DE1447253C

DE1447253C - Method and apparatus for continuous interferometric measurement of the thickness or refractive index of a moving film

Info

Publication number: DE1447253C
Authority: DE
Inventors: Philipp Alexander Gren don Farms Wilmington Del Flouenoy (V St A )
Original assignee: E I du Pont de Nemours and Co , Wilmington, Del (V St A), Vr Wuesthoff, F , Dr Ing , Pech mann, E v , Dipl Chem Dr rer nat , Pat Anwalte, 8000 München
Publication date: 1972-10-26

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen interferometrischen Messung von Dicke oder Brechungsindex eines laufenden, durchsichtigen Films, bei dem auf den Film ein Weißlichtbündel gerichtet wird und die an der Vorderseite und an der Rückseite des Films reflektierten, einen Gangunterschied aufweisenden Lichtbündel nach Verändern ihres Gangunterschiedes zur Interferenz gebracht werden und die zum Erzeugen einer weißen Interferenzverstärkung erforderliche Veränderung des Gangunterschiedes gemessen wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for the continuous interferometric measurement of Thickness or index of refraction of a running, transparent film in which a bundle of white light hits the film and which are reflected on the front and back of the film have a path difference having light bundle brought to interference after changing their path difference and the change in the required to produce white interference enhancement Path difference is measured, as well as on a device for performing this method.

üblicherweise wird bei interferometrischen Untersuchungen eine Probe mit monochromatischem Licht bestrahlt, wobei eine sich in einem Interferenzstreifen äußernde Interferenzverstärkung bekanntlich bei interferometrischer überlagerung von zwei Wellenzügen gleicher Wellenlänge mit einem Gangunterschied eines doppelten ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge erfolgt. Nun liegt die Wellenlänge eines monochromatischen Anteils sichtbaren Lichtes etwa zwischen 4000 und 7500 Ä. Typische Filmdicken liegen jedoch im Bereich von etwa 50 μ. Eine solche Filmdicke ist also etwa lOOmal größer als eine charakteristische Wellenlänge sichtbaren Lichtes.is usually used in interferometric examinations a sample is irradiated with monochromatic light, one being in an interference fringe expressive interference amplification is known to be with interferometric Superposition of two wave trains of the same wavelength with a path difference a double integer multiple of half the wavelength takes place. Now is the wavelength of one monochromatic portion of visible light between 4000 and 7500 Å. Typical film thicknesses however, are in the range of about 50 μ. Such a film thickness is about 100 times greater than a characteristic one Visible light wavelength.

Bei interferometrischen Längenmessungen unter Verhältnissen, wie sie bei normalen Filmdickenmessungen vorliegen, ist also bei Bestrahlung der Probe mit monochromatischem Licht zur Auswertung des Meßergebnisses ein Auszählen von sehr vielen Interferenzstreifen, und zwar in der Größenordnung hundert Interferenzstreifen, erforderlich, was recht mühsam ist. Längenmessungen mit monochromatischem Licht eignen sich daher in erster Linie nur unter solchen Verhältnissen, bei denen die Wellenlänge der Filmdicke vergleichbar ist, oder natürlich dann, wenn man Wellenlängenmessungen vornehmen will'With interferometric length measurements under conditions as they are with normal film thickness measurements is present, so is when the sample is irradiated with monochromatic light to evaluate the The result of the measurement is a counting of a very large number of interference fringes, in the order of a hundred Interference fringes, required, which is quite troublesome. Length measurements with monochromatic Light are therefore primarily only suitable under conditions in which the wavelength of the Film thickness is comparable, or of course if you want to make wavelength measurements'

Die deutsche Patentschrift 930 589, die britische Patentschrift 595 940 und die deutsche Auslegeschrifi 1090 881 betreffen derartige Untersuchungen mit monochromatischem Licht, wobei jeweils die genannte Schwierigkeit auftaucht, eine größere Anzahl vor. Interferenzstreifen auszuwerten. Von solchen Unter suchungen sind folgende Verfahrensmerkmale bereib in verschiedenem Zusammenhang bekannt; PeriThe German patent specification 930 589, the British patent specification 595 940 and the German Auslegeschrifi 1090 881 relate to such examinations with monochromatic light, each of the named Difficulty emerges a larger number before. Evaluate interference fringes. From such sub searches, the following procedural features are already known in various contexts; Peri

odisches Verschieben einer die Phasenlage eines interferometrisch untersuchten Wellenzuges bestimmenden Interferometerfläche, Auswerten eines Interferenzbildes durch Empfangen des Bildes in einer lichtelektrischen Detektorvorrichtung sowie Auswerten von Abständen des erzeugten optischen Bildes durch Messung des Zeitabstandes zwischen einem einer optischen Verstärkung zugeordneten elektrischen Ausgangssignal der Detektorvorrichtung und einer Zeitmarke. Trotzdem haben sich, wie gesagt, derartige Vorrichtungen, bei denen ein Film mit monochromatischem Licht bestrahlt wird, wegen der Vielzahl der auftretenden Interferenzmaxima nicht bewährt. Man hat lediglich versucht, die beim Auszählen der Streifen auftretenden Schwierigkeiten durch Hilfsmaßnahmen zu verringern, z. B. durch Verwendung eines in den Strahlengang eingeschalteten und hin- und herbewegten Rasters mit Rasterabstand der monochromatischen Wellenlänge (britische Patentschrift 595 940) oder eines entsprechenden anderen, im Strahlengang bewegten Gitters (deutsches Patent 930 589). Ungeeignet für kontinuierliche Filmdickemessungen eines laufenden Films sind solche bekannten Anordnungen, bei denen die zur Auswertung vorgesehene interferometrische Vorrichtung starr mit der Untersuchungsprobe verbunden ist (deutsche Auslegeschrift 1090 881).odical shifting of a wave train that determines the phase position of an interferometrically examined wave train Interferometer surface, evaluation of an interference image by receiving the image in a photoelectric Detector device and evaluation of distances of the generated optical image Measurement of the time interval between an electrical output signal assigned to an optical amplification the detector device and a time stamp. Nevertheless, as I said, such Devices in which a film is irradiated with monochromatic light because of the variety the occurring interference maxima not proven. You just tried to count the Stripes to reduce difficulties occurring through relief measures, e.g. B. through use a grid that is switched to the beam path and moved back and forth with the grid spacing of the monochromatic wavelength (British Patent 595 940) or other equivalent, grating moving in the beam path (German patent 930 589). Unsuitable for continuous film thickness measurements of a running film are such known arrangements in which the for evaluation provided interferometric device is rigidly connected to the test sample (German Interpretation document 1090 881).

Bei interferometrischen Untersuchungen der eingangs genannten Art dagegen wird statt einer monochromatischen Untersuchungslichtquelle eine weiße, d. h. breitbandige Untersuchungslichtquelle, benutzt.In the case of interferometric examinations of the type mentioned, on the other hand, instead of a monochromatic one Examination light source a white, d. H. broadband examination light source, used.

Es ist in der optischen interferometrischen Technik allgemein bekannt, daß derartige weiße Untersuchungslichtquellen nur dann einen »weißen« Interferenzverstärkungsstreifen ergeben, wenn die optische Wegdifferenz der interferometrisch verglichenen Lichtbündel gleich Null ist. Diese weiße Interferenzverstärkung wird lediglich noch von einigen benachbarten farbigen Interferenzstreifen begleitet, während sich alle weiteren Interferenzverstärkungen der monochromatischen Anteile des breitbandigen Untersuchungslichtbündels insbesondere im Abstand von der einzigen weißen Interferenzverstärkung so überlagern, daß sie nicht mehr in Erscheinung treten (siehe z. B. »Fundamental of Optics« von Jenkins und White, McGraw-Hill Book Company, Inc., 1957, S. 250, und »Modern Interferometers« von C. C an dl er, Hilger & Watts, Ltd., 1951, S. 223 bis 225, insbesondere S. 223, Satz 1). Derartige breitbandige »weiße« Untersuchungslichtbündel eignen sich daher zur interferometrischen Untersuchung von Proben mit wesentlich größeren Abmessungen als eine typische Untersuchungslichtwellenlänge. Trotzdem ist eine optische Auswertung auch derartiger, von einer breitbandigen »weißen« Untersuchungslichtquelle gewonnener Interferenzstreifenbilder relativ schwierig, unter anderem wegen der farbigen Nebenmaxima.It is well known in the optical interferometric art that such white inspection light sources A "white" interference reinforcement stripe only results if the optical Path difference of the light bundles compared interferometrically is zero. This white interference enhancement is only accompanied by a few neighboring colored interference fringes while all further interference amplifications of the monochromatic components of the broadband examination light bundle superimpose in particular at a distance from the only white interference amplification so that that they no longer appear (see, for example, "Fundamental of Optics" by Jenkins and White, McGraw-Hill Book Company, Inc., 1957, p. 250, and Modern Interferometers by C. C an dl er, Hilger & Watts, Ltd., 1951, pp. 223 to 225, in particular p. 223, sentence 1). Such broadband "White" examination light bundles are therefore suitable for the interferometric examination of Samples with dimensions much larger than a typical examination light wavelength. Nevertheless is an optical evaluation of such a broadband "white" examination light source obtained interference fringe images relatively difficult, among other things because of the colored Secondary maxima.

Ein mit weißem Licht arbeitendes Verfahren zur Filmdickenmessung ist aus den USA.-Patenten 2.518 647, 2 578 859 und 2 655 073 bekannt. Der Film wird dabei unter einem schrägen Einfallwinkel bestrahlt, und die an Vorder- und Rückseite des Films reflektierten Lichtbündel werden auf einen optischen Keil geleitet. Das auftretende Interferenzbild wird visuell untersucht. Dabei werden Interferenzverstärkungsstreifen der optischen Wegdifferenz der beiden an Vorder- und Rückseite des Films reflektierten Lichtstrahlenbündel zugeordnet und Dickenmessungen durch Feststellung der Lage eines Interferenzverstärkungsstreifens gegenüber einer Skala vorgenommen. A method of measuring film thickness using white light is known from the United States patents 2,518,647, 2,578,859 and 2,655,073 known. The film is at an oblique angle of incidence irradiated, and the light bundles reflected on the front and back of the film are on an optical Wedge headed. The interference pattern that occurs is examined visually. Thereby interference reinforcement fringes become the optical path difference of the two reflected on the front and back of the film Associated light beam and thickness measurements by determining the position of an interference reinforcement strip made against a scale.

Dabei wird allgemein eine größere Anzahl von optischen Keilen bereitgehalten, da mit einem einzigen optischen Keil nur ein geringer Meßbereich erfaßt werden kann. Es ist bekannt, eine Meßbereichserweiterung eines einzelnen optischen Keils dadurch zu erreichen, daß man die Winkelanordnung des Keils gegenüber dem Film ändert und gegebenenfalls weiterhin noch einen Spiegel vorsieht. Dieser Spiegel wird bei einer Ausführungsform von Hand verstellt, bis Interferenzverstärkung sichtbar wird. Die Filmdicke ist dann an einer mit dem Spiegel verbundenen, entsprechend geeichten Skala ablesbar.A larger number of optical wedges is generally kept ready, since with a single one optical wedge only a small measuring range can be detected. It is known to extend the measuring range of a single optical wedge thereby to achieve that one changes the angular arrangement of the wedge relative to the film and, if necessary still provides a mirror. This mirror is adjusted by hand in one embodiment, until interference gain becomes visible. The film thickness is then at a point connected to the mirror, readable according to the calibrated scale.

Mit diesen bekannten Anordnungen kann man bereits Filmdicke- oder Filmbrechungsindexmessungen durchführen, die nach Angaben in der erstgenannten Patentschrift von Flattererscheinungen des Filmes nur wenig beeinflußt sind. Die Einjustierung und die Bedienung einer solchen Anordnung erfordert jedoch hohes fachmännisches Können. Die Auswertung des Interferenzstreifenbildes erfolgt nämlich visuell, was ziemlich schwierig und, wenn nicht große Sorgfalt auf die Messung verwandt wird, recht ungenau ist. Entsprechend erfordert jede Messung relativ viel Zeit. Die bekannten Anordnungen eignen sich dabei höchstens für die stichprobenweise Ermittlung von Meßwerten, keinesfalls aber für quasi-kontinuierlich durchzuführende Messungen, z. B. der Dicke eines laufenden Filmes während der Produktion. Außerdem ist bei den bekannten Anordnungen nicht vorgesehen, das Meßergebnis in Form eines z. B. elektrischen Signals darzustellen, welches dann für Registrier-, Steuer- oder Regelzwecke verwendet werden könnte.With these known arrangements one can already measure film thickness or film refractive index perform, according to information in the first-mentioned patent of flutter phenomena of the film are only slightly affected. However, the adjustment and operation of such an arrangement requires high level of expertise. The evaluation of the interference fringe image is done visually, what quite difficult and, unless great care is taken in the measurement, quite inaccurate. Accordingly, each measurement takes a relatively long time. The known arrangements are suitable here at most for the random determination of measured values, but never for quasi-continuous measurements to be carried out, e.g. B. the thickness of a running film during production. Besides that is not provided in the known arrangements, the measurement result in the form of a z. B. electrical Signals, which are then used for registration, control or regulation purposes could.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein für die berührungsfreie Messung der Filmdicke oder des Brechungsindexes geeignetes Verfahren der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß eine selbsttätige und fortlaufende Messung ohne das ständige Eingreifen einer Bedienungsperson stattfinden kann und daß gegebenenfalls eine Registrierung oder andere Auswertung der Meßergebnisse möglich ist.The invention is based on the object of a non-contact measurement of the film thickness or to design the refractive index suitable method of the type mentioned so that an automatic and continuous measurement can take place without constant operator intervention and that, if necessary, a registration or other evaluation of the measurement results is possible.

Zum Lösen dieser Aufgabe ist unter Verwendung zum Teil bekannter Verfahrenselemente vorgesehen, daß der Gangunterschied periodisch verändert und mit gleicher Periode eine Zeitmarke erzeugt wird, daß die gemeinsame Intensität der interferierenden Lichtbündel auf an sich bekanntem, photoelektrischem Wege als elektrisches Signal dargestellt wird und daß der Zeitabstand zwischen der periodischen Zeitmarke und jedem Auftreten eines der weißen Interferenzverstärkung entsprechenden Signals gemessen wird.To solve this problem, some known process elements are used, that the path difference is changed periodically and a time stamp is generated with the same period, that the common intensity of the interfering light beam on a known, photoelectric Paths is represented as an electrical signal and that the time interval between the periodic time stamp and measuring each occurrence of a signal corresponding to the white interference enhancement.

Das Verfahren gemäß der Erfindung erfordert weder besonderes fachmännisches Können der die Messungen auswertenden Person noch treten Schwierigkeiten durch die optische Auswertung, z. B. durch das Vorhandensein der farbigen Nebenmaxima, auf, da man elektrisch die Interferenzverstärkungen leicht einwandfrei ermitteln kann. Vorzugsweise werden zur Messung erfindungsgemäß diejenigen Intensitätssignale unterdrückt, die unter dem Pegel der den weißen Interferenzverstärkungen entsprechenden elektrischen Signale liegen. · .The method according to the invention does not require any special skill in the art Measurements evaluating person still experience difficulties through the optical evaluation, z. B. by the presence of colored secondary maxima, as one can easily electrically interfere reinforcements can correctly determine. According to the invention, those intensity signals are preferably used for the measurement suppresses those below the level of the electrical ones corresponding to the white interference enhancements Signals lie. ·.

Bei dem Verfahren der eingangs genannten Art mit Verwendung optischer Keile ist es bereits bekannt.In the case of the method of the type mentioned at the outset using optical wedges, it is already known.

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die beiden an der Vorderseite und an der Rückseite F i g. 2 zeigt eine Darstellung eines Michelsondes Films reflektierten Lichtbündel jeweils in zwei Interferometers mit hin- und herbewegbarem Reflekweiße Teilbündel zu zerlegen. Hierzu wird nach der tor, das zum Gewinnen von Interferenzmarken Ver-Erfindung ein Interferometer von Michelson-Typ wendung finden kann, wie sie beim Messen der Filmverwendet und der Zeitabstand zwischen der Zeit- 5 dicke verwendet werden;the two on the front and on the back F i g. 2 shows a representation of a Michel probe Films reflected light bundles in two interferometers with reflectors that can be moved to and fro To disassemble part bundle. For this purpose, according to the goal that is used to gain interference marks, Ver-Invention a Michelson-type interferometer such as that used in measuring film and the time interval between the time thickness 5 can be used;

marke und jedem Auftreten eines Signals-gemessen, Fig. 3 zeigt ein mit gleich langen interferomedas einem der beiden Interferenzverstärkungen ent- trischen Armen in der Vorrichtung der F i g. 1 und 2 spricht, die von je einem Teilbündel des einen Licht- gewonnenes typisches Interferogramm zu beiden Seibündels und je einem Teilbündel des anderen Licht- ten der zentralen weißen Interferenzverstärkung mit bündeis erzeugt werden. Bei der Form des Verfahrens io überlagerung des Raum-Zeit-Verlaufs der Verschieist es möglich, mit nahezu normalem Lichteinfall bungsbewegung des hin-und herbewegbaren Spiegels; auf dem Film zu arbeiten. Meßfehler auf Grund von F i g. 4 zeigt eine Darstellung des zeitlichen Ver-Flattererscheinungen des Films sind dann praktisch laufs der Bewegung des hin- und herbewegbaren ausgeschlossen. Spiegels der mterferometrischen Vorrichtung dermark and each occurrence of a signal-measured, Fig. 3 shows an interferomedas of the same length arms in the device of FIG. 1 and 2 speaks, that of a partial bundle of each of the typical interferograms obtained for both bundles of light and a partial bundle of the other light of the central white interference amplification with alliance can be generated. In the form of the method io superimposition of the space-time curve of the variance it is possible, with almost normal incidence of light, exercise movement of the mirror that can be moved back and forth; to work on the film. Measurement errors due to F i g. 4 shows an illustration of the temporal flutter phenomenon of the film are then practically the course of the movement of the reciprocating locked out. Mirror of the mterferometric device of the

Darüber hinaus kann bei Benutzung von vier Teil- 15 Fi g. 2 in einem Längenmaßstab, welcher der Ändebündeln in vorteilhafter Weise als Zeitmarke das der rung der optischen Wegdifferenz während der Spiegelanderen der beiden Interferenzverstärkungen entspre- bewegung des Interferometers entspricht, wobei die chende Signal verwendet werden. Möglich ist auch, maximale Wegstrecke etwas größer als die zu messende daß als Zeitmarke ein Signal verwendet wird, das Filmdicke ist;In addition, when using four part 15 Fi g. 2 in a length scale, which of the change bundles advantageously as a time mark that of the generation of the optical path difference during the mirror others of the two interference amplifications corresponds to the movement of the interferometer, where the corresponding signal can be used. It is also possible for the maximum distance to be slightly larger than that to be measured that a signal which is film thickness is used as the time stamp;

einer gleichzeitigen Interferenzverstärkung sowohl 20 F i g. 5 zeigt eine Darstellung einer zweiten Aus-simultaneous interference amplification both 20 F i g. 5 shows a representation of a second embodiment

der Teilbündel des einen Lichtbündels einerseits und führungsform einer Vorrichtung zur Messung amthe partial bundle of a light bundle on the one hand and guide form of a device for measuring on

der Teilbündel des anderen Lichtbändels anderer- laufenden Film;the partial bundle of the other bundle of light from another running film;

seits entspricht. , Hierbei tritt die Zeitmarke genau F i g. 6 zeigt eine Meßvorrichtung für Dickenab-on the other hand corresponds. , Here the time stamp occurs exactly F i g. 6 shows a measuring device for thickness

dann auf, wenn die beiden optischen Weglängen im weichungen eines Filmes von einer Solldicke;then on when the two optical path lengths in the deviations of a film from a nominal thickness;

Interferometer gleich sind. 25 F i g. 7 zeigt die Formen elektrischer Signale inInterferometers are the same. 25 Fig. 7 shows the forms of electrical signals in FIG

Wie gesagt, wird bei der Erfindung zur Unter- der Vorrichtung nach Fig. 6;As said, in the case of the invention, the device according to FIG. 6;

suchung eine breitbandige »weiße« Lichtquelle be- F i g. 8 ist eine Darstellung einer optischen Meßnutzt. Man kann jedoch eine monochromatische vorrichtung für den Brechungsindex;
Lichtquelle zusätzlich als Zeitbasiserzeuger verwen- F i g. 9 und 10 zeigen Interferogramme mit Interden. Die Zeitmessung kann in an sich bekannter 30 ferenzstreifen, wie sie die Vorrichtung gemäß F i g. 8 Weise durch Zählung kleiner Zeitintervalle mit an liefert,
sich bekannter Zähltechnik erfolgen. Gemäß F i g. 1 kann die Filmdicke eines freisearch for a broadband “white” light source. Fig. 8 is an illustration of an optical measurement utility. However, one can use a monochromatic refractive index device;
The light source can also be used as a time base generator. 9 and 10 show interferograms with interdenes. The time measurement can be carried out in reference strips known per se, as shown in the device according to FIG. 8 way, by counting small time intervals with an,
known counting technology. According to FIG. 1, the film thickness of one can be freely

Zur Erzeugung der vier interferometrisch ver- laufenden Films mit reflektierter Strahlung ständig glichenen Teilbündel hat sich besonders ein an sich gemessen werden, indem eine geeignete Meßvorrichbekanntes Michelson-Interferometer bewährt, dessen 35 tung auf einer einzigen Seite des zu untersuchenden beweglicher Spiegel nach einer Sägezahnfunktion hin- Films angeordnet wird. Indessen ist auch eine Arbeitsund herbewegbar ist, wobei die flache Zahnflanke der weise mit durchgehender Strahlung möglich, wie es Bewegungsfunktion der Zeitmessung zugeordnet ist. im folgenden beschrieben ist.To generate the four interferometrically running films with reflected radiation continuously The same sub-bundle has to be measured by a suitable measuring device Michelson interferometer has proven its worth on a single side of the object to be examined movable mirror after a sawtooth function is arranged out film. Meanwhile, there is also a working and is movable, the flat tooth flank of the way with continuous radiation possible, as it is Movement function of the time measurement is assigned. is described below.

Man kann jedoch, wenn man gemäß der der Der mit 10 bezeichnete Film kann mit einem Erfindung zugrunde liegenden Grundidee lediglich 40 schmalen Strahl einer analytischen Strahlung 15 abmit zwei interferometrisch überlagerten Lichtbündeln getastet werden, während er über die Führungsarbeitet, die von Vorder- und Rückseite des Films walzen 11 und 12 läuft. Typisch ist eine Filmgeschwinherstammen, so vorgehen, daß als interferometrisches digkeit von etwa 110 m/min, und für einen klaren Analysiergerät eine ebene lichtdurchlässige Platte Zellophanfilm mit einer Dicke im Bereich zwischen dient, die um eine zur Filmebene parallele Achse 45 0,0025 und 0,4 mm kann beispielsweise das Unterperiodisch drehbar ist, an deren dem Film züge- suchungslichtbündel eine »weiße« Strahlung im nahen wandten Seite eine Reflexion des an der Rückseite Infrarotbereich sein, d. h. im 1-3-Micron-Bereich. reflektierten Lichtbündels und an deren dem Film Interferenzen bei der Dickemessung, die durch abgewandten Seite eine Reflexion des an der Vor- Schwankungen der Filmbahn zustande kommen könnderseite des Films reflektierten Lichtbündels jeweils 5° ten, sind effektiv beseitigt, indem der Film mit dem an einer lichtreflektierenden Beschichtung erfolgt Untersuchungslichtbündel nahezu senkrecht zum Film und daß das Untersuchungslichtbündel unter einem abgetastet wird.One can, however, if one according to the The film denoted by 10 can with a The basic idea underlying the invention only emits 40 narrow beams of analytical radiation 15 two interferometrically superimposed light bundles are scanned while he is working on the guide, the rollers from the front and back of the film 11 and 12 runs. Typical is a movie speed, Proceed so that as an interferometric speed of about 110 m / min, and for a clear Analyzer a flat translucent sheet of cellophane film with a thickness ranging between The subperiodic can be rotated around an axis 45 0.0025 and 0.4 mm parallel to the plane of the film, for example, at the film of which a “white” radiation is close at hand turned side will be a reflection of the infrared region on the rear side, i.e. H. in the 1-3 micron range. reflected light beam and other interferences with the film during the thickness measurement, which by facing away from the side, a reflection of the side that can cause fluctuations in the film web of the film reflected light beam every 5 ° th, are effectively eliminated by the film with the On a light-reflecting coating, the examination light beam is almost perpendicular to the film and that the examination light beam is scanned under one.

schrägen Winkel auf den Film auffällt. Als Zeitmarke Als Strahlungsquelle 16 kann eine weißglühendeoblique angle on the film is noticeable. As a time mark As the radiation source 16, an incandescent

kann dann irgendeine einer Phase der Plattenbewe- 35-Watt-Wolframdrahtlampe dienen, die durch einecan then serve any one phase of the plate-moving 35 watt tungsten wire lamp, which is supported by a

gung zugeordnete Zeitmarke dienen. Es ist auch mög- 55 nicht gezeigte 6-Volt-Gleichstromquelle betriebenassigned time stamp. It is also possible to operate a 6-volt direct current source (not shown)

lieh, diese Zeitmarke so zu wählen, daß im wesent- wird. Die Quelle 16 ist innerhalb eines lichtdichtenlent to choose this time stamp so that essentially becomes. The source 16 is within a light tight

liehen nur dann eine Zeitdifferenzanzeige auftritt, Gehäuses 17 angeordnet, das mit einer doppelkon-borrowed only then a time difference display occurs, housing 17 is arranged, which is equipped with a double

wenn die Filmdicke oder der Brechungsindex des vexen Kondensorlinse 18 aus Glas und einer Blen-when the film thickness or the refractive index of the vex condenser lens 18 made of glass and an aperture

untersuchten Films eine vorgegebene Toleranz über- denöffnung 20 versehen ist, so daß eine Abbildungexamined film is provided with a predetermined tolerance over the opening 20, so that an image

schreitet. 60 des heißen Drahtes der Lichtquelle 16 im Maßstabstrides. 60 of the light source 16 hot wire on scale

Die Erfindung wird in folgenden an Hand schema- 1 : 1 über das Prisma 19 auf die Filmebene projiziertThe invention is projected in the following scheme 1: 1 via the prism 19 onto the film plane

tischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbei- wird; die Strahlungsquelle 16 hat eine leuchtendetable drawings on several execution examples; the radiation source 16 has a luminous one

spielen näher erläutert. Fläche von etwa 65 χ 32 mm.play explained in more detail. Area of about 65 χ 32 mm.

F i g. 1 zeigt eine Schemazeichnung einer Vor- Wie in der Teilfigur A im vergrößerten MaßstabF i g. 1 shows a schematic drawing of a pre-As in the partial figure A on an enlarged scale

richtung zur Dickebestimmung eines laufenden Films, 65 dargestellt ist, trifft das einfallende Lichtbündel 15direction for determining the thickness of a moving film, 65 is shown, the incident light beam 15 hits

bei der die Stelle des AuftrclTcns der Strahlung auf auf die frontseitige Oberfläche des Filmes 10, vonat which the point of incidence of the radiation on the front surface of the film 10, from

den Film vergrößert bei A im unteren Teil der Zeich- der ein Teil des Lichtbündels in Richtung R₁ reflek-the film is enlarged at A in the lower part of the drawing - part of the light beam in the direction of R ₁ reflecting

nung herausgezeichnet ist; tiert wird, während der Hauptanteil der Strahlung intion is drawn out; while the main part of the radiation is in

den Film eintritt und dabei eine Brechung erfährt. Dieses Teilstrahlenbündel trifft dann schließlich auf die hintere Oberfläche des Filmes 10, und ein Teil dieses Lichtbündels wird in Richtung zur Frontfläche reflektiert und verläßt diese Frontfläche schließlich entlang des Weges K₂. Die aus der Probe austretende Strahlung, und zwar beide auf den Wegen K₁ und R₂ austretende Teillichtbündel, ist gemeinsam ' mit 23 bezeichnet. Diese Strahlung trifft dann auf die andere Fläche des Prismas 19 und von dieser Fläche durch die Blendenöffnung 24 in die Eingangsöffnung 25 eines Interferometers 26.the film enters and experiences a refraction. This partial bundle of rays then finally hits the rear surface of the film 10, and part of this bundle of light is reflected in the direction of the front surface and finally leaves this front surface along the path K ₂ . The radiation emerging from the sample, namely both _{partial light bundles emerging on paths K 1} and R ₂ , is jointly denoted by 23. This radiation then strikes the other surface of the prism 19 and from this surface through the diaphragm opening 24 into the input opening 25 of an interferometer 26.

Das Interferometer kann vom Michelson-Typ sein, wie es schematisch in F i g. 2 dargestellt ist, und zwar mit der Besonderheit, daß ein Spiegel 30 des Interferometers, der periodisch hin- und herbewegt wird, und zwar über einen im folgenden noch im einzelnen beschriebenen Bereich, während der andere Spiegel 31 ortsfest ist. Das Interferometer weist einen geeigneten halbdurchlässigen Strahlungsteiler 32 auf, für den in typischer Weise eine 6,3 mm dicke, halbdurchlässige Glasplatte verwendet werden kann, die an der Unterseite teilweise verspiegelt und mit einem Winkel von 45° zu den Spiegeln 30 und 31 angeordnet ist. Der Strahlungsteiler 32 erzeugt zwei Teilbündel annähernd gleicher Intensität,' die zu dem Spiegel 30 bzw. 31 gerichtet sind, von denen sie zum Strahlungsteiler 32 zurückreflektiert werden, wie es mit den Pfeilköpfen angezeigt ist. Die Strahlen werden dann nahe benachbart nach außen auf einen photoelektrischen Detektor 33 geleitet, der in diesem Fall ein Detektor der Bleisulfidart ist. Das beschriebene Interferometer umfaßt einen Sägezahn-Oszillator 37 und einen dazugehörigen elektronischen Leistungsverstärker 38, der periodische Sägezahn-Spannungsimpulse zu einem elektro-dynamischen Schwingankermotor 39 liefert, um den Spiegel 30 mit einer Frequenz von 50 Hz hin- und herzubewegen.The interferometer can be of the Michelson type, as shown schematically in FIG. 2 is shown, and with the peculiarity that a mirror 30 of the interferometer, which moves back and forth periodically is, over one area, which will be described in detail below, while the other Mirror 31 is stationary. The interferometer has a suitable semitransparent beam splitter 32, for which typically a 6.3 mm thick, semi-permeable glass plate can be used, the partially mirrored on the underside and arranged at an angle of 45 ° to the mirrors 30 and 31 is. The beam splitter 32 generates two partial beams of approximately the same intensity, 'the to the Mirrors 30 and 31 are directed, from which they are reflected back to the beam splitter 32, as it is is indicated by the arrow heads. The beams are then closely adjacent to the outside on a photoelectric Detector 33, which in this case is a lead sulfide type detector. The described Interferometer includes a sawtooth oscillator 37 and an associated electronic power amplifier 38, the periodic sawtooth voltage pulses to an electro-dynamic oscillating armature motor 39 provides to reciprocate the mirror 30 at a frequency of 50 Hz.

Beim Betrieb werden die allgemeinen Prinzipien der Interferometrie in folgender Weise angewendet:In operation, the general principles of interferometry are applied in the following way:

Die Phasendifferenz a, die bei Berücksichtigung beliebiger zweier Strahlenbündel der Wellenlänge λ gegeben ist, wenn die Bündel einen Beobachtungspunkt, beispielsweise den Detektor 33 erreichen, ist eine Funktion der optischen Wegdifferenz b und kann durch die GleichungThe phase difference a, which is given when any two bundles of rays of wavelength λ are taken into account when the bundles reach an observation point, for example the detector 33, is a function of the optical path difference b and can be determined by the equation

a =a =

ausgedrückt werden.be expressed.

Wenn die Strahlenbündel in Phase sind, existiert Interferenzverstärkung, die sich durch »Interferenzstreifen« hoher Intensität äußert, während sich zwei Strahlenbündel, die nicht in Phase sind, mehr oder weniger gegenseitig aufheben, je nach dem, inwieweit die Strahlen außer Phase sind.If the bundles of rays are in phase, there is interference amplification, which is defined by "interference fringes" high intensity expresses itself while two beams that are out of phase, more or less cancel each other out, depending on how out of phase the rays are.

Wenn in der Teilfigur A in F i g. 1 die einfallende Strahlung PQ auf den Film mit einem Winkel Θ auffällt, der genüber der Normalen gemessen wird, verläßt das zuerst reflektierte Lichtbündel K₁ die frontseitige Oberfläche des Films, während die verbleibende Strahlung in den Film der Dicke d entlang eines gegen die Normale um den Winkel (-)_{ geneigten Weges zum Punkt S gelangt, der auf der rückwärtigen Fläche des Films 10 liegt. Ein Teil dieser Strahlung wird zum Punkt T auf der l'rontseitigen Fläche des Films entlang dem gebrochenen Weg ST zurückreflektiert, und das zweite reflektierteIf in the partial figure A in FIG. 1 the incident radiation PQ strikes the film at an angle Θ , which is measured with respect to the normal, the first reflected light beam K ₁ leaves the front surface of the film, while the remaining radiation enters the film of thickness d along an angle against the normal the angle (-) _{ inclined path comes to point S lying on the rear surface of the film 10. Part of this radiation is reflected back to point T on the front surface of the film along the refracted path ST , and the second is reflected

Lichtbündel, das auch zur Messung herangezogen wird, tritt dann als R₂ aus. Wenn der Film einen Brechungsindex η hat. kann die optische Wegdifferenz b zwischen A₁ und K₂ berechnet werden alsThe light beam, which is also used for the measurement, then emerges as R ₂ . When the film has a refractive index η . the optical path difference b between A ₁ and K ₂ can be calculated as

b = 2nd cos Q₁ b = 2nd cos Q ₁

(siehe S. 262 in »Fundamentals of Optics« von Jenkins & White), woraus sich die optische Phasendifferenz unter Verwendung der in angepaßter Weise verwendeten Gleichung (1) ergibt als(see p. 262 in "Fundamentals of Optics" by Jenkins & White), from which the optical phase difference is derived using equation (1) appropriately used gives as

α =α =

{2nd cos O₁). {2nd cos O ₁ ).

Die Intensitäten J₁ der als Strahlenbündel K₁ und K₂ reflektierten Strahlung sind nahezu gleich, woraus sich die Intensität der als Ganzes betrachteten beiden Strahlen aus den Seiten 211 bis 213 der obengenannten Literaturstelle ergibt alsThe intensities J _{1 of} the radiation reflected as bundles of rays K ₁ and K ₂ are almost the same, from which the intensity of the two rays considered as a whole from pages 211 to 213 of the above-mentioned reference results as

Al₁ cos² Al ₁ cos ²

Wie man in F i g. 2 erkennt, werden die den Strahl 23 bildenden Bündel R₁ und K₂ in Teilbündel aufgeteilt, die einerseits zum festen Spiegel 31 und andererseits zum hin- und herbewegbaren Spiegel 30 reflektiert und von diesen Spiegeln wieder rückreflektiert werden, wodurch sich vier getrennte Wellenzüge bzw. Teilbündel innerhalb des Interferometers ergeben. Entsprechend den Grundsätzen der Interferometrie herrscht in dem Fall, wenn die Weglängen von der Strahlungsquelle zu den Spiegeln gleich sind, Interferenzverstärkung für alle Weglängen, d. h. »weiße« Interferenzverstärkung, zwischen dem ausfallenden reflektierten Licht der Spiegel. Die unter dieser Bedingung vorhandene weiße Interferenzverstärkung liegt dort, wo der Abstand des Spiegels 30 vom Lichtteiler 32 genau gleich dem Abstand des Spiegels 31 vom Lichtteiler 32 ist, oder mit anderen Worten, wo die Arme des Interferometers gleich sind, da der Punkt Q der Teilfigur A in F i g. 1 an der Frontseite des Films effektiv die gemeinsame Strahlungsquelle für die zwei Teilbündel des Lichtbündels K₁ ist, die dann miteinander eine weiße Interferenzverstärkung erfahren, während der Punkt S, über den Punkt T, eine andere gemeinsame Quelle für die zwei Teilbündel des Bündels K₂ ist, die dann auch eine weiße Interferenzverstärkung erfahren, die sich der K₁-Interferenz überlagert. Das Ergebnis ist ein Interferenzstreifen, der maximale Strahlungsintensität besitzt und als zentrale Interferenzverstärkung deutlich durch den Zacken ρ des Interferogramms der F i g. 3 gezeigt ist. Bei einem Michelson-artigen Interferometer ergibt der zentrale Interferenzstreifen eine geeignete Zeitmarke, von der aus Zeitmessungen in der im folgenden beschriebenen Weise gemacht werden können; jedoch kann auch irgendeine andere in bezug auf die Spiegelstellung festgelegte Zeitmarke in entsprechender Weise praktisch verwendet werden.As shown in FIG. 2 recognizes, the bundles R ₁ and K ₂ forming the beam 23 are divided into partial bundles, which are reflected on the one hand to the fixed mirror 31 and on the other hand to the reciprocating mirror 30 and are reflected back again by these mirrors, whereby four separate wave trains or Resulting partial bundles within the interferometer. In accordance with the principles of interferometry, if the path lengths from the radiation source to the mirrors are the same, there is interference amplification for all path lengths, ie "white" interference amplification, between the reflected light from the mirrors. The white interference amplification present under this condition is where the distance between mirror 30 and light splitter 32 is exactly the same as the distance between mirror 31 and light splitter 32, or in other words, where the arms of the interferometer are equal, since point Q of the partial figure A in Fig. 1 on the front of the film is effectively the common source of radiation for the two partial bundles of light bundle K ₁ , which then experience a white interference amplification with one another, while point S, via point T, is another common source for the two partial bundles of bundle K ₂ which then also experience a white interference gain that is superimposed _{on the K 1 interference.} The result is an interference fringe which has maximum radiation intensity and is clearly shown as the central interference amplification by the spike ρ of the interferogram in FIG. 3 is shown. In a Michelson-type interferometer, the central interference fringe provides a suitable time stamp from which time measurements can be made in the manner described below; however, any other time stamp set with respect to the mirror position may be used in a corresponding manner.

Wird nun einer der Spiegel 30, 31 — im vorliegenden Fall der Spiegel 30 — relativ zum anderen Spiegel bewegt, so wird die Länge des Lichtweges für diejenigen Teilbündel der Lichtbündel K₁ und K₂, die den Weg über den Spiegel 30 nehmen, vergrößert oder verkleinert, d. h.. es wird eine optische Weg-If one of the mirrors 30, 31 - in the present case, the mirror 30 - is moved relative to the other mirror, the length of the light path for those partial bundles of the light bundles K ₁ and K ₂ that take the path via the mirror 30 is increased or increased scaled down, ie. it becomes an optical path

f>5 differcnz r zwischen diesen Teilbündcln und den verbleibenden zwei Teilbündeln eingeführt, deren Lichtweglänge nicht verändert wird. Da das Lichtbündel K₂, bedingt durch den Umwe« QST im Film, inf> 5 difference r between these sub-bundles and the remaining two sub-bundles whose light path length is not changed. Since the light bundle K ₂ , due to the environment QST in the film, is in

209 644/34209 644/34

bezug auf das Bündel .R₁, bereits eine größere Weglänge zurückgelegt hat, ergeben sich neben der zentralen Interferenz zwei weitere Interferenzmöglichkeiten zwischen jeweils zwei der vier Teilbündel. Wird der Spiegel 30 z. B. nach links bewegt, was einer Verkleinerung der Lichtweglänge entspricht, so wird bei einer Spiegelstellung, bei der die optische Wegdifferenz r der durch den Film eingeführten optischen Wegdifferenz b gleicht, die Wegdifferenz zwischen dem über den feststehenden Spiegel 31 geleiteten Teilbündel des Lichtbündels R₁ und dem über den verstellten Spiegel 30 geleiteten Teilbündel des Lichtbündels R₂ zu Null, was eine weiße Interferenzverstärkung zwischen diesen beiden Teilbündeln ergibt.With respect to the bundle .R ₁ , has already traveled a greater distance, there are two further interference possibilities between two of the four sub-bundles in addition to the central interference. If the mirror 30 z. B. moved to the left, which corresponds to a reduction in the length of the light path, in a mirror position in which the optical path difference r equals the optical path difference b introduced through the film, the path difference between the partial bundle of the light bundle guided via the fixed mirror 31 becomes R ₁ and the partial bundle of the light bundle R ₂ guided via the adjusted mirror 30 to zero, which results in a white interference amplification between these two partial bundles.

Der entstandene Seiten-Interferenzstreifen ^₁ hat, verglichen mit dem zentralen Interferenzstreifen p, verringerte Intensität, da ihm die überlagerte Interferenzverstärkung der verbleibenden zwei der im ganzen vier Teilbündel fehlt. Trotzdem hebt sich der Seiten - Interferenzstreifen klar vom angrenzenden Untergrund und anderen gelegentlichen, nicht deutbaren komplexen Teilinterferenzsignal-Niveaus ab. Da die Stellung des Spiegels, bei der der Interferenzstreifen gf, auftritt, und damit auch unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit der Spiegelbewegung, die Zeit zwischen dem Auftreten der oben erläuterten Zeitmarke und dem Auftreten des Streifens Q₁ von der optischen Wegdifferenz b und damit z. B. von der Filmdicke abhängt, ist ein zweiter zeitlicher Bezugspunkt geschaffen, auf den sich die Messung stützen kann.The resulting side interference fringe ^ ₁ has a reduced intensity compared with the central interference fringe p , since it lacks the superimposed interference amplification of the remaining two of the four sub-bundles. Nevertheless, the side interference fringe clearly stands out from the adjacent background and other occasional, non-interpretable, complex partial interference signal levels. Since the position of the mirror at which the interference fringe gf occurs, and thus also taking into account the speed of the mirror movement, the time between the occurrence of the time mark explained above and the occurrence of the fringe Q ₁ from the optical path difference b and thus z. B. depends on the film thickness, a second time reference point is created on which the measurement can be based.

Ein zweiter Seiten-Interferenzstreifen mit exakt derselben Amplitude wie Q₁, nämlich g₂ , wird an der entgegengesetzten Seite des zentralen Interferenz-Streifens ρ hervorgebracht, und zwar als Ergebnis einer nach rechts gerichteten Bewegung des Spiegels 30 gleicher Größe bezüglich des Strahlenteilers 32; denn die Weglänge des Teilstrahlenbündels R₁ zum Spiegel 30 ist dann schließlich so weit verlängert, bis sie der des I^-Teilstrahlbündels gleichkommt, das vom Spiegel 31 rückreflektiert wird. Dieser dritte Interferenzstreifen bringt also einen anderen separaten zeitlichen Bezugspunkt hervor, und zwar entweder in Beziehung zum zentralen Interferenzstreifen p, zum Seiten-Interferenzstreifen g_x oder eben zu irgendeinem anderen in geeigneter Weise festgelegten Bezugspunkt, der eine Messung zuläßt.A second side fringe of exactly the same amplitude as Q ₁ , namely g ₂ , is produced on the opposite side of the central fringe ρ as a result of a rightward movement of the mirror 30 of the same size with respect to the beam splitter 32; because the path length of the partial beam R ₁ to the mirror 30 is then finally extended until it equals that of the I ^ partial beam which is reflected back by the mirror 31. This third interference fringe thus produces another separate time reference point, either in relation to the central interference fringe p, to the side interference fringe g _x or to any other reference point which is appropriately established and which allows a measurement.

Eine genaue Steuerung der Verschiebungsbewegung des Spiegels 30 ist natürlich notwendig, um eine genaue Zeitmessung zu erhalten; ein bequemer Antrieb ist der durch den Sägezahn-Oszillator 37 der · F i g. 2 gegebene Antrieb, der den Spiegel nach einer Weg-Zeit-Funktion hin- und herbewegt, die durch den· Linienzug m repräsentiert ist, der dem Interferogramm der F i g. 3 überlagert gezeichnet ist. Dieser Linienzug ist für den Zweck dieser Beschreibung symmetrisch zum zentralen Interferenzstreifen ρ dargestellt, aber natürlich besteht ein großer Spielraum in dieser Hinsicht. Um die Zeitmessung von Intervallen If zwischen dem zentralen Interferenzstreifen ρ und dem Seiten-Interferenzstreifen g₂ zu vereinfachen, wird vorzugsweise die Translationsgeschwindigkeit des Spiegels 30, d. h. der Anstieg des Linienzuges m, während seines Uberstreichens über das korrespondierende Distanzintervall konstant gehalten, so daß sich die kurzen Rückkehrperioden des Spiegels, die zu den Endlinien tri und m" gehören, mit Absicht jeweils links bzw. rechts an die Seiten-Interferenzstreifen ^₁ und g₂ anschließen. Quantitativ kann die Intensität der Strahlung Ij-, die von dem photoelektrischen Detektor 33 empfangen wird, als Funktion der Änderung des optischen • Weglängenunterschiedes r der Teilstrahlbündel ausgedrückt werden, und zwar als Produkt der Intensitätsverteilung vom Film und vom Interferometer mit Summierung über alle vorkommenden Frequenzen, und zwar durch die GleichungPrecise control of the displacement of the mirror 30 is of course necessary in order to obtain an accurate measurement of time; a convenient drive is that provided by the sawtooth oscillator 37 of FIG. 2 given drive, which moves the mirror back and forth according to a path-time function, which is represented by the line m , which corresponds to the interferogram of FIG. 3 is drawn superimposed. For the purpose of this description, this line trace is shown symmetrical about the central interference fringe ρ , but of course there is a lot of leeway in this regard. In order to simplify the time measurement of intervals If between the central interference fringe ρ and the side interference fringe g ₂ , the translational speed of the mirror 30, ie the rise of the line m, is kept constant during its sweeping over the corresponding distance interval, so that the brief return periods of the mirror, the tri to the lines of termination and m "are, in each case connect intentionally left and right to the side fringe ^ ₁ and g. ₂ Quantitatively, the intensity of the radiation IJ, which received from the photoelectric detector 33 is expressed as a function of the change in the optical path length difference r of the partial beams, namely as the product of the intensity distribution from the film and from the interferometer with summation over all frequencies occurring, namely by the equation

I_f (r) = I₀ 2L cos² neb cos² (π er), (4) I _f (r) = I ₀ 2L cos ² besides cos ² (π er), (4)

wobei I₀, die Strahlung der Quelle, als konstant angenommen ist und c = — die Wellenzahl der verwendeten Strahlung ist. Eine Aufzeichnung der photoelektrisch aufgenommenen Strahlung in dem interessanten Bereich stellt das bereits besprochene Interferogramm der F i g. 3 dar.where I ₀ , the radiation from the source, is assumed to be constant and c = - is the wave number of the radiation used. A recording of the photoelectrically recorded radiation in the area of interest is provided by the interferogram of FIG. 1, which has already been discussed. 3 represents.

Die Bewegung des Spiegels 30 um einen bestimmten Betrag bewirkt eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung der im Interferometer eingeführten optischen Wegdifferenz um den doppelten Betrag, da ein vom Strahlenteiler 32 ausgehendes Teilbündel den Weg zwischen dem Strahlenteiler und dem Spiegel zweimal durchläuft. Entsprechend ist es möglich, den Weg des Spiegels direkt in Einheiten der optischen Wegdifferenz r anzugeben, wie dies in Fig. 4 geschehen ist.Moving the mirror 30 by a certain amount causes the optical path difference introduced in the interferometer to be enlarged or reduced by twice the amount, since a partial beam emanating from the beam splitter 32 traverses the path between the beam splitter and the mirror twice. Accordingly, it is possible to specify the path of the mirror directly in units of the optical path difference r , as was done in FIG. 4.

In dieser Figur ist, unter Berücksichtigung nur einer Hälfte des Spiegelweges, die Weglinie m schematisch zusammen mit den ihr zugeordneten Endabschnitten m' dargestellt und gibt die Beziehung zwischen der als Abszisse aufgetragenen Zeit zu der als Ordinate aufgetragenen Weglänge des Spiegels in Einheiten der optischen Wegdifferenz r an. Die Steigung der Geraden m ist demnach in dieser Darstellung ein Maß, nicht mehr wie in F i g. 3 für die Translationsgeschwindigkeit des Spiegels, sondern für die Geschwindigkeit, mit der die optische Wegdifferenz im Interferometer während der Spiegelbewegung geändert wird.In this figure, taking into account only one half of the mirror path, the path line m is shown schematically together with the end sections m ' assigned to it and gives the relationship between the time plotted as the abscissa and the path length of the mirror plotted as the ordinate in units of the optical path difference r on. The slope of the straight line m is therefore a measure in this representation, no longer as in FIG. 3 for the translational speed of the mirror, but for the speed with which the optical path difference in the interferometer is changed during the mirror movement.

Bezeichnet man mit T die Zeit, die erforderlich ist, den Spiegel aus seiner Null-Lage, d. h. der Lage, in der die Wegdifferenz r im Interferometer Null ist, bis zum Punkt seiner maximalen Auslenkung zu bewegen, und mit B die der maximalen Spiegelauslenkung entsprechende maximale optische Wegdiffe- T is used to denote the time required to move the mirror from its zero position, ie the position in which the path difference r in the interferometer is zero, to the point of its maximum deflection, and B is the time corresponding to the maximum mirror deflection maximum optical path difference

renz, dann ist der Quotient ψ gleich der Steigung der Geraden m und damit gleich der Geschwindigkeit der Änderung der optischen Wegdifferenz. Die Größen B und T sind aus den Konstruktionsdaten des Spiegelantriebes ableitbar und für einen bestimmten Spiegelantrieb jeweils konstant.renz, then the quotient ψ is equal to the slope of the straight line m and thus equal to the speed of the change in the optical path difference. The variables B and T can be derived from the design data of the mirror drive and are constant for a specific mirror drive.

Das verstrichene Zeitintervall Jt zwischen benachbarten weißen Interferenzstreifen ist die optische Wegdifferenz b im Film dividiert durch die Geschwin-The elapsed time interval Jt between neighboring white interference fringes is the optical path difference b in the film divided by the speed

digkeit der Änderung der optischen Wegdifferenz γ, speed of change in optical path difference γ,

so daß man bei Substitution aus der Gleichung (1) erhältso that one obtains from equation (1) in the case of substitution

At =At =

oder, wenn man die Größen umstellt, ergibt sich d, die Dicke des Films, als eine Funktion der verstriche-or, if you rearrange the sizes, d, the thickness of the film, is a function of the elapsed

nen Zeit Jt zwischen den Interferenzstreifen entsprechend der Gleichungn time Jt between the interference fringes according to the equation

d —d -

(6)(6)

2 na 1 cos B₁ 2 na 1 cos B ₁

Dementsprechend gibt die Bestimmung der verstrichenen Zeit At ein direktes Maß der Filmdicke d, vorausgesetzt natürlich, daß die Bewegung des Spiegels 30 wenigstens so groß ist wie der maximale optische Weg im Film, falls nicht der Bezugspunkt in vorbestimmter Weise in einer Richtung verlegt wird, bei der der analytische Abtastbereich verkürzt wird. Letzteres wird im allgemeinen bevorzugt, da so die Zeiten des Zyklus entsprechend reduziert werden können und in einer gegebenen Zeitperiode eine größere Zahl von Dickemessungen vorgenommen werden kann.Accordingly, the determination of the elapsed time At gives a direct measure of the film thickness d, provided, of course, that the movement of the mirror 30 is at least as great as the maximum optical path in the film unless the reference point is shifted in a predetermined manner in one direction which shortens the analytical scanning range. The latter is generally preferred because it allows the times of the cycle to be reduced accordingly and a greater number of thickness measurements to be made in a given period of time.

In F i g. 5 ist eine andere Art eines Interferometers dargestellt, die sich dazu eignet, nur einen einzelnen weißen Interferenzstreifen herzustellen. Hier wird der Film 10' durch die Eingangsstrahlung 15' abgetastet, die sowohl· auf die frontseitige als auch auf die rückseitige Oberfläche in derselben Weise wie in F i g. 1 auffällt, wobei sie als Ausgangsstrahlung in einem zuerst reflektierten Teilstrahlbündel 23' und einem an zweiter Stelle reflektierten Teilstrahlbündel 23" reflektiert wird, wie es schematisch gezeigt ist; diese beiden Teilstrahlbündel werden auf eine optische Platte 42 mit ebenen Flächen geleitet.In Fig. 5 shows another type of interferometer which is suitable for only one to produce individual white interference fringes. Here the film 10 'is caused by the input radiation 15' scanned on both the front and back surfaces in the same way as in Fig. 1 is noticeable, as output radiation in a first reflected partial beam 23 'and a secondly reflected partial beam 23 ″ is reflected, as is shown schematically; these two partial beams are directed onto an optical plate 42 with flat surfaces.

Die Platte 42 ist mit einer ersten lichtreflektierenden Beschichtung, wie aufgedampftem Aluminium oder ähnlichem Material, versehen, die sich nur über einen beschränkten Bereich der Frontfläche 43 und nur quer zum Weg des Teilstrahlbündels 23" erstreckt; ferner ist die Platte 42 mit einer zweiten lichtreflektierenden Beschichtung 44 über einen schmalen Bereich auf der Rückseite der Platte versehen, die sich nur quer zum Weg des Teilstrahlbündels 23' erstreckt. Unter diesen Umständen werden die zwei Wellenzüge entlang Wegen umgelenkt, die sie auf einem Strahlungsdetektor 33' auftreffen lassen, der von der-• selben Art sein kann wie der früher beschriebene Detektor 33.The plate 42 is coated with a first light reflective coating such as evaporated aluminum or similar material, provided, which extends only over a limited area of the front surface 43 and extends only transversely to the path of the partial beam 23 "; furthermore, the plate 42 is provided with a second light-reflecting Coating 44 is provided over a narrow area on the back of the plate that is extends only transversely to the path of the partial beam 23 '. Under these circumstances, the two wave trains diverted along paths that allow them to impinge on a radiation detector 33 ', which is can be of the same type as the detector 33 described earlier.

Den Abtastvorschub der Platte 42 erhält man, indem man die Platte um einen Drehpunkt D so oszillieren läßt, daß die Länge des Wegs eines reflektierten Teilstrahlbündels, in diesem Fall des Teil-Strahlbündels 23", festgehalten wird. Immer dann, wenn die Einfallswinkel der Strahlung auf den Film und auf die Platten gleich sind und ebenfalls die optischen Wegdifferenzen BCH innerhalb des Films 10' und BFG des Teilstrahlbündels 23' innerhalb der Platte 42 ebenfalls gleich sind, wie es periodisch während der zyklischen Oszillation der Platte 42 um den Drehpunkt D der Fall ist, erhält man einen weißen Interferenzstreifen. Die Anforderungen an extreme Präzision bei der Spiegelanordnung an der Platte 42 können übrigens, falls gewünscht, geringer gehalten werden, indem man einfach die ganze Front-Spiegelfläche der Platte nur halb versilbert und die ganze Rückfläche voll versilbert.The scanning advance of the plate 42 is obtained by allowing the plate to oscillate about a point of rotation D so that the length of the path of a reflected partial beam, in this case the partial beam 23 ", is fixed. Whenever the angle of incidence of the radiation on the film and on the plates are the same and the optical path differences BCH within the film 10 'and BFG of the partial beam 23' within the plate 42 are also the same, as is the case periodically during the cyclical oscillation of the plate 42 about the pivot point D. Incidentally, the requirements for extreme precision in the mirror arrangement on the plate 42 can, if desired, be kept lower by simply silvering the entire front mirror surface of the plate only half and completely silvering the entire rear surface.

AIs Bezugspunkt, der die andere der zwei Zeitintervallmarken liefert, auf die die Messung begründet wird, kann dann bequem irgendein anderer Punkt der oszillatorischen Bewegung der Platte 42 dienen, der in geeigneter Weise zeitlich verschoben gegenüber dem weißen Interlerenzstreifen ist und dessen Erreichen durch Lieferung eines elektrischen Impulses signalisiert wird. Dieser elektrische Ausgangsimpuls wird demzufolge zeitlich mit der zyklischen Bewegung der Platte 42 synchronisiert.As the reference point, the other of the two time interval markers supplies on which the measurement is based can then conveniently be any other point serve for the oscillatory movement of the plate 42, which is appropriately shifted in time the white interference stripe and reaching it by delivering an electrical impulse is signaled. This electrical output pulse is therefore timed with the cyclical movement the plate 42 is synchronized.

Die zwischen den jeweils gewählten Zeitmarken verstrichene Zeit kann man mit an sich bekannter Zeitmeßtechnik messen, indem man eine Vielzahl kleiner Zeitintervalle als Zeitbasis zugrunde legt und die Zahl der zwischen den Zeitmarken liegenden ZeitIntervalle abzählt.The time that has elapsed between the respectively selected time stamps can be known per se Measure timing technology by using a large number of small time intervals as a time base and counts the number of time intervals between the time stamps.

Die Zeitintervalle können mit einem Glockenimpulsgenerator geschaffen werden, der in der zu messenden Zeitdifferenz eine Vielzahl von Glockenimpulsen liefert, deren Anzahl zwischen den beiden Zeitmarken mit üblichen Mitteln gezählt wird (vgl. »Instruments and Control-System«, S. 125 bis 128, September 1962, veröffentlicht durch »The Instruments Publishing Company«).The time intervals can be created with a bell pulse generator in the to measuring time difference delivers a large number of bell pulses, the number of which between the two Time stamps are counted using conventional means (cf. "Instruments and Control-System", pp. 125 to 128, September 1962, published by "The Instruments Publishing Company").

Die Zeitintervalle können jedoch auch geschaffen werden, indem man der »weißen«, d. h. breitbandigen, Meßstrahlung eine monochromatische Strahlung mittels eines halbdurchlässigen Spiegels überlagert, so daß zwei unterschiedliche Eingangsstrahlenbündel zum Interferometer gelangen. Typischerweise wird eine monochromatische Strahlung im sichtbaren Lichtbereich mit Grünton mit einer Wellenlänge von etwa 5000 Ä verwendet. Im aufgenommenen Interferogramm überlagert sich dann dem Interferenzverstärkungsbild der breitbandigen Meßstrahlung mit den als Zeitmarken verwendbaren weißen Interferenzstreifen ein Interferenzstreifenbild mit einer Vielzahl von Interferenzmaxima der monochromatischen Strahlung, deren zwischen den Zeitmarken festgestellte Anzahl auf Grund der bekannten Frequenz der monochromatischen Strahlung die zu messende Zeitdifferenz bestimmen läßt. Bei einem Film mit einer Dicke von 0,25 mm erhält man beispielsweise zwisehen dem als erste Zeitmarke dienenden zentralen weißen Interferenzstreifen und einem der beiden weißen Seiten-Interferenzstreifen, der als zweite Zeitmarke dient, ungefähr 760 Interferenzmaxima der als Zeitbasis dienenden monochromatischen Strahlung von 5000 Ä. Auch hier kann man mit elektronischen Impulsfiltern die Ausfällung der als Zeitbasis dienenden Interferenzverstärkungen elektronisch vornehmen und gegebenenfalls selbsttätig registrieren.The time intervals can, however, also be created by using the "white", i.e. H. broadband, Measurement radiation superimposed on monochromatic radiation by means of a semi-transparent mirror, so that two different input beams reach the interferometer. Typically becomes a monochromatic radiation in the visible light range with a green tone with a wavelength of about 5000 Å used. The interference amplification image is then superimposed in the recorded interferogram the broadband measurement radiation with the white interference fringes that can be used as time stamps an interference fringe image with a multitude of interference maxima of the monochromatic Radiation, the number determined between the time stamps based on the known frequency the monochromatic radiation can determine the time difference to be measured. For a film with a A thickness of 0.25 mm is obtained, for example, between the central one, which serves as the first time stamp white interference fringes and one of the two white side interference fringes, the second time stamp serves, about 760 interference maxima of the monochromatic radiation serving as the time base from 5000 Ä. Here, too, you can use electronic pulse filters to use the precipitation as a time base Carry out serving interference reinforcements electronically and, if necessary, register automatically.

In manchen Fällen ist man nicht daran interessiert, ständig die Filmdicke selbst zu bestimmen, sondern man möchte lediglich feststellen, wann die Filmdicke von vorgeschriebenen Sollwerten, gegebenenfalls mit einer gewissen Toleranz, abweicht. Dann ist es vorteilhaft, bei der Messung einen von der Sollfilmdicke abhängigen Nullordinatenabstand einzuführen.In some cases you are not interested in constantly determining the film thickness yourself, but rather one would only like to determine when the film thickness of prescribed target values, if necessary with a certain tolerance, deviates. Then it is advantageous to introduce a zero coordinate distance dependent on the nominal film thickness during the measurement.

Eine Möglichkeit einer solchen Meßmethode besteht in der Unterdrückung des als eine Zeitmarke dienenden zentralen weißen Interferenzstreifens um einen bekannten festen vorgegebenen Wert und einer entsprechenden Maßstabwahl im Bereich der variablen Zeitmarke. Eine andere Möglichkeit besteht in einer entsprechenden Verstellung des Interferometers, indem man etwa bei einem Michelson-Interferometer entweder den Abstand des festen Spiegels zum halbdurchlässigen Eingangsspiegel verkürzt oder eine entsprechende Verstellung an der Halterung des beweglichen Spiegels vornimmt. Beim letztgenannten Meßverfahren ist es beispielsweise zur überwachung der Dicke eines Films mit etwa 0,4 mm Solldicke typisch, den beweglichen Spiegel mit einer Abtastgeschwindigkeit von etwa 10 bis 160Hz über einenOne possibility of such a measurement method is to suppress the as a time stamp serving central white interference fringe around a known fixed predetermined value and one appropriate scale selection in the area of the variable time stamp. Another possibility is a corresponding adjustment of the interferometer, for example with a Michelson interferometer either the distance between the fixed mirror and the semitransparent entrance mirror is shortened or one makes appropriate adjustment to the bracket of the movable mirror. The latter It is a measuring method, for example, for monitoring the thickness of a film with a nominal thickness of approximately 0.4 mm typically, the moving mirror with a scan speed of about 10 to 160Hz over a

Bereich zwischen nur 0,06 und 0,004 mm hin- und herzubevvegen, je nachdem, welche Toleranz eingehalten werden soll. Je höher die Frequenz der Abtastgeschwindigkeit ist, um so größer ist die Zahl der Filmdickemessungen, die in einem gegebenen Zeitintervall durchgeführt werden können.Move the range back and forth between only 0.06 and 0.004 mm, depending on the tolerance shall be. The higher the frequency of the scanning speed, the larger the number the film thickness measurements that can be made in a given time interval.

Es ist zweckmäßig, wenn das Meßsignal, welches von dem dem Interferometer nachgeordneten Empfänger aufgenommen wird, durch ein einstellbares Dämpfungsglied geleitet wird, dessen abgestufte Verstärkung von Hand eingestellt werden kann, so daß eine Bedienungsperson die Meß- und gegebenenfalls Registriervorrichtung bezüglich der Signalhöhe an die zu messende Filmdicke anpassen kann.It is useful if the measurement signal, which is received from the receiver downstream of the interferometer is recorded, is passed through an adjustable attenuator, its graduated gain can be set by hand so that an operator can measure and possibly Registration device can adjust the signal level to the film thickness to be measured.

Eine Einrichtung, mit der das soeben beschriebene Verfahren, durchgeführt werden kann, zeigt die F i g. 6. Bei dieser Einrichtung wird die Filmdickenmessung an einem fortlaufend bewegten Film 10' vorgenommen, der zwischen zwei Rollen 1Γ und 12' vor dem optischen Teil 65 der Meßeinrichtung vorbeiläuft. Der Aufbau des optischen Teiles 65 der Meßeinrichtung entspricht dem in F i g. 1 gezeigten, wobei anstatt des Prismas 19 ein halb durchlässiger, unter 45° geneigter Spiegel 67 vorgesehen ist. Als Interferometer ist das in F i g. 2 gezeigte Interferometer vom Michelson-Typ benutzt. Der elektrische Teil 66 der Meßeinrichtung umfaßt einen Sägezahn-Generator 70, dessen Ausgangssignal 68 über einen Verstärker 71 den elektrodynamischen Schwingankermotor 72 für den Antrieb des Spiegels 30' zugeführt ist. Einer der beiden Spiegel 30' und 31' ist mittels einer Mikrometerschraube entsprechend der Solldicke des Filmes so verstellt, daß die Fotozelle nur noch einen der beiden Seiten-Interferenzstreifen g_l oder g₂ sieht, wobei der Hub des bewegbaren Spiegels entsprechend der zu erwartenden Dickenabweichungen von der Solldicke gewählt ist.A device with which the method just described can be carried out is shown in FIG. 6. In this device, the film thickness measurement is carried out on a continuously moving film 10 ', which passes between two rollers 1Γ and 12' in front of the optical part 65 of the measuring device. The structure of the optical part 65 of the measuring device corresponds to that in FIG. 1, with a semi-transparent mirror 67 inclined at 45 ° being provided instead of the prism 19. As an interferometer, this is shown in FIG. 2 used the Michelson-type interferometer shown. The electrical part 66 of the measuring device comprises a sawtooth generator 70, the output signal 68 of which is fed via an amplifier 71 to the electrodynamic oscillating armature motor 72 for driving the mirror 30 '. One of the two mirrors 30 'and 31' is adjusted by means of a micrometer screw according to the nominal thickness of the film so that the photocell only sees one of the two side interference fringes g _l or g ₂ , the stroke of the movable mirror corresponding to the expected thickness deviations is selected from the nominal thickness.

Das Ausgangssignal der Fotozelle 33' gelangt über einen Verstärker 75, ein Dämpfungsglied 76, einen weiteren Verstärker 77 und über eine Impulsformstufe 78 in einen Multivibrator 79.The output signal of the photocell 33 'passes through an amplifier 75, an attenuator 76, a further amplifier 77 and via a pulse shaping stage 78 into a multivibrator 79.

Die Zeitmarke wird, da der zentrale Interferenzstreifen als mögliche Zeitmarke entfällt, aus dem Sägezahnsignal des Generators 70 abgeleitet. Dieses Signal gelangt über die Leitung 83 ebenfalls in den Multivibrator 79. Dieser gibt ein rechteckwellenförmiges Signal ab, dessen Gleichstrommittelwert vom zeitlichen Unterschied des Auftretens der Impulse aus der Stufe 78 und der Spitzen des Sägezahnsignals abhängt. Der Mittelwert wird in einem Meßinstrument 80 sichtbar gemacht und gleichzeitig in einem Schreiber 81 aufgezeichnet.Since the central interference fringe is omitted as a possible time mark, the time stamp is derived from the sawtooth signal of the generator 70 derived. This signal also reaches the multivibrator via line 83 79. This emits a square-wave signal, the average DC value of which differs from the temporal The difference between the occurrence of the pulses from stage 78 and the peaks of the sawtooth signal depends. The mean value is made visible in a measuring instrument 80 and at the same time in a recorder 81 recorded.

F i g. 7 zeigt die auftretenden Signale für den Fall, daß der Film genau die Solldicke hat, wobei mit I das vom Sägezahngenerator an den Multivibrator 79 abgegebene Signal, mit II das im bistabilen Multivibrator, wenn dieser lediglich durch das Signal I getriggert ist, erzeugte Signal, mit III das von der Stufe 78 abgegebene und eine zusätzliche Triggerung des Multivibrators bewirkende Signal und mit IV das in den Instrumenten 80 und 81 zu mittelndc Ausgangssignal des Multivibrators bezeichnet ist.F i g. 7 shows the signals occurring for the case that the film has exactly the desired thickness, where with I the signal delivered by the sawtooth generator to the multivibrator 79, with II that in the bistable Multivibrator, if this is only triggered by signal I, generates signal, with III das emitted by the stage 78 and an additional triggering of the multivibrator causing the signal and IV denotes the output signal of the multivibrator to be averaged in the instruments 80 and 81 is.

Als brcitbandigc Strahlungsquelle für das »weiße« Meßstrahlbiindcl verwendet man üblicherweise eine glühende Wolframdriihtlainpe. die mit Gleichstrom betrieben wird und Strahlung im Wellenlüngcnbereich zwischen I bis 3 Mikron aussendet.As a broadband source of radiation for the "white" A glowing tungsten diaphragm is usually used for the measuring beam. those with direct current is operated and emits radiation in the wavelength range between 1 to 3 microns.

Es versteht sich, daß man statt im Reflexionsverfahren gemäß F i g. 1 auch im Durchstrahlungsverfahren die Filmdicke messen kann. Die optische Weglängendifferenz zwischen zwei zur Messung herangezogenen Teilstrahlbündeln entsteht dann dadurch, daß ein Teilstrahlbündel den Film direkt durchsetzt, während das andere einmal im Film hin- und herreflektiert wird, ehe es wie das erste Teilstrahlbündel durch den Film hindurchtritt. Dieses Verfahren istIt goes without saying that instead of using the reflection process according to FIG. 1 can also measure the film thickness using the radiographic method. The optical one The difference in path length between two partial beams used for the measurement then arises as a result that a partial beam penetrates the film directly, while the other reflects back and forth in the film once before it passes through the film like the first partial beam. This procedure is

ίο jedoch apparativ aufwendiger, da Einrichtungen für die Filmdickemessung zu beiden Seiten des Films angeordnet werden müssen, was beim Reflexionsverfahren nicht erforderlich ist. Wenn man im Durchstrahlungsverfahren mit einer zur Schaffung der Zeitbasis dienenden monochromatischen Zusatzstrahlungsquelle arbeitet, ordnet man diese zweckmäßigerweise so an, daß die monochromatische Strahlung nicht den Film durchtritt.
Wendet man sich nun noch einmal der oben diskutierten Gleichung (5) zu, so erweist sich das Zeitintervall Jf ebenso als Funktion des Brechungsindex η wie der Länge des Weges d, so daß ebenso gut auf diese Weise auch der Brechungsindex meßbar ist.ίο, however, more expensive in terms of apparatus, since devices for measuring the film thickness must be arranged on both sides of the film, which is not necessary in the reflection method. If one works in the radiographic process with a monochromatic additional radiation source serving to create the time base, it is expedient to arrange this in such a way that the monochromatic radiation does not pass through the film.
Turning now to equation (5) discussed above, the time interval Jf turns out to be a function of the refractive index η as well as the length of the path d, so that the refractive index can also be measured just as well in this way.

Eine zum Ausführen einer solchen Messung bevorzugte Vorrichtung ist etwas schematisch in Fig. 8 dargestellt. Hier kann die Probe 86 mit der Dicke d ein laufender Film sein oder aber eine Probe einer fließenden Flüssigkeit oder irgendeine andere physikalische Materialform, die in der im folgenden beschriebenen Weise Strahlung von ihrer Oberfläche reflektiert.A device preferred for carrying out such a measurement is shown somewhat schematically in FIG. Here, the sample 86 with the thickness d can be a moving film or a sample of a flowing liquid or any other physical material form which reflects radiation from its surface in the manner described below.

Die verwendete optische Anordnung ähnelt der der Fig. 1, mit der Ausnahme, daß hier gleichzeitig zwei interferometrische Untersuchungen durchgeführt werden, und zwar eine normal zur Probe, bei der der Strahlungsweg in voll ausgezogener Liniendarstellung in F i g. 8 angezeigt ist, und eine andere mit einem Winkel Θ gegenüber der Normalen, bei der der Strahlungsweg in gestrichelten Linien dargestellt ist. Dies läßt sich in bequemer Weise durch Verwendung einer üblichen Quelle 87 mit Kondensorlinsen 18' und 18" durchführen, von denen die erste die Strahlung zum Strahlenteiler 90 richtet, der im wesentlichen die ganze Strahlung entlang des Weges 92 senkrecht zur Fläche der Probe richtet, während die letztgenannte Linse die Strahlung mit einem Winkel von vorzugsweise 45° gegen die Probe richtet, wie es als Linie 85 eingezeichnet ist. Ein Teil des normal gerichteten Strahlenbündels wird sowohl von der frontseitigen als auch der rückseitigen Oberfläche der Probe 86 aus durch den Strahlungsteiler 90 reflektiert und gelangt zum Interferometer 91, das die gleiche Form haben kann, die schon im Zusammenhang mit F i g. 2 besprochen worden ist. Das winkelig auf die Probe 86 auftreffende Strahlenbündel wird von der frontseitigen Fläche entlang eines Weges 88 reflektiert, wobei aber ein Anteil innerhalb der Probe entlang eines Weges mit einem Winkel (-)_x gegenüber der Normalen gebrochen wird,, um anschließend von der rückseitigen Fläche der Probe reflektiert zu werden und dann die Probe entlang des Weges 89 zu verlassen. Diese beiden Teilstrahlbündel werden mittels des Spiegels 93 zum Strahlenteiler 90 reflektiert und gelangen dann zum Interferometer 91.The optical arrangement used is similar to that of FIG. 1, with the exception that here two interferometric examinations are carried out simultaneously, namely one normal to the sample, in which the radiation path is shown in full lines in FIG. 8 is indicated, and another at an angle Θ with respect to the normal, in which the radiation path is shown in dashed lines. This can be conveniently accomplished using a conventional source 87 having condenser lenses 18 'and 18 ", the first of which directs the radiation to the beam splitter 90 which directs substantially all of the radiation along path 92 perpendicular to the surface of the sample, while the last-mentioned lens directs the radiation at an angle of preferably 45 ° towards the sample, as shown as line 85. Part of the normally directed beam is reflected by the beam splitter 90 from both the front and the rear surface of the sample 86 and arrives at the interferometer 91, which can have the same shape that has already been discussed in connection with Fig. 2. The beam incident at an angle on the sample 86 is reflected from the front surface along a path 88, but with a portion is broken within the sample along a path with an angle (-) _x from the normal, to at ultimately reflecting off the back surface of the sample and then exiting the sample along path 89. These two partial beam bundles are reflected to the beam splitter 90 by means of the mirror 93 and then reach the interferometer 91.

Aus dem Vorhergehenden wird ersichtlich, daß vier getrennte Wellenzügc vorhanden sind, die sichFrom the foregoing it can be seen that there are four separate wave trains which are

zum Gewinnen von weißen Interferenzstreifen eignen, wobei der zentrale Interferenzstreifen· p' (s. F i g. 9) durch Interferenzverstärkung zwischen allen vier Wellenzügen zustande kommt, wenn der hin- und herbewegbare Spiegel des Interferometers 91 an einem Punkt seines Weges ankommt, indem die zwei Interferometerarme exakt gleich sind. Wenn andererseits sich der hin- und herbewegbare Spiegel weiter bei seiner Hin- und Herbewegung fortbewegt, entstehen weiße Seiten-Interferenzstreifen, die der Reihe nach in Beziehung zu dem Strahlenbündel auftreten, das normal auf die Probe entlang der Weglinie 92 auftrifft — das bewirkt den Interferenzstreifen Zi₁ — und in Beziehung zu dem Strahlenbündel, das winklig auf die Probe entlang der Weglang der Weglinie 85 auftrifft — das bewirkt den Interferenzstreifen h₂. Die Seiten-Interferenzstreifen Zi₁ und Zi₂ sind voneinander etwa 1 bis 1,5% des extremen Abstandes zwischen zentralem Interferenzstreifen und Seiten-Interferenzstreifen entfernt, aber sie unterscheiden sich genug, um sich zur Messung der Zeitintervalle At₁ und zli₂ zu eignen, auf die sich die Messung des Brechungsindex stützen kann.are suitable for obtaining white interference fringes, the central interference fringe · p ' (see FIG. 9) being created by interference amplification between all four wave trains when the reciprocating mirror of the interferometer 91 arrives at a point on its path by the two interferometer arms are exactly the same. On the other hand, as the reciprocating mirror continues to move in its reciprocating motion, white side fringes appear which in turn appear in relation to the beam that normally strikes the sample along pathline 92 - this causes the fringe Zi ₁ - and in relation to the beam that strikes the sample at an angle along the path along pathline 85 - this causes the interference fringe h ₂ . The side interference fringes Zi ₁ and Zi ₂ are about 1 to 1.5% of the extreme distance between the central interference fringe and the side interference fringes apart, but they differ enough to be suitable for measuring the time intervals At ₁ and zli _2, on which the measurement of the refractive index can be based.

Grundsätzlich ist es möglich, den Brechungsindex auch mit der Anordnung der Fig. 1 oder 5 zu bestimmen, wenn vorausgesetzt werden kann, daß die Proben- bzw. Filmdicke bekannt ist. Da dies· jedoch nicht immer der Fall ist, werden bei dieser Anordnung, wie schon ausgeführt, gleichzeitig zwei Untersuchungen durchgeführt, von denen die eine zum Interferenzstreifen Zz₁ und die andere zum Interferenzstreifen Zi₂ führt. Jede einzelne Untersuchung gleicht im Prinzip der Einzeluntersuchung nach F i g. 1 und 2. Wie dort werden in das Interferometer einfallende Lichtbündel jeweils in zwei Teilbündel aufgespalten, so daß im Interferometer 91 also acht Teilbündel vorhanden sind. Davon interferieren die zum Strahl 91 gehörenden vier Teilbündel untereinander, wie es an Hand von Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, und ergeben die Interferenz Zi₁ und außerdem eine in F i g. 9 nicht gezeigte, symmetrisch zur Interferenz H₁ auf der anderen Seite des Maximums P' liegende Interferenz. In gleicher Weise interferieren die zu den Lichtbündeln 88 und 89 gehörenden vier Teilbündel und ergeben die Interferenz Zi₂ und eine weitere dazu symmetrische, ebenfalls nicht gezeigte Interferenz. Der durch die Anordnung gegebene Weglängenunterschied zwischen dem senkrecht auf den Film eingefallenen Strahl und dem schräg eingefallenen Strahl ist so groß, daß er im Interferometer nicht kompensiert werden kann und daher die jeweils vier zu einem der Strahlen gehörenden Teilbündel miteinander nicht zur Interferenz kommen.In principle, it is also possible to determine the refractive index with the arrangement of FIG. 1 or 5, if it can be assumed that the sample or film thickness is known. Since this is not always the case, however, with this arrangement, as already stated, two examinations are carried out simultaneously, one of which leads to the interference fringe Zz ₁ and the other to the interference fringe Zi ₂ . Each individual examination is in principle the same as the individual examination according to FIG. 1 and 2. As there, light bundles incident into the interferometer are split into two partial bundles, so that there are eight partial bundles in interferometer 91. Of these, the four sub-bundles belonging to the beam 91 interfere with one another, as has been described with reference to FIGS. 1 and 2, and result in the interference Zi ₁ and also one in FIG. 9, interference, not shown, symmetrically to the interference H ₁ on the other side of the maximum P ' . In the same way, the four partial bundles belonging to the light bundles 88 and 89 interfere and result in the interference Zi ₂ and a further interference which is symmetrical therewith, likewise not shown. The path length difference given by the arrangement between the beam incident perpendicularly on the film and the obliquely incident beam is so great that it cannot be compensated in the interferometer and therefore the four partial bundles belonging to one of the beams do not interfere with one another.

Es gilt entsprechend der obigen Gleichung (5)According to the above equation (5), it applies

At₁ = K (2nd) cos O₁, At ₁ = K (2nd) cos O ₁ ,

wobei K = T/B ist, aber, da B₁ für normal einfallende Strahlung 0° ist, gilt cos B₁ = 1, und deshalb ist At₁ = K {2nd). Ähnlich giltwhere K = T / B , but since B _{1 is} 0 ° for normally incident radiation, cos B ₁ = 1, and therefore At ₁ = K {2nd). The same applies

/Ji₂ = K (2nd) cos B₁ ,/ Ji ₂ = K (2nd) cos B ₁ ,

indessen ist in diesem Fall B₁ der in F i g. 6 gezeigte Brechungswinkel, der für winklig einfallende Strahlung größer als 0 ist. Kombiniert man die Gleichungen, so gilthowever, in this case B _{1 is} the one shown in FIG. 6 shown angle of refraction, which is greater than 0 for angled incident radiation. If you combine the equations, then the following applies

/It₂ = If₁ cos B₁ oder cos W₁ = Ii₂/, It₁ .
Dieses Verhältnis der zwei ausführbaren Zeitmes-/ It ₂ = If ₁ cos B ₁ or cos W ₁ = Ii ₂ /, It ₁ .
This relationship of the two executable timers

60 sungen kann leicht durch konventionelle spannungsmäßige Analogmittel erhalten werden. 60 solutions can easily be obtained by conventional tension-wise analog means.

Nach dem Snellschen Gesetz gilt sin O₁ = ~^-, According to Snell's law, sin O ₁ = ~ ^ -,

wobei η der Brechungsindex ist. Benutzt man die trigonometrische Formelwhere η is the refractive index. Using the trigonometric formula

sin² B₁ + cos² Q₁ = 1sin ² B ₁ + cos ² Q ₁ = 1

und substituiert man sin Θ/η für sin G₁ , so erhält man die Gleichungand if sin Θ / η is substituted for sin G ₁ , the equation is obtained

η cos B₁ = ]/ η² — sin² θ. η cos B ₁ =] / η ² - sin ² θ.

Da sin B bekannt ist und cos B₁ bestimmt wird als das Zeitverhältnis At₂IAt₁, kann der Brechungsindex berechnet werden.Since sin B is known and cos B _{1 is} determined as the time ratio At ₂ _{IAt 1} , the refractive index can be calculated.

Viele polymere Materialien besitzen die Eigenschaft der Doppelbrechung in verschiedenen Graden, und zwar in Abhängigkeit von dem Ausmaß der molekularen Orientierung innerhalb der Kristalle. So hat jeder Kristall drei verschiedene Brechungsindizes, n_x, n_y und n,, die orthogonal aufeinander bezogen sind. Die .Doppelbrechung in der Ebene Länge (x) — Breite (y) für dünne Schichten ist dann definiert als \n_x — n_y\. Wenn ein Doppelbrechung aufweisender Film mit normal einfallender Strahlung ebenso untersucht wird, wie es weiter oben für Filmdickenmessung dargelegt wurde, werden zweifache Seiten-Interferenzstreifen Zc₁ und Zc₂ erhalten, wie es in Fig. 10 gezeigt ist. Wiederum können die Zeitintervalle ZIt₁ und At₂, die beim Abtasten vom zentralen Interferenzstreifen p" zu den Seiten-Interferenzstreifen Zc₁ bzw. Zc₂ auftreten, gemessen werden. Wie von der Diskussion der Gleichung (5) in Anwendung auf Untersuchungen auf normalen .Einfall zum Bestimmen des Brechungsindexes in der oben beschriebenen Weise klar wird, ist im Betrieb die optische Dichte, die als Produkt eines gegebenen Brechungsindex η und der Filmdicke d definiert ist, zum Zeitintervall zlt durch eine gewöhnliche Konstante K' in Beziehung gesetzt, so daß allgemein zli = K' nd gilt. Demzufolge istMany polymeric materials have the property of birefringence to varying degrees depending on the degree of molecular orientation within the crystals. Each crystal has three different refractive indices, n _x , n _y and n ,, which are orthogonally related to one another. The birefringence in the plane length (x) - width (y) for thin layers is then defined as \ n _x - n _y \. When a birefringence film is examined with normal incident radiation in the same way as set forth above for film thickness measurement, double side interference fringes Zc ₁ and Zc ₂ are obtained as shown in FIG. Again, the time intervals ZIt ₁ and At ₂ that occur when scanning from the central interference fringe p " to the side interference fringes Zc ₁ and Zc ₂ , respectively, can be measured. As from the discussion of equation (5) when applied to studies on normal. Idea for determining the refractive index in the manner described above becomes clear, in operation the optical density, which is defined as the product of a given refractive index η and the film thickness d , is related to the time interval zlt by an ordinary constant K ' , so that generally zli = K 'nd . Hence,

Af₂-Af₁ = K'nJ-K'n/. Af ₂ -Af ₁ = K'nJ-K'n /.

Wenn der letztere Ausdruck durch das Produkt K' mal einer mittleren Dicke d_mittel dividiert wird, erhält man die Doppelbrechung, nämlichIf the latter term is divided by the product K ' times an average thickness d _average , one obtains the birefringence, viz

K'n_rd - K'n„dK'n _r d - K'n "d

K d_imitlel) K d _imitlel)

Die mittlere Dicke d_miUel, die hierbei verwendet wird, ist bei der Berechnung nicht besonders kritisch, solange sie sich generell innerhalb des Bereichs der Werte befindet, die bei der überwachung der Dicke in der beschriebenen Weise gemessen werden. Vorteilhaft kann die Filmdicke zugleich mit der Doppelbrechung gemessen werden, da dieselben Seiten-Interferenzstreifen Zc₁ und Zc₂ als Marken verwendet werden; als Dicke wird dann der Mittelwert genommen, der sich auf ein Zeitintervall stützt zwischen Af₁ und Af₂, wenn extreme Genauigkeit gewünscht wird.The mean thickness d _miUel , which is used here, is not particularly critical in the calculation, as long as it is generally within the range of the values which are measured in the manner described when monitoring the thickness. The film thickness can advantageously be measured at the same time as the birefringence, since the same side interference fringes Zc ₁ and Zc _{2 are used} as marks; The mean value is then taken as the thickness, which is based on a time interval between Af ₁ and Af ₂ , if extreme accuracy is desired.

Noch verschiedene andere Eigenschaften —^ nur beispielsweise die Anwesenheit von speziellen Substanzen in einem Produkt — sind oft begleitet durch charakteristische Strahlungsinterferenzeffekte, die in ähnlicher Weise ausgemessen und in Beziehung zu ihrer Ursache gesetzt werden können, falls man diese Effekte isolieren kann.Various other properties - only for example the presence of special substances in a product - are often accompanied by characteristic radiation interference effects, which can be measured in a similar way and related to their cause, if these effects can be isolated.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 209644/34For this purpose 2 sheets of drawings 209644/34

Claims

Patent claims:

1. Method for continuous interferometric measurement of thickness or refractive index a running, transparent film in which a white light beam is directed onto the film and which are reflected on the front and back of the film and have a path difference Light bundles are brought to interference after changing their path difference and the change in the required to produce white interference enhancement Path difference is measured, characterized in that the path difference periodically changed and a time stamp is generated with the same period that the common Intensity of the interfering light bundle (23 ', 23 ") on a photoelectric known per se Paths is represented as an electrical signal and that the time interval between the periodic Time stamp and each occurrence of a signal corresponding to the white interference enhancement is measured.

2. The method according to claim 1, in which the two reflected light bundles are broken down into two white partial bundles, which are brought to interference after changing their path difference, the path difference of two partial bundles originating from one or the other light bundle together compared to the two other sub-bundles is changed, characterized in that the time interval between the time stamp and each occurrence of a signal is measured which _{corresponds to one of the two interference amplifications (^ 1} ; g ₂ ) generated by a sub-bundle of one light bundle (R ₁ ; R ₂ ) and a partial bundle of the other light bundle (R ₂ ; # 1) are generated.

3. The method according to claim 2, characterized in that the signal corresponding to the other of the two interference amplifications (g ₂ ; <7i) is used as the time mark.

4. The method according to claim 2, characterized in that a signal is used as a time stamp which corresponds to a simultaneous interference amplification (P) of both the sub-bundle of one light bundle (R ₁ ) on the one hand and the sub-bundle of the other light bundle (R ₂ ) on the other hand.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the electrical intensity signals which are below the level of an interference gain corresponding signals are to be suppressed.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the time measurement in is carried out in a known manner by counting small time base intervals.

7. Apparatus for carrying out the method according to any one of claims 1, 5 and 6, characterized characterized in that a flat, translucent plate (42) is used as the interferometric analyzer which is periodically rotatable about an axis parallel to the plane of the film, on which the film (U) ') facing side (43) a reflection of the light beam (23 ") reflected on the rear side (C) and on the side (44) facing away from the film, a reflection of that on the front side (β) of the film reflected light bundle (23 ') takes place in each case on a light-reflecting coating and that the white light beam (15 ') is incident on the film at an oblique angle (FIG. 5).

8. Device for carrying out the method according to one of claims 2 to 6, characterized in that that a Michelson interferometer (26) is used as the interferometric analyzer, whose movable mirror (30) can be moved back and forth according to a sawtooth function (FIG. 4), the flat tooth flank being assigned to the movement function of the time measurement.

9. Apparatus for performing the method according to claim 6, characterized in that in addition to the light source (16) for the white light bundle (15) an additional one with its interference fringes a time base creating monochromatic light source is provided.