DE4139641C2 - Lichtmeßanordnung zur Messung der winkelabhängigen Lichtverteilung im Raum - Google Patents
Lichtmeßanordnung zur Messung der winkelabhängigen Lichtverteilung im RaumInfo
- Publication number
- DE4139641C2 DE4139641C2 DE19914139641 DE4139641A DE4139641C2 DE 4139641 C2 DE4139641 C2 DE 4139641C2 DE 19914139641 DE19914139641 DE 19914139641 DE 4139641 A DE4139641 A DE 4139641A DE 4139641 C2 DE4139641 C2 DE 4139641C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- arrangement according
- measuring arrangement
- light measuring
- light
- iobg
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims description 29
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 title claims description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 47
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 26
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 17
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 4
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 3
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/4228—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors arrangements with two or more detectors, e.g. for sensitivity compensation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/02—Details
- G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/02—Details
- G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
- G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
- G01J1/0425—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using optical fibers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
- G01N21/474—Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
- G01N21/474—Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres
- G01N2021/4742—Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres comprising optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12133—Functions
- G02B2006/12138—Sensor
Description
Die Erfindung betrifft eine Lichtmeßanordnung zur Messung der winkelabhängigen
Lichtverteilung im Raum gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Nach dem derzeitigen technischen Entwicklungsstand werden winkelabhängige
Lichtverteilungen im Raum für wissenschaftlich-technische Ansprüche mit
rechnergesteuerten Präzisionsgoniofotometern gemessen (Feingerätetechnik, Berlin
40 (1991) 2; "TMA Quik Scan Scatterometer", Firmenschrift der
TMA Technologies Inc., Bozeman, MT, USA;
Variable Angle Laser Scatterometer 10020",
Firmenschrift der Huber-Diffraktionstechnik GmbH,
Rimsting, BRD. Diese Einrichtungen sind relativ kostenintensiv (ca. 350 TDM).
Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser Geräte besteht darin, daß die
winkelabhängige Lichtverteilung durch eine motorisierte Scanbewegung eines
Goniometerarmes sequentiell aufgezeichnet wird. Dies bedingt eine Meßzeit von
mehreren Minuten bis zu Stunden für einen Punkt des Untersuchungsobjektes.
Um die Meßzeit erheblich zu verkürzen, ist eine Parallelanordnung von Empfängern in
Form von Arrays notwendig. Wegen der notwendigen Miniaturisierung und um die
Kosten in Grenzen zu halten, werden hierfür Arrays aus Halbleiterempfängern einge
setzt. Bedingt durch die Herstellung aus monolithischen Waferscheiben, werden diese
Arrays industriell so gefertigt, daß die Empfänger stets in einer Ebene liegen. Deshalb
kann mit diesen Arrays die winkelabhängige Lichtverteilung nicht unmittelbar
erfaßt werden.
Eine Lösungsmöglichkeit besteht in einer Sonderanfertigung eines gekrümmten Arrays
aus Einzelempfängern mit Hilfe der Hybridtechnologie (DD 2 59 245 A1). Durch die
manuelle Herstellung ist dabei die Anzahl der Empfänger und somit der erfaßte
Winkelbereich und/oder die Winkelabstützung erheblich eingeschränkt.
Ein derartiges Bauelement ist ebenfalls recht kostenintensiv und erreicht bei weitem
nicht die technischen Parameter von Goniometern.
Besonders kompliziert gestalten würde sich die hybride Herstellung eines in der
DE 41 05 509 A1 vorgestellten Arrays, welches eine nichtlineare
Winkelabstützung mit nach der 1/cos-Funktion größer werdenden Winkelabständen
vorschlägt. Sollen industriell monolithisch hergestellte Arrays zum Einsatz kommen, ist
es notwendig, die winkelabhängige Lichtverteilung mit Hilfe geeigneter Bauelemente in
eine ebene, laterale Verteilung zu transformieren. Eine Variante dazu ist der Einsatz
eines fokussierenden Bauelementes, speziell einer Linse, wie es beispielsweise von
Rauheitssensoren bekannt ist. Der erfaßte Winkelbereich ist hier stark eingeschränkt
(etwa 10°), weiterhin werden für größere Winkel gleiche Winkelabstände in
zunehmend kleinere Linearabstände transformiert.
Um größere Winkelbereiche zu erfassen, wird das Licht mit Hilfe von halbkreisförmig
angeordneten Lichtleitfasern auf die Arrays geleitet (DD 2 52 236 A1; US 4 710 642; EP
0 383 244 A1; EP 0 141 369 A2). Die Herstellung einer derartigen Anordnung ist mit
anspruchsvoller manueller Arbeit verbunden und sehr aufwendig. Die
Reproduzierbarkeit der Herstellungsqualität gestaltet sich problematisch. Ebenso kann
nicht garantiert werden, daß die einzelnen Fasern gleiche Lichtleiteigenschaften
besitzen, was zum einen durch die Exemplarstreuung bedingt ist, andererseits dadurch
resultiert, daß die einzelnen Fasern verschiedene, nicht genau determinierbare
Krümmungen aufweisen, welche außerdem aufgrund der Flexibilität auch innerhalb
eines Gerätes nicht zeitlich konstant gehalten werden können. Ein weiterer Nachteil
besteht darin, daß die einzelnen Fasern leicht brechen können, was zu zunehmendem
Leistungsverlust führt.
Dagegen wird durch Einsatz von CCD-Arrays in (The Journal of Physical Chemistryi
1988, 92, 6723) eine für Streulichtmessungen relativ hohe Abtastrate von 30 ms für
das gesamte Array bei gleichzeitig für den Einsatzfall hinreichender
Winkelabstützung von 1° erreicht, wobei jedoch keine Abtastung des Halbraumes,
sondern eine lineare Abtastung erfolgt, was zu einer wesentlichen Verringerung der
Meßgenauigkeit führt.
In der DE-OS 38 03 529 A1 ist ein optischer Sensor beschrieben, der optische
Wellenleiter verwendet, um eine Verbindungsaufspaltung und/oder
Richtungsverteilung des Lichteintrittes oder des Lichtaustrittes durchzuführen.
Die Erfindung soll die Nachteile bekannter Anordnungen zur Messung der
winkelabhängigen Lichtverteilung im Raum (lange Meßdauer, geringe Meßgenauigkeit,
hoher Platzbedarf) bei gleichzeitig geringerem Kostenaufwand beseitigen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 20 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des
Hauptanspruches.
Die Lichtmeßanordnung besteht im Wesentlichen aus einer integriert-optischen
Baugruppe in Form von mindestens zwei Segmenten, die zur räumlichen
Transformation des Streulichtes verwendet werden, wobei die Segmente ebene Arrays
von Lichtwellenleitern darstellen, deren Eintrittsöffnungen bogenförmig, zumindest
teilweise um das Meßobjekt und deren Austrittsöffnungen in der Ebene der
Halbleiterfotoempfänger angeordnet sind. Die Segmente sind bestimmten
Winkelbereichen (zum Beispiel Nahwinkelbereich und Fernwinkelbereich) zugeordnet.
Zur räumlichen Transformation der winkelabhängigen Lichtverteilung des Halbraumes
in eine laterale Verteilung kommen Lichtwellenleiterstrukturen in Form eines oder
mehrerer integriert optischer Bauelemente zum Einsatz. Die Lichtwellenleiter sind
hierzu an ihren Eintrittsöffnungen auf dem Trägersubstrat radial kreisförmig mit dem
Radius r bzw. elliptisch angeordnet und bilden mit ihren Austrittsöffnungen mindestens
eine Ebene.
Dadurch entsteht mindestens eine laterale Verteilung, die sich leicht mit zeilenförmigen
Empfängerarrays (Photodiodenarrays, CCD-Zeilen) bzw. mit großflächigen
Empfängern (SEV, Vollflächendioden), denen eine verschiebliche Blende vorgeschaltet
ist, abtasten läßt.
Diese Lösung vereint die Vorteile der Lösungen mit linearen Halbleiterbildsensoren
(geringe Abmessungen, einfache Signalverarbeitung, großer Dynamikbereich der
eingesetzten Sensoren, mit den Vorteilen bei der Verwendung von Lichtleitfasern
(direkte Abtastung der Lichtverteilung des Halbraumes). Gleichzeitig werden die
Nachteile der herkömmlichen Lösungen umgangen: Durch die starre Anordnung der
Lichtwellenleiter auf dem integriert optischen Bauelement werden die Nachteile der
flexiblen Lichtwellenleiter umgangen, andererseits tritt kein Genauigkeitsverlust durch
die ebene Abtastung mittels der Zeilensensoren auf. Die Segmentierung der integriert-
optischen Baugruppe in einzelne Winkelbereiche und eine entsprechende Zuordnung
der Empfängerarrays zu diesen Bereichen stellt insbesondere im Hinblick auf den hohen
Dynamikumfang des Streulichtes eine elegante Lösung dar. Dadurch können die
Empfindlichkeitsbereiche der Empfängerarrays (z. B. durch Integrationszeitsteuerung)
an die Dynamik im jeweiligen Winkelbereich angepaßt werden. Somit ist ein wesentlich
größerer Dynamikumfang als bei der Verwendung nur eines Empfängerarrays erzielt.
lnsgesamt ergibt sich gegenüber den Präzisionsfotogoniometern eine erhebliche
Kostenreduzierung und Miniaturisierung, wobei eine gleiche Genauigkeit der Messung
erreichbar ist.
Die Erfindung wird zur Messung einer winkelabhängigen Lichtverteilung im Raum
verwendet. Winkelabhängige Lichtverteilungen treten insbesondere bei diffraktiv
wirkenden Körpern bzw. Grenzflächen (Gitterstrukturen, diffraktive Elemente) und
diffus streuenden Medien auf. Im weitesten Sinne kann ebenfalls die Streuwirkung an
Grenzflächen als eine Beugungserscheinung verstanden werden.
Neben der grundsätzlichen Lösung sind weitere Details zur Erzielung bestimmter
Effekte bzw. zur Verbesserung der Leistungsparameter Gegenstand der Erfindung.
Diese sollen im folgenden erläutert werden.
Zur Empfindlichkeitsanpassung an unterschiedliche Streulichtintensitäten und
-verteilungen werden verschiedene Maßnahmen der Empfängergestaltung sowie der
Dämpfung des Lichtes im Strahlengang getroffen. lm Strahlengang des einfallenden
Lichtes wird mindestens ein Dämpfungsglied zur Empfindlichkeitsanpassung
angeordnet. Daneben weisen die Lichtwellenleiter der integriert-optischen Baugruppe
fest einstellbare Dämpfungseigenschaften zur Empfindlichkeitsanpassung auf.
Weitere Maßnahmen zur Empfindlichkeitsanpassung bestehen darin, daß die
Lichtwellenleiter der integriert-optischen Baugruppe unterschiedliche Breiten und
Tiefen sowie unterschiedliche spektrale Transmissionen aufweisen. Außerdem weisen
die Empfänger der einzelnen Winkelbereiche eine unterschiedliche
Empfindlichkeit, auch in verschiedenen Spektralbereichen, auf.
Eine Empfindlichkeitsanpassung hat den wesentlichen Vorteil, daß ein breites
Materialspektrum mit starken Unterschieden der Streulichtverteilungen untersucht
werden kann. Durch die Empfindlichkeitsanpassung lassen sich die Unterschiede der
Streulichtverteilungen z. T. kompensieren.
Zur Verbesserung der Signalqualität des Lichtes werden polarisationswirksame
Maßnahmen getroffen. Dazu wird im Beleuchtungsstrahlengang mindestens ein
polarisationsoptisches Bauelement zur Festlegung des Polarisationszustandes des
Beleuchtungsbündels angeordnet. Durch der integriert-optischen Baugruppe vor- oder
nachgeschaltete polarisationsoptische Bauelemente wird die empfangene Polarisation
eingestellt.
Weiterhin weisen die Lichtwellenleiter der integriert-optischen Baugruppe
polarisationsoptische Eigenschaften auf. Das integriert optische Bauelement besteht
aus mehreren Segmenten. Dies führt zu einer erheblichen Kostenreduzierung, da die
Herstellung größerer integriert optischer Bauelemente sehr kostenintensiv ist.
Die Signale der Einzelempfänger aus entsprechenden Winkelbereichen werden
elektronisch (additiv) mit Hilfe einer Auswerteeinheit zusammengefaßt. Diese
Zusammenfassung ist elektronisch steuerbar. Eine solche Datenvorverarbeitung bietet
den Vorteil der Rechenzeiteinsparung bei einer weiteren Verarbeitung der aus den
Signalen gewonnenen Daten im Computer.
Meßobjekt und Lichtmeßanordnung sind in verschiedenen Koordinaten und um
verschiedene Achsen gegeneinander linear oder rotatorisch beweglich angeordnet.
Durch eine Kippung der Materialprobe um die x- oder y-Achse läßt sich der Einfluß
unterschiedlicher Einfallswinkel auf das Streulicht untersuchen.
Eine Bewegung der Probe in x- und y-Richtung ermöglicht die Untersuchung
verschiedener Punkte der Oberfläche. Die Sensorbaugruppe ist drehbar um eine
Achse senkrecht zur Probenoberfläche (z-Achse) angeordnet.
Dies bietet den Vorteil, daß nicht nur ein Schnitt des Halbraumes, sondern ein größerer
Bereich des Halbraumes bzw. der gesamte Halbraum abgetastet werden kann. Es
gestattet zusätzlich die Untersuchung der lsotropieeigenschaften der
Probenoberfläche.
Es werden mehrere integriert optische Bauelemente mit entsprechend zugeordneten
Empfängern räumlich, radial auf den Quellpunkt der Lichtverteilung gerichtet,
angeordnet. Die Anordnung erfolgt so, daß die Eintrittsöffnungen der Lichtwellenleiter
der integriert-optischen Baugruppen zusammen eine Kugeloberfläche bzw. den Teil
einer Kugeloberfläche bilden. Dies gestattet ebenfalls die Abtastung eines größeren
Bereiches des Halbraumes bzw. des gesamten Halbraumes.
Die Erfindung soll anhand von drei Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 Lichtmeßanordnung zur Messung der winkelabhängigen
Lichtverteilung im Raum.
Fig. 2 Integriert-optische Baugruppe
Fig. 3 Lichtmeßanordnung zur Messung der winkelabhängigen
Lichtverteilung im Raum mit SEV
Fig. 4 Lichtmeßanordnung zur Messung der winkelabhängigen
Lichtverteilung im Raum durch räumliche Anordnung
mehrerer integriert-optischer Baugruppen
Die Erfindung soll im folgenden anhand der Ausführung eines Sensors zur
winkelaufgelösten Streulichtmessung gezeigt werden.
Fig. 1 zeigt die Lichtmeßanordnung zur Messung der winkelabhängigen
Lichtverteilung im Raum. Zur Lichterzeugung dient eine starke Laserlichtquelle La. Der
Laserstrahl wird mit bekannten strahlformenden optischen Systemen Os aufgeweitet
und danach auf die zu unterscheidende Probenoberfläche Pr transformiert und u. U.
auch fokussiert. Für polarisationsoptische Untersuchungen befindet sich ein
Polarisator Po im Beleuchtungsstrahlengang. Die Anordnung von Dämpfungsgliedern
Dä im Beleuchtungsstrahlengang dient der Empfindlichkeitsanpassung des
Gesamtsystems an das auftretende Streulicht.
Das zu untersuchende Objekt Ob befindet sich auf einem Objektträger Ot, der
verschiedene Bewegungen ermöglicht, z. B. eine Kippung um die x- und/ oder y-Achse,
eine x-y-Translation sowie eine Drehung um die optische Achse. Die
Translationsbewegungen und die Drehbewegung um die optische Achse ermöglichen
die Untersuchung verschiedener Punkte der Oberfläche bezüglich der
Oberflächenbeschaffenheit. Kippung und Drehung dienen der Untersuchung des
Einflusses des Einfallswinkels auf das Streulicht bzw. der Untersuchung von
Anisotropien der Oberflächenbeschaffenheit.
Kernstück der Anordnung ist die Sensorgruppe. Sie besteht aus dem Träger der
Gesamtgruppe SeTr, einer integriert-optischen Baugruppe IoBg, als Analysatoren
fungierenden polarisationsoptischen Bauelementen sowie Dämpfungsgliedern.
Die integriert-optische Baugruppe IoBg (Fig. 2) besteht vorzugsweise aus drei
Segmenten I, II und III, die drei Streuwinkelbereichen zugeordnet sind. Die
Streuwinkelbereiche sind durch die Winkel β1 und β2 bestimmt (siehe Fig. 2).
Es wird insgesamt ein Streuwinkel von 0 Φ 90° erfaßt. Diese integriert-optische
Baugruppe IoBg wird entweder aus einem Stück gefertigt oder die drei Segmente
werden einzeln gefertigt und anschließend miteinander verbunden (z. B. gekittet). Der
allen Segmenten gemeinsame innere Radius (Abstand zum Streuzentrum) beträgt r.
Für den Radius ist eine Größe von r = 1 bis 2cm vorgesehen. Die Basislänge l beträgt
ca. 3 bis 5 cm. lm Segment I wird das Streuspektrum mit einer Winkelauflösung von ca.
0,2° abgetastet. Entsprechend enthält das Segment I eine Anzahl von n₁
Lichtwellenleitern, die am Wellenleiterausgang einen äquidistanten Abstand besitzen.
Im Segment II wird das Streuspektrum mit einer Winkelauflösung von ca 0,5°
abgetastet. Die entsprechenden n₂ Lichtwellenleiter weisen am Wellenleiterausgang
ebenfalls einen äquidistanten Abstand auf.
lm Segment III wird das Streuspektrum mit einer Winkelauflösung von ca 1° abgetastet.
Auch hier weisen die zugehörigen n₃ Lichtwellenleiter am Ausgang einen
äquidistanten Abstand auf.
Zur Wandlung der optischen Strahlung in elektrische Signale an den Austrittsöffnungen
der Lichtwellenleiter sind an den drei Segmenten Fotoempfänger Em angeordnet.
Geeignet hierfür sind lineare Fotoempfängerarrays (CCD-Zeilen, Fotodiodenzeilen),
welche durch ihre Empfängergeometrie eine direkte Abtastung der aus den
Lichtwellenleitern austretenden optischen Signale gestatten.
Bei den linearen Fotoempfängerarrays nehmen CCD-Zeilen aufgrund ihrer leichten
Ansteuerbarkeit und ihrer hohen Signalqualität eine herausragende Stellung ein.
Für das Ausführungsbeispiel sind drei CCD-Zeilen (je Segment der integrierten Optik
eine Zeile) konzipiert. Durch die Wahl von Bauelementen mit unterschiedlichen
Empfindlichkeiten und geometrischen Abmessungen werden unterschiedliche
Verhältnisse bei der Bestrahlungsstärke am Ausgang der integrierten Optik be
rücksichtigt.
Das Einbringen von miniaturisierten, passiven Dämpfungsgliedern in einen Teil der
Ein-/Austrittsöffnungen der Lichtwellenleiter ergänzt die winkelabhängige
Empfindlichkeitsanpassung. Diesem Ziel dient ebenfalls eine partielle Verspiegelung
eines Teils der Ein-/Austrittsöffnungen der Wellenleiter.
Fig. 3 zeigt eine Lichtmeßanordnung zur Messung der winkelabhängigen
Lichtverteilung im Raum mit SEV. Sie unterscheidet sich von der im
Ausführungsbeispiel 1 vorgestellten Anordnung dadurch, daß anstelle eines
zeilenförmigen Empfängerarrys Em ein großflächiger Empfänger (SEV,
Vollflächendiode) mit einer davor angeordneten verschieblichen Blende Bl zum Einsatz
kommt.
Durch systematisches Verschieben der Blende werden die aus den Austrittsöffnungen
der Lichtwellenleiter austretenden Lichtsignale nacheinander abgetastet. Die
Verwendung eines SEV bietet sich aufgrund seiner im Vergleich zu CCD-Zeilen
wesentlich höheren Empfindlichkeit insbesondere für die Detektion der sehr
schwachen Streulichtsignale des Segmentes III der integriert-optischen Baugruppe an.
Gegenstand der Erfindung ist jedoch daneben auch die Verwendung mehrerer
großflächiger Emfänger bzw. ausschließlich großflächiger Empfänger mit davor
angeordneten verschieblichen Blenden anstelle der zeilenförmigen Arrays (in der Fig.
3 nicht mit dargestellt).
Fig. 4 zeigt eine Lichtmeßanordnung zur Messung der winkelabhängigen
Lichtverteilung im Raum durch räumliche Anordnung mehrerer integriert-optischer
Baugruppen. Sie unterscheidet sich von den im Ausführungsbeispiel 1 und
Ausführungsbeispiel 2 vorgestellten Anordnungen dadurch, daß
anstelle einer integriert-optischen Baugruppe IoBg mehrere integriert-optische
Baugruppen IoBg nach Ausführungsbeispiel 1 mit entsprechend zugeordneten
Empfängern Em nach Ausführungsbeispiel 1 oder 2 (zeilenförmige
Halbleiterfotoempfänger, Völlflächendioden, SEV) zum Einsatz kommen. Die integriert-
optischen Baugruppen IoBg werden, mit ihren Eintrittsöffnungen radial auf den
Quellpunkt der Lichtverteilung gerichtet, angeordnet. Die Eintrittsöffnungen der
Lichtwellenleiter der integriert-optischen Baugruppen IoBg bilden dann zusammen eine
Kugeloberfläche bzw. den Teil einer Kugeloberfläche. Dies gestattet die Abtastung
eines größeren Bereiches des Halbraumes bzw. des gesamten Halbraumes.
Bezugszeichenliste
La - Laserlichtquelle
Os - Optisches System
Pr - Probenoberfläche
Po - Polarisator
Dä - Dämpfungsglied
Ob - Untersuchungsobjekt
Ot - Objektträger
Qp - Qellpunkt
Setr - Träger der Sensorbaugruppe
IoBg - Integriert-optische Baugruppe
I; II; III - Segmente
Φ - Streuwinkelbereich
r - innerer Radius
l - Basislänge
n₁ - Anzahl der Lichtwellenleiter des Segmentes I
n₂ - Anzahl der Lichtwellenleiter des Segmentes II
n₃ - Anzahl der Lichtwellenleiter des Segmentes III
Em - Fotoempfänger.
Os - Optisches System
Pr - Probenoberfläche
Po - Polarisator
Dä - Dämpfungsglied
Ob - Untersuchungsobjekt
Ot - Objektträger
Qp - Qellpunkt
Setr - Träger der Sensorbaugruppe
IoBg - Integriert-optische Baugruppe
I; II; III - Segmente
Φ - Streuwinkelbereich
r - innerer Radius
l - Basislänge
n₁ - Anzahl der Lichtwellenleiter des Segmentes I
n₂ - Anzahl der Lichtwellenleiter des Segmentes II
n₃ - Anzahl der Lichtwellenleiter des Segmentes III
Em - Fotoempfänger.
Claims (20)
1. Lichtmeßanordung zur Messung der winkelabhängigen Lichtverteilung im Raum
- beispielsweise Beugungs-, Dispersions- und Streuspektren - bestehend aus einer
Lichtquelle (La), einem strahlformenden optischen System (Os), Meßobjekthalter und
Meßobjekt (Ob), einem Träger der Sensorbaugruppe (Setr) mit
einer integriert-optischen Baugruppe (IoBg) sowie mindestens einem
Halbleiterfotoempfänger (Em) oder mindestens
einem Halbleiterfotoempfängerarray, welches mit elektronischen Auswerteeinheiten
(Ae) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die integriert-optische Baugruppe (IoBg) aus mindestens zwei Segmenten besteht,
welche bestimmten Streuwinkelbereichen zugeordnet sind (Nahwinkelbereich,
Fernwinkelbereich), weiterhin
jedes Segment ein ebenes Array von Lichtwellenleitern darstellt, deren
Eintrittsöffnungen bogenförmig, zumindest teilweise um das Meßobjekt (Ob) und deren
Austrittsöffnungen in der Ebene der Halbleiterfotoempfänger (Em) angeordnet sind.
2. Lichtmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Eintrittsöffnungen der Lichtwellenleiter radial kreisförmig mit dem Radius r angeordnet
sind.
3. Lichtmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Eintrittsöffnungen der Lichtwellenleiter elliptisch angeordnet sind.
4. Lichtmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Austrittsöffnungen der Lichtwellenleiter mindestens eine Ebene bilden und an die
Empfängerstruktur (Pixelrasterung) angepaßt sind.
5. Lichtmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
anstelle mindestens eines Halbleiterfotoempfängers (Em) mindestens ein mit einer
verschieblichen Vorblende (Bl) versehener großflächiger Fotompfänger, z. B. SEV,
Vollflächendiode, angeordnet ist.
6. Lichtmeßanordnung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß
sich im Strahlengang des einfallenden Lichtes mindestens ein Dämpfungsglied (Dä)
befindet.
7. Lichtmeßanordnung nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lichtwellenleiter (LWL) der integriert-optischen Baugruppe (IoBg) insbesondere
durch Dotierung erzeugte, fest eingestellte Eigenschaften zur
Empfindlichkeitsanpassung aufweisen.
8. Lichtmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Querschnitt der Lichtwellenleiter (LWL) der integriert-optischen Baugruppe (IoBg)
unterschiedliche Breiten und Tiefen aufweist.
9. Lichtmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lichtwellenleiter (LWL) der integriert-optischen Baugruppe (IoBg) unterschiedliche
spektrale Transmissionen besitzen.
10. Lichtmeßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fotoempfänger (Em) bzw. die Fotoempfängerarrays unterschiedliche
Lichtempfindlichkeiten aufweisen.
11. Lichtmeßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
im Beleuchtungsstrahlengang mindestens ein polarisationsoptisches Bauelement (Po)
angeordnet ist.
12. Lichtmeßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der integriert-optischen Baugruppe (IoBg) weitere polarisationsoptische Bauelemente
vor- und/oder nachgeschaltet sind.
13. Lichtmeßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lichtwellenleiter (LWL) der integriert-optischen Baugruppe (IoBg) feste oder
steuerbare polarisationsoptische Eigenschaften aufweisen.
14. Lichtmeßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die integriert-optische Baugruppe (IoBg) vorzugsweise aus drei Segmenten (I, II, III)
besteht.
15. Lichtmeßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß
die Signale der Einzelempfänger (Em) aus verschiedenen Winkelbereichen mittels der
Auswerteeinheit (Ae) elektronisch (additiv) zusammengefaßt werden, diese
Zusammenfassung elektronisch steuerbar ist und durch einen Computer (Co)
auswertbar ist.
16. Lichtmeßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Probe (Pr) um die x- und/oder y-Achse kippen läßt.
17. Lichtmeßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Probe (Pr) in x- und y-Richtung verschieben läßt.
18. Lichtmeßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sensorbaugruppe drehbar um eine Achse (z-Achse) senkrecht zur
Probenoberfläche (Pr) angeordnet ist.
19. Lichtmeßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere integriert-optische Baugruppen (IoBg) mit jeweils entsprechend zugeordneten
Empfängern (Em) räumlich um das Meßobjekt (Ob) herum angeordnet sind.
20. Lichtmeßanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß
die intergriert-optischen Baugruppen (IoBg) radial auf den Quellpunkt der
Lichtverteilung (Qp) gerichtet angeordnet sind, wobei die Eintrittsöffnungen der
Lichtwellenleiter der integriert-optischen Baugruppen (IoBg) zusammen die Innenseite
einer Kugeloberfläche bzw. den Teil der Innenseite einer Kugeloberfläche bilden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914139641 DE4139641C2 (de) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | Lichtmeßanordnung zur Messung der winkelabhängigen Lichtverteilung im Raum |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914139641 DE4139641C2 (de) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | Lichtmeßanordnung zur Messung der winkelabhängigen Lichtverteilung im Raum |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4139641A1 DE4139641A1 (de) | 1993-06-03 |
DE4139641C2 true DE4139641C2 (de) | 1995-07-06 |
Family
ID=6446052
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914139641 Expired - Fee Related DE4139641C2 (de) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | Lichtmeßanordnung zur Messung der winkelabhängigen Lichtverteilung im Raum |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4139641C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19826409A1 (de) * | 1998-06-15 | 2000-01-13 | Gms Frank Optic Products Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Abstrahlcharakteristik von Strahlungsquellen |
DE19649221B4 (de) * | 1995-11-27 | 2006-09-14 | Shimadzu Corp. | Mehrkanal-Spektrophotometer |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2716974B1 (fr) * | 1994-03-02 | 1996-06-21 | Epsilon Sa | Appareil de caractérisation optique de matériaux. |
DE10143602B4 (de) * | 2001-09-06 | 2007-08-23 | Display-Messtechnik & Systeme Gmbh & Co.Kg | Einrichtung zur meßtechnischen Bewertung von reflektierenden Objekten, insbesondere von reflektiven Anzeigen |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4662714A (en) * | 1983-10-28 | 1987-05-05 | Kei Mori | Integrated construction of a large number of optical conductor cables |
US4710642A (en) * | 1985-08-20 | 1987-12-01 | Mcneil John R | Optical scatterometer having improved sensitivity and bandwidth |
DD252236A1 (de) * | 1986-09-01 | 1987-12-09 | Zeiss Jena Veb Carl | Anordnung zur rauheitspruefung nach dem streulichtverfahren |
US4876446A (en) * | 1987-02-06 | 1989-10-24 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Optical sensor with optical interconnection board |
US4991971A (en) * | 1989-02-13 | 1991-02-12 | United Technologies Corporation | Fiber optic scatterometer for measuring optical surface roughness |
DE4105509C2 (de) * | 1991-02-22 | 1995-08-10 | Fraunhofer Ges Forschung | Streulichtmeßanordnung zur Untersuchung der Oberflächenrauheit |
-
1991
- 1991-12-02 DE DE19914139641 patent/DE4139641C2/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19649221B4 (de) * | 1995-11-27 | 2006-09-14 | Shimadzu Corp. | Mehrkanal-Spektrophotometer |
DE19826409A1 (de) * | 1998-06-15 | 2000-01-13 | Gms Frank Optic Products Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Abstrahlcharakteristik von Strahlungsquellen |
DE19826409C2 (de) * | 1998-06-15 | 2000-07-13 | Gms Frank Optic Products Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Abstrahlcharakteristik von Strahlungsquellen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4139641A1 (de) | 1993-06-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19842364C1 (de) | Mikropolarimeter und Ellipsometer | |
EP0116321B1 (de) | Infrarot-Spektrometer | |
DE3232904C2 (de) | ||
DE102010053422B3 (de) | Messung der Positionen von Krümmungsmittelpunkten optischer Flächen eines mehrlinsigen optischen Systems | |
DE102011050969A1 (de) | Vorrichtung zur referenzierten Messung von reflektiertem Licht und Verfahren zum Kalibrieren einer solchen Vorrichtung | |
WO2016015921A1 (de) | Messanordnung zur reflexionsmessung | |
DE60014944T2 (de) | Vorrichtung zur bestimmung der räumlichen verteilung der spektralen emission eines objekts | |
WO2010127872A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur winkelaufgelösten streulichtmessung | |
DE4139641C2 (de) | Lichtmeßanordnung zur Messung der winkelabhängigen Lichtverteilung im Raum | |
DE102012214019B3 (de) | Messsystem zur Bestimmung von Reflexionscharakteristiken von Solarspiegelmaterialien und Verfahren zur Qualitätsbestimmung einer Spiegelmaterialprobe | |
WO2015197555A1 (de) | Anordnung zur bestimmung von eigenschaften und/oder parametern einer probe und/oder mindestens einer auf oder an einer oberfläche einer probe ausgebildeten schicht | |
DE10142945B4 (de) | Vorrichtung zur Ermittlung einer Lichtleistung und Mikroskop | |
DE102018114162A1 (de) | Lochscheibe zum Selektieren von Licht für eine optische Abbildung | |
DE102014010667A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Form einer Wellenfront eines optischen Strahlungsfeldes | |
DE4343345A1 (de) | Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der reflektiven bzw. transmittierenden optischen Eigenschaften einer Probe | |
DE102021125813B4 (de) | Doppelspiegel-Shear-Interferometer und Verfahren zum zerstörungsfreien Messen einer Oberfläche mittels interferometrischer Messverfahren | |
EP0895588B1 (de) | Untersuchungsvorrichtung | |
EP3324149A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von oberflächenmodifikationen auf optisch transparenten bauteilen | |
DE102012014263B3 (de) | Vorrichtung zur Kalibrierung eines optischenSensors | |
DE102004012134B4 (de) | Ellipsometer mit Blendenanordnung | |
DE3936646A1 (de) | Konfokales laserrastermikroskop | |
DE102005013222B4 (de) | Positionsmesseinrichtung | |
EP0387521A2 (de) | Optischer Abstandssensor | |
WO2021224254A1 (de) | Testvorrichtung für einen aktiven optischen sensor | |
DE102004016322A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung und/ oder Justage eines Kippwinkels einer Probe |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANGEWAN |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |