DE4108944C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patent
anspruchs 1. Die Oberflächengestalt
von Objekten kann z. B. als der Abstand z des betrachteten Koordinatenpunktes
(x, y) zu einer Referenzebene, z. B. bei z=0,
gemessen werden, s. Abb. 1, Funktion z(x, y). Die meisten industriell
hergestellten Werkstücke haben diffus streuende Oberflächen, wie
sie durch Drehen, Fräsen, Schleifen, Gießen entstehen. Aber auch
nach Lackierung, Galvanisierung, sind viele Oberflächen optisch
rauh, d. h. auftreffendes Licht wird nicht gerichtet, sondern
mehr oder weniger diffus reflektiert.
Es besteht ein großer Bedarf, solche Objekte für die automatisierte
Sichtprüfung genau zu vermessen. Es gibt auch bereits
etliche 3D-Sensoren, die eine Vermessung von z(x, y) ermöglichen.
Die wichtigsten Verfahren sind Triangulation in vielen Ausprägungen,
Fokussuche, Laufzeitmessung und Interferometrie.
Bei genauer Untersuchung der Grenzen der verschiedenen Methoden
stellt man fest, daß mit den meisten Methoden die Vermessung von
rauhen Objekten nur mit begrenzter Genauigkeit möglich ist. Diese
fundamentale Beschränkung beruht auf der statistischen Natur des
Speckle.
Speckle tritt bei der Beleuchtung von rauhen Oberflächen
mit hoher zeitlicher und räumlicher Kohärenz auf.
Der Effekt wurde z. B.
beschrieben
von G. Häusler, J. Hutfless, M. Maul, H.
Weißmann, Appl. Opt. 27, 4638-4644 (1988).
Von G. Häusler, J. M. Herrmann, Appl. Opt. 27, 4631-4637 (1988)
wurde
gezeigt, daß bei verschiedenen kohärenten Verfahren die Meßunsicherheit
6z bezüglich der Tiefe die Rayleigh-Grenze 6zR nicht
nennenswert unterschreiten kann. Die Rayleigh-Grenze hängt von
der Beobachtungsapertur sin u und ggf. dem Triangulationswinkel
R zwischen Beleuchtungsrichtung und Beobachtungsrichtung ab.
6z = λ/(sin u * sin R)
Beispielsweise für praktische Werte sin u=0,05, R=30°,
erreicht man
mit einer Wellenlänge λ=0,8 µm nur eine Meßunsicherheit
6z32 µm. Größere Aperturen und Triangulationswinkel
sind technisch unpraktisch und führen zu starker Abschattung, so
daß man z. B. nicht in Bohrungen hineinsehen kann. Es sind
verschiedene Versuche bekannt, diesen Effekt zu umgehen, wie z. B. in
der
DE 36 14 332 A1 beschrieben. Es läßt sich jedoch
feststellen, daß räumlich und zeitlich streng kohärente Beleuchtung
bei Triangulation und Fokussuche keine Verringerung der
Meßunsicherheit 6z erlaubt, wenn man nicht laterale Auflösung
1/6z preisgeben will.
Eine Alternative ist die Laufzeitmessung, die mit zeitlich
modulierter Laserbeleuchtung arbeitet. Wegen der hohen geforderten
Zeitauflösung 1/6t (6z=1 µm→6t≈10-14s) ist diese
Methode aber zur Zeit noch nicht für hochgenaue Messung geeignet.
Es bleibt noch die Interferometrie: Sie ist die klassische
Methode zur Vermessung nicht rauher, also gerichtet reflektierender
Oberflächen.
Klassische Interferometer arbeiten sowohl mit räumlich und zeitlich
kohärenter (Laser-)Beleuchtung, als auch mit räumlich und
zeitlich nahezu inkohärenter Beleuchtung, also z. B. mit ausge
dehnten, weißen Lichtquellen, wie Glühlampen.
Für rauhe Oberflächen, also z. B. für geschliffenes aber nicht
poliertes Glas, ebenso wie z. B. für gedrehte oder gefräste
Oberflächen eignet sich die Interferometrie nicht zur Vermessung.
Der Grund ist wieder das Speckle: Das Bild der kohärent beleuchteten
Fläche ist durch Speckle mit dem Kontrast Eins moduliert,
während die inkohärent beleuchtete Fläche keinen Interferenzkontrast
zeigt.
Die Phase der Lichtwelle im Bild einer rauhen Oberfläche schwankt
statisch von Speckle zu Speckle. Wenn man nun wie bei der
Interferometrie üblich, die Objektwelle mit der Referenzwelle
überlagert, sieht man (statt regelmäßig geformter makroskopischer
Interferenzstreifen beim blanken Objekt) beim rauhen Objekt nur
einen von Speckle zu Speckle statistisch variierenden Interferenzkontrast,
der mit der makroskopischen Oberflächenform (die man
vermessen will), nicht korreliert ist. Damit läßt sich aus dem
Interferenzbild keine Information über z(x, y) gewinnen. Der
Kontrast der Interferenzen verschwindet meist ohnehin, weil die
Speckle einen sehr kleinen Durchmesser haben können und dann
nicht mehr vom Betrachter aufgelöst werden.
Es sind verschiedene Versuche bekannt, diese Schwierigkeit zu
überwinden. Man kann z. B. eine Wellenlänge benutzen, die größer
als die Rauhtiefe der Oberfläche ist: z. B. den CO₂-Laser mit
λ=10,6 µm. Eine verwandte Möglichkeit ist die 2-Wellenlängen-
Interferometrie, wie sie von Fercher et al. in Appl. Opt. 24, 2181-2188
(1985) beschrieben wurde. Baut man ein Interferometer mit zwei
Beleuchtungs-Wellenlängen λ₁, λ₂, so ergibt sich eine effektive
Wellenlänge Λ=λ₁ * λ₂/(λ₁-λ₂). Wenn λ₁ nahe bei λ₂ liegt, wird Λ
groß gegen die Rauhtiefe und der Speckleeinfluß ist vernachlässigbar.
Damit ist auch eine große Meßgenauigkeit möglich, allerdings
treten bei diesem Verfahren Eindeutigkeitsprobleme auf, d. h.
das Meßergebnis ist nur bis auf ganzzahlige Vielfache von Λ
bekannt.
Hier wird ein anderes interferometrisches Verfahren vorgeschlagen,
mit dem man die Schwierigkeit umgeht, daß die Interferenzphase
im Speckle nichts über die makroskopische Oberflächenform
z(x, y) aussagt. Zur Vorgeschichte: Es ist bekannt, daß
man mit Weißlichtinterferenzen z. B. die Höhe von Stufen in
polierten Substraten ohne Eindeutigkeitsprobleme bestimmen kann,
weil Weißlicht-Interferenzen nur dort maximalen Kontrast haben,
wo die Weglängen im Objektarm und im Referenzarm exakt gleich
sind.
Dazu die Abb. 2a: Sie zeigt ein Interferometer mit der weißen
Lichtquelle 1, dem Referenzspiegel 2, dem Objekt 3. Das Objekt
bestehe beispielsweise aus einer Stufe mit einem Höhenversatz Δz.
Nach Interferenz der Objektwelle und der Referenzwelle über den
Teiler 4 entsteht in der Bildebene 5 (Linsen hier weggelassen)
ein Interferenzbild wie in Abb. 2b angedeutet, wenn der Referenzspiegel
geringfügig um die Achse 2a gekippt ist. Der Höhenversatz
Δz bewirkt nach Abb. 2b einen Versatz der Interferenz
erscheinung um Δy. Man kann auch zwei kleine Empfänger an den zu
A und B korrespondierenden Positionen A′ und B′ in der Bildebene
anbringen. Wenn nun das Objekt langsam entlang der z-Richtung
bewegt wird, messen die beiden Empfänger jeweils ein Interferenzsignal
I(A′) und I(B′) nach Abb. 2c. Die Maxima von I(A′) und
I(B′) sind um Δz gegeneinander versetzt. Δz läßt sich also daraus
bestimmen.
Die Methode funktioniert aber nicht ohne weiteres für rauhe
Oberflächen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung eines diffus
streuenden Objektes anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dieses Verfahren vermeidet
nicht Speckle,
sondern macht ausdrücklich Gebrauch davon und benutzt
eine spezifisch abgestimmte Beleuchtung. Die Anordnung ist eine
interferometrische, z. B. wie die in Abb. 2. Dort wird ein
Michelson Interferometer benutzt, aber auch die meisten anderen
Interferometer sind geeignet. Wesentlich ist, daß die Beleuchtungs
apertur, die Beobachtungsapertur, die Kohärenzlänge der
Lichtquelle, die Rauhtiefe des Objektes und die Größe des Photoempfängers
(Pixels) (oder der Photoempfänger) in der Bildebene
aufeinander abgestimmt sind,
in der im Patentanspruch 1 beschriebenen Weise.
Um dies zu gewährleisten, müssen verschiedene Bedingungen erfüllt
sein. Abb. 3 beschreibt beispielhaft die Verhältnisse: Die
ausgedehnte Lichtquelle 1 mit dem Durchmesser q wird von der
Beleuchtungslinse 6 vorzugsweise ins Unendliche abgebildet. Vom
Objekt 3 erscheint die Quelle unter dem Beleuchtungsaperaturwinkel
αI. Das Objekt 3 ebenso wie der Referenzspiegel 2, werden über
den Teiler 4 von den Abbildungslinsen 7, 8 auf den Photoempfänger
5a abgebildet. Die Eintrittspupille der Abbildungslinse erscheint
vom Objekt unter dem Beobachtungswinkel αO. Im Fall von
Abb. 3 ist die Beobachtungsapertur durch die Telezentrieblende 9,
gemeinsam mit der Linse 7 gegeben. Der Referenzspiegel 2 kann
zur Erzeugung einer Modulation des
Interferenzkontrastes zusätzlich zu einer Grobbewegung schnell
fein verschoben werden, z. B. durch ein Piezo-Stellelement 10.
Weiter befinden sich im Strahlengang zur Optimierung des
Interferenzkontrastes ein Graufilter 11, sowie zum Ausgleich der
Dispersion unterschiedlicher Glaswege, eine Glasplatte 12. Das
Objekt, der Referenzspiegel oder der gesamte Sensorkopf bestehend
aus allen Elementen außer dem Objekt können in z-Richtung bewegt
werden.
Damit überhaupt Speckle beobachtbar sind, müssen folgende
Bedingungen erfüllt sein: Erstens muß der
Beleuchtungsaperturwinkel kleiner
oder gleich dem Beobachtungsaperaturwinkel sein.
Weiter soll die Kohärenzlänge der Lichtquelle möglicht klein
sein, damit die Interferenzen nach Abb. 2c genau lokalisiert
werden können. Die Kohärenzlänge darf aber nicht kleiner
als die Rauhriege der zu vermessenden
Oberfläche sein, da sonst der Specklekontrast verschwindet, und
damit die Möglichkeit, eine Interferenzerscheinung nach Abb. 2c
zu beobachten.
Der Beobachtungsaperturwinkel nach Abb. 3 bestimmt nicht nur
gemeinsam mit der Beleuchtungsapertur den Specklekontrast, er
bestimmt auch die Speckle-Größe d. Die Speckle-Größe darf nicht
kleiner als die Größe s eines einzelnen Photoempfängers
auf dem Feld der Photoempfänger 5a (z. B. auf einer
nachgeschalteten Fernsehkamera) in der Bildebene sein. Es gilt
d≈/sin αO.
Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, kann der optimale Specklekontrast erzielt werden.
Es läßt sich dann bei rauhen
Objekten in jedem Speckle ein individuelles Signal I(x) wie in
Abb. 2c abnehmen, wenn das Objekt (oder der Referenzspiegel)
entlang der z-Achse bewegt wird. Dies ist möglich, weil innerhalb
eines jeden Speckle die Phase annähernd konstant ist, obwohl sie
aber von Speckle zu Speckle statisch schwankt. Diese
Schwankungen der Phase betragen von Speckle zu Speckle oft
erhebliche Vielfache von 2π, was eine effektive Weglängedifferenz
der Wellenzüge zwischen benachbarten Speckles zur Folge hat.
Der Ort des maximalen Interferenzkontrastes ist damit wegen des
fundamental anderen Mechanismus der Signalentstehung in der
Bildebene auch nicht ohne Fehler direkt mit der makroskopischen
Form der zu vermessenden Oberfläche verknüpft.
(Dies ist anders bei polierten Objekten). Es gibt bei rauhen
Objekten vielmehr statische Schwankungen des maximalen
Kontrastes, wie in Abb. 4 gezeigt. Dort ist die
Interferenzerscheinung als Funktion von x und z aufgetragen.
Theoretische Untersuchungen zeigen, daß die daraus resultierenden
Statistischen Fehler der z-Bestimmung in der Größenordnung der
Rauhtiefe des Objektes liegen. Damit ist die Methode auch
geeignet, aus der statistischen Variation des gemessenen z-Wertes
die Rauhtiefe zu bestimmen. Daß die Fehler nur von der Rauhigkeit
des Objektes, jedoch nicht von der Abbildungsapertur abhängen,
ist der wesentliche Fortschritt dieses Verfahrens gegenüber fast
allen sonstigen 3D-Verfahren, insbesondere der
Lasertriangulation. Man kann also mit sehr geringer Apertur in
Bohrungen hineinsehen und trotzdem eine extreme Tiefengenauigkeit
erzielen.
Für die parallele Erfassung von z(x, y) für ein 2-dimensionales
Feld von Punkten (x, y) wird zweckmäßig eine Fersehkamera
gewählt. Der Meßvorgang kann beispielsweise wie folgt verlaufen:
Das Objekt wird langsam - z. B. in Schritten - durch die Ebene
z=0 (s. Abb. 3) in z-Richtung hindurchgefahren. Bis ein bestimmter
Objektpunkt (x, y) die Ebene z=0 passiert, muß er z. B. um z′
verschoben werden. Für jeden Tiefenschritt werden z. B. drei
Interferenzbilder O1, 2,3 gespeichert.
Für jedes Bild wird, z. B. mit Hilfe eines Piezo-Referenzspiegels
10 die Phase um 120° verschoben. Mit der mittleren Intensität <O<
eines Pixels kann man den Kontrast der Interferenzen ausrechnen
aus K=Σi (Oi-<O<)². K ist eine Funktion der Objektverschiebung.
Wenn der betrachtete Objektpunkt gerade bei z=0 liegt, ist der
Kontrast maximal und die Entfernung des betrachteten
Objektpunktes von der Referenzebene ist z′.
Man kann auch zur Tiefenabtastung den Referenzspiegel bewegen,
was sinnvoll ist, wenn das Objekt groß ist und die Bewegung
schnell erfolgen soll. Die Bewegung des Objektes hat den Vorteil,
daß die Kamera immer auf die Ebene z=0 fokussiert ist, es
existiert kein Schärfentiefeproblem bei der Abbildung und es gibt
vollständige Telezentrie, d. h. der Abbildungsmaßstab ist
unabhängig von der Entfernung des Meßpunktes.
Eine Ausprägung ist dadurch gekennzeichnet, daß die
möglichst punktförmige Lichtquelle auf das Objekt und
gleichzeitig näherungsweise auf den Referenzspiegel abgebildet
wird. Die Methode arbeitet als Punktsensor. Um das Objekt
flächenhaft oder linienhaft zu vermessen, muß der Sensor die
Oberfläche zweidimensional oder eindimensional abtasten. Der
Referenzspiegel kann entweder ein gewöhnlicher Spiegel sein, oder
eine Schraubenfläche bilden, wie sie in Abb. 5 dargestellt ist.
Wenn die Spiegelschraube um die Achse 13 rotiert, wird der
Referenzlichtweg mit konstanter Geschwindigkeit moduliert.
Die Auswertung ist in Abb. 6 dargestellt: der beleuchtete
Objektpunkt wird auf die kleine Blende 14 abgebildet, hinter der
der Photoempfänger 15 steht. Wenn die Schnecke um die in Abb. 5
gezeichnete Achse 13 rotiert, wird der Referenz-Lichtweg linear
mit der Zeit moduliert. Der Photostrom ist mit einer konstanten
Frequenz f moduliert, die sich aus der Steigung m der Schnecke,
der Umdrehungszahl U [sec-1] und der Wellenlänge λ ergibt:
f = m * U/(λ/2).
Das Signal I(t) der Photodiode ist wie in Abb. 2c dargestellt.
Nach Verstärkung 16 und Bandpaßfilterung 17 erhält man ein Signal
mit wenig Rauschen, das einfach durch Gleichrichtung 18 und
Tiefpaßfilterung 19 demoduliert wird. Vom demodulierten Signal,
von dem Abb. 6a ein Oszillogramm zeigt, braucht man nur noch das
Maximum zu bestimmen, um den Zeitpunkt t′, der zur Tiefe z′
gehört, zu ermitteln.
Eine Ausprägung dieses Punktsensors ist in Abb. 7
wiedergegeben, die mehrere andere Merkmale enthält, die mit den
oben beschriebenen Ausprägungen kombinierbar sind:
Zunächst wird die vorzugsweise kleine Lichtquelle 1 über die
Linse 20 auf das Objekt 3 abgebildet. Das Referenzsignal wird
über den Teiler 4, den Umlenkspiegel 21 auf den Referenzspiegel 2
geleitet. Das Interferenzsignal wird in der Pupille ausgewertet,
auf die gleiche Weise, wie in Abb. 6 dargestellt. Die Blende 14
und der Photoempfänger 15 befinden sich nun im Fresnel Feld des
Objektes, es gibt keine Abbildung des Objektes mehr. Diese
Modifikation erspart Linsen und eine genaue Justierung. Außerdem
sind die Speckle in der Pupille größer und einfacher auszuwerten.
Die Anordnung nach Abb. 7 hat zusätzlich einen gefalteten
Referenzarm (2, 4, 21), um den Sensorkopf kompakter zu machen.
Eine besonders einfache Modifikation ergibt sich, wenn der Sensorkopf
insgesamt, z. B. mit einem Robotarm mit konstanter Geschwindigkeit
in z-Richtung bewegt wird, wobei die Auswertung wie nach
Abb. 6 erfolgt.
Eine weitere vorteilhafte Ausprägung des Meßprinzips, mit der man
sich die Tiefenabtastung ersparen kann, ergibt sich durch
Einführung von Dispersion, s. Abb. 8: Die punkt- oder
linienförmige nicht monochromatische Quelle 1 wird mit der Linse
22 zunächst auf einen Spektrometerspalt 23 abgebildet, sodann mit
der Linse 24 über den Teiler 4 auf das Objekt 3. Wenn das Objekt
gekrümmt ist, wie in Abb. 8 dargestellt, erscheint in der
gezeichneten Ansicht ein Lichtprofil 25 auf dem Objekt. Im
Referenzstrahlengang wird die Lichtquelle über den Teiler auf den
Referenzspiegel 2 abgebildet. In einem Interferometerarm (hier im
Referenzarm) wird ein dispergierendes Element, z. B. eine
Glasfaser, oder Glasplatte 26 eingefügt. Dies bewirkt, daß die
verschiedenen Wellenlängen verschiedene Lichtwege zurücklegen.
Auf der Abbildungsseite wird mit der Linse 27 das Profil 25 und
das über den Referenzarm laufende Lichtquellenbild gemeinsam in
die Bildebene 28 abgebildet. Durch das Prisma 29 oder ein
anderes dispergierendes Element, wie z. B. ein Gitter, werden die
verschiedenen Wellenlängen örtlich getrennt. Das Bild wird
beispielsweise mit einer Fernsehkamera aufgenommen und der
Kontrast der Interferenzerscheinung örtlich ausgewertet. Die
Stellen maximalen Kontrastes beschreiben auf dem Fernsehtarget
eine i. a. gekrümmte Kurve 30, die das Profil 25 oder den Schnitt
durch die zu vermessende Oberfläche liefert. Diese Ausgestaltung
des Sensors fungiert also als Liniensensor. Eine Modifikation
als Punktsensor entsteht einfach durch Verwendung einer
punktförmigen Quelle.
Claims (8)
1. Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung eines diffus streuenden
Objektes,
- - bei dem eine interferometrische Anordnung verwendet wird, mit
- - einer Lichtquelle (1), die vom Objekt (3) aus unter einem Beleuchtungsaperturwinkel (αI) erscheint, und
- - einem Abbildungssystem (7, 8, 9), das vom Objekt aus unter einem Beobachtungsaperturwinkel (αO) erscheint,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Lichtquelle (1) so gewählt wird, daß ihre Kohärenzlänge zur Erzielung eines Specklekontrastes einerseits nicht kleiner ist als die Rauhtiefe der Oberfläche des Objektes (3) und andererseits so gering ist, daß eine genaue Lokalisierung der Interferenzen möglich ist,
- - die interferometrische Anordnung so gewählt wird, daß der Beleuchtungsaperturwinkel (αI) kleiner oder höchstens gleich dem Beobachtungsaperturwinkel (αO) ist,
- - ein oder mehrere Photoempfänger (5a) vorgesehen werden, die jeweils nicht größer sind als die mittlere Specklegröße des entstehenden Specklemusters,
- - die Lichtwegdifferenz zwischen Objekt- und Referenzstrahlengang moduliert wird und dabei der Kontrast in jedem Speckle getrennt ausgewertet und als Funktion der Lichtwegdifferenz erfaßt wird und
- - für jedes Speckle aus der dem maximalen Kontrast zugeordneten Lichtwegdifferenz die Entfernung des betrachteten Objektpunktes von einer Referenzebene bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Objekt (3) in eine Bildebene abgebildet wird, in der ein
Feld von Photoempfängern (5a) angeordnet ist, daß in der
interferometrischen Anordnung ein Referenzspiegel (2) angeordnet
ist, mit dessen Hilfe eine phasenmodulierte Welle erzeugt
wird, und daß der Signalkontrast der Photoempfänger (5a) einzeln
ausgewertet wird, während der Referenzspiegel (2), das Objekt
(3) oder die gesamte interferometrische Anordnung (1, 2, 4-12)
entlang der optischen Achse bewegt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Objekt (3) punktförmig beleuchtet wird, und der beleuchtete
Punkt in eine Bildebene abgebildet wird, und dort mit einem
Photoempfänger, der nicht größer als der Speckledurchmesser
ist, der Kontrast der Interferenzerscheinung ausgewertet wird,
während das Objekt, der Referenzspiegel oder die gesamte
interferometrische Anordnung entlang der optischen Achse bewegt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Objekt punktförmig beleuchtet wird, und daß
im Fresnel'schen Beugungsbild des Objektes
mit Hilfe eines Photoempfängers, der nicht
größer als der dort beobachtbare Speckledurchmesser ist, der
Kontrast der Interferenzerscheinung ausgewertet wird, während
das Objekt, der Referenzspiegel oder die gesamte interferometrische
Anordnung entlang der optischen Achse bewegt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtwegmodulation durch Rotation eines schraubenförmig
geformten Spiegels erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Auswertung des Interferenzkontrastes durch
Bandfilterung, Gleichrichtung und Tiefpaßfilterung des
Photoempfängersignals erfolgt, wobei der Schwerpunkt oder das
Maximum des verarbeiteten Photoempfängersignals durch
Interpolationsmethoden genau bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet,
- - daß in einem Interferometerarm ein Material mit Dispersion eingefügt wird und so für verschiedene Wellenlängen verschiedene Lichtwege entstehen und
- - daß am Interfereometerausgang die verschiedenen Wellenlängen räumlich getrennt werden und auf einem Feld von Photoempfängern der lokale Kontrast der Interferenzerscheinung bestimmt wird und daraus die Form des Objektes bestimmt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914108944 DE4108944A1 (de) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | Verfahren und einrichtung zur beruehrungslosen erfassung der oberflaechengestalt von diffus streuenden objekten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914108944 DE4108944A1 (de) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | Verfahren und einrichtung zur beruehrungslosen erfassung der oberflaechengestalt von diffus streuenden objekten |
Publications (2)
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DE4108944A1 DE4108944A1 (de) | 1992-09-24 |
DE4108944C2 true DE4108944C2 (de) | 1993-07-01 |
Family
ID=6427668
Family Applications (1)
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DE19914108944 Granted DE4108944A1 (de) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | Verfahren und einrichtung zur beruehrungslosen erfassung der oberflaechengestalt von diffus streuenden objekten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4108944A1 (de) |
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19544253A1 (de) * | 1995-11-28 | 1997-06-05 | Jochen Neumann | Verfahren zur Dispersionskompensation bei Interferometern mit nicht symmetrisch zum Referenzstrahlengang ausgefühltem Objektstrahlengang |
DE19721883C2 (de) * | 1997-05-26 | 1999-04-15 | Bosch Gmbh Robert | Interferometrische Meßvorrichtung |
US6195168B1 (en) | 1999-07-22 | 2001-02-27 | Zygo Corporation | Infrared scanning interferometry apparatus and method |
DE4309056B4 (de) * | 1993-03-20 | 2006-05-24 | Häusler, Gerd, Prof. Dr. | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Entfernung und Streuintensität von streuenden Punkten |
DE102005023212A1 (de) * | 2005-05-16 | 2006-11-30 | Häusler, Gerd, Prof. Dr. | Verfahren und Vorrichtung zur schnellen und genauen Weisslichtinterferometrie |
DE102007010389A1 (de) * | 2007-03-03 | 2008-09-04 | Polytec Gmbh | Vorrichtung zur optischen Vermessung eines Objekts |
DE102006007573B4 (de) * | 2006-02-18 | 2009-08-13 | Carl Mahr Holding Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur 3D-Geometrieerfassung von Objektoberflächen |
US7684049B2 (en) | 2003-03-06 | 2010-03-23 | Zygo Corporation | Interferometer and method for measuring characteristics of optically unresolved surface features |
US7812963B2 (en) | 2002-09-09 | 2010-10-12 | Zygo Corporation | Interferometry method for ellipsometry, reflectometry, and scatterometry measurements, including characterization of thin film structures |
US7869057B2 (en) | 2002-09-09 | 2011-01-11 | Zygo Corporation | Multiple-angle multiple-wavelength interferometer using high-NA imaging and spectral analysis |
US7884947B2 (en) | 2005-01-20 | 2011-02-08 | Zygo Corporation | Interferometry for determining characteristics of an object surface, with spatially coherent illumination |
US7889355B2 (en) | 2007-01-31 | 2011-02-15 | Zygo Corporation | Interferometry for lateral metrology |
US7952724B2 (en) | 2005-01-20 | 2011-05-31 | Zygo Corporation | Interferometer with multiple modes of operation for determining characteristics of an object surface |
US7978338B2 (en) | 2008-11-26 | 2011-07-12 | Zygo Corporation | Compound reference interferometer |
US7978337B2 (en) | 2007-11-13 | 2011-07-12 | Zygo Corporation | Interferometer utilizing polarization scanning |
US8072611B2 (en) | 2007-10-12 | 2011-12-06 | Zygo Corporation | Interferometric analysis of under-resolved features |
US8107085B2 (en) | 2003-09-15 | 2012-01-31 | Zygo Corporation | Methods and systems for interferometric analysis of surfaces and related applications |
US8126677B2 (en) | 2007-12-14 | 2012-02-28 | Zygo Corporation | Analyzing surface structure using scanning interferometry |
DE102010044826A1 (de) * | 2010-09-09 | 2012-03-15 | Visiocraft Gmbh | Detektor sowie Meßvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Dicke einer Probe |
CZ306411B6 (cs) * | 2015-05-22 | 2017-01-11 | Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i. | Zařízení pro bezkontaktní měření tvaru předmětu |
DE102016114248A1 (de) * | 2016-08-02 | 2018-02-08 | MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Vorrichtung zur Vermessung eines Objekts mittels Speckle-Interferometrie und zugehöriges Verfahren |
Families Citing this family (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5402234A (en) * | 1992-08-31 | 1995-03-28 | Zygo Corporation | Method and apparatus for the rapid acquisition of data in coherence scanning interferometry |
DE4404154C2 (de) * | 1994-02-10 | 1997-12-18 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zum optischen Untersuchen einer Oberfläche |
US5519204A (en) * | 1994-04-25 | 1996-05-21 | Cyberoptics Corporation | Method and apparatus for exposure control in light-based measurement instruments |
EP0768511A1 (de) * | 1995-10-16 | 1997-04-16 | European Community | Optisches Verfahren für dreidimensionale Profilometrie basiert auf der Verarbeitung von Speckle-Bildern in Teilkohärenter Beleuchtung, und Interferometer zur Durchführung dieses Verfahrens |
DE19733890C2 (de) * | 1996-08-04 | 2000-03-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Verfahren zum Vermessen eines Mediums und Vorrichtung dazu |
DE19721842C2 (de) | 1997-05-26 | 1999-04-01 | Bosch Gmbh Robert | Interferometrische Meßvorrichtung |
DE19721881C2 (de) | 1997-05-26 | 1999-05-20 | Bosch Gmbh Robert | Interferometrische Meßvorrichtung |
DE19721882C2 (de) | 1997-05-26 | 1999-04-29 | Bosch Gmbh Robert | Interferometrische Meßvorrichtung |
DE29715904U1 (de) * | 1997-09-01 | 1997-10-23 | OMECA Messtechnik GmbH, 14513 Teltow | Interferenzoptische Meßeinrichtung |
DE19808273A1 (de) * | 1998-02-27 | 1999-09-09 | Bosch Gmbh Robert | Interferometrische Meßeinrichtung zum Erfassen der Form oder des Abstandes insbesondere rauher Oberflächen |
DE19819762A1 (de) * | 1998-05-04 | 1999-11-25 | Bosch Gmbh Robert | Interferometrische Meßeinrichtung |
DE10047495B4 (de) * | 1999-10-09 | 2005-06-09 | Robert Bosch Gmbh | Interferometrische Messvorrichtung zur Formvermessung |
US6813029B1 (en) | 1999-10-09 | 2004-11-02 | Robert Bosch Gmbh | Interferometric measuring device for form measurement |
EP1272812B1 (de) | 2000-03-30 | 2004-11-24 | Robert Bosch Gmbh | Interferometrische messvorrichtung |
DE10131779B4 (de) * | 2000-07-07 | 2006-05-11 | Robert Bosch Gmbh | Interferometrische Messvorrichtung |
EP1210564B1 (de) | 2000-07-07 | 2006-08-23 | Robert Bosch Gmbh | Interferometrische messvorrichtung |
JP2004502954A (ja) | 2000-07-07 | 2004-01-29 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 干渉測定装置 |
JP3605010B2 (ja) * | 2000-08-08 | 2004-12-22 | 株式会社ミツトヨ | 表面性状測定器 |
DE10123844A1 (de) | 2001-04-09 | 2002-10-17 | Bosch Gmbh Robert | Interferometrische Messvorrichtung |
EP1272811A1 (de) * | 2001-04-09 | 2003-01-08 | Robert Bosch Gmbh | Interferometrische messvorrichtung |
AU2002225629A1 (en) * | 2001-12-05 | 2003-07-24 | Semiconductor Technologies And Instruments, Inc. | System and method for inspection using white light intererometry |
DE10203797C1 (de) * | 2002-01-31 | 2003-08-14 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zur dreidimensionalen interferometrischen Messung |
US7106454B2 (en) | 2003-03-06 | 2006-09-12 | Zygo Corporation | Profiling complex surface structures using scanning interferometry |
US7271918B2 (en) | 2003-03-06 | 2007-09-18 | Zygo Corporation | Profiling complex surface structures using scanning interferometry |
TWI335417B (en) | 2003-10-27 | 2011-01-01 | Zygo Corp | Method and apparatus for thin film measurement |
DE102004045802B4 (de) * | 2004-09-22 | 2009-02-05 | Robert Bosch Gmbh | Interferometrisches System mit Referenzfläche mit einer verspiegelten Zone |
DE102004063076A1 (de) * | 2004-12-28 | 2006-07-06 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Vermessung einer strukturierten Oberfläche sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
JP4885212B2 (ja) | 2005-05-19 | 2012-02-29 | ザイゴ コーポレーション | 薄膜構造についての情報に関する低コヒーレンス干渉計信号を解析するための方法およびシステム |
EP2676123B1 (de) * | 2011-02-18 | 2024-07-17 | The General Hospital Corporation | Verfahren zur messung der mechanischen eigenschaften eines biologischen gewebes durch eine laser-speckle interferometrische messung |
DE102015113465B4 (de) | 2015-08-14 | 2018-05-03 | Medizinisches Laserzentrum Lübeck GmbH | Verfahren und Vorrichtung zum Ablichten wenigstens einer Schnittfläche im Innern eines Licht streuenden Objekts |
CN108780004A (zh) * | 2016-02-25 | 2018-11-09 | 康廷尤斯生物测定有限公司 | 用于监测运动对象的参数的方法和系统 |
CN109959543A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-07-02 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 散斑标记方法和检测涂层材料损伤的方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3318678A1 (de) * | 1983-05-21 | 1984-11-22 | Adolf Friedrich Prof. Dr.-Phys. Fercher | Verfahren und vorrichtung zur interferometrie rauher oberflaechen |
DE3614332A1 (de) * | 1986-04-28 | 1987-10-29 | Haeusler Gerd | Verfahren und vorrichtung zur empfindlichkeitssteigerung bei der optischen entfernungsmessung |
US4913547A (en) * | 1988-01-29 | 1990-04-03 | Moran Steven E | Optically phased-locked speckle pattern interferometer |
-
1991
- 1991-03-19 DE DE19914108944 patent/DE4108944A1/de active Granted
Cited By (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4309056B4 (de) * | 1993-03-20 | 2006-05-24 | Häusler, Gerd, Prof. Dr. | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Entfernung und Streuintensität von streuenden Punkten |
DE19544253A1 (de) * | 1995-11-28 | 1997-06-05 | Jochen Neumann | Verfahren zur Dispersionskompensation bei Interferometern mit nicht symmetrisch zum Referenzstrahlengang ausgefühltem Objektstrahlengang |
DE19544253B4 (de) * | 1995-11-28 | 2006-06-29 | Jochen Neumann | Verfahren zur Dispersionskompensation bei Interferometern mit nicht symmetrisch zum Referenzstrahlengang ausgefühltem Objektstrahlengang |
DE19721883C2 (de) * | 1997-05-26 | 1999-04-15 | Bosch Gmbh Robert | Interferometrische Meßvorrichtung |
US6195168B1 (en) | 1999-07-22 | 2001-02-27 | Zygo Corporation | Infrared scanning interferometry apparatus and method |
US7869057B2 (en) | 2002-09-09 | 2011-01-11 | Zygo Corporation | Multiple-angle multiple-wavelength interferometer using high-NA imaging and spectral analysis |
US7812963B2 (en) | 2002-09-09 | 2010-10-12 | Zygo Corporation | Interferometry method for ellipsometry, reflectometry, and scatterometry measurements, including characterization of thin film structures |
US7684049B2 (en) | 2003-03-06 | 2010-03-23 | Zygo Corporation | Interferometer and method for measuring characteristics of optically unresolved surface features |
US7948636B2 (en) | 2003-03-06 | 2011-05-24 | Zygo Corporation | Interferometer and method for measuring characteristics of optically unresolved surface features |
US8107085B2 (en) | 2003-09-15 | 2012-01-31 | Zygo Corporation | Methods and systems for interferometric analysis of surfaces and related applications |
US7884947B2 (en) | 2005-01-20 | 2011-02-08 | Zygo Corporation | Interferometry for determining characteristics of an object surface, with spatially coherent illumination |
US7952724B2 (en) | 2005-01-20 | 2011-05-31 | Zygo Corporation | Interferometer with multiple modes of operation for determining characteristics of an object surface |
DE102005023212B4 (de) * | 2005-05-16 | 2007-07-12 | Häusler, Gerd, Prof. Dr. | Verfahren und Vorrichtung zur schnellen und genauen Weisslichtinterferometrie |
DE102005023212A1 (de) * | 2005-05-16 | 2006-11-30 | Häusler, Gerd, Prof. Dr. | Verfahren und Vorrichtung zur schnellen und genauen Weisslichtinterferometrie |
DE102006007573B4 (de) * | 2006-02-18 | 2009-08-13 | Carl Mahr Holding Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur 3D-Geometrieerfassung von Objektoberflächen |
US7889355B2 (en) | 2007-01-31 | 2011-02-15 | Zygo Corporation | Interferometry for lateral metrology |
US9025162B2 (en) | 2007-01-31 | 2015-05-05 | Zygo Corporation | Interferometry for lateral metrology |
DE102007010389A1 (de) * | 2007-03-03 | 2008-09-04 | Polytec Gmbh | Vorrichtung zur optischen Vermessung eines Objekts |
DE102007010389B4 (de) * | 2007-03-03 | 2011-03-10 | Polytec Gmbh | Vorrichtung zur optischen Vermessung eines Objekts |
US8072611B2 (en) | 2007-10-12 | 2011-12-06 | Zygo Corporation | Interferometric analysis of under-resolved features |
US7978337B2 (en) | 2007-11-13 | 2011-07-12 | Zygo Corporation | Interferometer utilizing polarization scanning |
US8126677B2 (en) | 2007-12-14 | 2012-02-28 | Zygo Corporation | Analyzing surface structure using scanning interferometry |
US8120781B2 (en) | 2008-11-26 | 2012-02-21 | Zygo Corporation | Interferometric systems and methods featuring spectral analysis of unevenly sampled data |
US8004688B2 (en) | 2008-11-26 | 2011-08-23 | Zygo Corporation | Scan error correction in low coherence scanning interferometry |
US8379218B2 (en) | 2008-11-26 | 2013-02-19 | Zygo Corporation | Fiber-based interferometer system for monitoring an imaging interferometer |
US8902431B2 (en) | 2008-11-26 | 2014-12-02 | Zygo Corporation | Low coherence interferometry with scan error correction |
US7978338B2 (en) | 2008-11-26 | 2011-07-12 | Zygo Corporation | Compound reference interferometer |
DE102010044826A1 (de) * | 2010-09-09 | 2012-03-15 | Visiocraft Gmbh | Detektor sowie Meßvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Dicke einer Probe |
DE102010044826B4 (de) | 2010-09-09 | 2018-05-17 | Visiocraft Gmbh | Detektor sowie Meßvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Dicke einer Probe |
CZ306411B6 (cs) * | 2015-05-22 | 2017-01-11 | Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i. | Zařízení pro bezkontaktní měření tvaru předmětu |
DE102016114248A1 (de) * | 2016-08-02 | 2018-02-08 | MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Vorrichtung zur Vermessung eines Objekts mittels Speckle-Interferometrie und zugehöriges Verfahren |
DE102016114248B4 (de) * | 2016-08-02 | 2019-11-21 | MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Vorrichtung zur Vermessung eines Objekts mittels Speckle-Interferometrie und zugehöriges Verfahren |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4108944A1 (de) | 1992-09-24 |
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---|---|---|
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