchdringen:
Im oberen Teilbild der 2c ist eine Draufsicht wie auch in den Teilbildern 2a und 2b dargestellt. Das untere Teilbild in 2c stellt hingegen eine Seitenansicht dar. In der Seitenansicht liegt der Empfangsstrahl 6 hinter dem Empfangsstrahl 4 und ist daher nicht ersichtlich. Messstrahl 4 und Empfangsstrahl 6 durchdringen die Sammellinse 14 somit in einer gemeinsamen Hälfte, vorliegend der oberen Hälfte der Sammellinse 14 und insbesondere auch der Streulinse 13 gemäß Darstellung 2c, unteres Teilbild.
Hierdurch wird vermieden, dass beispielsweise an der den Lichtleitern zugewandten konkaven Oberfläche der Streulinse 13 reflektiertes Licht des Messstrahls 4 in den Empfangsstrahl-Lichtleiter 61 eingekoppelt wird oder zumindest solche Störeinflüsse verringert.
In den 2a, 2b und 2c ist weiterhin ersichtlich, dass zwischen den GRIN-Linsen 4g und 6g sowie der Streulinse 13 Messstrahl 4 und Empfangsstrahl 6 kollimiert sind. Weiterhin sind die optischen Achsen von Mess- und Empfangsstrahl in diesem Bereich parallel und voneinander beabstandet, vorzugsweise mit einem Abstand von etwa 3 bis 4 mm, vorliegend etwa 2 mm. Entsprechend sind die Enden von Messstrahl-Lichtleiter 41 und Empfangsstrahl-Lichtleiter 61 und folglich ebenso die GRIN-Linsen 4g und 6g parallel zueinander angeordnet und enden in einer gemeinsamenen Ebene (welche senkrecht zur Zeichenebene in 2 steht), welche Ebene senkrecht zu den parallelen optischen Strahlachsen von Mess- und Empfangsstrahl zwischen GRIN-Linsen und Streulinse steht. Hierdurch wird in einfacher und robuster Weise erreicht, dass mittels einer gemeinsamen Linse 14 sowohl Mess-, als auch Empfangsstrahl auf den Messpunkt auf dem Objekt fokussiert werden können.
In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, welches grundsätzlich den gleichen Aufbau wie das in 1 dargestellte aufweist.
In Empfangsstrahl-Lichtleiter 61 und im Messstrahl-Lichtleiter 41 sind jedoch jeweils Faserkupplungen (FK2 und FK3) vorgesehen, so dass die Messkopfeinheit 10 in einfacher Weise ausgetauscht werden kann. Dies ermöglicht zum einen eine einfachere Konstruktion der Vorrichtung, da die Messkopfeinheit 10, welche Freistrahl-Strahlengänge aufweist, auch an einem separaten Ort in einfacher Weise justiert werden kann und als Einheit, vorzugsweise innerhalb eines Messkopfeinheit-Gehäuses über die Faserkupplungen FK2 und FK3 mit der restlichen Vorrichtung verbunden werden kann.
Darüber hinaus können dem Benutzer in einfacher Weise mehrere Messkopfeinheiten vorgesehen werden, beispielsweise optimiert auf unterschiedliche Entfernungen zwischen Vorrichtung und Objekt.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, welches ebenfalls im Grundaufbau der Vorrichtung gemäß 1 gleicht, vorliegend jedoch als Mehrkanal-Vibrometer ausgebildet ist.
Es ist daher im Strahlengang des Referenzstrahls 5 ein Mehrfach-Strahlteiler M5 vorgesehen und ebenso im Strahlengang des Messstrahls 4 ein Mehrfach-Strahlteiler M4, so dass zwei Referenzstrahlen 5a und 5b sowie zwei Messstrahlen 4a und 4b vorliegen, die jeweils in Referenzstrahl-Lichtleitern bzw. Empfangsstrahl-Lichtleitern geführt sind. Pro Paar von Referenz- und Messstrahl ist jeweils eine Messkopfeinheit vorgesehen, dargestellt ist eine erste Messkopfeinheit 10a und eine zweite Messkopfeinheit 10b. Mittels jeder Messkopfeinheit wird jeweils der Messstrahl auf einen Ortspunkt auf dem Objekt O abgebildet, so dass vorliegend zwei verschiedene Ortspunkte gleichzeitig vermessen werden können.
Entsprechend sind zwei Empfangsstrahl-Lichtleiter 61a und 61b vorgesehen, um den Empfangsstrahl 6a und den Empfangsstrahl 6b jeweils auf einem Detektor 7b bzw. 7a mit einem der beiden Referenzstrahlen 5a und 5b zu überlagern, wobei auch hier die Detektoren jeweils als Balanced-Detector ausgebildet sind und somit jeden Detektor jeweils ein Strahlteiler (8a und 8b) vorgeschaltet ist.
Die Punkte in 4 deuten an, dass lediglich zur besseren Übersichtlichkeit nur eine Aufteilung in zwei Messstrahlen und zwei Referenzstrahlen dargestellt ist. Vorzugsweise wird mittels der Mehrfach-Strahlteiler M5 und M4 jeweils eine Vielzahl von Strahlen (beispielsweise 8 oder 48) erzeugt, so dass eine Vielzahl von Messpunkten (beispielsweise 8 oder 48) auf dem Objekt O, insbesondere ortsverschiedene Messpunkte vermessen werden können, wobei jedem Messpunkt jeweils ein Balanced-Detector zugeordnet ist.
Wie in 4 dargestellt, kann die Vorrichtung abgesehen von der Messkopfeinheit 10 vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, an welches mittels Faserkupplungen die Messkopfeinheit oder mehrere Messkopfeinheiten angeschlossen werden können. Hierdurch kann der Benutzer in einfacher Weise aufgrund der flexiblen optischen Fasern die Messkopfeinheit bzw. die Mehrzahl von Messkopfeinheiten für eine optimale Messsituation anordnen, ohne die restlichen in dem Gehäuse angeordneten Komponenten bewegen zu müssen.
In 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, welches – wie auch bei der Vorrichtung gemäß 4 – ebenfalls eine Aufteilung des Referenzstrahls in zwei Referenzstrahlen 5a und 5b vorsieht.
Im Unterschied zu dem Beispiel gemäß 4 wird bei der Vorrichtung gemäß 5 jedoch lediglich ein Ortspunkt auf dem Objekt O vermessen und der Empfangsstrahl 6 wird in zwei Empfangsstrahlen 6a und 6b aufgeteilt, wobei Empfangsstrahl 6a mit Referenzstrahl 5a auf einem Detektor 7a und Empfangsstrahl 6b mit Referenzstrahl 5b auf ein Detektor 7b überlagert werden, wobei die Detektoren 7a und 7b wiederum jeweils als Balanced-Detectoren mit vorgeschalteten Strahlteilern 8a und 8b ausgebildet sind.
Hier kann in einfacher Weise eine Vermessung der Schwingung des Objekts O an den vermessenen Ortspunkt nach dem Diversity-Prinzip erfolgen: Mittels der Detektoren 7a und 7b werden unterschiedliche Polarisationsanteile des Empfangsstrahls 6 vermessen und mittels einer (nicht dargestellten) Auswerteeinheit aus den Messsignalen des Detektors 7a und des Detektors 7b ein gemeinsames Messsignal gebildet, abhängig von einer Wichtung der Messsignale. Die Aufteilung der Polarisationsanteile erfolgt mittels des Strahlteilers 8, welcher als Faser-Polarisationsstrahlteiler ausgebildet ist.
Es wird somit ein Gütekriterium gebildet, welches eine Bewertung der Güte der Messdaten des Detektors 7a einerseits und des Detektors 7b andererseits ermöglicht und abhängig von diesem Gütekriterium wird ein Messsignal, welches aus lediglich dem Messsignal 1 der beiden Detektoren oder einem kombinierten Messsignal beider Detektoren bestehen kann, wobei auch vorgenannte Kombinationen eine Wichtung abhängig von der Güte beinhalten kann, erstellt und die Schwingungsanalyse mittels dieses erstellten Messsignals durchgeführt. Eine solche Auswertung nach dem Diversity-Prinzip ist an sich bekannt und beispielsweise in DE 10 2012 211 549 B3 beschrieben.
Ebenso kann zur Ausbildung des Diversity-Prinzips eine räumliche Trennung oder eine Modenaufteilung erfolgen, wie ebenfalls in vorgenanntem Dokument beschrieben.
In 6 ist eine Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Auswertung nach dem Diversity-Prinzip beschrieben. Die Vorrichtung kann an sich analog zu der in 5 beschriebenen Vorrichtung ausgebildet sein. Nachfolgend wird daher lediglich auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen:
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Messstrahl 4 auf das Objekt geleitet und zwei Empfangsstrahlen 6' und 6'' werden in zwei Empfangsstrahl-Lichtleiter 61' und 61'' eingekoppelt.
Während in der gemäß 5 dargestellten Vorrichtung ein Empfangsstrahl 6 aufgeteilt wird in den Empfangsstrahl 6a und den Empfangsstrahl 6b, wird bei der vorliegenden Vorrichtung somit der Empfangsstrahl 6' mittels des Empfangsstrahl-Lichtleiters 61' mit dem Strahlengang des Empfangsstrahls 6a und entsprechend der Empfangsstrahl 6'' mittels des Empfangsstrahl-Lichtleiters 61'' in den Strahlengang des Empfangsstrahls 6b gemäß 5 eingekoppelt. Somit werden an Detektor 7a der Empfangsstrahl 6' mit dem Referenzstrahl 5a und an den Detektor 7b der Empfangsstrahl 6'' mit dem Referenzstrahl 5b überlagert, jeweils zur Ausbildung einer optischen Interferenz und in der Balanced-Detector-Auswertung.
Hierdurch ist somit eine Auswertung nach dem Diversity-Prinzip möglich, wobei mehrere Empfangsstrahlen, vorliegend Empfangsstrahl 6' und 6'' in der Vorrichtung mit getrennten, aber identischen Auswerteeinheit ausgewertet werden, so dass entsprechend Mehrkanäle zum Gesamtsignal beitragen. Auch hier werden Messstrahl 4, sowie Empfangsstrahlen 6' und 6'' über ein gemeinsames Objektiv auf den Messpunkt auf dem Objekt abgebildet. Die grundsätzliche Ausgestaltung der Vorrichtung (insbesondere abgesehen von der Verwendung von separaten Lichtleitern) ist bereits in der vorgenannten DE 10 2012 211 549 B3 beschrieben, insbesondere hinsichtlich 3.4 und der zugehörigen Figurenbeschreibung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012211549 B3 [0059, 0112, 0116]
EP 0448775 B1 [0092]
DE 102013209833 [0092]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

H. R. Carleton and W. T. Maloney „A Balanced Optical Heterodyne Detektor”, Applied Optics, Vol. 7, Issue 6, pp. 1241–1243 (1968) [0082]
http://dx.doi.org/10.1364/AO.7.001241 [0082]

Claims

Vorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Objekts, mit einer Strahlungsquelle (1) zum Erzeugen eines Ausgangsstrahls (2), einer Strahlteilereinheit (3) zum Aufteilen des Ausgangsstrahls (2) in einen Messstrahl (4) und einen Referenzstrahl (5) sowie einer optischen Überlagerungsvorrichtung und einem Detektor (7), wobei Überlagerungsvorrichtung und Detektor (7) derart zusammenwirkend ausgebildet sind, dass der von dem Objekt zumindest teilweise reflektierte und/oder gestreute Messstrahl (4) als Empfangsstrahl (6) mit dem Referenzstrahl (5) auf einer Detektionsfläche des Detektors (7) zur Ausbildung einer optischen Referenz überlagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine optische Messkopfeinheit (10), einen Messstrahl-Lichtleiter (41) und einen Empfangsstrahl-Lichtleiter (61) aufweist, wobei die Messkopfeinheit (10) im Strahlengang des Messstrahls (4) zwischen Strahlteiler und Objekt und im Strahlengang des Empfangsstrahls (6) zwischen Objekt und Detektor (7) angeordnet ist, wobei der Messstrahl (4) über den Messstrahl-Lichtleiter (41) zu der Messkopfeinheit (10) gleitet wird und der Empfangsstrahl (6) mittels der Messkopfeinheit (10) in den Empfangsstrahl-Lichtleiter (61) eingekoppelt und mittels des Empfangsstrahl-Lichtleiters (61) zu dem Detektor (7) geleitet wird.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Messkopfeinheit ein gemeinsames Objektiv für Mess- und Empfangstrahl aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dass in der optischen Messkopfeinheit der Messstrahl nach Austreten aus dem Messstrahl-Lichtleiter und der Empfangsstrahl vor Eintreten in den Empfangsstrahl-Lichtleiter als Strahlen mit paralleler, beabstandeteter optischer Achse geführt werden, insbesondere, dass Messstrahl und Empfangsstrahl mittels einer gemeinsamen optischen Linse, vorzugsweise einer Sammellinse auf einen Messpunkt auf dem Objekt abgebildet werden.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkopfeinheit optische Mittel zur Kollimation von Messstrahl und/oder Empfangsstrahl, bevorzugt von Mess- und Empfangsstrahl aufweist, insbesondere, dass zur Kollimation von Mess- und/oder Empfangsstrahl eine oder mehrere GRIN-Linsen vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messkopfeinheit (10) ein für den Messstrahl (4) undurchdringliches optisches Trennelement (15) vorgesehen ist, welches Trennelement zwischen dem Frei-Strahlengang des Messstrahls (4) und dem Frei-Strahlengang des Empfangsstrahls (6) angeordnet ist, insbesondere unmittelbar vor den Enden von Messstrahl-Lichtleiter (41) und Empfangsstrahl-Lichtleiter (61).
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass Messstrahl und Empfangsstrahl auf der Detektionsfläche des Detektors polarisiert überlagert werden und dass im Strahlengang der Messkopfeinheit (10) ein optisches Polarisationselement (16) vorgesehen und derart ausgebildet ist, dass Messstrahlanteile, welche vor Beeinflussung durch das optische Polarisationselement (16) reflektiert werden, nicht zur optischen Interferenz auf der Detektionsfläche des Detektors (7) beitragen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkopfeinheit (10) eine Kollimationslinse umfasst und Mess- (4) und Empfangsstrahl (6) derart geführt sind, dass die optischen Achsen von Empfangs- (6) und Messstrahl (4) die Kollimationslinse in einer gemeinsamen Hälfte durchdringen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass optische Mittel vorgesehen sind, sodass der Messstrahl (4) kollimiert aus dem Messstrahl-Lichtleiter (41) austritt und/oder dass optische Mittel vorgesehen sind, sodass der Empfangsstrahl (6) kollimiert in den Emfpangsstrahl-Lichtleiter (61) eintritt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1) zum Erzeugen eines Ausgangsstrahls (2) im nicht sichtbaren Bereich ausgebildet ist, insbesondere mit einer Wellenlänge großer 1400 nm, bevorzugt im Wellenlängenbereich 1500 nm bis 2000 nm, vorzugsweise im Wellenlängenbereich 1500 nm bis 1580 nm.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin eine Ziel-Lichtquelle (11) zum Erzeugen eines Ziel-Lichtstrahls im sichtbaren Bereich aufweist, welche derart angeordnet und ausgebildet ist, dass der Ziel-Lichtstrahl mit dem Messstrahl (4) vor Austritt des Messstrahls (4) aus der Messkopfeinheit (10) überlagert wird, insbesondere, dass der Ziel-Lichtstrahl in den Messstrahl-Lichtleiter (41) eingekoppelt wird, insbesondere mittels eines Wavelength Division Multiplexers (12).
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung heterodyn ausgebildet ist, indem eine Frequenzschiebevorrichtung im Strahlengang von Mess- (4) und/oder Empfangsstrahl (6) vorgesehen ist, insbesondere eine in Wellenleitertechnik ausgebildete Frequenzschiebevorrichtung (9).
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Auswertung nach dem Diversity-Prinzip ausgebildet ist, insbesondere, dass die Vorrichtung zumindest einen zweiten Detektor (7), eine Referenzstrahl-Strahlteilervorrichtung und eine Empfangsstrahl-Strahlteilervorrichtung aufweist, welche derart ausgebildet und angeordnet sind, dass ein erster Referenz-Teilstrahl mit einem ersten Empfangs-Teilstrahl auf der Detektionsfläche des ersten Detektors (7) und ein zweiter Referenz-Teilstrahl mit einem zweiten Empfangs-Teilstrahl auf einer Detektionsfläche des zweiten Detektors (7) überlagert werden.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwischen Strahlungsquelle (1) und Messkopfeinheit (10) und/oder zwischen Messkopfeinheit (10) und Detektor (7) keinen Freistrahlbereich mit einer Strahllänge größer 1 cm, bevorzugt keinen Freistrahlbereich mit einer Strahllänge größer 0,5 cm, insbesondere keinen Freistrahlbereich mit einer Strahllänge größer 0,1 cm aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkopfeinheit (10) lösbar mit dem Messtrahl-Lichtleiter (41) und dem Empfangsstrahl-Lichtleiter (61) verbunden ist, vorzugsweise mittels Steckverbindungen, insbesondere, dass die Messkopfeinheit zumindest zwei Messkopfeinheit-Lichtleiter aufweist, welche lösbar einerseits mit dem Messstrahl-Lichtleiter und andererseits mit dem Empfangsstrahl-Lichtleiter verbindbar sind, vorzugsweise mittels Lichtleiter-Kupplungen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Mehrkanal-Interferometer ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkopfeinheit GRIN-Linsen (4g, 6g) oder ein Mikrolinsenarray zum Auskoppeln des Messstrahls (4) aus dem Messstrahl-Lichtleiter (41) und zum Einkoppeln des Empfangsstrahls (6) in den Empfangsstrahl-Lichtleiter (61) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrahl-Lichtleiter und der Empfangsstrahl Lichtleiter mittels optischer Steck- oder Splice-Verbindungen mit der Vorrichtung verbunden sind, insbesondere mittels Lichtleiter-Kopplungen.