DE10392656B4 - Interferometer for optical coherence tomography - Google Patents

Interferometer for optical coherence tomography

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Abstract

Interferometersystem mit einem Meßkopf (36) zum Senden von Beleuchtungsstrahlung (48) auf ein Objekt (9) und zum Empfang von von dem Objekt (9) zurückgeworfener Detektionsstrahlung (57), wobei eine Anordnung des Meßkopfes (36) mit einem Arbeitsabstand von dem Objekt (9) vorgesehen ist, und wobei das Interferometersystem (41) eine erste Strahlungsquelle (43) zur Bereitstellung von Strahlung (45) mit einer vorbestimmten ersten Kohärenzlänge, ein Paar von mit Abstand voneinander angeordneten teilreflektierenden Grenzflächen (52, 53), eine Strahlungsweiche (49) und einen Detektor (61) umfaßt, wobei Interferometer system having a measuring head (36) for transmitting illuminating radiation (48) on an object (9) and to receive from the object (9) of discarded detecting radiation (57), wherein an arrangement of the measuring head (36) with a working distance of the object (9) is provided, and wherein the interferometer (41) a first radiation source (43) for providing radiation (45) at a predetermined first coherence length, a pair of spaced from each other arranged partially reflecting boundary surfaces (52, 53), a radiation diverter ( 49) and a detector (61) comprises wherein
eine erste Grenzfläche (53) des Grenzflächenpaares (52, 53) in einem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle (43) und dem Objekt (9) angeordnet ist, a first interface (53) of the interface pair (52, 53) is disposed in an illumination light path between the radiation source (43) and the object (9),
eine zweite Grenzfläche (52) des Grenzflächenpaares (52, 53) in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle (43) und der ersten Grenzfläche (53) angeordnet ist, und a second interface (52) of the interface pair (52, 53) is arranged in the illumination beam path between the radiation source (43) and the first boundary surface (53), and
die Strahlungsweiche (49) in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle (43) und der ersten Grenzfläche (53) angeordnet ist, und wobei the radiation diverter (49) in the illumination beam path between the radiation source (43) and the first boundary surface (53) is disposed, and wherein
die erste Grenzfläche... the first interface ...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Interferometersystem. The invention relates to an interferometer.
  • Beispielsweise aus der For example, from the US-Patentschrift 4,175,327 US Patent 4,175,327 ist ein Koordinatenmeßgerät mit einer Werkstückhalterung zur Anbringung eines zu vermessenden bzw. anzutastenden Werkstücks und einem bezüglich der Werkstückhalterung räumlich verlagerbaren Tastkopf bekannt. is known a coordinate having a workpiece mount for attachment of a to be measured or to be probed and a workpiece relative to the workpiece holder spatially displaceable scanning head. An dem Tastkopf ist ein Taststift in einer Ruhelage bezüglich des Tastkopfes gehaltert, wobei Auslenkungen des Taststiftes aus dieser Ruhelage gegen eine Federkraft möglich sind und von dem Tastkopf registriert werden. To the probe, a stylus of the probe is held in a rest position with respect to said deflections of the stylus from this rest position are possible against a spring force and to be registered by the probe. Zur Bestimmung von Koordinaten einer Oberfläche des Werkstücks wird der Tastkopf bezüglich der Werkstückhalterung räumlich verfahren, bis eine Spitze des Taststiftes, welche beispielsweise die Gestalt einer Kugel aufweisen kann, mit der Oberfläche des Werkstückes in Berührungskontakt kommt. For the determination of coordinates of a surface of the workpiece, the probe is moved relative to the workpiece holder spatially until a tip of the stylus, which may have for example the shape of a sphere, comes into contact with the contact surface of the workpiece. Dies führt zu einer Auslenkung der Tastspitze aus ihrer Ruhelage, was von dem Tastkopf registriert wird. This leads to a deflection of the stylus from its rest position, which is registered by the probe. Sodann werden die Relativpositionen des Tastkopfes bezüglich der Werkstückhalterung bestimmt, woraus die Koordinaten des Punktes auf der Oberfläche des Werkstückes ermittelt werden können, an welchem der Berührkontakt zwischen Werkstückoberfläche und Taststift stattfindet. Then, determines the relative positions of the probe relative to the workpiece support, from which the coordinates of the point on the surface of the workpiece can be determined, taking place at which the touching contact between the workpiece surface and the stylus. Es können auf ähnliche Weise weitere Koordinaten von Oberflächenpunkten des Werkstückes ermittelt werden. It can further coordinates of surface points of the workpiece are determined in a similar manner. Es ist ebenfalls möglich, den Tastkopf relativ zu dem Werkstück so zu verfahren, daß der Taststift mit einer vorbestimmten Anlagekraft gegen die Werkstückoberfläche gedrückt wird, so daß die Werkstückoberfläche nach und nach systematisch abgetastet werden kann, um deren Geometrie zu vermessen. It is also possible to move the probe relative to the workpiece such that the stylus is pressed with a predetermined contact force against the surface of the workpiece so that the workpiece surface can be systematically scanned by and by, in order to measure their geometry.
  • Das bekannte Koordinatenmeßgerät setzt zur Ermittlung von Koordinaten der Werkstückoberfläche einen mechanischen Kontakt zwischen der Werkstückoberfläche und dem Meßkopf voraus. The known coordinate measuring requires a mechanical contact between the workpiece surface and the measuring head for determining coordinates of the workpiece surface. Dies kann zum einen bei empfindlichen Werkstücken zu einer Beschädigung oder Deformation des Werkstückes selbst führen und zum anderen, insbesondere bei miniaturisierten Tastköpfen, zu einer Beschädigung des Tastkopfes bzw. Taststiftes selbst, wenn dessen Annäherung an das Werkstück mit einer zu hohen Geschwindigkeit erfolgt. This can on the one hand on delicate workpieces lead to damage or deformation of the workpiece itself, and on the other hand, especially in miniaturized probes, damage to the probe or stylus itself when it approaches the workpiece with too high a speed.
  • Die deutsche Patentanmeldung The German Patent Application DE 101 18 760 A1 DE 101 18 760 A1 offenbart ein System zur Ermittlung der Laufzeitverteilung des Lichts im Probenzweig eines Interferometers, bei dem das aus dem Referenzzweig und dem Probenzweig zurückkehrende Licht überlagert und dessen Intensitätsverteilung bestimmt wird. discloses a system for determining the transit time distribution of light in the sample branch of an interferometer, in which superimposed the returning from the reference arm and the sample branch light and its intensity distribution is determined.
  • Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Interferometersystem vorzuschlagen, welches als ein Abstandssensor arbeiten kann und insbesondere in einem Tastkopf der Meßvorrichtung einsetzbar ist. It is accordingly an object of the present invention to provide an interferometer which may operate as a distance sensor and is used in particular in a probe of the measuring device.
  • Hierzu schlägt die Erfindung ein Interferometersystem gemäß Anspruch 1 mit einem Meßkopf zum Senden von Beleuchtungsstrahlung auf ein Objekt und zum Empfang von von dem Objekt zurückgeworfener Detektionsstrahlung vor, wobei eine Anordnung des Meßkopfes mit einem Arbeitsabstand von dem Objekt vorgesehen ist. For this purpose, the invention proposes an interferometer system according to claim 1 with a measuring head for transmitting illumination light to an object and for receiving retroreflected radiation from the object detection, wherein an arrangement of the measuring head is provided with a working distance of the object.
  • Das Interferometersystem umfaßt insbesondere eine erste Strahlungsquelle zur Bereitstellung von Strahlung mit einer vorbestimmten ersten Kohärenzlänge kleiner als der Arbeitsabstand, ein Paar von mit Abstand voneinander angeordneten teilreflektierenden Grenzflächen, und einen Detektor. in particular, the interferometer system comprises a first radiation source for providing radiation with a predetermined first coherence length smaller than the working distance, with a pair of spaced partially reflective interfaces, and a detector. Das Interferometersystem stellt insbesondere einen Beleuchtungsstrahlengang für auf das Objekt gerichtete Beleuchtungsstrahlung bereit. The interferometer system in particular provides an illumination beam path for directed to the object illumination radiation. In dem Beleuchtungsstrahlengang ist vorzugsweise die erste Grenzfläche des Grenzflächenpaares zwischen der Strahlungsquelle und dem Objekt angeordnet und eine zweite Grenzfläche des Grenzflächenpaares zwischen der Strahlungsquelle und der ersten Grenzfläche angeordnet. In the illumination beam path, the first interface of the interface pair between the radiation source and the object is preferably arranged and disposed a second boundary surface of the boundary surface between the pair of the radiation source and the first interface.
  • Ferner stellt das Interferometersystem einen Detektionsstrahlengang für die von dem Objekt zurückgeworfene Detektionsstrahlung bereit. Further, the interferometer provides a detection beam path of the light returned by the object detection radiation. In dem Detektionsstrahlengang ist die erste Grenzfläche zwischen dem Objekt und dem Detektor angeordnet. In the detection beam path, the first interface between the object and the detector is arranged.
  • Bei diesem Aufbau des Interferometersystems ergeben sich dann an dem Detektor aufgrund von konstruktiven bzw. destruktiven interferenten Strahlungsüberlagerungen Erhöhungen und Abschwächungen eines Detektionssignals, wenn eine optische Weglänge zwischen der ersten Grenzfläche und dem Objekt in einem Bereich um einer optischen Weglänge zwischen den beiden Grenzflächen liegt. In this structure of the interferometer are then produced at the detector due to constructive or destructive interferent radiation overlays increases and attenuation of a detection signal when an optical path length between the first interface and the object in a region around an optical path length between the two interfaces is. Derartige Signalerhöhungen bzw. -abschwächungen sind durch eine Auswerteschaltung des Interferometersystems detektierbar, so daß von der Schaltung ein Signal ausgegeben werden kann, welches anzeigt, ob der Meßkopf mit im wesentlichen dem vorbestimmten Arbeitsabstand von dem Objekt angeordnet ist oder nicht. Such signal increases or debuffs detectable by an evaluation circuit of the interferometer system, so that a signal can be output from the circuit, which indicates whether or not the measuring head is arranged to the predetermined working distance of the object with substantially not. Diese Detektion ist ohne direkten mechanischen Kontakt zwischen dem Meßkopf und dem Objekt möglich, weshalb das Interferometersystem beispielsweise als Ersatz für einen einen mechanischen Kontakt registrierenden Tastkopf eines Koordinatenmeßgerätes dienen kann. This detection is possible without direct mechanical contact between the measuring head and the object, so the interferometer can be used for example as a replacement for a mechanical contact probe head of a coordinate registering.
  • Das Interferometersystem umfasst eine in dem Detektionsstrahlengang zwischen der ersten Grenzfläche und dem Detektor angeordnete Strahlungsweiche, die den Detektionsstrahlengang aus dem Beleuchtungsstrahlengang auskoppelt. The interferometer includes means disposed in the detection beam path between the first interface and the detector radiation switch which couples out the detection beam path of the illumination beam path. Bei manchen Lichtquellen (z. B. SLDs) kann aber das vom Objekt zurückgeworfene Licht auch durch die Lichtquelle hindurch auf den Detektor geführt werden. In some light sources (eg. B. SLDs) but the reflected light from the object can also be guided by the light source through the detector. Sofern vorgesehen, ist die Strahlungsweiche in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle und der ersten Grenzfläche angeordnet. If provided, the radiation diverter is disposed in the illumination beam path between the radiation source and the first interface.
  • Vorzugsweise ist die Strahlungsweiche in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle und der zweiten Grenzfläche angeordnet, es ist jedoch ebenfalls bevorzugt die Strahlungsweiche zwischen dem Grenzflächenpaar anzuordnen. Preferably, the radiation diverter is disposed in the illumination beam path between the radiation source and the second interface, but it is also preferable the radiation between the switch interface couple to arrange.
  • Die erste Kohärenzlänge ist vorzugsweise kürzer als der Arbeitsabstand und insbesondere wesentlich kürzer als ein Abstand zwischen der ersten Grenzfläche und dem Objekt, wenn dieses mit dem Arbeitsabstand von dem Meßkopf angeordnet ist. The first coherence length is preferably shorter than the working distance, and in particular substantially shorter than a distance between the first boundary surface and the object when it is arranged with the working distance of the measuring head. Vorzugsweise umfaßt das Interferometersystem eine Fokussieroptik zur Fokussierung der von der ersten Strahlungsquelle bereitgestellten Strahlung in einem ersten Beleuchtungsstrahlungsfokus, welche mit einem Abstand von dem Meßkopf angeordnet ist, der im wesentlichen dem Arbeitsabstand entspricht. Preferably, the interferometer system comprises a focusing optical system for focusing provided by the first radiation source in a first illumination beam focus, which is arranged at a distance from the measuring head, which substantially corresponds to the working distance.
  • Es sind dann vorzugsweise eine zweite Strahlungsquelle zur Bereitstellung von Strahlung ebenfalls einer vorbestimmten Kohärenzlänge vorgesehen, wobei die von der ersten und der zweiten Strahlungsquelle bereitgestellten Strahlungen in dem Beleuchtungsstrahlengang überlagert sind. There are then preferably a second radiation source for providing radiation also provided a predetermined coherence length, wherein the radiation provided by the first and the second radiation source are superimposed in the illumination beam path. Hierbei unterscheiden sich die von der ersten bzw. der zweiten Strahlungsquelle bereitgestellten Strahlungen hinsichtlich ihrer Wellenlänge, so daß die Fokussieroptik die jeweilige Strahlung an verschiedenen Beleuchtungsstrahlungsfoki fokussiert, welche mit unterschiedlichem Abstand von dem Meßkopf angeordnet sind. Here, the radiation provided by the first and second radiation sources differ in their wavelength, so that the focusing optical system focuses the respective radiation at different Beleuchtungsstrahlungsfoki which are arranged at different distances from the measuring head. Es ist somit möglich, festzustellen, ob das Objekt nahe dem ersten, nahe dem zweiten oder nahe einem möglichen weiteren Beleuchtungsstrahlungsfokus angeordnet ist. It is thus possible to determine whether the object is located near the first, close to the second or near a possible additional illumination radiation focus.
  • Um festzustellen, ob das Objekt mit in etwa dem Arbeitsabstand von dem Meßkopf angeordnet ist, ist vorzugsweise wenigstens eine Grenzfläche des Grenzflächenpaares mittels eines Antriebes relativ zu dem Meßkopf verlagerbar. To determine whether the object with approximately to the working distance of the measuring head is arranged, is preferably at least one interface of the interface means of a drive couple displaceable relative to the measuring head. Bei einer Untersuchung des von dem Interferometersystem bereitgestellten Meßsignals in Abhängigkeit von der Verlagerung der wenigstens einen Grenzfläche relativ zu dem Meßkopf ist es dann möglich, festzustellen, ob das Objekt in einem Bereich um den vorbestimmten Arbeitsabstand von dem Meßkopf liegt. In an investigation of the measurement signal provided by the interferometer system in dependence of the displacement of the at least one boundary surface relative to the measuring head, it is then possible to determine whether the object is in a range around the predetermined working distance of the measuring head.
  • Das Grenzflächenpaar kann, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, durch zwei einander gegenüberliegende Oberflächen eines transparenten Körpers bereitgestellt sein. The interfacial pair can, according to a preferred embodiment, be provided by two opposing surfaces of a transparent body. Ebenfalls bevorzugt ist es jedoch, das Grenzflächenpaar durch zwei mit Abstand voneinander angeordnete transparente Platten bereitzustellen. It is also preferred, however, provide the interface pair with two spaced apart transparent plates. Bei einer Realisierung des Interferometersystems mittels lichtleitender Fasern ist es weiterhin bevorzugt, in einer der lichtleitenden Fasern mit Abstand voneinander angeordnete teilreflektierende Strukturen, beispielsweise als Bragg-Gitter, bereitzustellen, um das Grenzflächenpaar zu realisieren. In one implementation of the interferometer by means of light-conducting fibers, it is further preferred with spaced in one of the light-conducting fibers partially reflecting structures, to provide, for example, as a Bragg grating, in order to realize the interface pair.
  • Das Interferometersystem ist vorzugsweise ein Weißlicht-Interferometersystem, das heißt die von der ersten Strahlungsquelle bereitgestellte Strahlung weist eine Kohärenzlänge auf, die in etwa der Genauigkeit, mit der eine Bestimmung des Abstandes zwischen dem Meßkopf und dem Objekt möglich ist, entspricht. The interferometer is preferably a white-light interferometer, that is the provided from the first radiation source has a coherence length which corresponds approximately to the accuracy with which a determination of the distance between the measuring head and the object is possible, corresponds. Ist das Objekt zunächst mit einem Abstand von dem Meßkopf angeordnet, welcher größer ist als der vorbestimmte Arbeitsabstand, und wird der Meßkopf sodann mit einer konstanten Geschwindigkeit dem Objekt angenähert, so treten in einem Bereich um den vorbestimmten Arbeitsabstand abwechselnd Signalerhöhungen aufgrund konstruktiver Interferenz und Signalabschwächungen aufgrund destruktiver Interferenz auf. If the object is first placed at a distance of the measuring head, which is greater than the predetermined working distance, and the measuring head is then approximated with a constant speed the object so occur in a region around the predetermined working distance alternating signal increases due to constructive interference, and signal attenuation due to destructive interference on. Die Abfolge der Signalerhöhungen bzw. -abschwächungen tritt mit einer Frequenz auf, welche von der Geschwindigkeit abhängt, mit der sich der Meßkopf und das Objekt einander annähren. The sequence of the signal increases or debuffs occurs with a frequency which depends on the speed with which the measuring head and the object approximate one another. Da das Detektionssignal des Interferometersystems mit einem starken Rauschen behaftet ist, ist es vorteilhaft, das Detektionssignal einer Frequenzfilterung, insbesondere Bandpaßfilterung, zu unterwerfen, um die Anordnung des Objekts in einem Bereich um den vorbestimmten Arbeitsabstand zu registrieren. Since the detection signal of the interferometer is associated with a strong noise, it is advantageous to subject the detection signal of a frequency filtering, in particular bandpass filtering, in order to register the location of the object in an area by the predetermined working distance. Die Signalverarbeitung kann aber auch durch geeignete Computerprogramme erfolgen. However, the signal processing can also be performed by suitable computer programs.
  • In Ausführungsformen geht die Erfindung aus von einem Weißlicht-Interferometersystem mit einem ersten Detektor und einer Verarbeitungsschaltung für von dem ersten Detektor bereitgestellten Meßsignalen, wobei die Verarbeitungsschaltung einen Frequenzfilter für Signale umfaßt, welche eine von dem ersten Detektor registrierte Strahlungsintensität repräsentieren. In embodiments, the invention relates to a white light interferometer with a first detector and a processing circuit provided by the first detector measurement signals, wherein the processing circuit comprises a frequency filter for signals representing a registered by the first detector radiation intensity.
  • Die Vorrichtung zeichnet sich unter diesem Aspekt dadurch aus, daß an dem Meßkopf ein Geschwindigkeitsmeßsystem vorgesehen ist, welches ein Geschwindigkeitssignal bereit stellt, das eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt und dem Meßkopf repräsentiert. The device is characterized in this respect by the fact that a velocity measurement is provided on the measuring head, which provides a velocity signal that represents a relative speed between the object and the measuring head. Es wird dann der Frequenzfilter für die Signale des ersten Detektors in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitssignal eingestellt. It will then set the frequency filter for the signals of the first detector in response to the speed signal. Hierdurch ist es möglich, die Auswertung der Signale des ersten Detektors des Weißlicht-Interferometers im wesentlichen optimal auf eine an sich unbekannte Relativgeschwindigkeit zwischen Meßkopf und Objekt einzustellen. This makes it possible to substantially optimally adjust the evaluation of the signals of the first detector of the white light interferometer on an unknown itself relative speed between the measuring head and object.
  • Vorzugsweise umfaßt das Geschwindigkeitsmeßsystem einen Strahlengang für eine von einer dritten Strahlungsquelle bereitgestellte Strahlung mit einer großen Kohärenzlänge. Preferably, the velocity measurement system comprises a beam path for a provided by a third radiation source with a large coherence length. Auch diese Strahlung wird zu dem Objekt hin ausgesendet, und von dem Objekt zurückkommende Strahlung wird in interferente Überlagerung mit einer Referenzstrahlung gebracht, so daß, im wesentlichen unabhängig von dem Abstand zwischen Meßkopf und Objekt, abwechselnd eine interferente Signalerhöhung bzw. -abschwächung bei der Detektion dieser Strahlung entsteht und aus der Frequenz dieser Signalerhöhungen bzw. -abschwächungen die Relativgeschwindigkeit zwischen Meßkopf und Objekt wenigstens hinsichtlich ihrer absoluten Größe bestimmbar ist. This radiation is emitted toward the object, and returning from the object radiation is brought into interferente superimposition with a reference beam, so that, substantially independent of the distance between the measuring head and the object, alternately interferente signal increase or mitigation in the detection of this radiation is produced and from the frequency of this signal increases or debuffs the relative speed between the measuring head and the object at least in terms of their absolute size is determined.
  • Vorzugsweise sind die Strahlengänge für die Strahlung der kurzen Kohärenzlänge und die Strahlung der großen Kohärenzlänge zwischen Meßkopf und Objekt einander überlagert. Preferably, the optical paths for the radiation of short coherence length, and the radiation of the large coherence length between the measuring head and object are superimposed on each other. Für die von dem Objekt zurückgeworfene Strahlung der kurzen Kohärenzlänge und die von dem Objekt zurückgeworfene Strahlung der großen Kohärenzlänge sind vorzugsweise separate Detektoren vorgesehen. preferably separate detectors are provided for the reflected radiation from the object to the short coherence length and the reflected radiation from the object to the large coherence length. Es ist jedoch auch möglich, beide Strahlungen mit einem gemeinsamen Detektor nachzuweisen. However, it is also possible to detect both radiations with a common detector.
  • In weiteren Ausführungsformen sieht die Erfindung eine Meßvorrichtung vor, welche eine Plattform zur Anbringung des Objekts, einen Meßkopf und eine den Meßkopf tragende Verlagerungsmechanik zur Verlagerung des Meßkopfes relativ zu der Plattform umfaßt. In further embodiments, the invention provides a measuring device comprising a platform for attachment of the object, a measuring head and a measuring head carrying the displacement mechanism for the displacement of the measuring head relative to the platform. Hierbei umfaßt die Meßvorrichtung dann vorzugsweise eines der vorangehend beschriebenen Interferometersysteme. Here, the measuring device then preferably comprises one of the interferometer described above.
  • Die Meßvorrichtung ist vorzugsweise ein Koordinatenmeßgerät. The measuring device is preferably a coordinate. Es ist jedoch auch vorgesehen, daß die Meßvorrichtung ein Bearbeitungswerkzeug, wie etwa eine Fräsmaschine, Schleifmaschine oder dergleichen umfasst, wobei ein Abstand eines Bearbeitungswerkzeuges von dem Objekt gemessen wird. However, it is also contemplated that the measuring device comprises a machining tool such as a milling machine, grinding machine or the like, wherein a distance of a machining tool is measured from the object.
  • In einer Anwendung sieht ein Verfahren ein Positionieren eines Meßkopfes mit einem vorbestimmten Arbeitsabstand von einem Objekt vor. In one application, a method provides for a positioning of a measuring head with a predetermined working distance of an object. Hierin wird ein Interferometersystem bereitgestellt, welches ein Abstandssignal bereitstellt, welches anzeigt, ob der Meßkopf mit einem Abstand von dem Objekt angeordnet ist, der im wesentlichen gleich dem Arbeitsabstand ist, oder ob dies nicht der Fall ist. Herein, an interferometer system is provided which provides a distance signal, which indicates whether the measuring head is arranged at a distance from the object, which is substantially equal to the working distance, or if this is not the case.
  • Ferner wird ein Geschwindigkeitsmeßsystem bereitgestellt, welches ein Geschwindigkeitssignal bereitstellt, welches eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt und dem Meßkopf repräsentiert. Further, a velocity measurement system is provided which provides a speed signal representing a relative speed between the object and the measuring head. Die Ermittlung des Abstandssignals erfolgt dann in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitssignal. The determination of the distance signal then in response to the speed signal.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are explained below with reference to drawings. Hierbei zeigt Here shows
  • 1 1 eine Ausführungsform eines Koordinatenmeßgeräts, an embodiment of a coordinate measuring instrument,
  • 2 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Interferometersystems, welches in dem Koordinatenmeßgerät gemäß An embodiment of an interferometer according to the invention, which in the coordinate measuring instrument in accordance with 1 1 einsetzbar ist, can be inserted,
  • 3 3 eine schematische Darstellung von Strahlengängen zur Erläuterung einer Funktion des Interferometersystems gemäß a schematic representation of beam paths for explaining a function of the interferometer system in accordance with 2 2 , .
  • 4 4 eine Darstellung eines Detektionssignals, wie es im Betrieb des Interferometersystems gemäß a representation of a detection signal, as according to the operation of the interferometer 2 2 auftritt, occurs
  • 5 5 eine Variante des in a variant of the in 2 2 gezeigten Interferometersystems, Interferometer shown,
  • 6 6 eine weitere Variante des in another variant of the in 2 2 gezeigten Interferometersystems, Interferometer shown,
  • 7 7 eine Darstellung eines Detektionssignals, wie es beim Betrieb des in a representation of a detection signal as the operation of the in 6 6 gezeigten Interferometersystems auftritt, Interferometer shown occurs,
  • 8 8th eine weitere Variante des in another variant of the in 2 2 gezeigten Interferometersystems, Interferometer shown,
  • 9 9 ein Detektionssignal, wie es beim Betrieb des Interferometersystems gemäß a detection signal, as according to the operation of the interferometer 8 8th auftritt, occurs
  • 10 10 eine Detaildarstellung eines Meßkopfs des Interferometersystems gemäß a detail view of a measuring head of the interferometer system in accordance with 8 8th , .
  • 11 11 eine Variante des in a variant of the in 10 10 gezeigten Meßkopfs für ein weiteres Interferometersystem, The measuring head shown for another interferometer,
  • 12 12 eine weitere Variante des in another variant of the in 2 2 gezeigten Interferometersystems, Interferometer shown,
  • 13 13 bis to 16 16 zeigen weitere Varianten des in show further variants of the in 2 2 gezeigten Interferometersystems, und Interferometer shown, and
  • 17 17 bis to 19 19 zeigen Details einer Auswerteschaltung. show details of an evaluation circuit.
  • 1 1 zeigt eine Ausführungsform eines Koordinatenmeßgeräts in perspektivischer Darstellung. shows an embodiment of a coordinate in a perspective view. Das Koordinatenmeßgerät umfaßt einen Sockel The coordinate comprises a base 3 3 mit vier Standfüßen with four legs 5 5 . , Der Sockel The base 3 3 trägt in seiner Mitte eine Werkstückhalterung bears at its center a workpiece holder 7 7 , auf der ein zu vermessendes Werkstück On which a workpiece to be measured 9 9 angebracht ist. is attached. Beidseits der Werkstückhalterung erstrecken sich an dem Sockel Both sides of the workpiece support extend to the base 3 3 Streben pursuit 11 11 , . 12 12 nach oben, welche zwei beidseits der Werkstückhalterung angeordnete und in einer horizontalen y-Richtung sich erstreckende Längsführungen according to above, which are arranged two on either side of the workpiece holder and in a horizontal y-direction extending longitudinal guides 13 13 , . 14 14 tragen. carry. In Horizontalrichtung senkrecht (in x-Richtung) zu den Längsführungen In the horizontal direction perpendicular (in x-direction) to the longitudinal guides 13 13 , . 14 14 erstreckt sich eine Querführung extends a transverse guide 15 15 , welche an den Längsführungen Which the longitudinal guides 13 13 , . 14 14 in y-Richtung verschiebbar gelagert ist. is slidably mounted in the y direction. Hierzu ist an einem Ende der Querführung For this purpose, at one end of the transverse guide 15 15 ein Führungsprofil a guide profile 17 17 vorgesehen, welches die Längsführung provided, which longitudinal guide the 14 14 von oben U-förmig umgreift und an welchem mehrere Luftkissen embraces from above is U-shaped and on which a plurality of air cushions 19 19 vorgesehen sind, mit denen die Querführung are provided with which the transverse guide 15 15 an der Längsführung on the longitudinal guide 14 14 abgestützt ist. is supported. Mit ihrem anderen Ende ist die Querführung The other end is the transverse guide 15 15 mit einem weiteren Luftkissen with a further air cushion 20 20 auf der Oberseite der Längsführung on top of the longitudinal guide 17 17 abgestützt und damit auch gegenüber dieser in y-Richtung verschiebbar gelagert. supported and displaceably mounted in the y-direction also with respect to this. Durch einen motorischen Antrieb kann die Querführung By a motor drive the transverse guide can 15 15 entlang der Längsführung along the longitudinal guide 14 14 verschoben werden, wobei eine entsprechende Verschiebestellung über einen an dem Sockel be moved, with a corresponding displacement position a to the base 3 3 festgelegten Maßstab und einen zugehörigen an dem U-Profil fixed scale and an associated on the U-profile 17 17 festgelegten Sensor fixed sensor 21 21 abgelesen wird. is read. An der Querführung On the transverse guide 15 15 ist über ein Führungsprofil is a guide profile 20 20 eine Vertikalführung a vertical guide 27 27 in x-Richtung verschiebbar gelagert, wobei die Verschiebestellung wiederum über einen an der Querführung displaceably mounted in the x-direction, the displacement position over a turn on the transverse guide 15 15 angebrachten Maßstab mounted scale 29 29 und einen an dem Profil and to the profile 25 25 festgemachten Sensor moored sensor 31 31 abgelesen wird. is read. An dem Führungsprofil On the guide profile 25 25 sind zwei weitere mit Abstand voneinander angeordnete Führungsprofile are two other with spaced-apart guide profiles 30 30 vorgesehen, welche eine sich in senkrechte Richtung (z-Richtung) erstreckende Stange provided that in a vertical direction (z-direction) extending rod 32 32 über einen Motor a motor 33 33 verschiebbar lagern. Store displaced. Die Verschiebestellung der Stange The shifting position of the rod 37 37 in z-Richtung wird über einen an der Stange is in the z direction over a on the rod 32 32 vorgesehenen Sensor sensor provided 34 34 erfaßt, der die Position an einem an der Vertikalführung detects the position at one of the vertical guide 27 27 vorgesehenen Maßstab provided scale 35 35 abliest. reads. An einem unteren Ende der Stange At a lower end of the rod 31 31 ist ein Meßkopf is a measuring head 36 36 angebracht, welcher eine Meßstrahlung mounted, wherein a measuring radiation 37 37 derart emittiert, daß diese in einem Meßstrahlungsfokus emitted such that it in a Meßstrahlungsfokus 39 39 fokussiert ist, welcher mit einem Abstand in z-Richtung von dem Meßkopf is focused, which at a distance in the z-direction of the measuring head 36 36 angeordnet ist. is arranged.
  • Der Meßkopf the measuring head 36 36 ist Teil eines nachfolgend beschriebenen Interferometersystems, welches dann ein charakteristisches Meßsignal abgibt, wenn in einem Bereich um den Fokus is part of an interferometer system described below, which then emits a characteristic measurement signal when in an area around the focus 39 39 eine Objektoberfläche angeordnet ist. an object surface is arranged. Es ist somit möglich, das Koordinatenmeßgerät It is thus possible, the coordinate 1 1 derart zu betreiben, daß sich der Meßkopf dem Werkstück to operate such that the measuring head to the workpiece 9 9 solange annähert bis das Interferometersystem eine Anordnung der Werkstückoberfläche in einem Bereich um den Fokus as long as the interferometer to approach an arrangement of the workpiece surface in an area around the focus 39 39 registiert. registiert. Durch Ablesen der Stellungen an den Maßstäben By reading the positions of the standards 23 23 , . 29 29 und and 35 35 über das Auslesen der Sensoren on the reading of the sensors 21 21 , . 31 31 bzw. or. 34 34 ist es somit möglich, die Koordinaten des Ortes der Werkstückoberfläche zu bestimmen, welche im Bereich des Fokus it is thus possible to determine the coordinates of the location of the workpiece surface, which in the region of the focus 39 39 des Meßkopfs the measuring head 36 36 liegt. lies. Dieser Vorgang kann systematisch für eine Vielzahl von Orten der Werkstückoberfläche wiederholt werden, um dessen Geometrie zu vermessen. This process can be systematically repeated for a plurality of locations of the workpiece surface to measure its geometry.
  • Dabei wird aus den Einstellungen der Längs- und Querführung ein (x 0 , y 0 ) – Koordinatendupel erhalten. Here, a (x 0, y 0) from the settings of the longitudinal and transverse guide - Koordinatendupel received. Bei Annäherung des Fokus When approaching the focus 39 39 an das Werkstück to the workpiece 9 9 innerhalb der Kohärenzlänge beginnt das Ausgabesignal des Detektors zu oszillieren (siehe auch within the coherence length, the output signal of the detector starts to oscillate (see also 4 4 ). ). Der Oszillationsschub erreicht ein Maximum an einer Stelle z o , wenn der Fokus The Oszillationsschub reaches a maximum at a point z o when the focus 39 39 gerade auf der Oberfläche des Werkstücks just on the surface of the workpiece 9 9 angeordnet ist. is arranged. Der Wert z o wird zusammen mit dem Koordinatendupel als (x 0 , y 0 , z 0 ) – Tripel registriert. The value z o, together with the Koordinatendupel as (x 0, y 0, z 0) - registered triplet. Aus einer Vielzahl solcher Messungen wird also eine komplette Topographie nämlich die Gesamtheit der (x, y, z) – Tripel, der Werkstückoberfläche erhalten. the workpiece surface triples, received - one complete topography is made of a plurality of such measurements namely the set of (x, y, z). Zur Bereitstellung der Messergebnisse umfasst die Messvorrichtung eine Ausgabeschnittstelle für ein Positionssignal, das Oberflächenkoordinaten des Objektivs relativ zur Plattform repräsentiert. For providing the measurement results of the measuring device comprises an output interface for a position signal representing surface coordinates of the lens relative to the platform.
  • Ein schematischer Aufbau eines Interferometersystems A schematic structure of an interferometer 41 41 , von dem einige Komponenten in dem Meßkopf From which some components in the measuring head 36 36 angeordnet sind, ist in are arranged is in 2 2 gezeigt. shown.
  • Das Interferometersystem the interferometer 41 41 umfaßt eine Superlumineszenzdiode als Weißlichtquelle, das heißt Quelle einer Strahlung mit kurzer Kohärenzlänge, um Weißlichtinterferometrie mit dieser Strahlung durchzuführen. comprises a superluminescent diode as a white light source that is a source of radiation having a short coherence length in order to perform white light interferometry with this radiation. Diese Art von Interferometrie wird ebenfalls als OCT (”Optical Coherence Tomography”) bezeichnet. This type of interferometry is also ( "Optical Coherence Tomography") as referred OCT.
  • Beispielsweise ist als Quelle For example, as a source 43 43 eine Superlumineszenzdiode einsetzbar, wie sie unter der Produktbezeichnung SLD-38-MP, von der Firma Superlum Ltd. a super luminescent diode used as under the product SLD-38-MP, from the company Superlum Ltd. aus Moskau bezogen werden kann. can be ordered from Moscow.
  • Die von der Quelle From the source 43 43 bereitgestellte Strahlung provided radiation 45 45 weist eine Wellenlänge λ 1 = 800 nm und eine Kohärenzlänge l c = 15 μm auf. has a wavelength λ 1 = 800 nm and a coherence length l c = 15 microns. Die Strahlung the radiation 45 45 wird mittels einer Kollimationsoptik by means of a collimation lens 47 47 zu einem parallelen Strahl into a parallel beam 48 48 kollimiert, der zunächst einen Strahlteiler collimated, the first beam splitter 49 49 geradlinig durchsetzt und sodann in einen Glaskörper a straight line passing through, and then in a glass body 51 51 über eine erste teilreflektierende Grenzfläche a first partially reflective interface 52 52 desselben eintritt. the same occurs. Aus dem Glaskörper From the vitreous 51 51 tritt die Strahlung delivers the radiation 48 48 sodann durch eine teilreflektierende Grenzfläche then through a partially reflective interface 53 53 wieder aus, welche der Grenzfläche again from which the interface 52 52 diametral gegenüberliegt und parallel zu dieser orientiert ist. diametrically opposite and oriented parallel thereto. Ferner sind die beiden Grenzflächen Furthermore, the two interfaces are 52 52 , . 53 53 orthogonal zur Richtung des Strahls orthogonal to the direction of the beam 48 48 orientiert. oriented. Ein Abstand zwischen den beiden Grenzflächen A distance between the two interfaces 52 52 und and 53 53 beträgt l 1 . is L1.
  • Nach dem Austritt aus dem Glaskörper After emerging from the vitreous 51 51 über die Grenzfläche through the interface 53 53 wird der Strahl the beam 48 48 von einer weiteren Fokussieroptik by another focusing optics 54 54 derart fokussiert, daß die Strahlung in dem Fokuspunkt focused such that the radiation in the focal point 39 39 derart fokussiert ist, daß der Fokuspunkt is focused such that the focal point 39 39 mit einem Abstand l 2 von der Grenzfläche at a distance l 2 from the interface 53 53 angeordnet ist. is arranged.
  • In In 2 2 ist ferner das Objekt is further the object 9 9 gezeigt, welches mit einem solchen Abstand von dem Meßkopf shown that at such a distance from the measuring head 36 36 angeordnet ist, daß dieser Abstand dem vorbestimmten Arbeitsabstand des Meßkopfes is arranged such that this distance to the predetermined working distance of the measuring head 36 36 entspricht. equivalent. Der Arbeitsabstand kann beispielsweise als Abstand zwischen der Forderfläche der Fokussierlinse The working distance, for example, as the distance between the focusing lens Forderfläche 54 54 und dem Fokuspunkt and the focal point 39 39 gemessen werden. are measured. Bei Anordnung des Objekts With the arrangement of the object 9 9 mit dem Arbeitsabstand von dem Meßkopf with the working distance of the measuring head 36 36 ist die Objektoberfläche is the object surface 55 55 , gesehen in z-Richtung, nahe dem Fokuspunkt , Seen in the z-direction, near the focus point 39 39 angeordnet. arranged.
  • Die Objektoberfläche The object surface 55 55 wirft die auf diese gerichtete Meßstrahlung raises the reliance on these measuring radiation 48 48 wenigstens teilweise zurück, so daß die zurückgeworfene Detektionsstrahlung wieder in die Fokussieroptik back at least partially, so that the reflected detection radiation back into the focusing optics 54 54 eintritt, von dieser zu einem parallelen Strahlenbündel geformt wird, welches den Glaskörper enters, is formed from this to a parallel beam, which the vitreous 41 41 durchsetzt und sodann von dem Strahlteiler passes through, and then by the beam splitter 49 49 als Detektionsstrahl as a detection beam 57 57 reflektiert wird, welcher mittels einer Fokussieroptik is reflected, which by means of a focusing optics 59 59 auf einen Strahlungsdetektor a radiation detector 61 61 fokussiert wird. is focused.
  • Strahlengänge, wie sie in dem Interferometersystem Beam paths, in which they interferometer 41 41 auftreten können, sind symbolisch in may occur are symbolically 3 3 dargestellt: shown:
    Bei einem Strahlengang I tritt Strahlung der Quelle In an optical path I of the radiation source occurs 43 43 von oben über die Grenzfläche from above via the interface 52 52 in den Glaskörper into the vitreous 51 51 ein, durchsetzt diesen, tritt aus diesem durch die Grenzfläche a, passes through this, emerges therefrom through the interface 53 53 aus, wird von der Objektoberfläche from is from the object surface 55 55 reflektiert, tritt über die Grenzfläche reflected occurs across the interface 53 53 in den Glaskörper into the vitreous 51 51 ein, durchsetzt diesen erneut und tritt aus diesem über die Grenzfläche a, this again passes through and emerges from the latter via the interface 52 52 wieder aus. out again.
  • In einem Strahlengang II tritt Strahlung der Quelle In a path of radiation from the source shall enter II 43 43 über die Grenzfläche through the interface 52 52 in den Glaskörper into the vitreous 51 51 ein, wird an dessen Grenzfläche a, is at the interface thereof 53 53 reflektiert, wird daraufhin an der Grenzfläche reflected, then is at the interface 52 52 reflektiert, wird daraufhin an der Grenzfläche reflected, then is at the interface 53 53 erneut reflektiert und tritt über die Grenzfläche reflected again and exits via the interface 52 52 aus dem Glaskörper From the Vitreous 51 51 aus. out.
  • Wenn die beiden Strahlengänge I und II gleiche optische Weglängen bereitstellen, registriert der Detektor If the two beam paths provide equal optical path lengths I and II, the detector registers 61 61 eine interferente Signalerhöhung. a interferente signal increase. Die optischen Weglängen der Strahlengänge I und II sind dann gleich, wenn die optische Weglänge der Strecke l 1 , das heißt der Abstand der beiden Grenzflächen The optical path lengths of the optical paths I and II are the same if the optical path length of the distance l 1, that is the distance between the two interfaces 52 52 , . 53 53 voneinander, gleich der optischen Weglänge der Strecke l 2 , das heißt dem Abstand der Grenzfläche from each other, equal to the optical path length of the distance l 2, i.e. the distance of the interface 53 53 von der Oberfläche from the surface 55 55 , ist. Is.
  • Die optische Weglänge auf der Strecke l 2 ist im wesentlichen gleich l 2 , da der Strahlengang, abgesehen von der Fokussieroptik The optical path length on the line l 2 is substantially equal to l 2, as the beam path, apart from the focusing optics 54 54 , durch Luft läuft. Travels through air. Die optische Weglänge auf der Strecke l 1 ist im wesentlichen gleich n × l 1 , wobei n der Brechungsindex des Mediums des Glaskörpers The optical path length on the line L 1 is substantially equal to n x l 1, wherein n is the refractive index of the medium of the glass body 51 51 ist. is.
  • Ein in into 3 3 gezeigter Strahlengang III unterscheidet sich von dem Strahlengang I dadurch, daß eine zusätzliche Hin- und Herreflexion zwischen den Grenzflächen shown light path III is different from the optical path I characterized in that an additional way Herreflexion between the boundary surfaces 52 52 und and 53 53 auftritt. occurs. Ebenso unterscheidet sich ein Strahlengang IV von dem Strahlengang II durch eine zusätzliche Hin- und Herreflexion an den Grenzflächen Likewise, an optical path from the optical path IV II differs by an additional way Herreflexion at the interfaces 52 52 , . 53 53 . , Auch die Strahlengänge III und IV überlagern sich interferent intensitätserhöhend, wenn, abgesehen von der Weglänge der Fokussieroptik Also, the optical paths III and IV overlap interferent increasing intensity when, except for the path length of the focusing optics 54 54 , in etwa gilt: , Roughly applies: n·l 1 = l 2 n · l 1 = l 2
  • Aufgrund der mehrmaligen Reflexion an den Grenzflächen Due to the multiple reflection at the interfaces 52 52 , . 53 53 tragen die Strahlengänge III und IV, im Vergleich zu den Strahlengängen I und II, wesentlich weniger zu dem von dem Detektor carry the beam paths III and IV, in comparison with the optical paths I and II, much less to that of the detector 61 61 detektierten Signal bei. detected signal at. Es gibt neben den in There are in addition to the in 3 3 gezeigten Strahlengängen I bis IV noch weitere Strahlengänge, welche eine noch höhere Anzahl von Reflexionen an den Grenzflächen Beam paths shown I to IV further beam paths which an even higher number of reflections at the interfaces 52 52 , . 53 53 aufweisen, deren relativer Beitrag zu der Gesamtintensität an dem Detektor have, their relative contribution to the total intensity at the detector 61 61 jedoch noch geringer ist. but is even smaller.
  • In In 4 4 ist als Kurve is as curve 65 65 ein Verlauf eines Intensitätssignals I des Detektors a profile of an intensity signal I of the detector 61 61 dargestellt, wie er bei Annäherung des Meßkopfes shown as it is approached the measuring head 36 36 an die Objektoberfläche the object surface 55 55 auftritt. occurs.
  • Für große z-Werte ist der Abstand zwischen Meßkopf For large z-values ​​of the distance between measurement head 36 36 und Objektoberfläche and object surface 55 55 größer als der Arbeitsabstand z 0 des Meßkopfes. greater than the working distance z 0 of the measuring head. Es treten bei derart großen Abständen keine Intereferenzerscheinungen an dem Detektor There occur no Intereferenzerscheinungen at the detector at such large distances 61 61 auf, und eine registrierte Strahlungsintensität I ist zu 1,0 normiert. , and a registered radiation intensity I is normalized to 1.0. Mit zunehmender Annäherung des Meßkopfes With increasing proximity of the measuring head 36 36 an die Objektoberfläche the object surface 55 55 , das heißt abnehmenden z-Werten, treten dann im Abstand z 1 abwechselnd interferente Signalerhöhungen bzw. Signalauslöschungen auf, welche in , That is decreasing z-values, then occur at a distance z 1 alternately interferente signal increases or signal loss, which in 4 4 als Maxima as maxima 67 67 bzw. Minima or minima 68 68 der Kurve the curve 65 65 eingetragen sind. on this day. Das höchste Maximum The highest maximum 67 67 tritt dann auf, wenn die Objektoberfläche then occurs when the object surface 55 55 exakt mit dem Arbeitsabstand z 0 von dem Meßkopf angeordnet ist. is positioned 0 of the measuring head exactly with the working distance z. Dies ist dann der Fall, wenn die optische Weglänge der Strecke l 1 genau gleich der optischen Weglänge der Strecke l 2 ist. This is the case when the optical path length of the distance l 1 is exactly equal to the optical path length of the distance L2.
  • Wird der Meßkopf If the measuring head 36 36 über den vorbestimmten Arbeitsabstand hinaus weiter an die Objektoberfläche above the predetermined working distance further out to the object surface 55 55 angenähert, so treten zunächst noch weitere Maxima approximated, so come initially more maxima 67 67 und Minima and minima 68 68 der nachgewiesenen Intensität I auf, welche jedoch zunehmend abnehmen, bis schließlich keine Interferenzerscheinungen mehr auftreten und das Meßsignal I wieder den auf eins normierten Wert annimmt. the detected intensity I, which, however, increasingly decrease until finally no longer occur interference phenomena and the measurement signal I again assumes the value normalized to one.
  • Erfolgt die Annäherung des Meßkopfes If the approach of the measuring head 36 36 an die Objektoberfläche the object surface 55 55 mit einer konstanten Geschwindigkeit, so treten die um z 1 beabstandeten Maxima at a constant speed, so contact the spaced to z 1 Maxima 67 67 bzw. Minima or minima 68 68 in dem Meßsignal des Detektors in the measurement signal of the detector 61 61 mit einer konstanten Frequenz f 1 auf. at a constant frequency f 1 on. Eine Auswerteschaltung an evaluation circuit 71 71 des Interferometersystems the interferometer system 41 41 umfaßt einen auf die Frequenz f 1 abgestimmten Bandpaßfilter includes a tuned to the frequency f 1 band-pass filter 73 73 , welcher Signalkomponenten des von dem Detektor , Which signal components from the detector 61 61 bereitgestellten Signals an eine Demodulationsschaltung signal provided to a demodulation circuit 74 74 passieren läßt, welche in einem Frequenzband um die Frequenz f 1 liegen. can pass which are in a frequency band around the frequency f 1. Die Demodulationsschaltung the demodulation circuit 74 74 generiert aus dieser Signalkomponente ein Ausgabesignal, wie es in generated from this signal component, an output signal as shown in 4 4 als gestrichelte Linie a dotted line 75 75 eingetragen ist. is registered. Diese hat die Form einer bezüglich dem Arbeitsabstand z 0 zentrierten Glockenkurve mit einer Halbwertsbreite, welche in etwa der Kohärenzlänge l c der von der Quelle This has the form of a with respect to the working distance z 0 centered bell curve with a half-width which is approximately the coherence length l c of the source of 43 43 bereitgestellten Strahlung entspricht. Radiation supplied corresponds.
  • Nachfolgend werden Varianten der in den The following are variations of the 1 1 bis to 4 4 erläuterten Ausführungsformen beschrieben. described embodiments. Hierbei sind Komponenten, die hinsichtlich ihres Aufbaus oder ihrer Funktion Komponenten der Here are components of the in structure or function components 1 1 bis to 4 4 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern, zur Unterscheidung jedoch mit einem zusätzlichen Buchstaben versehen. correspond, however, provided with the same reference numerals to distinguish by an additional letter.
  • Ein in into 5 5 dargestelltes Interferometersystem illustrated interferometer 41a 41a weist einen ähnlichen Aufbau auf wie das in has a structure similar to that in 2 2 gezeigte Interferometersystem. Interferometer shown. Allerdings werden bei dem Interferometersystem However, during the interferometer 41a 41a Glasfasern zur Bereitstellung der Strahlengänge eingesetzt. Glass fibers used to provide the beam paths. Von einer Weißlichtquelle From a white light source 43a 43a bereitgestellte Strahlung einer kurzen Kohärenzlänge wird in eine Glasfaser provided radiation is a short coherence length in an optical fiber 77 77 eingekoppelt, durch einen Strahlteiler coupled, through a beam splitter 79 79 geleitet und in der Glasfaser directed into the optical fiber 77 77 weitergeführt, bis sie an einem Ende continued until it at one end 80 80 derselben austritt. the same exits. Nach dem Austritt aus der Glasfaser After emerging from the optical fiber 77 77 wird die Strahlung mittels einer Fokussieroptik the radiation by means of a focusing optics 47a 47a zu einem parallelen Strahl into a parallel beam 48a 48a geformt, welcher nacheinander zwei planparallele Glasplatten formed which successively two plane-parallel glass plates 81 81 und and 82 82 durchsetzt und schließlich durch eine Fokussieroptik passes through, and finally through a focusing lens 54a 54a in einem Fokuspunkt in a focal point 39a 39a fokussiert wird. is focused. Jeweils eine der beiden Oberflächen der Glasplatten One of the two surfaces of the glass plates 81 81 und and 82 82 ist teilweise verspiegelt, so daß an den Glasplatten is partially mirrored so that the glass plates 81 81 , . 82 82 Grenzflächen interfaces 52a 52a und and 53a 53a mit Abstand voneinander angeordnet bereitgestellt sind, um hierzwischen eine vorbestimmte optische Weglänge bereitzustellen (vergleiche Strahlengänge II, IV gemäß are provided spaced from each other arranged to provide therebetween a predetermined optical path length (compare beam paths II, IV according to 3 3 ). ).
  • Von einem in der Nähe des Fokuspunktes From one near the focal point 39a 39a angeordneten Objekt zurückgeworfene Strahlung wird von der Fokussieroptik arranged object reflected radiation from the focusing optics 54a 54a wiederum zu einem parallelen Strahl geformt, welcher nacheinander die Glasplatten again formed into a parallel beam, which successively the glass sheets 82 82 und and 81 81 und die Fokussieroptik and the focusing optics 47a 47a durchsetzt, von letzterer fokussiert und in das Ende interspersed focused by the latter and in the end 80 80 der Glasfaser the optical fiber 77 77 eingekoppelt wird. is coupled. Diese zurückgeworfene Strahlung wird dann von der Faser This reflected radiation is then from the fiber 77 77 zu dem Strahlteiler to the beam splitter 79 79 geführt und geht in diesem in eine Glasfaser out and goes into this in a glass fiber 83 83 über, um schließlich von dem Detektor about to finally from the detector 61a 61a nachgewiesen zu werden. to be detected. Eine Auswertung der Signale des Detektors An evaluation of the signals from the detector 61a 61a erfolgt, ähnlich wie dies vorangehend mit den takes place, similar to the above with the 2 2 , . 3 3 und and 4 4 beschrieben wurde, über einen Bandpaßfilter has been described through a bandpass filter 73a 73a und eine Demodulationsschaltung and a demodulation circuit 74a 74a . ,
  • Bei dem Interferometersystem In the interferometer 41a 41a ist die Glasplatte is the glass plate 82 82 in eine Richtung transversal zur Orientierung der teilreflektierenden Fläche in a direction transverse to the orientation of the partially reflecting surface 53a 53a durch einen Antrieb hin und her verlagerbar, wie dies in reciprocally displaceable by a drive, as shown in 5 5 durch einen Pfeil by an arrow 85 85 symbolisiert ist. symbolized. Der Antrieb erfolgt über einen in It is driven by an in 5 5 nicht im Detail dargestellten Aktuator, welcher einen elektromagnetisch arbeitenden Aktuator oder einen piezoelektrischen Aktuator oder dergleichen umfassen kann. actuator not shown in detail, which may include an electromagnetically operating actuator or a piezoelectric actuator or the like. Aufgrund der Verlagerung der Grenzfläche Due to the displacement of the interface 53a 53a sind somit die Strecken l 1 und l 2 änderbar. thus, the distances l 1 and l 2 can be changed. Damit kann, wenn eine Objektoberfläche in etwa mit dem Arbeitsabstand von dem Meßkopf angeordnet ist, die Kurve Thus, when an object surface is arranged approximately with the working distance of the measuring head, the curve 65 65 gemäß according to 4 4 wiederholt durchfahren werden, um die Lage des höchsten Maximums are repeated by driving to make the position of the highest peak 67 67 und damit die genaue Anordnung der Objektoberfläche in Bezug auf den Meßkopf wiederholt zu ermitteln. and repeated to determine the exact placement of the object surface relative to the measuring head. Die Frequenz f 1 , mit der die Maxima bzw. Minima nacheinander auftreten, ist dann im wesentlichen bestimmt durch die Verlagerungsgeschwindigkeit der Grenzfläche The frequency f 1, with which the maxima and minima occur in succession, then substantially determined by the shift rate of the interface 53a 53a in Strahlrichtung, und der Bandpaßfilter in the beam direction, and the band-pass filter 73a 73a ist vorteilhafterweise auf die Frequenz f 1 derart eingestellt, daß er Frequenzen in einem Bereich um diese Frequenz f 1 zu der Demodulationsschaltung is advantageously adjusted to the frequency f 1 so as frequencies in a range around this frequency f 1 to the demodulation circuit 74a 74a passieren läßt. can happen.
  • Ein in into 6 6 schematisch dargestelltes Interferometersystem schematically illustrated interferometer 41b 41b weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie das in has a similar configuration as that in 2 2 gezeigte Interferometersystem: Interferometer shown:
    Von einer Weißlichtquelle From a white light source 43b 43b bereitgestellte Strahlung provided radiation 45b 45b einer kurzen Kohärenzlänge wird durch eine Fokussieroptik a short coherence length is a focusing lens 47b 47b zu einem Beleuchtungsstrahl to form an illumination beam 48b 48b kollimiert, welcher einen Strahlteiler collimated comprising a beam splitter 49b 49b durchlauft und weiterhin zwei mit einem Abstand l 1 voneinander angeordnete Grenzflächen passes through and further two at a distance l 1 from each other disposed boundary surfaces 52b 52b und and 53b 53b durchsetzt und weiter von einer Fokussieroptik interspersed and further from a focusing optical system 54b 54b in einem mit einem Abstand l 2 von der Grenzfläche in a by a distance l 2 from the interface 53b 53b angeordneten Fokuspunkt arranged focal point 39b 39b fokussiert wird. is focused. Die Grenzfläche The interface 52b 52b ist durch eine teilweise verspiegelte Oberfläche des Strahlteilers is characterized by a partially reflective surface of the beam splitter 49b 49b bereitgestellt, und die Grenzfläche provided, and the interface 53b 53b ist durch eine teilweise verspiegelte Planfläche der Fokussieroptik is characterized by a partially reflective planar surface of the focusing optics 54b 54b bereitgestellt. provided.
  • Von einer in einem Bereich um den Fokuspunkt From one in an area around the focal point 39b 39b angeordneten Oberfläche disposed surface 55b 55b eines Objekts an object 9b 9b reflektierte Strahlung wird von der Fokussieroptik reflected radiation from the focusing optics 54b 54b wiederum fokussiert und von dem Strahlteiler again and focused by the beam splitter 49b 49b als Detektionsstrahl as a detection beam 57b 57b ausgekoppelt und von einer Fokussieroptik decoupled and focusing optics 59b 59b auf einen Detektor a detector 51b 51b fokussiert. focused. Das von dem Detektor This from the detector 51b 51b bereitgestellte Meßsignal durchläuft einen Bandpaßfilter provided measuring signal passes through a bandpass filter 73b 73b und eine Demodulationsschaltung and a demodulation circuit 74b 74b . ,
  • In Ergänzung zu dem in In addition to the in 2 2 gezeigten Interferometersystem umfaßt das Interferometersystem Interferometer system shown includes the interferometer 41b 41b eine Laserlichtquelle a laser light source 91 91 zur Erzeugung einer Strahlung for producing a radiation 92 92 einer großen Kohärenzlänge, welche bei Ausführung der Quelle a large coherence length, which upon execution of the source 91 91 als grüner Laser beispielsweise über 100 m betragen kann. may be as a green laser, for example, about 100 m. Zwischen der Fokussieroptik Between the focusing optics 47b 47b und dem Strahlteiler and the beam splitter 49b 49b ist in dem Strahl is in the beam 48b 48b ein weiterer Strahlteiler another beam splitter 94 94 angeordnet, welcher den Strahl arranged that the beam 48 48 teilweise passieren läßt und welcher den passierenden Teil des Strahls can pass partially and which the passing portion of the beam 48 48 der Strahlung the radiation 92 92 nach deren Kollimierung mittels einer Kollimationsoptik after the collimation means collimating optics 95 95 überlagert. superimposed. Damit wird auch die Strahlung This also the radiation 92 92 auf das Objekt to the object 9b 9b gerichtet, und ein von der Objektoberfläche directed, and an object surface from the 55 55 zurückgeworfener Teil der Strahlung Discarded part of the radiation 92 92 wird ebenfalls durch die Kollimationsoptik is also through the collimating optics 54b 54b zu einem parallelen Strahl geformt, welcher durch den Strahlteiler formed into a parallel beam, which passes through the beam splitter 49b 49b gemeinsam mit dem Strahl together with the beam 57b 57b reflektiert wird. is reflected. Zwischen dem Strahlteiler Between the beam splitter 49b 49b und der Kollimationsoptik and the collimating lens 59b 59b ist ein weiterer Strahlteiler is another beam splitter 97 97 angeordnet, welcher die von der Objektoberfläche arranged, wherein the surface of the object 55b 55b zurückgeworfene Strahlung der Lichtquelle back radiation of the light source 91 91 reflektiert und nach Fokussierung durch eine Kollimationsoptik reflected and focused by collimating optics by 99 99 auf einen Detektor a detector 101 101 fokussiert. focused.
  • Ein Verlauf einer Intensität I des von dem Detektor A course of intensity I of the of the detector 101 101 registrierten Detektionssignals in Abhängigkeit von dem Abstand z der Objektoberfläche registered detection signal depending on the distance z of the object surface 55b 55b von dem Meßkopf ist als Kurve of the measuring head is as curve 103 103 in in 7 7 schematisch dargestellt. shown schematically.
  • Aufgrund der großen Kohärenzlänge der von der Quelle Due to the large coherence length of the source 91 91 bereitgestellten Strahlung radiation supplied 92 92 treten über einen großen Bereich von Abständen (z-Werten) der Objektoberfläche occur over a wide range of distances (z-values) of the object surface 55b 55b von dem Meßkopf abwechselnd Intensitätsmaxima und -minima im Abstand z 2 auf. from the measuring head alternately intensity maxima and minima in the distance z 2. Bei einer gleichförmigen Annäherung des Meßkopfes an die Objektoberfläche At a uniform approach of the measuring head to the object surface 55b 55b treten die Maxima bzw. die Minima mit einer konstanten Frequenz f 2 auf. the maxima and the minima occur at a constant frequency f 2. Diese Frequenz wird aus dem von dem Detektor This frequency is from the from the detector 101 101 bereitgestellten Signal mittels einer Frequenzanalyseschaltung Signal provided by a frequency analysis circuit 103 103 ermittelt. determined. Die Frequenz f 2 repräsentiert damit den Absolutwert der Relativgeschwindigkeit zwischen Meßkopf und Objekt Thus the frequency f 2 represents the absolute value of the relative speed between the measuring head and object 9b 9b . , Die von der Schaltung By the circuit 103 103 ermittelte Frequenz f 2 wird an den Bandpaßfilter determined frequency f 2 is applied to the bandpass filter 73b 73b ausgegeben, welcher das Frequenzband der ihn passierenden Signalkomponenten des Detektors issued, which the frequency band of the passing him signal components of the detector 61b 61b in Abhängigkeit von der Frequenz f 2 einstellt. adjusting in function of the frequency f 2. Die Einstellung erfolgt hierbei gemäß der Formel: The adjustment is made in this case according to the formula:
    Figure 00210001
    wobei in which
  • f 1 f 1
    eine Mittenfrequenz des Bandpaßfilters a center frequency of the bandpass filter 73b 73b , .
    λ 1 λ 1
    eine Frequenz der Quelle a frequency of the source 43b 43b der Strahlung the radiation 45b 45b mit kurzer Kohärenzlänge und short coherence length and
    λ 2 λ 2
    eine Wellenlänge der von der Quelle a wavelength from the source 91 91 bereitgestellten Strahlung radiation supplied 92 92 mit großer Kohärenzlänge long coherence length
    ist. is.
  • Somit ist es möglich, eine zunächst unbekannte Relativgeschwindigkeit zwischen Meßkopf und Objekt unabhängig zu messen und dann den Bandpaßfilter Thus, it is possible to measure an initially unknown relative speed between the measuring head and object independently and then the bandpass filter 73b 73b zur Analyse des Weißlicht-Interferenzsignals in Abhängigkeit von dieser Geschwindigkeit einzustellen. set for the analysis of the white-light interference signal as a function of this speed.
  • Analog zur vorbeschriebenen Ausführungsform kann auch ein faseroptischer Aufbau eingesetzt werden ( Analogously to the embodiment described above may also be a fiber optic assembly can be used ( 13 13 ), bei dem die Lichtstrahlen zwischen Lichtquellen ), In which the light beams between light sources 43f 43f , . 91f 91f und quellenseitiger Grenzfläche and source-side interface 52f 52f einerseits, sowie zwischen quellenseitiger Grenzfläche on the one hand, and between the source-side interface 52f 52f und Detektoren and detectors 61f 61f , . 101f 101f andererseits in Lichtleitfasern on the other hand in optical fibers 77f 77f , . 77f1 77f1 , . 77f2 77f2 , . 83f 83f geführt sind. are guided. Zwischen dem Faserende Between the fiber end 80f 80f und dem Objekt and the object 39f 39f entspricht diese Anordnung der in corresponds to this arrangement, the in 5 5 dargestellten. shown.
  • Die Strahlteiler The beam splitter 79f 79f , . 79f' 79f ' , . 97f 97f sind in dieser Ausführungsform durch Faserkoppler gebildet. are formed in this embodiment by the fiber coupler. Wird der Grenzflächenabstand l1 variiert, insbesondere periodisch, und besonders bevorzugt sinusoidal, so erzeugt das von der langkohärenten Lichtquelle If the interface distance L1 varies, in particular periodically, and particularly preferably sinusoidal, so that produces langkohärenten from the light source 91f 91f emittierte Licht an dem hierfür vorgesehenen Detektor emitted light to the dedicated detector 101f 101f in einem weiten Durchstimmbereich durch die Mehrfachreflexion ein Interferenzsignal, dessen Frequenz einerseits von der Frequenz der verwendeten Lichtquelle in a wide tuning range by the multiple reflection of an interference signal the frequency on the one hand by the frequency of the light source used 91f 91f , andererseits von der momentanen Verlagerungsgeschwindigkeit abhängt. On the other hand depends on the instantaneous displacement speed. Mit einer geeigneten Schaltung With a suitable circuit 103f 103f kann diese Frequenz des Interferenzsignals verwendet werden, um die Auswerteschaltung this frequency of the interference signal can be used to the evaluation circuit 147f 147f für den Detektionszweig des kurzkohärenten Signals jeweils auf die momentane Verlagerungsgeschwindigkeit einzustellen. each set to the instantaneous speed of displacement of the detection branch of the short-coherent signal.
  • Eine solche Schaltung Such a circuit 103 103 verwendet eine phasenunabhängige Synchrongleichrichtung ( uses a phase-independent synchronous rectification ( 17 17 , . 18 18 und and 19 19 ). ). Hierbei wird zunächst das Signal des Detektors Here, first, the signal of the detector 101 101 für die langkohärente Strahlung, deren Haupt-Wellenlänge ja ebenso wie die der kurzkohärenten Strahlung bekannt ist, im Verhältnis dieser Wellenlängen in einem ersten Teiler Tn1 ganzzahlig geteilt. for langkohärente radiation whose main wavelength yes is also known as the short-coherent radiation, divided exactly in a first divider Tn1 in the ratio of these wavelengths. Sind z. Are for. B. die Wellenlängen 820 nm (kurzkohärent) und 670 nm (langkohärent), so ist das Verhältnis etwa 122:100, der erste Teilungsfaktor beträgt also 122. Der Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators VCO wird entsprechend in einem zweiten Teiler Tn2 durch 100 geteilt, und beide geteilten Signale werden einem Phasendetektor φ zugeführt ( For example, the wavelengths 820 nm (kurzkohärent) and 670 nm (langkohärent), so the ratio is about 122: 100, the first division factor is thus 122. The output of a voltage controlled oscillator VCO is divided according to a second divider Tn2 through 100, and both divided signals are supplied to a phase detector φ ( 17 17 ). ). Dessen Ausgangssignal dient dann dazu, über einen Regler R, der aus diesem Ausgangssignal ein Regelsignal für den Oszillator VCO bereitstellt, die Frequenz des Oszillators VCO auf den gewünschten Wert zu regeln. Its output signal is then used by a controller R, which is a control signal for the oscillator VCO provides from this output signal to control the frequency of the oscillator VCO to the desired value. Das so geregelte Oszillator-Signal dient der Auswerteschaltung The so-controlled oscillator signal is used for evaluation 147 147 der Detektoranordnung für das kurzkohärente Signal als Referenzfrequenz. the detector arrangement for the short-coherent signal as a reference frequency. Hierbei wird vorzugsweise in Quadratur gemessen ( Here, it is preferably measured in quadrature ( 18 18 ), dh das Referenzsignal wird in zwei mittels eines Phasenschiebers Π/2 gegeneinander um 90° phasenverschobenen Zweigen in den Multiplizierern X1 bzw. X2 jeweils mit dem Messsignal multipliziert und durch einen Tiefpass TP1 bzw. TP2 geführt, und die beiden Zweige danach im Sinne eines Root Mean Square (Wurzel aus der Quadratsumme, ”Vektormessung”) in einem Kombinierer VM wieder kombiniert. ), That is, the reference signal is played multiplied in two by means of a phase shifter Π / 2 by 90 ° phase shifted branches in the multipliers X1 or X2 respectively with the measurement signal and passed through a low-pass TP1 and TP2, and the two branches then in the sense of root Mean Square (square root of the square sum, "vector measurement") recombined in a combiner VM. Dadurch ist das Messergebnis von der jeweiligen Phasenlage, und von der momentanen Verlagerungsgeschwindigkeit unabhängig, sofern letztere nicht gerade Null ist. This makes the measurement result from the respective phase position, and from the current shift speed is independent, if the latter is not exactly zero. Dies wäre an Umkehrpunkten einer sinusoidalen Relativbewegung der Grenzflächen This would at turning points of a sinusoidal relative movement of the interfaces 52 52 , . 53 53 der Fall. the case. Auch bei einer solchen sinusoidalen Verlagerung könnte aber fast der gesamte Verlagerungsbereich zur Messung genutzt werden. Even with such a sinusoidal movement but almost all of the relocation area could be used for measurement.
  • In In 19 19 ist die Schaltung des Kombinieres VM erläutert: Das Signal aus dem Tiefpass TP1 wird an beide Multiplikationseingänge des Multiplizierers/Dividierers M/D gelegt, das Signal aus dem Tiefpass TP2 mit dem Ausgangssignal des Kombinierers VM addiert und an den Divisionseingang des Multiplizierers/Dividierers M/D gelegt. the circuit of the combination Nieres VM explained: The signal from the low-pass TP1 is applied to both multiplier inputs of the multiplier / divider M / D, adds the signal from the low-pass TP2 with the output signal of the combiner VM and to the division input of the multiplier / divider M / D set. Dessen Ausgangssignal wird mit dem Signal aus dem Tiefpass TP2 addiert und bildet so das Ausgangssignal des Kombinierers VM. Whose output signal is summed with the signal from the low-pass TP2, forming the output signal of the combiner VM.
  • Alternativ kann die momentane Verlagerungsgeschwindigkeit auch direkt an der Verlagerungsanordnung oder an dem Aktuator zur Betätigung derselben gemessen oder anderweitig bestimmt werden oder auch von einer Treiberschaltung für den Aktuator abgegriffen werden. Alternatively, the instantaneous displacement speed can also be tapped directly to the displacement assembly or on the actuator for actuating the same measured or otherwise determined or of a driver circuit for the actuator. In dieser Ausführungsform sind die langkohärente Lichtquelle In this embodiment, the light source langkohärente 91f 91f , der zugehörige Detektor , The associated detector 101f 101f und der Strahlteiler and the beam splitter 97f 97f im Detektionszweig sowie der Strahlkombinierer in the detection branch and the beam combiner 79f' 79f ' entbehrlich. dispensable.
  • Die teilreflektierenden Grenzflächen The partially reflective interfaces 52 52 , . 53 53 können in einer solchen faseroptischen Bauweise durch in die Faser may in such a construction the optical fiber through the fiber 77 77 eingebrachte Bragg-Gitter introduced Bragg grating 105g1 105g1 , . 105g2 105g2 gebildet sein ( be formed ( 14 14 ). ). Zur Erzeugung solcher Bragg-Gitter wird die Umhüllung der Faser entfernt, sodann wird die Faser mit einer UV-Quelle (ca. 240 nm) durch eine Phasenmaske belichtet, und die durch den photosensitiven Effekt gebildete periodische Brechungsindexvariation wird durch Erhitzen stabilisiert. For generating such Bragg grating, the cladding of the fiber is removed, then the fiber is treated with a UV source (about 240 nm) through a phase mask, and the periodic refractive index variation is formed by the photosensitive effect is stabilized by heating. Die Periodizität der Indexvariation wird dabei der zu reflektierenden Wellenlänge gemäß gewählt, die Länge des belichteten Bereichs der gewünschten Bandbreite (invers) entsprechend. The periodicity of the index variation is chosen according to the wavelength to be reflected, the length of the exposed portion of the desired bandwidth (inverse) accordingly. Schliesslich wird das entfernte Mantelstück wiederhergestellt. Finally, the remote shell part is restored.
  • Wenn das Faserende als Gradientenindex-(GRIN-)Linse If the fiber end as a gradient index (GRIN) lens 109h 109h ausgebildet ist, kann die Oberfläche is formed, the surface can 111h 111h der GRIN-Linse teilverspiegelt werden ( of the GRIN lens are partially mirrored ( 15 15 ) und so als Grenzfläche dienen; ) And thus serve as an interface; die zweite Grenzfläche wird wie vorbeschrieben durch ein Faser-Bragg-Gitter the second interface is as described above by a fiber Bragg grating 105h 105h gebildet. educated.
  • In den letzten beiden Ausführungsformen erfolgt die Verlagerung der Grenzflächen In the last two embodiments, the displacement of the interfaces takes place 105g1 105g1 , . 105g2 105g2 bzw. or. 105h 105h , . 111h 111h zueinander durch Piezo-Faserstrecker each other by piezo-fiber stretcher 107g 107g bzw. or. 107h 107h . , Hierbei wird die Faser Here, the fiber 77g 77g bzw. or. 77h 77h mehrfach um zwei halbzylinderförmige, beabstandete Führungen multiply by two semi-cylindrical spaced guides 207g1 207g1 , . 207g2 207g2 , . 207h1 207h1 , . 207h2 207h2 gewickelt, deren Abstand dann durch einen piezoelektrischen Aktuator wound, then the distance between them by a piezoelectric actuator 307g 307g , . 307h 307H verändert wird. is changed. Dadurch ändert sich auch die Faserlänge. Thereby the fiber length changes. Die Ansteuerung the control 407g 407g , . 407h 407h des Piezo-Aktuators the piezo actuator 307g 307g , . 307h 307H erfolgt periodisch. done periodically. Die Steuerspannung des Piezo-Aktuators ist dabei ein Maß für die Faserlänge, also ist die zeitliche Änderung der Steuerspannung ein Maß für die Verlagerungsgeschwindigkeit, und damit für die Frequenz des Detektorsignals. The control voltage of the piezo actuator is a measure of the fiber length, so the change in the control voltage is a measure of the displacement speed, and thus the frequency of the detector signal. Folglich muss die Auswerteschaltung Consequently, the evaluation must 147 147 der Detektoranordnung entsprechend der zeitlichen Änderung der Steuerspannung des Piezo-Aktuators the detector arrangement in accordance with the temporal change of the control voltage of the piezo actuator 107g 107g , . 107h 107h eingestellt werden; be set; die zeitliche Änderung dieser Spannung ist bei periodischer Ansteuerung proportional zur Steuersignal-Amplitude und zur Steuersignal-Frequenz. the temporal change of this voltage is proportional with periodic driving control signal to the amplitude and to the control signal frequency. Da in diesen Ausführungsformen keine großen Massen bewegt werden, und Trägheitseffekte daher keine große Rolle spielen, kann die Ansteuerung Since no large masses are moved in these embodiments, and inertial effects therefore do not play a major role, the drive may 407g 407g , . 407h 407h des Piezo-Aktuators the piezo actuator 307g 307g , . 307h 307H statt sinusoidal auch sägezahn-förmig oder dreieckförmig erfolgen. instead of sinusoidal and sawtooth-shaped or triangular done. Besonders bevorzugt ist eine Ansteuerung Particularly preferred is a control 407g 407g , . 407h 407h , die die aus Eichmessungen zugängliche Antwortfunktion des Piezo-Aktuators That the response function accessible from calibration measurements of the piezo actuator 307g 307g , . 307h 307H so kompensiert, dass die tatsächliche Verlagerungsgeschwindigkeit der teilreflektierenden Grenzflächen compensated so that the actual displacement speed of the partially reflective interfaces 105g1 105g1 , . 105g2 105g2 bzw. or. 105h 105h , . 111h 111h relativ zueinander über einen großen Durchstimmbereich konstant wird. relative to each other is constant over a wide tuning range.
  • Ist diese tatsächliche Verlagerungsgeschwindigkeit zudem bekannt, kann der objektseitige Zweig der vorbeschriebenen Ausführungsform mit Faser-Bragg-Gitter If this actual displacement velocity also known, the object-side branch of the embodiment described with fiber Bragg grating can 105 105 , teilverspiegelter GRIN-Linse , Partly mirrored GRIN lens 109 109 und Piezo-Faserstrecker and piezoelectric fiber stretcher 107 107 in der in in the in 5 5 dargestellten Ausführungsform mit nur einer, kurzkohärenten Lichtquelle Embodiment shown with only one short-coherent light source 43a 43a eingesetzt werden und dort den nicht-faseroptischen Teil von der Lichtleitfaser are used, where the non-fiber-optic portion of the optical fiber 77 77 bis einschliesslich der Fokussieroptik up to and including the focusing optics 54a 54a ersetzen. replace. Diese Kombination ist in This combination is in 16 16 dargestellt: Die optische Weglänge l1 zwischen Faser-Bragg-Gitter shown: The optical path length L1 between the fiber Bragg grating 105i 105i und teilverspiegelter Oberfläche and partly mirrored surface 111i 111i der GRIN-Linse of the GRIN lens 109i 109i wird durch den Piezostrecker is the piezo executor 107i 107i mit Piezo-Aktuator with piezo actuator 307i 307i durch die Ansteuerung by the drive 407i 407i periodisch linear variiert, und der einstellbare Bandpass-Filter periodically varied linearly, and the adjustable bandpass filter 73i 73i auf die resultierende Interferenzsignalfrequenz eingestellt. set to the resulting interference signal frequency.
  • Ein in into 8 8th schematisch dargestelltes Interferometersystem schematically illustrated interferometer 41c 41c weist einen ähnlichen Aufbau auf wie das Interferometersystem gemäß has a similar construction as the interferometer system in accordance with 2 2 . ,
  • Allerdings sind hier zwei Quellen However, here are two sources 43c 43c 1 und 1 and 43c 43c 2 vorgesehen, welche jeweils Meßstrahlung 2 are provided, each of which measuring radiation 45c 45c 1 bzw. 1 and 45c 45c 2 kurzer Kohärenzlänge bereitstellen. Provide two short coherence length. Mittels Spiegeln by mirrors 111 111 und and 113 113 und einen Strahlteiler and a beam splitter 115 115 werden die Meßstrahlungen be the measuring beams 45c 45c 1 und 1 and 45c 45c 2 nach deren Kollimierung mittels Kollimationsoptiken 2 after the collimation means collimating optics 47c 47c 1 bzw. 1 and 47c 47c 2 zu einem gemeinsamen Strahl 2 to a common beam 48c 48c überlagert. superimposed. Dieser durchsetzt einen Strahlteiler This passes through a beam splitter 49c 49c und einen Glaskörper and a glass body 51c 51c mit einander gegenüberliegenden Grenzflächen having opposed boundary surfaces 52c 52c und and 53c 53c und wird sodann durch eine Kollimationsoptik and then through a collimating optics 54c 54c kollimiert. collimated. Da sich die Wellenlängen λ 1 und λ 2 der von den Quellen Since the wavelengths λ 1 and λ 2 from the sources 43c 43c 1 bzw. 1 and 43c 43c 2 bereitgestellten Strahlung unterscheiden, erfolgt die Fokussierung durch die Fokussieroptik 2 differ radiation supplied, the focusing is carried out by the focusing optics 54c 54c in einem Fokuspunkt in a focal point 39c 39c 1 für die Strahlung der Wellenlänge λ 1 und in einem Fokuspunkt 1 for the radiation of wavelength λ 1 and at a focal point 39c 39c 2 für die Strahlung der Wellenlänge λ 2 . 2 for the radiation of wavelength λ. 2 Die Fokuspunkte The focal points 39c 39c 1 und 1 and 39c 39c 2 sind in z-Richtung mit einem Abstand voneinander angeordnet. 2 are arranged in z-direction with a distance from each other.
  • Von einer Objektoberfläche, die in einem Bereich um die Fokuspunkte From an object surface in an area around the focal points 39c 39c 1 und 1 and 39c 39c 2 angeordnet ist, zurückgeworfene Strahlung wird wiederum durch die Fokussieroptik 2 is arranged, radiation is reflected again by the focusing optics 54c 54c kollimiert und nach Durchlaufen des Glaskörpers collimated and after passing through the glass body 51c 51c von dem Strahlteiler by the beam splitter 49c 49c umgelenkt, aus welchem sie als Strahl deflected from which it as a jet 57c 57c austritt. exit. Ein Strahlteiler A beam splitter 117 117 teilt diesen Strahl in Teilstrahlen divides this beam into sub-beams 57c 57c 1 und 1 and 57c 57c 2 , welche durch Kollimationsoptiken 2, which by collimating optics 59c 59c 1 bzw. 1 and 59c 59c 2 auf Detektoren 2 to detectors 61c 61c 1 bzw. 1 and 61c 61c 2 fokussiert werden. Be focused. 2 Der Detektor the detector 61c 61c 1 ist zur Detektion der von dem Objekt zurückgeworfenen Strahlung der Wellenlänge λ 1 ausgelegt, genauso wie ein Bandpaßfilter 1 is designed to detect the reflected by the object radiation of wavelength λ 1 as well as a bandpass filter 73c 73c 1 für von dem Detektor 1 for the detector of 61c 61c 1 bereitgestellte Meßsignale ausgelegt ist. 1 provided measurement signals is designed. Entsprechend ist der Detektor Accordingly, the detector 61c 61c 2 für die Detektion der Strahlung mit der Wellenlänge λ 2 ausgelegt, genauso wie der nachfolgende Bandpaßfilter 2 designed for the detection of the radiation of wavelength λ 2, as well as the subsequent bandpass filter 73c 73c 2 für die von dem Detektor 2 for those of the detector 61c 61c 2 bereitgestellten Signale. 2 provided signals. Dem Bandpaßfilter the bandpass filter 73 73 c 1 bzw. c 1 and 73c 73c 2 sind wiederum die Modulationsschaltungen 2 are again the modulation circuits 74c 74c 1 und 1 and 74c 74c 2 nachgeschaltet. 2 downstream. Die Demodulationsschaltung the demodulation circuit 74c 74c 1 registriert ein Maximum einer Meßkurve 1 registered a maximum of a trace 75c 75c 1 dann, wenn die Objektoberfläche in einem Bereich um den Fokuspunkt 1, when the object surface in an area around the focus point 39c 39c 1 für die Wellenlänge λ 1 angeordnet ist, und die Demodulationsschaltung 1 is disposed for the wavelength λ 1, and the demodulation circuit 74c 74c 2 registriert ein Maximum ihrer Meßkurve 2 registers a maximum of their measurement curve 75c 75c 2 dann, wenn die Objektoberfläche in einem Bereich nahe dem Fokuspunkt 2 when the object surface in a region near the focus point 39c 39c 2 für die Wellenlänge λ 2 angeordnet ist. 2 is disposed for the wavelength λ. 2 Die von den Demodulationsschaltungen By the demodulation circuits 74c 74c 1 , 1, 74c 74c 2 ausgegebenen Meßkurven 2 traces issued 75c 75c 1 bzw. 1 and 75c 75c 2 sind in Abhängigkeit von dem Ort der Objektoberfläche in z-Richtung in 2 are a function of the location of the object surface in the z direction in 9 9 als Graphen schematisch dargestellt. represented as a graph schematically.
  • Durch Auswerten einer zeitlichen Reihenfolge, mit der die Maxima der Kurven By evaluating a temporal order in which the maxima of the curves 75c 75c 1 und 1 and 75c 75c 2 auftreten, ist es somit möglich, eine Richtung einer Relativgeschwindigkeit zwischen dem Meßkopf und dem Objekt zu ermitteln. 2 occur, it is thus possible to determine a direction of a relative speed between the measuring head and the object.
  • Bei dem Interferometersystem In the interferometer 41c 41c ist es ebenfalls möglich, der Meßstrahlung eine Strahlung großer Kohärenzlänge zu überlagern, wie dies anhand der it is also possible, of the measuring radiation to superimpose a radiation long coherence length, as this is the reference 6 6 und and 7 7 erläutert wurde. explained.
  • Es ist dann weiter möglich, die Bandpaßfilter It is then possible, the bandpass filters 73c 73c 1 und 1 and 73c 73c 2 hinsichtlich ihres Frequenzbandes variabel auszulegen, wobei diese das Frequenzband dann immer so einstellen können, daß dieses optimal auf einen Absolutwert der Relativgeschwindigkeit zwischen Meßkopf und Objekt eingestellt ist. Variable interpreted 2 in terms of their frequency band, which then always can set the frequency band that this is optimally set to an absolute value of the relative speed between the measuring head and the object.
  • In In 10 10 sind der Glaskörper are vitreous 51c 51c und die Fokussieroptik and the focusing optics 54c 54c des Interferometersystems the interferometer system 41c 41c im Detail dargestellt. shown in detail.
  • Ein Durchmesser des Strahls A diameter of the beam 48c 48c beträgt 4 mm. is 4 mm. Der Glaskörper The vitreous 51c 51c mit seinen teilreflektierenden Endflächen with its partially reflecting end faces 52c 52c und and 53c 53c weist eine Länge l 1 = 60,9973 mm auf. has a length l 1 = 60.9973 mm on. Der Glaskörper The vitreous 51c 51c ist aus einem Glas der Type SF6 erhältlich von der Firma SCHOTT, gefertigt. is available, manufactured by the company SCHOTT from a glass of type SF6.
  • Die Fokussieroptik the focusing optics 54c 54c ist als ein Kittglied aus zwei Linsengläsern is provided as a cemented lens of two lens glasses 122 122 und and 124 124 gefertigt, wobei die Linse generated, wherein the lens 122 122 aus einem Glas des Typs BK7, erhältlich von der Firma SCHOTT, gefertigt ist, und die Linse Is available, manufactured by the company SCHOTT from a glass of the type BK7, and the lens 124 124 aus einem Glas des Typs SF6. from a glass of the type SF6.
  • Eine dem Glaskörper A vitreous body 51c 51c zuweisende Oberfläche attributing surface 121 121 der Linse the lens 122 122 weist einen Krümmungsradius von r 1 = 31,25 mm auf und ist mit ihrem Scheitelpunkt mit einem Abstand von d 1 = 2,24 mm in Luft von der Grenzfläche has a radius of curvature r 1 = 31.25 mm and is provided with its apex at a distance of d 1 = 2.24 mm in air from the interface 53c 53c des Glaskörpers the vitreous 51c 51c angeordnet. arranged. Eine den Linsen A lenses 122 122 und and 124 124 gemeinsame Grenzfläche common interface 123 123 weist einen Krümmungsradius r 2 = –42,313 mm auf und ist mit ihrem Scheitelpunkt mit einem Abstand d 2 = 3,00 mm von dem Scheitelpunkt der Fläche has a radius of curvature r 2 = -42.313 mm and is provided with its apex at a distance d 2 = 3.00 mm from the apex of the surface 121 121 angeordnet. arranged. Eine von dem Glaskörper One of the vitreous 51c 51c wegweisende Oberfläche groundbreaking surface 125 125 der Linse the lens 124 124 ist als Planfläche ausgebildet und weist von dem Scheitelpunkt der Fläche is formed as a planar surface and facing away from the apex of the surface 123 123 einen Abstand von d 3 = 3,00 mm auf. a distance of d = 3 to 3.00 mm.
  • Für Licht der Wellenlänge λ 1 = 630 nm beträgt eine Fokuslänge f 1 der Fokussieroptik For light of wavelength λ 1 = 630 nm, a focal length f 1 of the focusing optics 54c 54c 95 mm, und für Licht einer Wellenlänge λ 2 = 850 nm beträgt die Fokuslänge der Fokussieroptik 95 mm and for light of a wavelength λ 2 = 850 nm, the focal length of the focusing optics 54c 54c 94 mm. 94 mm. Damit sind die Fokuspunkte This means that the focal points 39c 39c 1 und 1 and 39c 39c 2 mit einem Abstand von einem Millimeter voneinander angeordnet. 2 at a distance of one millimeter from each other.
  • Bei dem anhand der The reference to the 8 8th , . 9 9 und and 10 10 erläuterten Interferometersystem, welches zwei Lichtquellen mit Wellenlängen λ 1 = 630 nm und λ 2 = 850 nm aufweist, sind somit zwei Fokuspunkte der Meßstrahlung bereitgestellt, welche einen Abstand von einem Millimeter in Strahlrichtung voneinander aufweisen. explained interferometer which has = 850 nm two light sources having wavelengths λ 1 = 630 nm and λ 2, so two focal points of the measuring radiation are provided, which are at a distance of one millimeter from each other in the beam direction.
  • In In 11 11 sind ein Glaskörper are a vitreous 51d 51d und eine Fokussieroptik and focusing optics 54d 54d für ein Interferometersystem gezeigt, welches drei Weißlichtquellen mit Wellenlängen λ 1 = 630 nm, λ 2 = 850 nm und λ 3 = 1300 nm aufweist. shown for an interferometer system, which three white light sources having wavelengths λ 1 = 630 nm, λ 2 = 850 nm and λ = having 3 1300 nm.
  • Die Kombination aus Glaskörper The combination of vitreous 51d 51d und Fokussieroptik and focusing 54d 54d gemäß according to 11 11 ist einsetzbar in einem Interferometersystem, welches dem Interferometersystem gemäß is used in an interferometer system, which according to the interferometer 8 8th ähnlich ist, welches allerdings eine dritte Lichtquelle mit λ 3 = 1300 nm aufweist, deren Strahlung dem Licht der beiden anderen Lichtquellen überlagert ist. is similar, which, however, a third light source with λ = 3 having 1300 nm, the radiation of which is superimposed on the light of the other two light sources.
  • Der Glasblock The glass block 51d 51d ist aus zwei aneinander gekitteten Teilblöcken is made of two mutually cemented subblocks 131 131 und and 132 132 zusammmengefügt, von denen der Teilblock zusammmengefügt, of which the sub-block 131 131 eine teilreflektierende Grenzfläche a partially reflective interface 52d 52d des Interferometersystems bereitstellt und der andere Teilblock providing the interferometer system and the other part of block 132 132 eine der Grenzfläche one of the interface 52d 52d gegenüberliegende und dem Objekt zuweisende Grenzfläche opposed and assigning the object boundary 53d 53d bereitstellt. provides. Der Teilblock The partial block 131 131 ist aus einem Glasmaterial des Typs Lasfl8a, erhältlich von der Firma SCHOTT, gefertigt und weist eine Länge von d 1 = 24,3 mm auf, und der andere Teilblock is made of a glass material of the type Lasfl8a available, manufactured by Schott, and has a length of d 1 = 24.3 mm, and the other sub-block 132 132 ist aus einem Glasmaterial des Typs Lak31, erhältlich von der Firma SCHOTT, gefertigt und weist eine Länge von d 2 = 75,13 mm auf. is made of a glass material of the type Lak31 available, manufactured by Schott and has a length of d 2 = 75.13 mm.
  • Die Fokussieroptik the focusing optics 54d 54d ist als ein Kittglied aus zwei Linsen is defined as a composite lens of two lenses 122d 122d und and 124d 124d zusammengesetzt. composed. Eine dem Glasblock A glass block 51d 51d zuweisende Oberfläche attributing surface 121d 121d der Linse the lens 122d 122d weist einen Krümmungsradius R 1 = –14,9 mm auf und ist mit ihrem Scheitel mit einem Abstand von d 3 = 31,83 mm von der Grenzfläche has a radius of curvature R 1 = -14.9 mm and is provided with its apex at a spacing of d 3 = 31.83 mm from the interface 53d 53d des Teilblocks the partial block 132 132 angeordnet. arranged. Eine den Linsen A lenses 122d 122d und and 124d 124d gemeinsame Grenzfläche common interface 123d 123d weist einen Krümmungsradius R 2 = –7,23 mm auf und ist mit ihrem Scheitel mit einem Abstand d 4 = 5,0 mm von dem Scheitel der Fläche has a radius of curvature R 2 = -7.23 mm and is provided with its apex at a distance d 4 = 5.0 mm from the apex of the surface 121 121 angeordnet, wobei die Linse , wherein the lens 122 122 aus einem Material des Typs BAF, erhältlich von SCHOTT, gefertigt ist. is made of a material of the type BAF, available from SCHOTT. Eine von dem Glasblock One of the glass block 51d 51d wegweisende Oberfläche groundbreaking surface 125d 125d der Linse the lens 124 124 weist einen Krümmungsradius R 3 = –11,87 mm auf und ist mit ihrem Scheitel mit einem Abstand d 5 = 5,0 mm von dem Scheitel der Fläche has a radius of curvature R 3 = -11.87 mm and is provided with its apex at a distance d 5 = 5.0 mm from the apex of the surface 123d 123d angeordnet, wobei die Linse , wherein the lens 124d 124d aus einem Material des Typs SF64a, erhältlich von SCHOTT, gefertigt. of a material of the type SF64a available from SCHOTT, is manufactured.
  • Die Fokussieroptik the focusing optics 54d 54d stellt für die Wellenlänge λ 1 = 630 nm eine Fokuslänge f 1 = 126 mm bereit, für die Wellenlänge λ 2 = 850 nm eine Fokuslänge f 2 = 125 mm, und für die Wellenlänge λ 3 = 1300 nm eine Fokuslänge f 3 = 124 mm. provides for the wavelength λ 1 = 630 nm, a focal length f 1 = 126 mm prepared for the wavelength λ 2 = 850 nm, a focal length f 2 = 125 mm, and the wavelength λ 3 = 1300 nm, a focal length f 3 = 124 mm ,
  • Somit stellt die Fokussieroptik Thus, the focusing optics 54d 54d drei Fokuspunkte three focal points 39d 39d 1 , 1, 39d 39d 2 und 2 and 39d 39d 3 für die Strahlungen der Wellenlängen λ 1 , λ 2 und λ 3 bereit, welche in Strahlrichtung nacheinander mit einem Abstand von jeweils einem Millimeter voneinander angeordnet sind. 3 ready for the radiation of wavelengths λ 1, λ 2 and λ 3, which are arranged in the beam direction in succession with an interval of one millimeter from each other.
  • Ist das Interferometersystem Is the interferometer 41d 41d , welches teilweise in , Which is partly in 11 11 dargestellt ist, an einem Koordinatenmeßgerät gemäß is shown on a coordinate in accordance with 1 1 montiert, so ist es möglich, den Meßkopf einem zu vermessenden Objekt soweit anzunähern bis eine Anordnung der Objektoberfläche in der Nähe des mittleren Fokuspunkts mounted, so it is possible to approximate as far as the measuring head an object to be measured to an arrangement of the object surface in the vicinity of the central focal point 39d 39d 2 registriert wird. Is registered. 2 Sodann erfolgt eine Bewegung des Meßkopfes lateral entlang der Objektoberfläche, das heißt quer zur Richtung des Strahls Then follows a movement of the measuring head laterally along the surface of the object, that is transverse to the direction of the beam 48d 48d , und eine Bewegung des Meßkopfes erfolgt dann in -z-Richtung, das heißt in And movement of the measuring head is then in the -z direction, that is in 1 1 nach unten, wenn eine Anordnung der Objektoberfläche in einem Bereich nahe dem Fokuspunkt down when an arrangement of the object surface in a region near the focus point 39d 39d 1 registriert wird, und sie erfolgt in umgekehrte z-Richtung, das heißt nach oben, wenn eine Anordnung der Objektoberfläche in einer Nähe des Fokuspunkts 1 is registered, and it is carried out in reverse z-direction, that is upward when an arrangement of the object surface in a vicinity of the focus point 39d 39d 3 registriert wird. Registered third
  • Auf diese Weise ist es einfach möglich, die Oberfläche des Objekts abzutasten und deren Koordinaten mit Hilfe des Koordinatenmeßgerätes gemäß In this way it is easy to scan the surface of the object and the coordinates using the coordinate in accordance with 1 1 zu ermitteln. to investigate.
  • Ein in into 12 12 schematisch dargestelltes Interferometersystem schematically illustrated interferometer 41e 41e weist einen ähnlichen Aufbau auf wie das in has a structure similar to that in 2 2 gezeigte Interferometersystem. Interferometer shown.
  • Im Unterschied hierzu ist allerdings ein Strahlteiler In contrast, however, is a beam splitter 49e 49e zur Zuführung von Detektionsstrahlung zu einem Detektor for supplying the detection radiation to a detector 61e 61e mit einem Glaskörper with a glass body 51e 51e zur Bereitstellung der beiden mit Abstand l 1 voneinander angeordneten Grenzflächen to provide the two spaced from each other 1 l disposed boundary surfaces 52e 52e und and 53e 53e des Interferometersystems the interferometer system 41e 41e vereinigt, das heißt eine teilreflektierende Fläche combined, that is, a partially reflecting surface 49e 49e des Strahlteilers ist innerhalb des Glaskörpers the beam splitter is within the glass body 51e 51e angeordnet. arranged.
  • Bei der Ausführungsform gemäß In the embodiment of 6 6 sind zwei separate Detektoren are two separate detectors 61b 61b und and 101 101 zur Detektion der kurzkohärenten Strahlung der Quelle for detection of the short-coherent radiation source 43b 43b bzw. zur Detektion der langkohärenten Strahlung der Quelle or for detecting the radiation from the source langkohärenten 91 91 vorgesehen. intended. Es ist jedoch auch möglich, für beide Strahlung einen gemeinsamen Detektor vorzusehen, dessen Detektionssignal parallel der Frequenzanalyseschaltung However, it is also possible to provide a common detector for both radiation, its detection signal in parallel to the frequency analysis circuit 103 103 und dem Bandpaßfilter and the bandpass filter 37b 37b zugeführt wird. is supplied.
  • Ebenso ist es möglich, bei der in It is also possible, in which in 8 8th dargestellten Ausführungsform einen gemeinsamen Detektor für die Strahlungen der Wellenlängen λ 1 und λ 2 bereitzustellen und dessen Detektionssignal parallel den beiden Bandpaßfiltern provide illustrated embodiment a common detector for the radiation of wavelengths λ 1 and λ 2, and its detection signal in parallel to two bandpass filters 73c 73c 1 und 1 and 73c 73c 2 zuzuführen. Supplying second
  • Ferner ist es möglich, bei der Ausführungsform gemäß It is also possible, in the embodiment of 8 8th , . 9 9 und and 10 10 sowie bei der Ausführungsform gemäß as well as in the embodiment of 11 11 die mehreren Lichtquellen für die Wellenlängen λ 1 und λ 2 bzw. λ 1 , λ 2 und λ 3 in einer gemeinsamen Lichtquelle mit änderbarer Wellenlänge zu integrieren, deren Emissionswellenlänge dann abwechselnd auf die Werte λ 1 , λ 2 und λ 3 eingestellt wird. whose emission wavelength is then alternately set to the values of λ 1, λ 2 and λ 3 to integrate the plurality of light sources of the wavelengths λ 1 and λ 2 and λ 1, λ 2 and λ 3 in a common light source with changeable wavelength.
  • Bei der anhand der In the reference to the 5 5 beschriebenen Ausführungsform wird eine der Grenzflächen des Grenzflächenpaares mittels eines Aktuators quer zur Orientierung der Grenzfläche verlagert. -Described embodiment, one of the boundary surfaces of the boundary surface pair is displaced transversely to the orientation of the interface by means of an actuator. Es ist jedoch ebenfalls möglich, beide Grenzflächen des Grenzflächenpaares gemeinsam zu verlagern, genauso wie es möglich ist, den Glaskörper in den Ausführungsformen gemäß However, it is also possible to shift both interfaces of the interface pair together, just as it is possible the vitreous in the embodiments of 2 2 ff. in Richtung quer zur Orientierung der Grenzflächen zu verlagern. transverse to the orientation of the boundary surfaces to move towards ff..
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht, auch in engen Kanälen, z. The present invention enables, even in narrow channels such. B. Bohrungen, hochgenau zu messen, insbesondere axial. B. bores highly accurately measure, in particular axially. Ferner kann der Fokus und damit die Lateralauflösung wesentlich kleiner gestaltet werden als bei einem konventionellen taktilen Taster. Further, the focus and therefore the lateral resolution can be made much smaller than in a conventional tactile switch.
  • Die vorbeschriebenen Messanordnungen und verfahren können aber außer bei der Werkstückvermessung auch bei jeder anderen OCT-Anwendung zum Einsatz kommen. However, the above measurement arrangements and methods can be used except for the workpiece measurement even with each other OCT application.
  • Zusammenfassend wird ein Interferometersystem insbesondere zur Verwendung für ein Koordinatenmeßgerät vorgeschlagen, wobei das Interferometersystem in einem Beleuchtungsstrahlengang ein Paar von mit Abstand voneinander angeordneten Grenzflächen aufweist und eine einem Objekt zuweisende Grenzfläche des Grenzflächenpaares in einem Detektionsstrahlengang angeordnet ist, wobei in dem Detektionsstrahlengang ferner eine Strahlungsweiche und ein Detektor angeordnet sind. In summary, an interferometer system is proposed in particular for use for a coordinate, wherein the interferometer comprises a pair of spaced-apart disposed boundary surfaces in an illumination light path and assigning an object interface of the interface pair being disposed in a detection light path, wherein in the detection beam path further comprises a radiation switch and a detector are arranged. Ferner wird ein Interferometersystem, insbesondere der vorangehend geschilderten Art, vorgeschlagen, welches ein Geschwindigkeitsmeßsystem zur Erfassung einer Relativgeschwindigkeit zwischen dem Meßkopf und dem Objekt aufweist, wobei ein Frequenzfilter des Interferometersystems in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit eingestellt wird. Further, it is an interferometer, in particular the above-described type is proposed, which has a speedometer system for detecting a relative speed between the measuring head and the object, a frequency filter of the interferometer is adjusted in dependence on the relative speed.

Claims (16)

  1. Interferometersystem mit einem Meßkopf ( Interferometer (with a measuring head 36 36 ) zum Senden von Beleuchtungsstrahlung ( ) (For transmitting illuminating radiation 48 48 ) auf ein Objekt ( ) (On an object 9 9 ) und zum Empfang von von dem Objekt ( ) And receiving (from the object 9 9 ) zurückgeworfener Detektionsstrahlung ( ) Retroreflected radiation detection ( 57 57 ), wobei eine Anordnung des Meßkopfes ( ), Wherein an arrangement of the measuring head ( 36 36 ) mit einem Arbeitsabstand von dem Objekt ( ) (With a working distance of the object 9 9 ) vorgesehen ist, und wobei das Interferometersystem ( ) Is provided, and wherein the interferometer system ( 41 41 ) eine erste Strahlungsquelle ( ) A first radiation source ( 43 43 ) zur Bereitstellung von Strahlung ( ) (For providing radiation 45 45 ) mit einer vorbestimmten ersten Kohärenzlänge, ein Paar von mit Abstand voneinander angeordneten teilreflektierenden Grenzflächen ( ) With a predetermined first coherence length, a pair (of with spaced partially reflective interfaces 52 52 , . 53 53 ), eine Strahlungsweiche ( (), A radiation Soft 49 49 ) und einen Detektor ( ) And a detector ( 61 61 ) umfaßt, wobei eine erste Grenzfläche ( ), Wherein a first interface ( 53 53 ) des Grenzflächenpaares ( () Of the interface pair 52 52 , . 53 53 ) in einem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle ( ) (In an illumination light path between the radiation source 43 43 ) und dem Objekt ( ) And the object ( 9 9 ) angeordnet ist, eine zweite Grenzfläche ( ) Is arranged, a second interface ( 52 52 ) des Grenzflächenpaares ( () Of the interface pair 52 52 , . 53 53 ) in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle ( ) (In the illumination beam path between the radiation source 43 43 ) und der ersten Grenzfläche ( ) And the first boundary surface ( 53 53 ) angeordnet ist, und die Strahlungsweiche ( ) Is arranged, and the radiation diverter ( 49 49 ) in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle ( ) (In the illumination beam path between the radiation source 43 43 ) und der ersten Grenzfläche ( ) And the first boundary surface ( 53 53 ) angeordnet ist, und wobei die erste Grenzfläche ( ) Is arranged, and wherein the first interface ( 53 53 ) in einem Detektionsstrahlengang zwischen dem Objekt ( ) (In a detection beam path between the object 9 9 ) und dem Detektor ( ) And the detector ( 61 61 ) angeordnet ist und die Strahlungsweiche ( ) And the radiation diverter ( 49 49 ) in dem Detektionsstrahlengang zwischen der ersten Grenzfläche ( ) (In the detection beam path between the first interface 53 53 ) und dem Detektor ( ) And the detector ( 6 6 ) angeordnet ist, und wobei die Beleuchtungsstrahlung ( ) Is arranged, and wherein the illumination radiation ( 48 48 ) mehrere, insbesondere zwei oder drei sich überlagernde Strahlungen verschiedener Wellenlängen (λ 1 , λ 2 ) umfasst. ) Several, in particular two or three overlapping radiations of different wavelengths (λ 1, λ comprises 2).
  2. Interferometersystem nach Anspruch 1, wobei wenigstens die erste Grenzfläche ( An interferometer system according to claim 1, wherein at least the first interface ( 53 53 ) eine Komponente des Meßkopfes ( ) (A component of the measuring head 36 36 ) ist und wobei, bei Anordnung des Meßkopfes ( ), And wherein, (with the arrangement of the measuring head 36 36 ) mit dem Arbeitsabstand von dem Objekt, eine erste optische Weglänge (l 2 ) zwischen der ersten Grenzfläche ( ) (With the working distance from the object, a first optical path length (l 2) between the first interface 53 53 ) und dem Objekt ( ) And the object ( 9 9 ) im wesentlichen gleich einer zweiten optischen Weglänge (l 1 ) zwischen den beiden Grenzflächen ( ) (Substantially equal to a second optical path length l 1) between the two interfaces ( 52 52 , . 53 53 ) ist. ) Is.
  3. Interferometersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strahlungsweiche ( An interferometer system according to claim 1 or 2, wherein the radiation diverter ( 49 49 ) in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Strahlungsquelle ( ) (In the illumination beam path between the radiation source 43 43 ) und der zweiten Grenzfläche ( ) And the second boundary surface ( 52 52 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  4. Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Kohärenzlänge kleiner als das 0,3fache des Arbeitsabstands ist, insbesondere kleiner als das 0,07fache und weiter bevorzugt kleiner als das 0,01fache des Arbeitsabstands ist. The interferometer system of any of claims 1 to 3, wherein the first coherence length is less than 0.3 times the working distance, in particular smaller than the 0,07fache and more preferably less than 0.01 times the working distance.
  5. Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Meßkopf ( The interferometer system of any of claims 1 to 4, wherein the measuring head ( 36 36 ) eine Fokussieroptik ( ) A focusing optics ( 54 54 ) zur Fokussierung der von der ersten Strahlungsquelle ( ) For focusing (from the first radiation source 43 43 ) bereitgestellten Strahlung ( ) Radiation supplied ( 45 45 ) in einem ersten Beleuchtungsstrahlungsfokus ( ) (In a first illumination beam focus 39 39 ) aufweist, welcher mit einem Abstand von dem Meßkopf ( ), Which (with a distance of the measuring head 36 36 ) angeordnet ist, der im wesentlichem dem Arbeitsabstand entspricht. is disposed) which, in substantial corresponds to the working distance.
  6. Interferometersystem nach Anspruch 5, wobei die von der ersten Strahlungsquelle ( An interferometer system according to claim 5, wherein the (from the first radiation source 43c 43c 1 ) bereitgestellte Strahlung ( 1) provided radiation ( 45c 45c 1 ) die erste Wellenlänge (λ 1 ) aufweist und das Interferometersystem ( 1), and said first wavelength (λ 1), the interferometer system ( 41c 41c ) ferner wenigstens eine zweite Strahlungsquelle ( ) Further comprises at least a second radiation source ( 43c 43c 2 ) zur Bereitstellung von Strahlung ( 2) (for providing radiation 45c 45c 2 ) der zweiten Wellenlänge (λ 2 ) umfaßt, welche in dem Beleuchtungsstrahlengang der von der ersten Strahlungsquelle ( 2) the second wavelength (λ 2), which in the illumination beam path of the (of the first radiation source 43c 43c 1 ) bereitgestellten Strahlung ( 1) radiation supplied ( 45c 45c 1 ) überlagert ist. 1) is superimposed.
  7. Interferometersystem nach Anspruch 6, wobei die Fokussieroptik ( An interferometer system according to claim 6, wherein said focusing optics ( 45c 45c ) die von der zweiten Strahlungsquelle ( ) The (of the second radiation source 43c 43c 2 ) bereitgestellte Strahlung ( 2) provided radiation ( 45c 45c 2 ) in einem zweiten Beleuchtungsstrahlungsfokus ( 2) (in a second illumination beam focus 39c 39c 2 ) fokussiert, welcher ebenfalls mit einem Abstand von dem Meßkopf angeordnet ist, der im wesentlichem dem Arbeitsabstand entspricht, allerdings von dem ersten Beleuchtungsstrahlfokus ( 2) focus, which is also disposed with a distance from the measuring head, which corresponds to the working distance in substantial, but (from the first illumination beam focus 39c 39c 1 ) einen Abstand aufweist. 1) at a distance.
  8. Interferometersystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Detektor zur Detektion der von der ersten und der zweiten Strahlungsquelle ( An interferometer system according to claim 6 or 7, wherein the detector for detecting the (of the first and the second radiation source 43c 43c 1 , 1, 43c 43c 2 ) bereitgestellten Strahlung ( 2) radiation supplied ( 45c 45c 1 , 1, 45c 45c 2 ) jeweils verschiedene Teildetektoren ( 2) each different sub-detectors ( 61c 61c 1 , 1, 61c 61c 2 ) umfaßt, und wobei einem jeden Teildetektor ein separater Bandpaßfilter ( 2), and wherein a part of each detector a separate bandpass filter ( 73c 73c 1 , 1, 73c 73c 2 ) zur Verarbeitung der von diesem bereitgestellten Meßsignale vorgesehen ist. 2) is provided for processing the measuring signals provided by it.
  9. Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Meßkopf ( The interferometer system of any of claims 1 to 8, wherein the measuring head ( 36a 36a ) einen Antrieb ( ) A drive ( 85 85 ) aufweist, um wenigstens eine Grenzfläche ( ), Comprising at least (a boundary surface 53a 53a ) des Grenzflächenpaares ( () Of the interface pair 52a 52a , . 53a 53a ) relativ zu dem Meßkopf ( ) (Relative to the measuring head 36a 36a ) zu verlagern. ) To relocate.
  10. Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Grenzflächenpaar durch einen transparenten Körper ( The interferometer system of any of claims 1 to 9, wherein the interface pair (by a transparent body 51 51 ) mit zwei planparallelen einander gegenüberliegenden Oberflächen ( ) Having two plane-parallel opposite surfaces ( 52 52 , . 53 53 ) bereitgestellt ist. ) Is provided.
  11. Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Grenzflächenpaar ( The interferometer system of any of claims 1 to 9, wherein the interface pair ( 52a 52a , . 52b 52b ) durch zwei mit Abstand voneinander angeordnete transparente Platten ( ) (With two spaced apart transparent plates 81 81 , . 82 82 ) bereitgestellt ist. ) Is provided.
  12. Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Grenzflächenpaar durch zwei mit Abstand voneinander in einer Glasfaser angeordnete teilreflektierende Strukturen bereitgestellt ist. The interferometer system of any of claims 1 to 9, wherein the interface is provided by two pairs of spaced-apart in an optical fiber partially reflecting structures.
  13. Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einem Meßkopf ( The interferometer system of any of claims 1 to 12, (with a measuring head 36b 36b ) zum Senden von Strahlung auf ein Objekt ( ) (For sending radiation to an object 9b 9b ) und zum Empfang von von dem Objekt ( ) And receiving (from the object 9b 9b ) zurückgeworfener Strahlung, wobei eine Anordnung des Meßkopfes ( ) Retroreflected radiation, wherein an arrangement of the measuring head ( 36b 36b ) mit einem Arbeitsabstand (l 2 ) von dem Objekt ( ) (With a working distance l 2) from the object ( 9b 9b ) vorgesehen ist, wobei das Interferometersystem ( is provided), said interferometer ( 41b 41b ) einen ersten Strahlengang für Strahlung ( ) Comprises a first beam path for radiation ( 45b 45b ) einer vorbestimmten kurzen ersten Kohärenzlänge aufweist, wobei in dem ersten Strahlengang der Reihe nach eine erste Strahlungsquelle ( ) Of a predetermined first short coherence length, wherein (in the first optical path in order, a first radiation source 43b 43b ) zur Bereitstellung der Strahlung ( ) (For providing the radiation 45b 45b ) mit der ersten Kohärenzlänge, eine dem Objekt ( ) (With the first coherence length, the object 9b 9b ) nächstliegende Komponente ( ) Closest component ( 54b 54b ) des Meßkopfes ( () Of the measuring head 36b 36b ), das Objekt ( ), the object ( 9b 9b ), die dem Objekt ( ), Which (the object 9b 9b ) nächstliegende Komponente ( ) Closest component ( 54b 54b ) des Meßkopfes ( () Of the measuring head 36b 36b ) und ein erster Detektor ( ) And a first detector ( 61b 61b ) angeordnet sind, wobei das Interferometersystem einen zweiten Strahlengang für Strahlung ( ) Are arranged, wherein the interferometer a second beam path for radiation ( 92 92 ) einer vorbestimmten langen dritten Kohärenzlänge aufweist, wobei in dem zweiten Strahlengang der Reihe nach eine dritte Strahlungsquelle ( ) Of a predetermined length third coherence length, wherein (in the second optical path in order, a third radiation source 91 91 ) zur Bereitstellung der Strahlung ( ) (For providing the radiation 92 92 ) mit der dritten Kohärenzlänge, die dem Objekt ( ) With the third coherence length (the object 9b 9b ) nächstliegende Komponente ( ) Closest component ( 54b 54b ) des Meßkopfes ( () Of the measuring head 36b 36b ), das Objekt, die dem Objekt ( ), The object, the object ( 9b 9b ) nächstliegende Komponente ( ) Closest component ( 54b 54b ) des Meßkopfes ( () Of the measuring head 36b 36b ) und ein zweiter Detektor ( ) And a second detector ( 101 101 ) angeordnet sind, und wobei das Interferometersystem ferner umfaßt: eine erste Verarbeitungsschaltung ( ) Are arranged, and wherein the interferometer further comprises: a first processing circuit ( 103 103 ) für von dem zweiten Detektor ( ) (For by the second detector 101 101 ) bereitgestellte Meßsignale und zur Bereitstellung eines eine Modulationsfrequenz (f 2 ) des von dem zweiten Detektor ( ) Provided the measurement signals and for providing a modulation frequency (f 2) of the (from the second detector 101 101 ) bereitgestellten Meßsignals repräsentierenden Frequenzsignals, eine zweite Verarbeitungsschaltung ( ) Measurement signal provided representing the frequency signal, a second processing circuit ( 71b 71b ) für von dem ersten Detektor ( ) For (from the first detector 61b 61b ) bereitgestellte Meßsignale, wobei die zweite Verarbeitungsschaltung ( ) Supplied measurement signals, wherein said second processing circuit ( 71b 71b ) einen Bandpaßfilter ( ) A bandpass filter ( 73b 73b ) mit einem von dem Frequenzsignal abhängenden Frequenzband aufweist. ) Having a depending of the frequency signal frequency band.
  14. Interferometersystem nach Anspruch 13, wobei eine innerhalb des Frequenzbands angeordnete Frequenz f 1 der Gleichung An interferometer system according to claim 13, wherein one is arranged within the frequency band of frequency f 1 of the equation
    Figure 00380001
    erfüllt, wobei f 2 die Modulationsfrequenz (f 2 ) des von dem zweiten Detektor ( is satisfied, where f 2 is the modulation frequency (f 2) of the (from the second detector 101 101 ) ausgegebenen Meßsignals ist, λ 1 eine Wellenlänge der Strahlung ( ) Output measurement signal, (λ 1 is a wavelength of the radiation 45b 45b ) der ersten Kohärenzlänge ist und λ 3 eine Wellenlänge der Strahlung ( ) Of the first coherence length, and (3 λ a wavelength of the radiation 92 92 ) der dritten Kohärenzlänge ist. ) Is the third coherence length.
  15. Interferometersystem nach Anspruch 13 oder 14, wobei der erste und der zweite Strahlengang zwischen dem Meßkopf ( An interferometer system according to claim 13 or 14, wherein the first and the second beam path between the measuring head ( 36b 36b ) und dem Objekt ( ) And the object ( 9b 9b ) einander überlagert sind. ) Are superimposed on each other.
  16. Interferometersystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, ferner umfassend eine in dem ersten Strahlengang zwischen einer dem Objekt ( The interferometer system of any of claims 13 to 15, further comprising a (in the first optical path between the object 9b 9b ) nächstliegenden Komponente ( ) Nearest component ( 54b 54b ) des Meßkopfes ( () Of the measuring head 36b 36b ) und dem ersten Detektor ( ) And the first detector ( 61b 61b ) und in dem zweiten Strahlengang zwischen der dem Objekt ( ) And in the second beam path between the (the object 9b 9b ) nächstliegenden Komponente ( ) Nearest component ( 54b 54b ) des Meßkopfes ( () Of the measuring head 36b 36b ) und dem zweiten Detektor ( ) And the second detector ( 101 101 ) angeordnete Strahlweiche ( ) Arranged beam splitter ( 97 97 ), wobei der erste und der zweite Strahlengang zwischen der dem Objekt ( ), Wherein the first and the second beam path between the (the object 9b 9b ) nächstliegenden Komponente ( ) Nearest component ( 54b 54b ) des Meßkopfes ( () Of the measuring head 36b 36b ) und der Strahlweiche ( ) And the beam splitter ( 97 97 ) einander überlagert sind. ) Are superimposed on each other.
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