DE3613209A1

DE3613209A1 - Optische oberflaechenprofil-messeinrichtung

Info

Publication number: DE3613209A1
Application number: DE19863613209
Authority: DE
Inventors: Hisao 2000 Hamburg Kitagawa; Noriyuki Hachiouji Tokio/Tokyo Miyahara; Terumasa Morita
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1985-04-17
Filing date: 1986-04-17
Publication date: 1986-10-23
Also published as: US4732485A; DE3613209C2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine optisches OberflächenprofiL-Meßeinrichtung zur beruh rungs Losen Messung solcher K Leinstabstufungen, wie der Oberf lächenrauhigkeit oder Stufenhöhe von Werkstücken.

Zusammen mit der jüngsten, bemerkenswerten Entwicklung der Präzisionsarbeitstechnik haben Produkte und Teile mit kleinstprofiLierter Oberflächenbearbeitung erheblich zugenommen. Es kann davon ausgegangen werden, daß solche Oberflächen von Großintegrationen (LSI Pattern), Diffraktionsgittern (Beugungsgittern), optischen Scheiben und Rauhigkeits-StandardteiLen typische Beispiele serienmäßiger Kleinstprofile sind. Auch Stufenhöhen, gebildet durch Ätzung auf Si I izium-MikropLatten, Querschnitte ri I lenförmiger Kerbungen auf Aluminium- und Spiegeloberflächen, erzeugt durch superpräzise arbeitende Strahlflächen , können als KleinstprofiLe angesehen werden. Beispielsweise hat die Oberflächenrauhigkeit einer durch Diamantenbohrkronen superpräzise bearbeiteten Oberfläche Submikrone erreicht. Auch die Oberf lächenrauheit wie von Laserscheiben (Laserp Latten), Magnetbändern oder Filmen Liegt im selben Bereich. Solche Oberflächenrauhigkeit und OberfLachenstufenhohe werden im wesentlichen mit einer Kontaktnadel-Meßeinrichtung gemessen.

Jedoch werden die meisten dieser Erzeugnisse und Teile

als unmittelbar für den Verkauf vorgesehene Güter hergestellt, und es ist wünschenswert, wenn die Möglichkeit gegeben ist, solche Kleinstprofile der Oberfläche ohne Verschrammung derselben zu messen. Weiterhin werden die Meßergebnisse oft als Bezugsdaten für die Bearbeitung und Messung im nächsten Stadium oder als Daten für die Geschäftsabwicklung der Erzeugnisse benutzt. Um daher solchen Anforderungen zu entsprechen, werden berührungslose Meßgeräte entwickelt. Als am praktischsten von ihnen wird eine optische Ausführungsforni angesehen. Verschiedene Typen optischer Meßgeräte werden in Betracht gezogen. Meßgeräte, die eine Brennpunkt-Ermittlungsausführung anwenden, sind, als die Möglichkeit einer Verbesserung der Meßgenauigkeit und einer kleinen Bauweise aufweisend, zu erwähnen. Zu ihnen gehören Geräte, welche Grenzwinkelmethoden und Astigmatismusmethoden anwenden.

Zunächst wird als Beispiel ein Gerät, welches die Grenzwinkelmethode anwendet, in Fig. 1 gezeigt. Hier, wird ein Laserstrahl von einer Laserdiode 1 auf ein Muster 6 durch eine Kollimator-Linse 2, einen Polarisationsstrahlenteiler 3, eine 1/4-Wel lenp latte und eine Objaktivlinse 5 projiziert; der reflektierte Strahl tritt durch die Objektivlinse 5, die 1M-WeI lenplatte 4, den Polarisationsstrahlteiler 3 und den Strahlteiler 7 in ein Grenzwinkelprisma 8 und 9 (Prisma mit Parallelversetzung) ein, und der vom

GrenzwinkeLprisma 8 oder 9 reflektierte Strahl tritt in der Anordnung in zwei Photodioden 10 und 11 oder 12 und 13 ein (Fig. 2A,2B und 2C). Falls sich die : gemessene Oberfläche des Musters 6 in einer Brennpunktposition der Objektiν Iinse 5 befindet, wird der von der gemessenen Oberfläche reflektierte Strahl durch die Objektivlinse 5 zu einem parallelen Strahl ausgerichtet und tritt in das GrenzwinkeIprisma 8 oder 9 ein. Zu diesem Zeitpunkt wird, falls das Grenzwinkelprisma

8 oder 9 so eingestellt ist, daß der Einfallstrahl gerade in der Nähe des Grenzwinkels auftreffend ist, ein Strahl derselben Lichtstärke die beiden Photodioden 10 und 11 bzw. 12 und 13 erreichen, wie in Fig. 2B gezeigt ist. Falls die gemessene Oberfläche in einer Position näher zur Objektiν Iinse 5 als die Brennpunktposition ist, wird der reflektierte St rah L durch die Objektiν I inse 5 geleitet, wird dann zu einem zerlegten Strahl werden und wird auf das Grenzwertprisma 8 oder

9 auftreffen. Zu diesem Zeitpunkt wird, da der Einfallwinkel auf beiden Seiten der optischen Achse unterschiedlich ist, der Teil des Strahles auf der Seite, die nicht den Bedingungen der totalen Reflexion entspricht, das Prisma 8 oder 9 verlassen, aber der Teil des Strahles auf der Seite, die der totalen Reflexion entspricht^, wird reflektiert und daher wird, wie in Fig. 2A gezeigt, nur eine kleine Strahlenmenge die Photodiode 10 oder

12 erreichen, aber eine ausreichende Strahlenmenge wird die Photodiode 11 oder 13 erreichen.

FaLL, im Gegensatz zum Vorstehenden, die gemessene OberfLäche in einer Position weiter weg von der Objektiv-Linse 5 als die Brennpunktposition ist, wie in Fig. 2C gezeigt, wird eine ausreichende Strahlenmenge die Photodiode 10 oder 12 erreichen, aber nur eine kleine Strahlenmenge wird die Photodiode 11 oder 13 erreichen. Daher wird es möglich sein, wenn das Muster 6 in die durch die PfeiLe in Fig. 1 gekennzeichneten Richtungen bewegt und abgetastet wird, wobei die Abgabe-(Ausgabe-) Differenz zwischen den Dioden 10 und 11 bzw. 12 und

13 abgelesen wird, die OberfLächenrauhigkeit und die feine Stufenhöhe der gemessenen Oberfläche zu messen.

Als eine OberflächenprofiL-Meßeinrichtung, weLche die Astigmatismusmethode anwendet, wird als Beispiel ein Gerät in Fig. 3 gezeigt. In diesem FaIL tritt ein Laserstrahl von einer Laser-Lichtque I Le 14 durch ein Teilfilter 15 in einen Po LarisationsstrahIteiLer 16 ein und wird dann durch eine 1/4-WeLlenpLatte 17 und eine Objektivlinse 18 auf ein Muster 19 projiziert; der reflektierte Strahl tritt durch die Objektivlinse 18, die 1/4-WelLenpLatte 17, den Polarisationstrahlteiler 16 und den Strahlteiler 20 in eine Zylinderlinse 21 oder 22 ein, und der Strahl, derartig gesammeLt,

um durch die Zy LinderLinse 21 oder 22 einen Astigmatismus zu erzeugen, tritt in einen Detektor 23 oder 24 ein (Fig. 4A₇ 4B und 4C), welcher aus vier Photodioden 25,26,27 und 28 in der Anordnung besteht. In diesem optischen System wird, da ein Astigmatismus vorhanden ist, faLLs ein von der Laser LichtqueLLe ausgehendes Punktbild auf die gemessene OberfLäche des Musters 19 einfällt, der Umriß des auf dem Detektor 23 oder 24 gebildeten PunktbiLdes, nachdem es auf der gemessenen Oberfläche reflektiert wurde, wie in Fig. 4A,4B und 4C gezeigt, vor oder hinter dem Brennpunkt deformiert. Wenn das Bild von den Photodioden 25,26,27,28 aufgefangen wird und aLs ( V₂₅ + V₂₇) - ( V₂₆ + V _2g) errechnet wird, und während die Werte abgelesen werden -das Muster 19 in die durch die Pfeile angegebenen Richtungen bewegt wird, um abgetastet zu werden, ist es möglich, die Oberflächenrauhigkeit und die feine Stufenhöhe der gemessenen Oberfläche zu messen, wobei

V₂₅, ^v?6' ^V27 ^{uncl V}28 ⁰^^{e Aus}9^a'^{De der} Detektoren 25,26,27 und 28 darstellen.

Nun kann in einer derartigen optischen Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, welche die oben erwähnte Grenzwinkelmethode anwendet, ein hohes Auflösungsvermögen von ungefähr 1 fjm beibehalten werden, jedoch ist es nur in einem Bereich von ungefähr - 1 jum möglich, daß eine Linearität zwischen der Stufenänderung und

dem Output gegeben ist. Daher haben sich Probleme dahingehend ergeben, daß im Fall zu allererst der Detektorkopf in einem Bereich von nur 2 /um eingestellt werden muß/ daß, falls Ungleichförmigkeiten oder Unebenheiten von mehr als - 1 /um auf der Oberfläche des zu messenden Objektes vorhanden sind, sich die gemessene Oberfläche außerhalb des Meßbereiches befindet und nicht automatisch gemessen werden kann, und daß eine optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, welche sich der oben erwähnten Astigmatismus-Methode bedient, einen weiten Meßbereich von mehr als mehreren Zehnteln von /um hat, jedoch nur ein geringes Auflösungsvermögen aufwei st.

Andererseits gibt es in einer optischen Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, welche die oben erwähnte Grenzwinkelmethode als eine Methode zur Erweiterung des Meßbereiches anwendet, eine Methode, in welche die Objektivlinse durch eine Linse mit einer kleinen numerischen Apertur (NA) tiefer Fokaltiefe und kleiner Vergrößerung ersetzt wird. Jedoch wird in einem solchen konventionellen Objektiν I insen-Austauschsystern, beispielsweise einem Revolversystem, der Objektiν Iinsentei I außerordentlich groß, das Zentrum kann leicht verschoben werden, und es ist schwierig, den Abgleich in erforderlicher Genauigkeit zu halten. Auch in einem System, welches eine

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einzige Objektiν Linse austauscht, ist es schwierig, das Zentrum mit hoher Präzision beizubehalten und den Abgleich in erforderliche Genauigkeit zu bewahren. Die Arbeit des Austauschens der Objektivlinse ist kompliziert- Insbesondere ist es sehrt schwierig, Messungen während der Bearbeitung auszuführen. Außerdem ist es mühselig, eine Vielzahl von Oberflächenprofil-Meßvorrichtungen vorzubereiten, die unterschiedlich im Auflösungsvermögen und im gemessenen Bereich sind und die Oberflächenprofil-Meßvorrichtung in Reaktion auf das zu messende Objekt auszutauschen. Auch wenn das gemessene Objekt dasselbe ist, wird es im wesentlichen unmöglich sein, dieselbe Stelle zu messen. Der wirtschaftliche Verlust ist gegeben.

Weiterhin ergibt sich bei einer solchen optischen Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, welche die oben erwähnte Grenzwinkelmethode anwendet, das Problem, daß, wenn die Neigung der gemessenen Oberfläche größer als ein Maximum von - 5° ist, die Messung nicht erfolgen kann. Generell ergibt sich im Falte der Benutzung einer solchen Oberflächenprofil-Meßvorrichtung die Notwendigkeit, eine Serie von Daten aufzunehmen, während die Oberfläche des zu messenden Objektes, wie oben beschrieben, kontinuierlich gemessen wird. Jedoch treten auf der Oberfläche des zu messenden Objektes immer wiederkehrende Bildungen von Welligkeit und Vibrationen auf; und auch die Neigung

(Schräge) der zu messenden Oberfläche kann in den meisten Fällen nicht negiert werden. Probleme haben sich in solchen Fällen aufgrund des Vorstehenden ergeben^ nämlich daß es schwierig ist,, mit der Messung fortzufahren. Weiterhin hat sich ein Problem ergeben, daß der eingestellte, zulässige Winkelbereich der gemessenen Oberfläche so gering ist, daß - falls eine solche Struktur der wie oben erwähnten, gemessenen Oberfläche in Betracht zu ziehen ist - bei Beginn der Messung ein komplizierter Einstellvorgang zu praktizieren ist, und eine kontinuierliche Messung, wie die Messung während der Bearbeitung, erschwert wird. Auch in der Messung der Profile im abgeschrägten (geneigten) Teil solcher Muster mit Stufenhöhen, wie bei Abgußformen hoher Integration (LSO pattern) und der überwachung des Oberflächenprofils solcher Werkstücke, die von sich aus einen abgeschrägten (geneigten) Aufbau haben, wie beispielsweise äußerst präzise Lager, ergab sich die kontakt freie, hochsensitive Messung als Notwendigkeit. Jedoch ergab sich ebenfalls als Problem, daß konventionelle, optische Oberflächen-Meßeinrichtungen solch vielfachen Anforderungen nicht nachkommen können.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Oberflächenprofi I-Meßeinrichtung zu schaffen, das leicht im Meßbereich eines Detektorkopfes eingestellt werden kann, während ein hohes Auflösungsvermögen

gewährleistet bLeibt und das jederzeit selbsttätig die zu messende Oberfläche mißt, unabhängig vom jeweiligen

Oberf lächenzustand.

Nach der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Anordnung gelöst, worin - wie in Fig. 5 gezeigt -eine Oberflächenprofil-Meßeinrichtung mit einem weiten Meßbereich koaxial mit einer Oberflächenprofil-Meßeinrichtung mit einem hohen Auflösungsvermögen vorgesehen ist, so daß derselbe zu messende Abschnitt gleichzeitig mit einer Vielzahl von Oberflächenprofil-Meßeinrichtungen gemessen werden kann, oder, wie in Fig. 9 gezeigt, der Meßbereich der Oberflächenprofil-Meßeinrichtung mit einem hohen Auflösungsvermögen zeit-aufgeteiltgestreckt ist (time-divisiona I Iy expanded), so daß derselbe zu messende Abschnitt gleichzeitig mit einer Vielzahl von Meßbereichen gemessen werden kann, und ein Detektorkopf kann durch Benutzung eines Oberflächenprofil-Auffangsignal im dadurch erhaltenen weiten Meßbereich eingestellt werden und die relativen, d.h. die aufeinander bezogenen Positionen des Detektorkopfes und eines Objektträgers, der das zu messende Objekt trägt, werden durch Benutzung besagter Oberflächenprofil-Auffangsignale gesteuert. Der Vorteil liegt darin, daß eine Vielzahl gemessener Werte dadurch gleichzeitig erhalten wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im hinteren (rückwärtigen) TeiL einer Objektiν Linse eine Einrichtung zur Variierung einer numerischen Apertur vorgesehen, so daß die numerische Apertur auf der Eintrittsseite zur Oberfläche des zu messenden Objektes und das Auflösungsvermögen und der Meßbereich dadurch nach Belieben eingestellt werden können. Somit besteht keine Notwendigkeit, eine Vielzahl von Oberflächenprofil-Heßeinrichtungen für den entsprechenden Gebrauch separat einzustellen; das zu messende Objekt kann im wesentlichen gleichzeitig in verschiedenen Bereichen gemessen werden und es wird somit ein optisches Oberflächenprofil-Meßgerät erhalten, das ebenfalls für Messungen während der Bearbeitung angewandt werden kann.

Nach einer anderen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Lichtempfangsblende zwischen einem Polarisationsstrahlteiler und einer Erfassungseinrichtung vorgesehen, und die numerische Apertur auf der Erfassungsseite wird kleiner als die numerische Apertur des in die Oberfläche des zu messenden Objektes eintretenden Strahles gemacht, so daß, auch wenn die zu messende Oberfläche geneigt ist (schräg steht), die festzustellenden Strahlungs-

mengen nicht unausgeglichen sein können. Somit können, sogar falls sich die zu messende Oberfläche zur optischen Achse neigt, die gemessenen Ergebnisse beeinflußt werden. Somit wird eine Oberflächenprofil-Meßeinrichtung realisiert, welche für die Messung oder überwachung von derartigen Oberflächen eingerichtet ist, wie Oberflächen, die vibrieren, oder Welligkeiten, ein Profil eines abgeschrägten Abschnittes einer Oberfläche mit Stufenhöhen, eine asphärische Linsenoberfläche und Oberflächen höchst präziser Lager aufweisen. Auch wenn das zu messende Objekt auf einem Objektträger mehr oder weniger schräg gestellt eingestellt wird, wird sich im wesentlichen dadurch kaum ein Einfluß bemerkbar machen. Daher wird es keiner komplizierten Handhabe bedürfen, das zu messende Objekt einzustellen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Diese und weitere Aufgaben, wie auch die Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden, detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausfführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen aufgezeigt, und zwar zeigt

F i g. 1 die Ansicht eines optischen Systems eines Beispiels einer bekannten optischen Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, bei der die Grenzwinkelmethode angewendet wird,

Fig. 2A, 2B und 2C Ansichten, die die Lichtempfangsstadien auf den Photodioden in Fig. 1 zeigen,

F i g. 3 die Ansicht eines optischen Systems eines Beispiels einer bekannten optischen Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, bei der die Astigmatismusmethode angewendet wird,

Fig. 4A, 4B und 4C Ansichten, die Lichtempfangsstadien auf den Photodioden in Fig. 3 zeigen,

F i g. 5 eine Ansicht eines optischen Systems einer ersten Ausführungsform eine optischen Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung,

F i g. 6 eine für das optische System gemäß Fig. 5 verwendete Schaltung,

Fig. 7A, 7B, 7C und 7D Ansichten von von der ersten. Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhaltenen Oberflächenprofil-Auffangssignalen,

F i g. 8 eine Ansicht eines optischen Systems einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

F i g. 9 eine Ansicht eines optischen Systems einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

F i g. 10 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer in der dritten Ausführungsform verwendeten Strahlengang begrenzungseinrichtung,

F ig. 11 ein Blockschaltbild einer für das optische System gemäß Fig. 9 verwendeten Schaltung,

F i g. 12 eine Ansicht eines optischen Systems einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

F i g. 13 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer in der vierten Ausführungsform verwendeten Strahlengangbegrenzungseinrichtung,

F i g. 14 eine Grafik, die die Beziehungen zwischen der Stufenhöhe und dem Output in der vierten Ausführungsform wiedergibt,

F i g. 15 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels einer in der vierten Ausführungsform verwendeten StrahLengangbegrenzungsei nrichtung,

F i g. 16 ein BLockschaLtbiLd eines SignaLverarbeitung; systems, das in der vierten Ausführungsform zusammen mit der Strahlengangbegrenzungseinrichtung der Fig. 15 verwandt wi rd,

F i g. 17 eine TabelLe , die die Verbindungen zwischen der numerischen Apertur und der messenden Lichtfleck-Größe wiedergibt,

F i g. 18 und 19 perspektivische Ansichten von weiteren bzw. anderen Beispielen der StrahLengangbegrenzungseinrichtung,

F i g. 20 eine Ansicht eines optischen Systems einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

F i g. 21 eine Ansicht eines optischen Systems einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

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F i g. 22 eine Ansicht eines optischen Systems einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 23A, 23B und 23C erläuternde Ansichten, die Variationen des eintretenden Strahls und des reflektierten Strahls auf der gemessenen Oberfläche wiedergeben,

F i g. 24 eine Ansicht eines optischen Systems einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

F i g. 25 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer in der siebenten und achten Ausführungsform verwendeten Apertu rb Lenden eityri chtung,

F i g. 26 ein Blockschaltbild eines in der achten Ausführungsform benutzten elektrischen Steuerungskreisteils und

F i g. 27 eine erläuternde Ansicht, die die durch die Schrägstellung der gemessenen Oberfläche bewirkte Verschiebung des reflektierten Strahls wiedergibt.

Die vorliegende Erfindung soll in folgendem im einzelnen auf der Grundlage der entsprechenden, dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert werden, wobei dieselben Bezugsziffern für dieselben Teile wie in den vorauferwähnten konventionellen Beispielen verwendet werden,

Fig. 5 bis 7 zeigen ein optisches System, eine Schaltung und Stufenhohenerfassungssignale einer ersten Ausführungsform einer optischen Oberflächenprofil-Meßeinrichtung. Danach ist ein Strahlteiler 30 zwischen einem Polarisationsstrahlteiler 3 und einem Strahlteiler 7 des vorher erwähnten konventionellen Beispiels angeordnet, wobei die Grenzwinkelmethode angewandt wird, so daß ein Teil des von der Oberfläche eines zu messenden Objektes 6 reflektierten Strahles geführt werden kann und eine Zylinderlinse 21 ist in der optischen Achse angeordnet bzw. eine Zylinderlinse 21 wird auf die optische Achse eingestellt, so daß der Strahl auf einem viergeteilten Photosensor 23 abgebildet wird. Dabei sind mit 31 und 32 zwei geteilte Photosensoren bezeichnet, die jeweils hinter Grenzwertprismen (critical angle prims) 8 und 9 angeordnet sind. Das Output-Signal des viergeteilten Photosensors 23 gelangt durch einen Operationsverstärker 33 und einen Kompensationsstromkreis (Ausg leichs-SchaLtkreis) 34 zu einem Servokraftverstarker 35, so daß ein Servomotor 37 zur Auf-

und Abbewegung eines Objektträgers 36 (in Richtung der Z-Achse) durch die Ausgabesignale des Verstärkers 35 gesteuert werden kann. Auf der anderen Seite werden die Ausgabesignale des zweigteilten Sensors 31 und 32 durch Funktionsverstärkersysteme 38 bzw. 39 in

eine AdditionsschaLtung 40 gegeben und werden durch einen AusgLeichs-SchaLtkreis 41 an eine Verschiebungsausgabeeinrichtung gegeben. Der Objektträger 36 wird ebenfaLLs durch ein X-Achsen-Richtungsantriebssystem 43 in X-Achsenrichtung angetrieben und seine Verschiebung wird durch einen Verschiebungssensor 44 festgestellt und wird an die Verschiebungsausgabe-(Output-)einrichtung übertragen. Nebenbei gesagt steLLt das Bezugszeichen 45 einen Detektorkopf einschLießLich des optischen Systems der Fig. 1 dar.

Da die erste Ausführungsform wie oben beschrieben ausgebiLdet ist, wird ein TeiL des vom Muster 6 refLektierten StrahLes durch den StrahLteiLer 30 nach außen geführt, wird von der ZyLinderLinse 21 auf dem Photosensor 23 abgebiLdet und wird auf der GrundLage des Prinzips der oben erwähnten Astigmatismusmethode ein SignaL erzeugen. Das vom viergeteiLteη Photosensor 23 erhaltene BrennpunktfehLersignaL wird durch den Funktionsverstärker 33 und den AusgLeichs-SchaLtkreis 34 verarbeitet und wird in den Kraftverstärker gegeben und der Objektträger-Servomotor 37 wird durch das AusgabesignaL des Kraftverstärkers 35 gesteuert. Daher wird ein mit der OberfLächenprofiL-Meßeinrichtung von hohem Auf Lösungsvermögen durch die Grenzwertmethode gemessenes OberfLächenareaL gleichzeitig mit der OberfLächenprofiL-Meßeinrichtung weiten Meßbereiches durch

die Astigmatismusmethocle gemessen. FaLLs der Detektorkopf 45 im wesentLichen auf die ZentraLposition des Meßbereiches eingesteLLt wird, indem das VerschiebungsfeststeL LungssignaL benutzt wird - da der Meßbereich weit ist - ist es einfach, den Detektorkopf 45 einzusteLLen. Da die relativen, zueinander im VerhäLtnis stehenden Positionen des Musters 6 auf dem Objektträger 36 und des Detektorkopfes 45 jederzeit innerhalb des Meßbereiches der OberfLächenprofiL-Meßeinrichtung hohen Auf Lösungsvermögens durch RückkoppLung des Verschi ebungsfeststel LungssignaLs gehaLten werden, falls die Messung in Z-Achsenrichtung durch die Grenzwertmethode erfolgt, während der Objektträger 36 in X-Richtung bewegt wird, wobei die Positionen in der X-Achsen-Richtung des Objektträgers mit dem Verschiebungssensor 44 überwacht werden, ist es sogar möglich, die Oberfläche eines Musters mit ausgedehnten, sich langsam ändernden Oberflächenunregelmäßigkeiten mit hohem Auflösungsvermögen automatisch zu messen.

Es muß nicht besonders erwähnt werden, daß - falls die Ausgabe des AusgLeichs-SchaLtkreises 34 an die Verschiebungs-Ausgabeeinrichtung 42 gesandt wird, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 6 angedeutet-

die AusbiLdung großfLächiger Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Musters 6 gleichzeitig ausgegeben werden kann. Daher werden für das Muster 6, welches Oberflächenprofile, wie in Fig. 7A dargestellt, aufweist, solche großflächigen Unregelmäßigkeiten, wie in Fig. 7B gezeigt, vom Ausgleichs-Schaltkreis 34 ausgegeben/ der Brennpunkt wird durch Verwendung dieser Ausgabe automatisch korrigiert und daher wird die Ausgabe des Ausgleichs-Schaltkreises 41 ein Signal nur feiner Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Musters 6 sein, wie in Fig. 7C dargestellt. Diese beiden Eingaben werden in der Verschiebungs-Ausgabeeinrichtung 42 in Höhenlage und Phase korrigiert und werden addiert, um in Ausgabesignale umgewandelt zu werden·, welche genau die Oberf Lächensi gnale repräsentieren, wie in Fig. 7D dargestellt, und werden außerhalb durch solche Einrichtungen wie Zählei nri chtungs-Anzei ge und/oder -Rekorder angegeben. Die beiden synchronisierten Ausgabesignale können auch individuell angegeben werden. Es bedarf keiner Erwähnung, daß nur das in Fig. 7B oder Fig. 7C gezeigte Signal ausgegeben werden kann. Nebenbei gesagt kann der Detektorkopf 45 selbst anstatt des Verschiebungssensors 44 verwendet werden.

Fig. 8 zeigt ein optisches System einer zweiten Ausführungsform. Dies ist das gleiche, wie in der ersten

Ausführungsform mit Ausnahme, daß in der ersten Ausführungsform die ZyLinderLinse 21 durch eine abbildende Linse 46, der viergeteilte Photosensor 23 durch ein Halbleiterpositionserfassungselement 4 7 ersetzt wird, und daß ein feststehendes Strah lengangbegrenzungsteil 48 , welches den Strahl auf die Hälfte begrenzt, zwischen dem Strahlteiler 30 und der abbildenden Linse 46 angeordnet ist. Nebenbei gesagt ist die abbildende Linse 46 vorgesehen, um den Strahl auf dem HaIbleiterpositionserfassungselement abzubilden. Da diese zweite Ausführungsform , wie oben beschrieben, ausgebildet ist, wird der halbe Querschnitt des seitlich vom Strahlteiler 30 herausgenommenen Strahls vom Strah lengangbegrenzungsteiI 48 abgeschirmt und der übrigbleibende Strahl wird auf dem Halbleiterpositionserfassungselement 47 abgebildet. Da der übrigbleibende Strahl ein achsenentfernter Strahl ist, wird sich seine abbildende Position in Reaktion zur Position des Musters 6 auf der optischen Achse bewegen. Der gleiche Effekt wie in der ersten Ausführungsform wird durch Feststellung dieser Bewegung erhalten. Nebenbei gesagt, kann ein zweigeteilter Photosensor anstelle des HaIbleiterpositionserfassungselementes 47 benutzt werden.

Fig. 9 bis 11 zeigen ein optisches System, Strahlen-

gangbegrenzungseinrichtung und Schaltung einer dritten Ausführungsform. Dieses optische System ist das gleiche wie in der ersten Ausführungsform mit Ausnahme, daß in der ersten Ausführungsform die Zylinderlinse 21 durch die abbildende Linse 46 und der viergeteiIte Photosensor 23 durch das Ha Ib leiterpositionserfassungselement 47 ersetzt wird und ein verschiebbares Strahlengangbegrenzungstei I 49 ist in dem Strahlengang zwischen der Ko 11imatorIinse 2 und dem Polarisationsstrahlteiler 3 angeordnet. Viele Arten, die einen Unterbrecher, wie in Fig. 10 gezeigt, und einen nachstehend beschriebenen Flüssigkeitskristall-Verschluß und ein nicht dargestelltes Solenoid verwenden, können für das Strahlengangbegrenzungsteil 49 verwendet werden.

Das synchronisierende Signal für das Strahlengangbegrenzungsteil 49 wird von einem Senor 50 (Fig.10) ausgegeben, wird durch eine Korrekturschaltung 51 in die Abtast schaItungen 52,53 und 54 gegeben und die Ausgaben des Funktionsverstärkers 33 und des Funktionsverstärkersystems 38 und 39 werden von den Abtastschaltungen 52,53 bzw. 54 abgetastet und werden weiterhin durch TiefpaßfiIterschaItungen 55, 56 bzw. 57 an den Ausgleichs-Schaltkreis 34 und die Additionsschaltung 40 zurückgegeben.

Da die dritte Ausführungsform wie oben beschrieben

ausgebildet ist, ist es möglich, wenn das Strah-LengangbegrenzungsteiL 49 nicht in den Strahlengang eingeschoben ist, den gesamten Strahl zu verwenden und daher wird die Wirkungsweise die gleiche sein, wie bei einer gewöhnlichen Oberflächenprofil-Meßeinrichtung hohen Auflösungsvermögens. Andererseits wird, wenn das Strahlengangbeg renzungstei I 49 in den Strahlengang eingefahren ist, die Hälfte des Strahles - wie in Fig. 9 gezeigt - begrenzt werden, nur der halbe Strahl a wird auf das Muster auftreffen, wird reflektiert, um als halber Strahl b zurückzukehren,
wird vom Strahlteiler 340 herausgenommen und wird
durch die Wirkung der abbildenden Linse 46 auf dem HaIbleiterpositionserfassungse lement (PSO) 47 abgebildet und der Brennpunkt wird nach demselben Prinzip wie bei der automatischen Brennpunkt korrektur durch die Lichtunterbrechungsmethode festgestellt. Daher können in dieser Ausführungsform die Wirkungsweise schon
an sich der Oberflächenprofil-Meßeinrichtung hohen Auflösungsvermögens und die Wirkungsweise der automatischen Brennpunktermittlungsvorrichtung, die sich der Lichtunterbrechungsmethode bedient, zeitaufgeteilt realisiert werden. Wie es ist, werden das Auflösungsvermögen und der Meßbereich zeitaufgetei It variieren. Daher werden, wie in Fig. 11 gezeigt. Phase und Höhenlage des Ausgabesignals vom Sensor 50 durch eine

KorrekturschaLtung 51 korrigiert, die Signale von den Funktionsverstärkern 33,38 und 39 werden von den Abtastschaltungen 52,53 bzw. 54 abgetastet und werden dann durch die Tiefpaßfilter 55,56 bzw. 57 geleitet , und zwar zur Zeitmittelung der zeitaufgeteilten Information. Daher werden, falls der Objektträger langsam genug in der X-Achsen-Richtung bewegt wird (tatsächlich wird, falls selbiger nicht langsam bewegt wird, die Vibration so stark werden, daß kein Nutzen gegeben ist), die Oberflächenprofil-Meßeinrichtung hohen Auflösungsvermögens und die Oberflächenprofil-Meßeinrichtung eines weiten Meßbereichs im wesentlich gleichzeitig bestehen und als Ergebnis wird die Meßfläche im wesentlichen gleichzeitig mit zwei Meßbereichen gemessen. Daher wird es, ebenso wie in der ersten Ausführungsform, einfach sein, den Detektorkopf innerhalb des Meßbereiches einzustellen, wodurch der automatische Meßbereich und die automatische Messung ermöglicht werden. Nebenbei gesagt wird in Fig. 10 das synchronisierende Signal des Strahlengangbegrenzungsteiles (Unterbrecher) 49 durch den Sensor 50 erfaßt, aber das StrahlengangbegrenzungsteiL 49 kann durch einen Schrittmotor gedreht werden, um so die Antriebsimpulse des Schrittmotors in die Korrekturschaltung zu geben, d.h. kann durch einen Schrittmotor so gedreht werden, um die Antriebsimpulse des Schrittmotors in die Korrekturschaltung zu geben.

Fig. 12 und 14 zeigen ein optisches System, StrahLengangbegrenzungseinrichtung und VerschiebungsausgabereLationen einer vierten Ausführungsform. Dies ist die gLeiche wie die konvent i oneL Le Oberf lächenprof i (.-Meßeinrichtung, die mit dem StrahLengangbegrenzungsteiL ausgestattet ist und die GrenzwinkeLmethode anwendet, ausgenommen, daß ein einsetzbares StrahLengangbegrenzungsteiL 58 im StrahLenweg zwischen der KoLLimatorLinss 2 und dem PoLarisationsstrah LteiLer 3 angeordnet ist. Das StrahLengangbegrenzuiigstei L 58 hat, wie in Fig. 13 gezeigt, eine ZentraLöffnung 59, um zu bewirken, daß der zentraLe TeiL des gesamten StrahLs in einem konzentrischen Kreis bLeibt und die Größe der ZentraL-öffnung 59 nach BeLieben eingesteLLt werden kann. Konkret wird ein FLüssigkeitskrist a LL-VerschLuß benutzt, so daß, wenn AntriebsimpuLse ankommen, der andere TeiL aLs die ZentraLöffnung 59 den StrahL abfängt; wenn aber die AntriebsimpuL se nicht ankommen, wird der gesamte StrahL passieren.

Da die vierte Ausführungsform wie oben beschrieben ausgebiLdet ist, wird, wenn die AntriebsimpuLse nicht in das St rahLenwegbegrenzungsteiL 58 eingegangen sind und der gesamte StrahL passiert, dieseLbe Funktion wie bei einer konventione LLen OberfLächenprofiL-Meßeinrichtung ausgeführt. Wenn die AntriebsimpuLse in das StrahLengangbegrenzungsteiL 58 eingegeben werden, wird

der St rah !.durchmesser begrenzt; a L s Ergebnis wird die numerische Apertur der Objektiν Linse 5 kleiner, die Empfindlichkeit zur Verschiebung (Höhenveränderung) wird kleiner, wie in Fig. 14 gezeigt.

Wenn die Antriebsimpulse zeitaufgeteilt eingegeben und wie in der dritten Ausführungsform verarbeitet werden, wird der gleiche Effekt wie mit den anderen bereits beschriebenen Ausführungsformen erzielt.

Fig. 15 und 16 zeigen ein Beispiel, bei dem eine Irisblende, wie sie bei Kameras od.dgl. verwendet wird, als Strah lengangbegrenzung st ei I 58 entsprechend der vierten Ausführungsform eingesetzt wird, d.h. nach Fig. 15 ist ein Zahnstangenabschnitt 62 über einen Bereich auf dem äußeren Umfang eines Drehringes 61 zum öffnen und Schließen von Blendenlamellen 60 und ein Antriebszahnrad 64 vorgesehen, das mit dem Zahnstangenabschnitt 62 in Eingriff steht und das mit der Welle eines Kodier-GLeichstrommotors 63 bzw. einer anderen geeigneten Antriebseinrichtung verbunden ist. Fig. 16 zeigt ein Signalverarbeitungssystem, welches dieser Irisblende angepaßt ist. Mit 65 ist eine Meßbereichseinstellschaltung, mit 66 eine Steuerschaltung, mit 67 eine Motorantriebsschaltung, mit 68 eine Blendendur chmesserfeststeIlungsschaItung und mit 69 eine Laserdiodenantriebsschaltung bezeichnet.

Bei dieser Ausführungsform wird, wenn der Meßbereich durch die MeßbereichseinsteLLschaLtung 65 eingesteLlt ist, die MotorantriebsschaLtung 67 durch die Steuerschaltung 66 gesteuert und der Motor wird angetrieben.

Wenn der Motor angetrieben wird, wird der Drehring 61 durch das Antriebszahnrad 64 und den Zahnstangenabschnitt 62 gedreht, so daß die BLendenLameLLen 60 bewegt werden, um den BLendendurchmesser zu verändern. Zu diesem Zeitpunkt wird das SignaL vom KodierteiL des Motors 63 in die BLendendurchmesserfeststeLLungsschaLtung 68 eingegeben, um den BLendendurchmesser zu ermitteLn. Wenn der BLendendurchmesser mit dem von der MeßbereichseinsteLLschaLtung 65 eingesteLLten Bereich übereinstimmt, wird der Motor 63 durch den Steuerkreis 66 und die MotorantriebsschaLtung 67 angehalten.

Wenn nun die BLendenlameLLen 60 abgeblendet sind, wird der Strahl nunmehr der Strahl halb b sein (schraffierter Teil), dargestellt in Fig. 12. In diesem Stadium wird die numerische Apertur des in das Muster 6 eintretenden Strahles kleiner als die des Strahles a sein, falls die Blendenlame Llen 60 nicht abgeblendet sind und dies entspricht der kLeiner gemachten numerischen Apertur. Die Weise, daß - faLLs die numerische

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Apertur kLeiner gemacht wurde - der in der KaLkuLation erhaLtene Meßbereich sich ausdehnt, wie in Fig. 14 gezeigt, stimmt mit den experimenteLLen Ergebnissen übere in.

Wenn daher der BLendendurchmesser des StrahLengangbegrenzungsteiLs 58 verändert wird, ist es mögLich, den Meßbereich nach BeLieben einzusteLLen. Wenn jedoch der Meßbereich durch VerkLeinerung der numerischen Apertur ausgedehnt wird, wird sich das AufLösungsvermögen mit seLbiger verringern und - wie in der TabeLLe in Fig. 17 dargesteLLt - wird sich auch die Größe des Meßpunktes auf dem Muster 6 vergrößern. Daher ist es notwendig, den Meßbereich in Übereinstimmung mit Objekt und Zweck einzusteLLen. FaLLs die BLenden-LameLLen 60 abgebLendet werden, wird die StrahLmenge verringert und aLs Ergebnis wird der Störabstand kLeiner werden. Daher ist es mögLich, die LaserdiodenantriebsschaLtung 69 mit dem Steuerkreis 66 zu steuern, indem das SignaL von der BLendendurchmesserfeststeLLungsschaLtung 68 genutzt wird, um die Laserst rah Lrnenge zur Vergrößerung einzusteLLen, wenn der B Lendendurchmesser kLeiner wird.

Hier kann das StrahLengangbegrenzungstei L 58 weiterhin nach mannigfa Ltiger Art eines RevoLverbLendentyps ausgebiLdet sein, worin auf der Peripherie - wie in

Fig. 18 gezeigt - eine Vielzahl von Blenden mit unterschiedlichen Durchmessern angeordnet ist; weiterhin auch eine Schaltblende, worin eine Hehrzahl von Blenden mit unterschiedlichen Durchmesser in einer Reihe angeordnet sind, wie in Fig. 19 dargestellt, welche den Strahl begrenzen können. Der Blendendurchmesser wird durch Anwendung des Motors 63 verändert; es muß jedoch nicht extra erwähnt werden, daß selbiger auch manuell verändert werden kann.

Das Strahlengangbegrenzungsteil 58 ist zwischen der KoIIimatorIinse 2 und dem Polarisationsstrahlteiler 3 angeordnet, kann aber auch zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 3 und der Objektiν Iinse 5 angeordnet werden. Jedoch wird in einem solchen Fall die effektive numerische Apertur auch für den reflektierten und vom Muster 6 zurückkehrenden Strahl verringert, faLls das Muster 6 schräg gestellt ist, der reflektierte Strahl wird vom Strahlengangbegrenzungsteil beschränkt und daher wird der Meßbereich enger werden.

Wie sich aus dem Vorangegangenen ergibt, wird sich, wenn es gewünscht wird, daß ausgedehnte Welligkeit und Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des zu messender» Objektes gesehen werden, falls die "öffnung des Strahlen™ gangbegrenzungstei les 58 abgeblendet wird, um die numeri-

sehe Apertur kleiner zu machen, der Meßbereich ausdehnen und es wird mögliLch sein, das ungefähre Profil, der Oberfläche zu messen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Meßpunktgröße ebenfalls größer werden und es wird daher möglich, daß eine Messung erfolgt, ohne daß ein Einfluß geringfügiger UnregeImäigkeiten, wie z.B. Staub, auf der Oberfläche gegeben ist. Da weiterhin nur die numerische Apertur auf der Strahleintrittsseite zum Muster kleiner gemacht wird, auch wenn das Muster schräg ist, ist es weniger wahrscheinlich beeinflußt zu werden, als wenn die numerische Apertur der Objektivlinse selbst kleiner gemacht wird. Falls die öffnung des Strah lengangbegrenzungstei les 58 geöffnet wird, um die numerische Apertur zu vergrößern, wird sich der Meßbereich zusammenziehen, aber das Auflösungsvermögen wird sich verbessern und daher wird es möglich, die Einrichtung als die konventionelle Oberflächenprofil-Meßeinrichtung mit einem hohen Auflösungsvermögen zu benutzen.

Wenn daher die öffnung des Strahlengangbegrenzungsteiles 58 richtig eingestellt ist, ist es möglich, eine Oberflächenprofil-Meßeinrichtung beliebig von einer Oberflächenprofil-Meßeinrichtung hohen Auflösungsvermögens in eine Oberflächenprofil-Meßeinrichtung eines weiten Meßbereiches umzuwandeln, und es ist weiter möglich,

die Arbeitsdurchführung der Oberf Lächenprof i l-Meßei nri cSitu nach Belieben in bezug auf das gemessene Objekt und den Zweck der Messung einzustelLen.

Fig. 20 zeigte eine fünfte Ausführungsform, worin ein Zoomlinsensystern variablen Brennpunktabstandes angeordnet ist, anstatt der Ko 11imatorIinse 2 und des St rahlengangbegrenzungsteils 58 i^{n der} in Fig- 12 gezeigten Ausführungsform. Das Zoom I insensystern ?0 funktioniere als eine KoIIimatorIinse variablen Brennpunktabstandes. Durch beliebige Abänderungen des Brennpunktabstandes kann der Laserstrahl in einen solchen Strahl umgewandelt werden, der irgendeinen Durchmesser hat, beispielsweise durch das Symbol b (schraffierter Teil) dargestellt» Das Zoomen kann per Hand oder durch irgendein Elektromotorsystem erfolgen.

Im Falle dieses Beispiels wird, da nur die numerische Apertur auf der Strahleingangsseite zum Muster 6 nur durch Einstellen des Zoomlinsensystems 70 verkleinert werden kann, derselbe Effekt wie beim Ausführungsbeispiel in Fig. 12 erhalten und, da die Strahlungsmenge nicht verringert wird, ergibt sich der Vorteil, daß der Störabstand konstant gehalten werden kann.

Fig. 21 zeigt eine sechste Ausführungsform, worin - in Fig. 12 - eine Polarisationsplatte 71 angeordnet

ist, um der Richtung des polarisierten Strahles von der Laserdiode 1 in der Position des Strah lengangbegrenzungsteiIs 58 zu entsprechen, wobei der Polarisationsstrahlteiler 3 durch einen nicht Polarisationsstrahlteiler 72 ersetzt ist. Ferner ist ein nicht vorgesehener Polarisationsstrahlteiler 73 neu zwischen dem Strahlteiler

72 und dem Strahlteiler 7 vorgesehen, wobei der Strahlteiler 73, eine neue Polarisationsplatte 74, eine KoIIimatorIinse 75 und eine Laserdiode 76 optisch in denselben Positions relationen mit dem Strahlteiler 72, der Polarisationsplatte 71, der Ko ILimatortinse 2 und der Laserdiode 1 angeordnet sind. Jedoch wird hier, da der Brennpunktabstand der Ko 11 imatorLinse 75 kurzer als der Brennpunktabstand der Ko 11imatorIinse 2 ausgewählt wird, der Strahl c (schraffierter Teil) durch die Ko 11 imator I inse 75 feiner als der Strahl a sein und die numerische Apertur auf der Strahleintrittsseite wird kleiner sein.

Nebenbei gesagt werden die vom Strahlteiler 72 oder

73 reflektierten Komponenten des vom Muster 6 reflektierten Strahles zur Seite der Laserdiode 1 oder 76 vordringen; sie werden jedoch zweimal durch die 1/4-We I lenplatte 4 laufen, bis sich die po larisierte Richtung rechtwinklig mit der Polarisationsplatte schneidet und werden daher nicht zur Laserdiode 1 oder 76 zurückkehren,

um dort ein Rauschen hervorzurufen. Der reflektierenden Oberflächen gibt es so viele, daß insbesondere der Verlust auf der Strah l-c-Seite groß sein wird, aber wenn das Reflexionsvermögen der Strahlteiler 72 und 73 nur bei ungefähr 25% liegt, dann wird der Reflexionsverlust auf der Strah l-c-Seite bis zu einem gewissen Maße verringert. Auch wird der Strahl nicht besonders abgeschnitten. Falls die Zahl der lichtprojizierenden Systeme, jeweils aus der Laserdiode, der KoLlimatorlinse, der Polarisationsplatte und dem Strahlteiler gebildet, innerhalb des Bereiches liegt, in welchem der Reflexionsverlust mit der Laserstrahlmenge abgedeckt werden kann, können zwei oder mehr Lichtprojektionssysteme vorgesehen werden.

Im Falle dieses Beispiels besteht ein Vorteil darin, daß die Eigenschaften der Oberf lächenprofiL-Meßeinrichtung sofort durch Umschalten variiert werden können, um nur eine der Laserdioden 1 und 76 zu benutzen. Wenn weiterhin die Laserdioden 1 und 76 mit Frequenzen moduliert werden, die hoch genug und entsprechend unterschiedlich sind oder wechselseitig bei hoher Geschwindigkeit mit derselben Frequenz beleuchtet werden, wird es ermöglicht, daß die Oberflächenprofil-Meßeinrichtung gleichzeitig die Eigenschaften sowohl von hohem Auflösungsvermögen als auch eines weiten Meßberei ches hat.

Fig. 22 zeigt ein optisches System einer siebenten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist eine AperturbLende vor ein Erfassungssystem gesetzt und die numerische Apertur auf der Erfassungsseite ist kleiner gemacht aLs die numerische Apertur des Strahles,, der auf die Oberfläche eines zu messenden Strahles einfällt, so daß, sogar wenn die Oberfläche des zu messenden Musters schräg gestellt ist, der festgeste I Ite Strahlbetrag auf der Lichtempfangsvorrichtung nicht ungleich ist. In Fig. 22 ist mit 77 eine Lichtquelle, die aus einem Halbleiterlaser besteht, mit 78 eine Ko 11 imator I inse, mit 79 ein Polarisationsstrahlteiler, mit 80 eine 1/4-Wel lenplatte, mit 81 eine Objektiν I inse, mit 82 ein Grenzwinkelprisma, mit 83 ein zweigeteilter Photodetektor und mit 84 eine Aperturblende bezeichnet, die zwischen dem Po I arisationsstrah IteiIer 79 und einem Brennpunktfeh lererfassungssystern 85 einschließlich des Grenzwinkelprismas 82 und dem zweigeteilten Photodetektor 83 angeordnet ist, um den von der gemessenen Oberfläche S reflektierten Strahl zu begrenzen, damit dieser in einem vorher bestimmten Bereich liegt.

Da die siebente Ausführungsform wie oben beschrieben ausgebildet ist, wird der von der Lichtquelle 77 ausgesandte Strahl durch die Ko 11imatorIinse 78 zu einem parallelen Strahl gemacht, wird dann durch den Polarisationsstrahlteiler 79 und die 1/4-WeIlenplatte 80 laufen und wird auf der gemessenen Oberfläche durch die Objek-

tivlinse 81 konvergiert. Der von der MeßoberfLache S reflektierte Strahl, wird durch die Obj ekt i ν I i nse 81 zu einem parallelen Strahl zurückgeführt,
wird durch die 1/4-Wel lenplatte 80 laufen und wird durch den Po larisationsstrahLtei ler 79 zu dem Brennpunktfehlererfassungssystem 85 geleitet. In diesem Fall wird der reflektierte Strahl durch die Aperturblende 84 begrenzt und als Ergebnis wird die numerische Apertur auf der gemessenen Seite des Erfassungsstrahles begrenzt. Hier soll die Wirkungsweise der Aperturblende 84 auf der Grundlage der Fig. 23 im einzelnen erklärt werden.

Fig. 23A zeigt den Zustand, daß die gemessene Oberfläche S nicht schräg gestellt ist, d.h. den Zustand, in
dem die Senkrechte der gemessenen Oberfläche S mit der optische Achse 0 zusammenfällt. In diesem Fall fallen der einfallende Strahl Li (dargestellt durch die ausgezogenen Linien) vor Eintritt in die Objektivlinse und der reflektierte Strahl Lr (dargestellt
durch die gebrochenen Linien) nach Reflexion von der gemessenen Oberfläche S und Passieren durch die Objektivlinse 81 perfekt miteinander zusammen. Falls andererseits die gemessene Oberfläche S in einem Winkel θ zur Horizontalebene geneigt ist, wie in Fig. 23B dargestellt, wird der reflektierte Strahl Lr als durch
2 θ geneigt zum reflektierten Strahl, falls die gemessene Oberfläche nicht geneigt ist, reflektiert, und der

einfallende Strahl Li vor Eintritt in die Objektivlinse 81 und der reflektierte Strahl Lr nach Reflexion von der gemessenen Oberfläche S und Passieren der Objektivlinse 81 werden nicht miteinander zusammenfallen und werden im Hinblick auf die optische Achse 0 asymmetrisch sein, d.h. der reflektierte Strahl, geteilt durch eine Ebene vertikal zur Papieroberfläche, wobei die optische Achse inklinierend ist, wird in den reflektierten Strahl Lr - a und in den reflektierten Strahl Lr - b geteilt. Aber im Falle der Fig. 23B ist der reflektierte Strahl Lr - a größer im Querschnitt als der reflektierte Strahl Lr - b und daher ist die Strahlungsmenge auf der Seite des reflektierten Strahles Lr - a. In Fig. 22 nun, falls die Aperturblende nicht vorgesehen ist, wird, selbst auf dem zweigeteilten Photodetektor 83, der den reflektierten Strahl Lr erfaßt, der Photodetektor, welcher das Licht auf der Seite des reflektierten Strahles Lr - a empfängt, einen größeren Strahlungsbetrag erhalten als der Photodetektor, der den Strahl auf der Seite des reflektierten Strahles Lr - b empfängt und, während sie im selben Brennpunktzustand sind, werden die beiden Ausgaben (Outputs) auf dem zweigeteilten Photodetektor 83 ungleich sein, so daß keine genaue Messung erfolgen kann. Hier werden, falls die Aperturblende, wie in Fig. 23C gezeigt, vorgesehen ist, nur die reflektierten Strahlteile Lr-c und Lr - g gleicher Querschnittsflächen der reflektierten Strahlen Lr - a und Lr - b, nachdem

sie die AperturbLende 84 passiert haben, den zweigeteilten Photodetektor 83 erreichen, so daß dadurch die Ungleichheit der Strahlungsmengen auf dem zweigeteilten Photodetektor 83 durch die Neigung der gemessenen Oberfläche S um den Winkel θ durch die Aperturblende 84 perfekt aufgehoben wird. Daher ist, wenn die den reflektierenden Strahl begrenzende Aperturblende 84 nur der Anordnung der normalen Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, die sich der Grenzwinkelmethode bedient, hinzugefügt wird, eine genaue Messung von hoher Genauigkeit möglich, sogar dann, wenn die gemessene Oberfläche genei gt ist.

In der oben erwähnten Ausführungsform ist die Aperturblende 84 zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 79 und dem Brennpunktfehlererfassungssystem 85 angeordnet,, jedoch kann sie auch zwischen das Grenzwertprisma 82 und den zweigeteilten Photodetektor 83 in das Brennpunktfehlererfassungssystern 85, wie durch strichpunktierte Linien in Fig. 22 angedeutet, gesetzt werden. Jedoch wird in diesem Fall die Breite, welche der Verschiebung in Z-Achsenrichtung oder der Stufenhöhe der gemessenen Oberfläche S in einem festen Blendendurchmesser entspricht^, um den Betrag kleiner sein, um welchen die Position der Aperturblende weiterweg von der Objektiν Iinse wurde, als im Falle des Ausführungsbeispiels in Fig.

Daher wird im FaLLe des AusführungsbeispieLs in Fig. 22 die AperturbLende 84 in eine an den Po LarisationsstrahLteiLer 79 angrenzende Position gesetzt, aber, faLLs es nicht notwendig ist, einen Austausch oder eine BLendenkorrektur zu ermögLichen, kann die AperturbLende 84 auf dem PoLarisationsstrah Lteiler 79 gesetzt werden, wie durch die gestrieheLten Linien angedeutet.

Fig. 24 zeigt eine achte Ausführungsform, etwas unterschied-Lich zu der in Fig. 22 gezeigten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist ein NichtpoLarisationsstrahLteiLer 86 zwischen der AperturbLende 84 und dem BrennpunktfehLererfassungssystern 85 vorgesehen, so daß ein TeiL des refLektierten StrahLs durch eine abbiLdende Linse 87 auf ein HaLbLeiter-PositionserfassungseLement (PSD) 88 konvergiert wird, und eine soLche IrisbLende, wie sie in Kameras od.dg L. verwandt wird, wird aLs AperturbLende 84 eingesetzt, so daß der BLendendurchmesser variabeL sein kann.

In Fig. 25 bis 27 ist mit 84a eine B Lenden Lame LLe, mit 84b ein BLendenring, der auf seinem äußeren Umfang den Abschnitt einer der Ringform angepaßten Zahnstange 84b¹ trägt und mit den B Lenden Lame LLen 84 durch einen bekannten Mechanismus verbunden ist, so daß der B Lendendurchmesser durch Drehung variabeL sein kann, mit 89 ein Schrittmotor,

in welchem ein Antriebszahnrad 89a, welches in die Zahnstange 84b¹ eingreift, an der Rotorwelle befestigt ist, mit 90 eine Positionserfassungsscha Itung, die mit dem Halblei ter-Positionserfassungselement 88 verbunden ist, mit 91 eine Motorantriebsschaltung, mit 92 eine BlendendurchmessererfassungsschaItung, mit 93 eine Steuerschaltung, mit 94 eine Schaltung zur Einstellung äusserer Bedingungen, mit 95 ein Speicherkreis und mit 96 eine Halbleiter-Laserantriebsschaltung bezeichnet, wobei das Symbol D.. einen Blendendurchmesser der Apertur— blende 84, D _ einen maximal-effektiven Strahldurchmesser des optischen Systems, D- einen Strahldurchmesser des reflektierten Strahls, wenn die gemessene Oberfläche S geneigt ist, und 0 eine Zentralposition des Strahldurchmessers D, darstellt.

In der achten Ausführungsform wird der von der gemessenen Oberfläche reflektierte Strahl durch den Polarisationsstrahlteiler 79 polarisiert, wird dann durch die Aperturblende 84 laufen, wobei ein Teil des Strahls durch den NichtpolarisationsstrahIteiler 86 nach außen abgeleitet, in die abbildende Linse 87 eintreten und auf dem Halblei ter-Posi ti onserf assungse lement 88 abgebildet wird. Nun wird das die Position einstellende Halbleiter-

PositionserfassungseLement 88 so eingestellt, daß das Bild auf dem oben erwähnten Erfassungselement 88 im wesentlichen zur Zentralposition gelangt, falls die gemessene Oberfläche nicht geneigt ist. Falls die Ausgabe der PositionserfassungsschaLtung 90 zu diesem Zeitpunkt durch die Steuerschaltung 93 im Speicherkreis gespeichert ist, wird der bildformende Punkt auf dem Halbleiter-Positionserfassungselement 88 in Reaktion auf die Neigung der gemessenen Oberfläche in jene Richtungen verschoben, wie sie durch Pfeile in Fig. 24 angedeutet sind. Diese verschobenen Positionen werden durch die Positionserfassungsschaltung 90 als ein elektrisches Signal ausgegeben und werden in der Steuerschaltung 93 mit dem im Speicherkreis 95 gespeicherten Ergebnis des Falles, daß die gemessene Oberfläche S nicht geneigt ist, verglichen und als Ergebnis wird der Schrittmotor 89 durch die Motorantriebsschaltung 91 angetrieben, um die mit dem Schrittmotor wirksam verbundene Aperturblende 84 zu öffnen oder zu schließen. Der Blendendurchmesser der so geöffneten oder geschlossenen Aperturblende 84 wird jederzeit durch die Blendendurchmessererfassungsschaltung 92 überwacht. Als Ergebnis wird die Halbleiter-Laserantriebsschaltung 96 durch die Steuerschaltung 93 und die emittierte Strahlmenge des Halbleiter-Lasers gesteuert, d.h. die Lichtquelle 77 wird reguliert, so daß - auch wenn der Blendendurchmesser variiert - der Störabstand nicht verändert wird.

Fig. 27 zeigt die Art des Strahls in der Position der Aperturblende 84. Das heißt, falls die gemessene Fläche nicht geneigt ist, wird der von der gemessenen Oberfläche S reflektierte Strahl zu einem Kreis mit der optischen Achse O als Zentrum, aber - falls die Oberfläche S geneigt ist - wird das Zentrum O¹ des reflektierten Strahls in eine Position gelangen, die aus der optischen Achse 0 verschoben ist. Zu diessra Zeitpunkt, wenn die Aperturblende 84 nicht abgeblendet ist und die Ausgabe von der PositionserfassungsschaItung 90 mit dem im Speicherkreis 95 gespeicherten Ergebnis des Falles, daß die gemessene Oberfläche S nicht geneigt ist, verglichen ist, soll, falls sich eine Differenz ergibt, die größer ist, als die von der Schaltung 94 zur Einstellung äußerer Bedingungen zwischen ihnen eingestellte, der Blendendurchmesser der Aperturblende 84 um den von der Schaltung 94 zur Einstellung äußerer Bedingungen eingestellten, minutiösen Betrag verkleinert werden. Wenn die Ausgabe von der PositionserfassungsschaI-tung 90 wiederum mit dem im Speicherkreis 95 gespeicherten Inhalt verglichen wird, soll somit, falls die Differenz zwischen ihnen groß ist, der Blendendurchmesser der Aperturblende um den oben erwähnten minutiösen Betrag weiterhin verkleinert werden. Falls diese Prozedur wiederholt wird, um den Blendendurchmesser der Aperturblende 84 stufenweise zu verkleinern, wird der BLendendurchmesser der Aperturblende 84 schließlich eine

Größe D₁ werden, welche im Kern den St rah !.durchmesser Dp des reflektierten Strahls berührt, wenn die gemessene Oberfläche geneigt ist, und die Einstellung der Aperturblende 84 wird in dieser Position enden. Der so erhaltene Blendendurchmesser D^ wird zu jedem Zeitpunkt die Beseitigung des Einflusses der Neigung der gemessenen Oberfläche S und des Erhaltes der größten numerischen Apertur zum Ergebnis haben.

Nebenbei gesagt wurden die im Speicherkreis 95 gespeicherten Inhalte erklärt als solche der gemessenen Oberfläche, wenn selbige nicht geneigt ist, aber die im Speicherkreis 95 gespeicherten Inhalte können fotlaufend erneuert werden, und, wenn die Inhalte nicht langer variieren, kann das Zusammenziehen des Blendendurchmessers gestoppt werden. Auch wurde der Fall, daß die Aperturblende 84 als eine Irisblende ausgebildet ist, als ein Beispiel erläutert, aber die Aperturblende kann als eine Flüssigkristallblende od.dgl. ausgebildet sein, worin eine transparente Elektrode konzentrisch-zirkulär angeordnet ist, wie in Fig. 13 dargestellt.

Somit kann, nach der achten Ausführungsform, der optimale Blendendurchmesser der Aperturblende 84 automatisch in Reaktion auf die Neigung der gemessenen Oberfläche eingestellt werden, und daher kann die Anfangseinstellung oder die automatische Einstellung der Messung

automatisiert werden.

Nebenbei gesagt wurden in den oben erwähnten Ausführungsformen zwei OberfLächenprofiL-Meßeinrichtungen angeordnet, es können aber drei oder mehr angeordnet werden.

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Claims

D I PL.-I NG. J. RICHTER PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. F. WERDERMANN EUROPEAN PATENT ATTORNEYS EUROP PATENT VERTRETER MANDATAIRES EN BREVETS EUROPEENS 3613203 D-2000 HAMBURG 36 16.4.1986 NEUER WALL 10 ® (0 40) 34 00 45 34 00 56 TELEX 2163551 INTU D TELEGRAMME: INVENTIUS HAMBURG IHR ZEICHEN/YOUR FILE UNSER ZEICHEN/OUR FILE 0 .861 55~I-3621 Anme Ider Olympus Optical Co., Ltd. Tokyo / JAPAN Titel "Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung" Patentansprüche

1. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, umfassend ein messendes Iichtprojizierendes optisches System (I'^S), welches einschließt eine Lichtquelle (1), eine KoI limator linse (2), einen Polarisationsstrahlteiler (3), eine 1/4-WeIlenplatte (4) und eine Objektivlinse (5) zur Projektion eines Meßlichtes auf eine zu messende Oberfläche (6) und ein Lichtübertragungssystem (3,4,5,7) einschließt, das aus der Objektivlinse (5), der 1/4-Wellenplatte (4), dem Polarisationsstrahlteiler (3) und einem ersten Strahlteiler (7) besteht, um das reflektierte Licht von der gemessenen Oberfläche zu übertragen, und ein erstes Erfassungs-

DEUTSCHE BANK AG HAMBURG (BLZ 200 700 00) 610055 POSTSCHECKAMT HAMBURG (BLZ 200 100 20) 2620 80-201

system ( 8,9,31,32), das eine Mehrzahl, von Photosensoren (31,32) einschließt, die angeordnet sind, das besagte reflektierte Licht, das durch den Polarisationsstrahlteiler (3) gelaufen ist und weiterhin von dem Strahlteiler (7) geteilt ist, zu empfangen und eine Ausgabe (feinen Output) zu emittieren, zwecks Feststellung, ob die gemessene Oberfläche in Brennpunktposition ist oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung weiterhin ein zweites Erfassungssystem (30,21,23), das einen zweiten Strahlteiler (30), der in dem Lichtübertragungssystem zwischen dem Polari sationssteeahttei ter (3) und dem ersten Strahlteiler (7) angeordnet ist, und einen Photosensor (23) einschließt, der so angeordnet ist, daß das besagte reflektierte Licht empfangen wird, das durch den Po larisationsstrahlteiler (3) gelaufen ist und von dem zweiten Strahlteiler (30) reflektiert wurde und um eine Ausgabe (einen Output) zu emittieren, zwecks Feststellung, ob die gemessene Oberfläche in Brennpunktposition ist oder nicht.

2. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungssystem als eine erste optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung hohen Auflösungsvermögens ausgebildet ist, daß das zweite Erfassungssystem als eine zweite optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung weiten Meßbereiches

ausgebildet ist, und daß die erste und die zweite optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung so angeordnet sind/ daß ein selber Teil auf der Oberfläche gleichzeitig meßbar ist.

3. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung eine Zylinderlinse (21) und einen vier-geteiIten Photosensor (23) aufweist.

4. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung eine abbildende Linse (46), eine Halbleiter-Positionserfassungsvorrichtung (47) und ein StrahlengangbegrenzungsteiI aufweist, der zwischen dem Strahlteiler und der abbildenden Linse angeordnet ist, um den Lichtstrahl zu begrenzen, insbesondere, um diesen um die Hälfte zu begrenzen (Fig. 8)

5. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung einen StrahlengangbegrenzungsteiI (49) aufweist, der in den Strahlengang einbringbar zwischen der KoIIimatorIinse und dem Polarisationsstrahlteiler angeordnet ist, um, wenn eingebracht, die Hälfte des Lichtstrahles zu unterbrechen, daß das erste Erfassungssystem als eine erste optische Oberflächenprofil-

Meßeinrichtung hohen Auf Lösungsvermögens und das zweite Erfassungssystem als eine zweite optische OberfLächenprofiL-Meßeinrichtung weiten Meßbereiches ausgebildet ist/ wodurch, wenn das StrahlenbegrenzungsteiL in (Zeit-)Abständen in den Strahlengang eingebracht wird, der Meßbereich der zweiten optischen Oberflächenprofil-Meßeiη richtung zeitaufgetei It ausgedehnt wird und dadurch ein selber Teil auf der zu messenden Oberfläche im wesentlichen gleichzeitig mit einer Mehrzahl von Meßbereichen meßbar ist (Fig. 9).

6. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch 5/ dadurch gekennzeichnet/ daß ein Unterbrecher für den Strahlengangbegrenzungstei I verwendet wird ( F i g . 1 0) .

7. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, die ein messendes Iichtprojizierendes optisches System (1'"*' 5), das eine Lichtquelle (1), eine Ko 11imatorIinse (2)/ einen Polarisationsstrahlteiler (3), eine 1/4-Wellenplatte (4) und eine Objektivlinse (5) einschließt, um ein Meßlicht auf eine zu messende Oberfläche

(6) zu projizieren und ein Lichtübertragungssystern (3/4,5,7) umfaßt, das die Objektivlinse (5), die 1/4-Wellenplatte (4), den Polarisationsstrahlteiler (3) und einen Strahlteiler (7) einschließt, um das

reflektierte Licht von der gemessenen Oberfläche zu übertragen/ daß ein Erfassungssystem (8,9,31/32) vorgesehen ist, das eine Mehrzahl von Photosensoren (31/32) einschließt/ die so angeordnet sind/ daß das reflektierte Licht/ das durch den Strahlteiler (7) geteilt wurde, empfangen und eine Ausgabe emittiert wird, um festzustellen, ob die gemessene Oberfläche in Brennpunktposition ist oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung weiterhin eine Strahlengangbegrenzungseinrichtung (58) umfaßt/ die in den Strahlengang zwischen der KoIlimatorlinse (2) und dem Polarisationsstrahlteiler (3) angeordnet ist, um zu ermöglichen, den Durchmesser des in dem PoLarisationsstrah I-teiler (3) eintretenden Strahls zu verändern, wodurch, wenn der Lichtstrahldurchmesser durch das StrahlengangbegegrenzungsteiI verkleinert wurde, der Meßbereich ausgedehnt wird und es dadurch ermöglicht wird/ einen selben Teil auf der zu messenden Oberfläche mit einer Mehrzahl von Meßabschnitten im wesentlichen gleichzeitig zu messen (Fig. 12).

8. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch 7/ dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengangbegrenzungseinrichtung als Flüssigkristall-Verschluß ausgebildet ist.

9. Optische OberfLächenprofiL-Meßeinrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengangbegrenzungseinri chtung als Iri sblendeneinri chtung (60 *~*S

64) ausgebildet ist.

10. Optische OberfLächenprofiL-Meßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung

eine mit der Lichtquelle verbundene Antriebssteuerungseinrichtung und eine Strahlengangbegrenzungseinrichtung umfaßt, wodurch, wenn diese Strah lengangbegrenzungseinrichtung bedient wird, um den Lichtstrahldurchmesser zu verkleinern, die Lichtmenge der besagten Lichtquelle durch die Steuerungseinrichtung vergrößert wird.

11. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengangbegrenzungseinrichtung als Revolvertypblende ausgebildet ist, in der eine Anzahl von öffnungen unterschiedlichen Durchmessers auf der Peripherie angeordnet ist.

12. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengangbegrenzungseinrichtung als Schaltblende ausgebiIdet ist,

in der eine Anzahl von öffnungen unterschiedlichen Durchmessers in Reihe Liegend angeordnet sind.

13. Optische OberfLächenprofiL-Meßeinrichtung, die ein messendes, Lichtprojizierendes optisches System (1/«w5) umfaßt, das eine Li chtque L Le (1) , eine KoL-LimatorLinse (2), einen PoLarisationsstrahLteiLer (3), eine 1/4-WeLLenpLatte (4) und eine Objektiv Linse (5) einschließt, um ein MeßLicht auf eine zu messende Oberfläche (6) zu projizieren und ein Lichtübertragungssystem (3,4,5,7) vorgesehen ist, das die Objektiν Linse (5) die 1/4-WeLLenpLatte (4), den PoLarisationsstrahlteiLer (3) und einen StrahLteiler (7) einschLießt, um das reflektierte Licht von der gemessenen Oberfläche zu übertragen, wobei ein Erfassungssystem (8,9,31,32), vorgesehen ist, das eine Mehrzahl von Photosensoren (31,32) einschLießt, die so angeordnet sind, daß das reflektierte Licht, das durch den StrahlteiLer geteilt wurde, empfangen und eine Ausgabe emittiert wird, um festzustelLen, ob die gemessene Oberfläche in Brennpunktposition ist oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Oberflächenprofi l-Meßeinrichtung ferner eine Strahlengangbegrenzungseinrichtung (58) umfaßt, die in den Strahlengang zwischen dem PolarisationsstrahLteiLer (3) und der Objektivlinse (5) angeordnet und in der Lage ist, den Durchmesser des in den PolarisationsstrahlteiLer (3) eintretenden Lichtstrahls zu verändern, wobei der Lichtstrahldurchmesser durch besagte Strahlengangbegrenzungseinrichtung verkleinert wird, um den Meßbereich auszudehnen und so zu ermöglichen, daß ein selber Teil auf der

zu messenden Oberfläche mit einer Mehrzahl, von Meßbereichen, die unterschied!.! ch zueinander sind, im wesentlichen gleichzeitig gemessen werden (Fig. 12).

14. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, die ein messendes- lichtprojizierendes optisches System (1,3,4,5), das eine Lichtquelle (1), einen Polarisationsstrah Iteiler-(3), eine 1/4-Wellenplatte (4) und eine Objektivlinse (5), um ein Meßlicht auf eine zu messende Oberfläche (6) zu projizieren, ein Lichtübertragungssystem (3,4,5,7), das die Objektiν I inse (5), die 1/4-Wellenp latte (4), den Po larisationsstrahlteiler (3) und einen Strahlteiler (7) um das reflektierte Licht von der gemessenen Oberfläche zu übertragen, und ein Erfassungssystem (8,9,31,32) enthält, das eine Mehrzahl von Photosensoren (31,32) einschließt, die so angeordnet sind, daß das reflektierte Licht, das durch den Strahlteiler (7) geteilt wurde, empfangen und eine Ausgabe emittiert wird, um festzustellen, ob die gemessene Oberfläche in Brennpunktposition ist oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung ferner ein Zoomlinsensystem (70) umfaßt, das zwischen der Lichtquelle und dem Polarisationsstrahlteiler (3) angeordnet und in der Lage ist, den Durchmesser des in dem Polarisationsstrah Lteiler (3) eintretenden Lichtstrahls zu verändern, wobei der Lichtstrahldurchmesser durch das Zoomlinsensystem verkleinert wird,

um den Meßbereich auszudehnen und so zu ermöglichen, daß ein selber Teil auf der zu messenden Oberfläche mit einer Hehrzahl von Meßbereichen, die unterschiedlich zueinander sind, im wesentlichen gleichzeitig gemessen werden (Fig. 20) .

15. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, die ein erstes messendes Iichtprojizierendes optisches System (1,2,71,72,4,5) umfaßt, das eine erste Lichtquelle (1), eine erste KoIlimatorlinse (2), eine Objektiν Iinse (5), eine 1 M-We I lenp latte (4) und einen Polarisationsstrahlteiler (3) um ein erstes Meßlicht auf eine zu messende Oberfläche (6) zu projizieren, ein Lichtübertragungssystem (3,4,5,7), das die Obj ekt i vlir>se (5), die 1/4-Wellenplatte (4), den Polarisationsstrahlteiler (3) und einen Strahlteiler (7) umfaßt, um das reflektierte Licht von der gemessenen Oberfläche zu übertragen, und ferner ein Erfassungssystem (8,9, 31,32) enthält, das eine Mehrzahl von Photosensoren (31,32) einschließt, die so angeordnet sind, daß das reflektierte Licht, das durch den Strahlteiler (7) geteilt wurde, empfangen und eine Ausgabe emittiert wird, um festzustellen, ob die gemessene Oberfläche in Brennpunktposition ist oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung ferner ein zweites messendes Iichtprojizierendes optisches System (4,5,72/>-/ 76) umfaßt, das

eine zweite LichtquelLe (76), eine zweite Kollimatorlinse (75), und die Objektiν I inse (5), enthält, um ein zweites Meßlicht bzw. einen zweiten Meßstrahl auf die zu messende Oberfläche zu projizieren, wobei die Brennweite der ersten KoLlimatorIinse unterschiedlich zur Brennweite der zweiten Kollimator-Linse ist, um zu ermöglichen, einen selben Teil auf der zu messenden Oberfläche mit zwei Meßbereichen im wesentlichen gleichzeitig zu messen (Fig. 21).

16. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Aperturblendeneinrichtung (84) umfaßt, die in dem Lichtübertragungssystem zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem zweiten Strahlteiler angeordnet ist, um die numerische Apertur auf der Erfassungsseite kleiner als die numerische Apertur auf der Projektionsseite zu machen (Fig. 24).

17. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Aperturblende so ausgebildet ist, daß sie den Blendendurchmesser zu verändern ermöglicht.

18. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, die ein messendes Lichtprojizierendes optisches System (77<^-^81)^ das eine Lichtquelle (77), eine Kollimatorlinse (78), einen Po larisationsstrahlteiler (79), eine 1/4-Wellenplatte (80) und eine Objektiν Iinse enthält, um ein Licht auf eine zu messende Oberfläche (S) zu projizieren, ein Lichtübertragungssystem (79,80,81), das die Objektiν Iinse, die 1/4-WeIlenplatte (80) und den Po larisationsstrah Iteiler (79) enthält, um das reflektierte Licht von der gemessenen Oberfläche nach außerhalb von besagtem messenden I ichtprojizierenden System zu führen, und ein Erfassungssystem (85) umfaßt, das ein GrenzwinkeLprisma (82), das in der Lage ist, das von der gemessenen Oberfläche reflektierte und durch besagtes Lichtübertragungssystem geführte Licht zu reflektieren, und einen Photosensor (83) enthält, der so angeordnet ist, daß das reflektierte Licht von dem Prisma empfangen und eine Ausgabe emittiert wird, um festzustellen, ob die gemessene Oberfläche in Brennpunktposition ist oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung weiterhin eine Aperturblendeneinrichtung (84) umfaßt, die in dem Lichtübertragungssystem zwischen dem PolarisationsstrahIteiler (79) und dem Prisma (82) angeordnet ist, um die numerische Apertur des Erfassungssystems

kleiner als die numerische Apertur des messenden I ichtprojizierenden optischen Systems zu machen (Fig. 22).

19. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Aperturblende so ausgebildet ist, daß sie in der Lage ist, den Blendendurchmesser zu verändern.

20. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Aperturblende auf der reflektierenden Oberfläche des Polarisationsstrahlteilers (79) angeordnet ist.

21. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, die ein messendes I ichtprojizierendes optisches System (77-^8D umfaßt, das eine Lichtquelle (77), eine Ko 11 imatorIinse (78), einen Polarisationsstrahlteiler (79), eine 1/4-WeIlenplatte (80) und eine Objektiν Iinse, um ein Meßlicht auf eine zu messende Oberfläche (S) zu projizieren, ein Lichtübertragungssystem (79,80,81), das die Objektiν Iinse, die 1M-WeIlenplatte (80) und den Polarisationsstrahlteiler (79) enthält, um den von der gemessenen Oberfläche reflektierten Lichtstrahl nach außerhalb von besagtem messenen lichtprojizierendenSystem zu führen,

und ein Erfassungssystem umfaßt, das ein GrenzwinkeL-prisma (82), das in der Lage ist, den von der gemessenen Oberfläche reflektierten und durch besagtes Lichtübertragungssystem gelenkten Strahl zu reflektieren, und einen Photosensor enthält, der so angeordnet ist, daß das von dem Prisma (82) reflektierte Licht empfangen und eine Ausgabe emittiert wird, um festzustellen, ob die gemessene Oberfläche in Brennpunktposition ist oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung ferner eine Aperturblendeneinrichtung umfaßt, die in dem Erfassungssystem zwischen dem Prisma (82) und dem Photosensor (83) angeordnet ist, um die numerische Apertur des Erfassungssystems kleiner zu machen als die numerische Apertur des messenden Iichtprojizierenden optischen Systems.

22. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Aperturblendeneinrichtung so ausgebildet ist, daß diese in der Lage ist, den Blendendurchmesser zu verändern.

23. Optische Oberf lächenprofiL-Meßeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ferner eine PositionserfassungsschaLtung (90), eine mit dieser PositionserfassungsschaLtung verbundene SteuerschaLtung (93), einen mit der SteuerschaLtung verbundenen Speicherkreis (95), eine mit der SteuerschaLtung verbundene MotorantriebsschaLtung (91) und einen mit der AperturbLendeneinrichtung und der MotorantriebsschaLtung verbundenen Schrittmotor (89) umfaßt, um den BLendendurchmesser der AperturbLendeneinrichtung zu verändern, wobei der BLendendurchmesser der AperturbLendeneinrichtung automatisch reguLiert wird, um den EinfLuß der Neigung der gemessenen OberfLäche zu beseitigen (Fig. 26).

24. Optische OberfLächenprofiL-Meßeinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ferner eine zwischen der SteuerschaLtung und der LichtqueLLe angeordnete LichtantriebsschaLtung (96) umfaßt, wobei die emittierte Lichtmenge der LichtqueLLe automatisch in Übereinstimmung mit den Veränderungen des BLendendürchmessers der AperturbLendeneinrichtung reguLiert wird, um die Lichtmenge auf der gemessenen OberfLäche konstant zu haLten.

25. Optische OberfLächenprofiL-Meßeinrichtung nach

Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Apertur-

bLendeneinrichtung so ausgebildet ist, daß sie in der Lage ist> den Blendendurchmesser zu verändern.