DE4343345A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der reflektiven bzw. transmittierenden optischen Eigenschaften einer Probe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der reflektiven bzw. transmittierenden optischen Eigenschaften einer Probe, bei welcher das Licht einer Strahlenquelle auf die Probe fällt und von einem Detektor ein reflektiertes bzw. transmittiertes Signal gemessen wird.

Die Messung der Transmission bzw. der Reflexion einer Probe ist eine der ältesten Meßaufgaben in der Optik. Dabei legt das Transmissionsverhalten eines optischen Bauelementes die Strahlungsmenge fest, welche vom Strahleneintritt zum Strahlenaustritt gelangt. Um das Transmissionsverhalten zu verbessern, werden z. B. Linsen mit einer Antireflexionsschicht versehen. Bei Spiegeln wiederum möchte man eine hohe Reflexion erhalten. Diese hohe Reflexion ist z. B. wichtig bei den Spiegeln in astronomischen Teleskopen, aber auch bei Spiegeln für Laseranordnungen.

Bisher ist die genaue Messung der Transmission bzw. der Reflexion einer Probe sehr schwierig, da das Meßergebnis äußerst empfindlich ist gegen Verschieben und/oder Verdrehen der Probe. Dieses Problem wird insbesondere sehr gravierend, wenn die Messung in einer Bedampfungsanlage zur Produktion von Schichten eingesetzt werden soll. Dabei geht es um die Herstellung von dünnen Schichten oder Schichtsystemen für optische oder sonstige Anwendungen z. B. reflexmindernden Schichten.

Es ist bekannter Stand der Technik, daß die Reflexion einer Oberfläche mit folgenden Verfahren gemessen wird:

• 1. Einfache Reflexionsmessung, wobei Licht auf die zu messende Oberfläche fällt, reflektiert und gemessen wird. Dabei wird die Reflektivität der Meßoberfläche durch eine Null- bzw. Referenzmessung an einer bekannten Probe ermittelt (siehe Abb. 1a).
• 2. Bei der R-Quadrat-Messung wird das Licht mit einem Spiegel ein zweites Mal auf die Oberfläche gelenkt und von dieser gespiegelt. Dabei geht die Reflektivität der Meßoberfläche zweimal in das Meßergebnis ein, wobei die Reflektivität des Spiegels berücksichtigt werden muß (siehe Abb. 1b) Die Reflektivität des Reflexionsspiegels wird dadurch ermittelt, daß derselbe Spiegel um 180° um die Probenebene gedreht wird und die Reflexionsmessung ohne Meßprobe auf 100% gesetzt wird.

Der gemeinsame Nachteil beider nach dem Stand der Technik bekannter Verfahren ist in erster Linie darin zu sehen, daß sie äußerst empfindlich gegen Verschiebungen (Änderungen des Probenabstandes zwischen Strahlenquelle und Detektor) und gegen Verdrehungen (Änderungen der optischen Achse der Probe bezüglich der optischen Achse des Meßaufbaus) sind. Die Empfindlichkeit gegen Veränderungen des Abstandes kann man bei manchen Proben durch möglichst paralleles Licht herabsetzen, nicht jedoch gegen Verdrehung.

Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu erhalten, welche mindestens einen aus dem Stand der Technik bekannten Nachteil nicht aufweist sowie ein nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruchs sowie durch eine Vorrichtung nach dem kennzeichnenden Teil des fünften Patentanspruchs gelöst.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines Retroreflektors zur Messung der reflektierenden bzw. der transmittierenden optischen Eigenschaften erhält man sehr einfache Meßvorrichtungen, welche gegenüber Bewegungen der Probe sehr störunanfällig sind. Der Retroreflektor kann dabei auf unterschiedlichste Art und Weise aufgebaut sein; sollte aber hinsichtlich seiner Ausgestaltung dem zu messenden Spektralbereich angepaßt sein.

Es ist vorteilhaft, wenn eine Reflexion von der Probenrückseite nicht erfolgt.

Vorteilhafterweise leitet man die von der Strahlenquelle und von der Probe zurückkommende Strahlung durch einen Strahlenleiter, um zwischen der Probe und der Strahlenquelle bzw. dem Detektor eine größere Distanz wählen zu können. Dabei sollte sich am probenseitigen Ende des Strahlenleiters eine Optik befinden, welche die aus dem Strahlenleiter kommende Strahlung kollimiert und welche die von der Probe kommende Strahlung möglichst vollständig in den Strahlenleiter einspeist.

Vorteilhafterweise ist die Divergenz der Meßstrahlung möglichst klein, damit der Einfallswinkel für jeden Strahl gleich ist. Das Spektrum wird dann nicht verzerrt, d. h. die Störung durch die Winkelabhängigkeit der Spektren ist dann minimal.

Retroreflektoren lassen sich am leichtesten plattenförmig herstellen, wobei bei der Konstruktion der Retroreflektors aber immer darauf geachtet werden sollte, daß der Strahl­ versatz möglichst klein gewählt wird.

Die Erfindung wird nachstehend in beispielhafter Weise anhand von Zeichnungen näher erläutert, wobei weitere wesentliche Merkmale sowie dem besseren Verständnis dienende Erläuterungen und Ausgestaltungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens beschrieben sind.

Dabei zeigen:

Fig. 1a eine erste schematische Meßanordnung nach dem bekannten Stand der Technik;

Fig. 1b eine zweite schematische Meßanordnung nach dem bekannten Stand der Technik;

Fig. 1c dritte schematische Meßanordnung nach dem bekannten Stand der Technik;

Fig. 2 eine schematische erfindungsgemäße Meßanordnung zur Reflexionsmessung;

Fig. 3 eine schematische erfindungsgemäße Meßanordnung zur Transmissionsmessung;

Fig. 4 eine schematische erfindungsgemäße Meßanordnung zur optischen Oberflächenprüfung;

Fig. 5 eine schematische erfindungsgemäße Meßanordnung zur permanenten Transmissionsmessung in einer Beschichtungsanlage; und

Fig. 6 eine schematische erfindungsgemäße Meßanordnung zur permanenten Reflexionsmessung in einer Beschichtungsanlage.

In den Fig. 1a-c ist der bekannte Stand der Technik anhand von schematischen Meßanordnungen dargestellt.

In Fig. 1a ist eine Lichtleitfaser (1) dargestellt, welche an ihrem ersten Ende einen Strahlenteiler (2) besitzt. (Dieser Strahlenteiler (2) ist dann nicht notwendig, wenn die Lichtleitfaser (1) mindestens aus zwei diskreten Faserbündeln mit jeweils mindestens einer Faser besteht. Dabei ist jeweils ein Bündel der Lichtquelle (3) oder dem Detektor (6) zugeordnet). Das Licht einer Lichtquelle (3) wird über den Strahlenteiler (2) in die Lichtleitfaser (1) eingekoppelt und verläßt die Lichtleitfaser (1) an deren zweitem Ende (4). Dann fällt daß Meßlicht auf die Probe (5), wird zum zweiten Ende (4) der Lichtleitfaser (1) zurückreflektiert, wandert durch die Lichtleitfaser (1) zum Strahlenteiler (2), welcher das aus dem ersten Ende der Lichtleitfaser (1) austretende Licht einem Detektor (6) zuführt, welcher eine spektrale Messung der reflektierten Lichtmenge durchführt. Durch einen Vergleich der ausgesendeten Lichtmenge zur reflektierten kann die Reflektivität der Probe (5) mit dieser einfachen Reflexionsmessung bestimmt werden, wenn eine Nullmessung bzw. eine Referenzmessung an einer bekannten Probe (5) vorliegt.

Bei der in Fig. 1b dargestellten Meßvorrichtung nach dem bekannten Stand der Technik fällt das Licht einer Lichtquelle (7) schräg auf die Oberfläche (8) einer Probe (9), wird von dort auf einen Spiegel (10) reflektiert, von diesem Spiegel (10) zurück auf die Oberfläche (8) der Probe (9) reflektiert, welche das Licht dann letztendlich auf einen Detektor (11) reflektiert. Bei dieser nach dem R-Quadrat-Verfahren arbeitenden Meßvorrichtung wird das Licht von der Probenoberfläche (8) zweimal reflektiert. Kennt man nun die Reflektivität des Spiegels (10), so kann man die Reflektivität der Probe (9) bestimmen (Siehe auch Optical thin films user′s handbook, James D. Rancourt, McGraw-Hill Publishing Company, JSBN 0-07-052299-3, Seite 144, Fig. 5).

Der gemeinsame Nachteil beider Verfahren aus Fig. 1a und 1b ist in erster Linie, daß die Meßverfahren äußerst empfindlich sind gegen ein Verschieben (d. h. eine Veränderung des Probenabstandes) und/oder ein Verdrehen (d. h. eine Winkeländerung der Probenoberfläche). Die Empfindlichkeit gegen eine Abstandsänderung kann man z. B. durch möglichst paralleles Licht verringern. Damit vergrößert man aber die Empfindlichkeit gegen Verdrehungen. Die Empfindlichkeit der Verfahren gegen Verdrehungen läßt sich durch Verwendung einer Abbildungsoptik (z. B. 2 : 1) verringern. Hierbei wird zwar die Empfindlichkeit gegen Verkippung reduziert, gleichzeitig aber die Empfindlichkeit gegen Abstandsänderung erhöht. (Extremfall ist die Messung mit einem Mikroskop als Meßkopf!)

In Fig. 1c ist nun eine Meßanordnung dargestellt, bei welchem das Licht einer Lichtquelle (12) in einem Meßkopfgehäuse (14) durch eine Blende (13) schräg unter einem bestimmten Winkel auf ein gegenüber einem Gehäuse (14) mittels einer Halterung (17) fest fixiertes Probeglas (15) fällt. Auf der Rück- und Vorderseite dieses Probeglases (15) wird das Meßlicht reflektiert und gelangt so auf den Detektor (16). Dieser Meßkopf schließt zwar Fehler durch Positionsänderungen der Probeplatte (15) aus, hat aber den Nachteil, daß die Form der Probe (15) nicht beliebig sein kann, daß der Austausch der Probe (15) sehr zeitaufwendig ist und daß durch das Probeglas (15) auch Fremdlicht (z. B. von Verdampfungsquellen in Beschichtungsanlagen) mitgemessen werden kann, selbst wenn ein Lock-In-Verfahren benutzt wird. Die Meßvorrichtung ist für Photonietriezwecke geeignet, nicht jedoch z. B. für eine spektrale Messung mit den derzeitigen Spektralphotonietern.

In Fig. 2 ist nun schematisch eine erfindungsgemäße Meßanordnung zur Reflexionsmessung dargestellt. Die Strahlung einer Strahlenquelle (20) wird dabei unter einem möglichst kleinen Divergenzwinkel auf die vordere Oberfläche (21) der Probe (22) abgestrahlt. Die von der vorderen Oberfläche (21) der Probe (22) reflektierte Strahlung fällt dann auf einen Retroreflektor (23) und wird von dieser auf demselben Weg wieder zurückgeschickt. Der Retroreflektor (23) hat dabei die Eigenschaft, auf ihn fallende Strahlung in einem begrenzten Winkelbereich parallel zur einfallenden Strahlung wieder zurückzuwerfen. Dabei kommt es, je nach Konstruktion des Retroreflektors (23), zu einem mehr oder weniger großen kleinen Strahlversatz.

Ein derartiger Retroreflektor (23) ist z. B. aus der US-PS 4 202 600 bekannt. Aus der US-PS 4 721 389 ist eine Anordnung zur Vermessung von Retroreflektoren bekannt. Der in der Fig. 2 dargestellte Retroreflektor (23) reflektiert die Strahlung in die Richtung aus der die Strahlung kommt, namlich zurück auf die vordere Oberfläche (21) der Probe (22). Hat sich die Probe (22) während der Zeit zwischen den beiden Reflexionen nicht oder nur unwesentlich bewegt (was bei den kurzen Wegstrecken und der sehr hohen Geschwindigkeit der elektromagnetischen Strahlung mit Sicherheit angenommen werden kann), so trifft jeder Strahl an zumindest fast derselben Stelle und unter demselben Winkel die reflektierende vordere Oberfläche (21) der Probe (22) und wird daher immer in Richtung auf die Strahlenaustrittsöffnung zurückgeworfen. Dabei werden Lageänderungen der Probe (22) durch diese doppelte Reflexion auf der vorderen Oberfläche (21) der Probe (22) automatisch korrigiert.

Die auf die Strahlenaustrittsöffnung von der vorderen Oberfläche (21) der Probe (22) zurückreflektierte Strahlung wird dann auf einen Detektor (24) geleitet, der entsprechend der Intensität der zurückreflektierten Strahlung ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt.

Die Strahlung der Strahlenquelle (20) wird über einen Strahlenteiler (25) in einen Y-Wellenleiter (26) (Lichtwellenleiter) zur Probe (22) geleitet, wobei am probenseitigen Ausgang des Wellenleiters (26) eine Optik (27) aus mindestens einem strahlenformenden Element (z. B. Linse) angeordnet ist, welche das Licht weitgehend kollimiert.

Diese Meßvorrichtung würde im Prinzip auch dann funktionieren, wenn man den Retroreflektor (23) durch einen gewöhnlichen Spiegel ersetzt. Dieser müßte dann bei einer parallelen Lichtbestrahlung der vorderen Oberfläche (21) der Probe (22) genau justiert sein. Versagen würde diese Lösung mit dem Spiegel aber, wenn die zu messende Probe (22) nicht exakt justiert ist, nicht exakt justiert werden kann bzw. sich aufgrund von Erschütterungen während der Messungen bewegt. Außerdem würde ein normaler Spiegel die Strahlablenkung durch eine Drehbewegung der Probe (22) verstärken. Dies ist nicht der Fall, wenn man an Stelle des Spiegels den dargestellten Retroreflektor (23) verwendet.

Um dies genauer zu erläutern, ist in der Fig. 2 die Probe (22) noch in zwei anderen Stellungen dargestellt:

• a) Probe (22′) mit verändertem Abstand zum Meßkopf (28);
• b) Probe (22′′) in verkipptem Zustand.

Außerdem sind die jeweiligen Rand- und Zentralstrahlen dargestellt.

Wenn sich der Abstand der Probe (22′) zur Stellung der Probe (22) in Sollposition ändert, dann treffen die von der Probe bei der ersten Reflexion abgelenkten Strahlen den Retroreflektor (23.1). Da die Strahlen aber im wesentlichen in sich selbst reflektiert werden, gelangen diese Strahlen wieder zum Strahlenein- bzw. Strahlenaustritt des Meßkopfes (28). Dasselbe gilt entsprechend, wenn die Probe (22′′) zur Sollposition verkippt ist. Dabei kann angenommen werden, daß es zwischen den beiden Reflexionen auf der vorderen Oberfläche (21) der Probe (22) zu keiner bzw. nur zu einer unwesentlichen Bewegung der Probe (22) gekommen ist (Lichtgeschwindigkeit c - 3 · 10⁺⁸ m/s).

Die Oberflächenform des Retroreflektors (23) sollte der Oberflächenform der Probe (22) angepaßt sein. Dies bedeutet, daß man für eine plattenförmige Probe mit einer in einer Ebene angeordneten ebenen Reflexionsfläche eine größenmäßig entsprechend dimensionierte retroreflektierende Platte (23) verwenden sollte.

Die genaue Oberflächenform des Retroreflektors (23) ergibt sich somit in Zusammenhang mit der entsprechenden Oberflächenform der Probe (22). Außerdem muß man bei der Auswahl der Retroreflektors (23) darauf achten, daß der Strahlenversatz auf dem Retroreflektor (23) nicht so groß ist, daß die versetzt reflektierten Strahlen nicht mehr zum Meßkopf (28) zurück reflektiert werden.

Eine entsprechende Auswahl in Hinblick auf das Meßproblem muß auch bei der Strahlenquelle (20) und beim Detektor (24) getroffen werden. Die Strahlenquelle (20) sollte dabei sowohl hinsichtlich Intensität als auch hinsichtlich des Frequenzspektrums optimiert werden. Entsprechend sollte der Detektor (24) hinsichtlich Empfindlichkeit als auch hinsichtlich seines Frequenzverhaltens (z. B. Mono- oder Multispektralauflösung) auf das aktuelle Meßproblem optimiert sein.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Meßaufbau kann es zu einem Problem kommen, wenn eine Reflexion an der Probe (21) nicht nur an der vorderen Oberfläche (21), sondern auch an der Rückfläche (29) der Probe (22) kommen kann. Durch geeignete Maßnahmen kann verhindert werden, daß ein Reflex von der Rückfläche (29) auf den Retroreflektor (23) trifft:

• 1) Schwärzen der Rückfläche (29) der Probe (22);
• 2) Entspiegeln der Rückfläche (29) der Probe (22); oder
• 3) Verwendung einer keilförmigen Probe, bzw. Aufkitten eines Keils auf der Rückfläche der Probe.

Ohne diese Maßnahmen, d. h. auch bei den in der Fig. 2 dargestellten Verhältnissen, kann man bei einer transparenten Probe (22) die Reflektivität der vorderen Oberfläche (21) jedoch ebenfalls bestimmen, wenn man die Reflektivität der Rückfläche (29) kennt. Entsprechendes gilt, wenn man die Reflektivität der Rückfläche (29) der Probe (22) bestimmen will. Dann muß man die Reflektivität der vorderen Oberfläche (21) der Probe (22) kennen. Ansonsten erhält man einen Meßwert, welcher sich aus der Reflektivität der vorderen Oberfläche (21) und der Reflektivität der Probe (22) zusammensetzt.

Der Meßvorgang zur Ermittlung der Reflektivität kann dabei wie folgt ablaufen:

• 1) Nullmessung ohne Platte - erster Meßwert A;
• 2) Referenzmessung wahlweise
• 2.1 Messung des Retroreflektors - zweiter Meßwert B; oder
• 2.2 Messung eines bekannten Glases - zweiter Meßwert B′; und
• 3) Messung der Probe - dritter Meßwert.

Aus diesen drei Meßwerten kann dann nach bekanntem Stand der Technik das Ergebnis bestimmt werden. Bei dieser Berechnung der Reflektivität der Probe (22) muß man berücksichtigen, daß die Strahlung zweimal an der Probe (22) reflektiert wurde, so daß die gemessene Intensität eine quadratische Funktion der Reflektivität R ist.

Der große Vorteil der in der Fig. 2 dargestellten Meßvorrichtung ist darin zu sehen, daß die Vorrichtung durch den Einsatz des Retroreflektors selbstjustierend ist. Dies bedeutet, daß weder Abstandsänderungen noch Winkeländerungen der Probe (22) von der gewünschten Sollposition zu einer Veränderung des Meßwertes führen.

Die erfinderische Meßvorrichtung kann aber auch ohne Probleme für eine Transmissionsmessung verwendet werden. Eine derartige Meßvorrichtung ist in der Fig. 3 dargestellt.

In dieser schematisch dargestellten Meßvorrichtung wird das Licht einer Lichtquelle (30) über einen Strahlenteiler (31) in einen Y-Lichtleiter (32) eingekoppelt. An dessen anderem Ende befindet sich eine optische Anordnung (33), welche das aus dem Lichtleiter (32) austretende Licht weitgehend kollimiert. Das aus dem Meßkopf (34) austretende Licht durchdringt dann die Probe (35) und fällt auf einen Retroreflektor (36). Dieser Retroreflektor (36) reflektiert das auf ihn fallende Licht mit einem minimalen, baubedingten Versatz parallel zu den einfallenden Lichtstrahlen wieder zurück. Das vom Retroreflektor (36) reflektierte Licht durchdringt dann die Probe (35) ein zweites Mal und gelangt dann wieder in den Lichtleiter (32). Am sensorzeitigen Ausgang des Lichtleiters wird dieses Licht am Strahlenteiler (31) ausgekoppelt und auf einen Detektor (37) geleitet, welcher die Intensität des Lichts mißt.

Das Licht der Lichtquelle (30) durchdringt somit die Probe (35) an im wesentlichen den gleichen Stellen, wobei aber keine Vielfachreflexion zwischen den hin- und rücklaufenden Strahlen auftritt. Der Unterschied der Transmission zwischen den Stellen der hin- und rücklaufenden Strahlen ist aber wegen der geringen Ortsabhängigkeit (z. B. der Schichtdickenverteilung) vernachlässigbar. Folglich findet eine T²-Messung statt. Aus dem am Detektor (37) ankommenden Licht kann die Transmission bestimmt werden, wobei auch hier zuvor eine Nullmessung erfolgt.

Der Vorteil des Meßkopfes (34), in welchen der Lichtleiter (32) endet, ist darin zu sehen, daß damit die Lage der Lichtquelle (30) und des Detektors (37) freigewählt werden kann (dies trifft auch für den in der Fig. 2 dargestellten Meßkopf (28) zu).

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß eine Meßvorrichtung mit Retroreflektor unabhängig von den strahlformenden Eigenschaften der Probe (z. B. Linse, Prisma, Keil, usw.) wird. Es muß lediglich dafür gesorgt werden, daß möglichst alles durch die Probe transmittierte bzw. von der Probe reflektierte Licht der Lichtquelle auf den flächenhaft ausgebildeten Retroreflektor fällt.

In der Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Meßvorrichtung zur optischen Oberflächenprüfung dargestellt. Die zu prüfende Oberfläche (40) wird dabei durch die Strahlenquelle (41) möglichst homogen ausgeleuchtet. Die Oberfläche (40) streut dabei das Licht gemäß den Oberflächenverhältnissen in für sie typische Raumwinkel ab.

Ein Retroreflektor (42) mit fokussierender Optik (43) in einem Gehäuse (44) ist in einer Position über der zu prüfenden Oberfläche (40) plaziert, welche einem bestimmten Raumwinkel entspricht und bei welchem ein möglichst hohes Meßsignal erwartet werden kann (in Abhängigkeit von den erwarteten Oberflächenfehlern).

Das von der Oberfläche (40) auf den Retroreflektor (42) reflektierte Licht wird (mit einem minimalen Parallelversatz, bedingt durch die konkrete Ausgestaltung des Retroreflektors (42) in sich zurückreflektiert, durch eine Auskopplungseinrichtung (45) ausgekoppelt und auf einen Detektor (46) gelenkt, welcher eine Auswertung des zweimal an der zu prüfenden Oberfläche (40) reflektierten Lichts ermöglicht. Dabei ist das zurückkommende Lichtsignal (monochrom oder spektral) ein Maß für die Reflexion der Oberfläche in einem bestimmten Raumwinkel.

Zur Ermittlung der Reflexivität ist auch hier gegebenenfalls eine Nullmessung ohne Reflektor (42) erforderlich. Ein Scan (d. h. eine Bewegung des Gehäuses (44) mit Retroreflektors (42) und Optik (43) über viele Raumwinkel erzeugt ein Reflexionsprofil der Oberfläche (40) über einen abgefahrenen Raumwinkelbereich.

Will man Oberflächeneigenschaften auf der Oberfläche (40) ermitteln, so kann man dabei die Form der retroreflektierenden Fläche des Retroreflektors (42) und gegebenenfalls der Optik (43) entsprechend optimieren, so daß mit einer Messung z. B. eine Linie auf der Oberfläche (40) unter einem großen Winkelbereich in das Meßergebnis des Detektors (46) eingeht.

Auch bei dieser Meßvorrichtung ist die doppelte Reflexion an der Meßoberfläche (40) zu beachten. Da die Oberfläche (40) bei dieser Meßvorrichtung möglichst homogen ausgeleuchtet werden soll, muß die Lichtquelle (41) gegebenenfalls mit aus dem bekannten Stand der Technik bekannten optischen Bauelementen entsprechend ausgestattet sein. Dabei muß der Lichteinfallswinkel (-bereich) entsprechend der Meßaufgabe optimiert werden.

Die Vorteile des Einsatzes des Retroreflektors zur Transmissionsmessung bzw. zur Reflexionsmessung werden besonders deutlich, wenn man eine Meßvorrichtung zur spektralen Schichtdickendimensionierung mit dem Retroreflektor ausstattet.

Dies wird in den folgenden Fig. 5-9 näher ausgeführt, wobei insbesondere Fig. 5 eine Meßanordnung für eine permanente Transmissionsmessung und Fig. 6 eine Meßanordnung für eine permanente Reflexionsmessung darstellen soll.

In der in der Fig. 5 dargestellten Meßvorrichtung fällt das Licht der Lichtquelle (50) durch einen Strahlenteiler (51) und durch ein Fenster in der Beschichtungsapparatur (56) auf einen Umlenkspiegel (52), welcher in der Drehachse (53) einer Aufnahmevorrichtung (54) für optisch transparente Proben (55) im Gegensatz zur Lichtquelle (50) innerhalb einer Beschichtungsapparatur (56) angeordnet ist.

Vor der Probe (55) ist ein weitere Strahlenablenkspiegel (57) und eine Öffnung in der Aufnahmevorrichtung (54) angeordnet, reicher das Licht durch die Probe (55) und durch ein zweites Fenster in der Beschichtungsapparatur (56) auf einen außerhalb der Beschichtungsapparatur (56) angeordneten Retroreflektor (58) umlenkt. An diesem Retroreflektor (58) wird das Licht in sich selbst zurückreflektiert und das dann wieder aus der Beschichtungsapparatur (56) hinausreflektierte Licht wird aus dem Beleuchtungsstrahlengang am Strahlenteiler (51) ausgekoppelt und auf einen Detektor (59) gelenkt.

Wenn nun die Probe (55) in der Aufnahmevorrichtung (54) gedreht wird (wie dies in Beschichtungsapparaturen (56) erfolgt), so werden die beiden fest mit der Aufnahmevorrichtung (54) verbundenen Umlenkspiegel (52, 57) mitgedreht. Dadurch kann während des ganzen Beschichtungsvorganges eine permanente Transmissionsmessung an der Probe (55) erfolgen.

Indem man den zweiten Umlenkspiegel (57) bewegt bzw. den Lichteinfallswinkel auf den ersten Umlenkspiegel (52) variiert, kann man zudem die Probe (55) an verschiedenen Stellen während des Meßvorgangs hinsichtlich ihres Transmissionsverhaltens vermessen.

In der Fig. 6 dargestellten Meßvorrichtung fällt das Licht der Lichtquelle (60) durch einen Strahlenteiler (61) auch nach Durchtritt durch ein Fenster (66a) in der Beschichtungsappara­ tur (66) auf einen, in der Drehachse (63) einer Aufnahmeeinrichtung (64) für die zumessende Probe (65) angeordneten ersten Umlenkspiegel (62). Dieser erste Umlenkspiegel (62) lenkt das in die Beschichtungsapparatur (66) eingestrahlte Licht auf einen zweiten, auch mit der Aufnahmeeinrichtung (64) fest verbundenen Umlenkspiegel (67).

Von diesem zweiten Umlenkspiegel (67) (welcher hier lediglich für einen steileren Lichteinfallswinkel auf die Probe (65) dient) gelangt das Licht auf die Probe (65) und wird von dieser zu einem Retroreflektor (68) reflektiert. Dieser Retroreflektor (68) sorgt für eine 180° Drehung der Lichtausbreitungsachse, wodurch das Licht auf denselben Weg wieder aus der Beschichtungsapparatur (66) hinausgestrahlt wird.

Außerhalb der Beschichtungsapparatur (66) trifft das so reflektierte Licht auf den Strahlenteiler (61), welcher dieses reflektierte Licht auf einen Detektor (69) zur Bestimmung eines Meßwertes lenkt.

Durch die in Fig. 6 dargestellte Meßvorrichtung kann man währen des ganzen Beschichtungsvorganges eine permanente Reflexionsmessung an der Probe (65) durchführen.

Indem man den zweiten Umlenkspiegel (67) bewegt bzw. den Lichteinfallswinkel auf den ersten Umlenkspiegel (62) variiert, kann man zudem die Probe (65) an verschiedenen Stellen während des Meßvorgangs hinsichtlich ihres Reflexionsverhaltens vermessen.

Der zweite Umlenkspiegel (67) dient in dieser Meßvorrichtung (wie auch der Umlenkspiegel (57) in der Fig. 5) lediglich dazu, daß das Meßlicht unter einem möglichst steilen Winkel auf die Probe (65) fällt. Akzeptiert man einen flacheren Einfallswinkel des Lichts auf die Probe (65), so kann man auf diesen zweiten Umlenkspiegel (67) ganz verzichten und muß lediglich die Stellung des Retroreflektors (68) entsprechend anpassen. Bei dieser Meßvorrichtung ist, wie bereits angesprochen, darauf zu achten, daß die Reflexion des Lichts sowohl an der Vorderseite als auch auf der Rückseite der Probe (65) erfolgen kann.

Wesentlich ist bei dieser Meßvorrichtung aus Fig. 6 wie auch bei der Meßvorrichtung aus Fig. 7, daß die Bestrahlungseinrichtung mit der Lichtquelle (60) als auch der Detektor bzw. die Detektionseinrichtung außerhalb der eigentlichen Beschichtungapparatur (66) angeordnet werden kann.

Außerdem haben die beiden in den Fig. 5 und 6 dargestellten Meßvorrichtung den wesentlichen Vorteil, daß kleinere Justierfehler (z. B. Exzentrizitäten, Schwingungen der Proben- Aufnahmeeinrichtung, usw.) durch die Verwendung der Retroreflektors ausgeglichen werden.

Die in den Fig. 2 und 4 dargestellten Meßvorrichtungen können auch sehr gut als Beleuchtungssysteme mit Kontrastverstärkung eingesetzt werden.

Wird eine derartige Meßvorrichtung beispielsweise zur Beleuchtung des Augenhintergrundes verwendet, so wird das Licht der Strahlenquelle vom Augenhintergrund auf einen Retroreflektor reflektiert. Dieser schickt das Licht wieder auf den Augenhintergrund zurück, welcher dann das Licht in Richtung der Strahlenquelle reflektiert. Ein Strahlenteiler vor der Strahlenquelle koppelt diese vom Augenhintergrund kommenden Lichtstrahlen aus, welche dann z. B. von einem als Detektor dienenden Auge eines Beobachters begutachtet werden können. Der Augenhintergrund stellt dabei die reflektierende Probe dar. Dadurch erhält man hier eine quadratische Verstärkung des Kontrastes des Augenhintergrundes.

Die in den Beispielen dargestellten Anwendungsmöglichkeiten stellen nur einen Bruchteil der möglichen Einsätze der Erfindung dar und sie sind deshalb auch nicht als abschließende Aufstellung zu verstehen. Die Proben können sowohl aus lebender wie auch aus toter Materie bestehen und unter einem Detektor sind alle strahlenempfindlichen Elemente zu verstehen, welche für die von der Strahlenquelle oder von der zu messenden Probe ausgehenden Strahlen empfindlich sind.

Claims (11)

1. Verfahren zur Messung der reflektierenden bzw. der trans­ mittierenden optischen Eigenschaften einer Probe (22, 22′, 22′′, 35, 40, 55, 65), bei welcher die Strahlung einer Strahlenquelle (20, 30, 41, 50, 60) auf die Probe (22, 22′, 22′′, 35, 40, 55, 65) fällt und von einem Detektor (24, 37, 46, 59, 69) ein von der Probe (22, 22′, 22′′, 35, 40, 55, 65) kommendes Signal gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrahlung nach dem Kontakt mit der Probe (22, 22′, 22′′, 35, 40, 55, 65) durch einen Retroreflektor (23, 36, 42, 58, 68) wieder im wesentlichen in sich zurückgestrahlt und zu dem Detektor (24, 37, 46, 59, 69) geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Reflexionsmessung ein schräger Strahleneinfall unter einem Winkel Alpha auf die Sollposition der Probe (22, 65) erfolgt und daß der Retroreflektor (23,68) unter einem Winkel Beta zur Sollposition der Probe (22, 65) ausgerichtet ist, wobei die Beträge der Winkel Alpha und Beta zumindest ungefähr gleich groß sind.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexion von der Probenrückseite unterdrückt wird.

4. Vorrichtung zur Messung der reflektierenden bzw. der transmittierenden optischen Eigenschaften einer Probe (22, 22′, 22′′, 35, 40, 55, 65), bei welcher die Strahlung einer Strahlenquelle (20, 30, 41, 50, 60) auf die Probe (22, 22′, 22′′, 35, 40, 55, 65) fällt und von einem Detektor (24, 37, 46, 59, 69) ein von der Probe (22, 22′, 22′′, 35, 40, 55, 65) kommendes Signal gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Retroreflektor (23, 36, 42, 58, 68) im von der Probe (22, 22′, 22′′, 35, 40, 55, 65) kommenden Strahlengang der Strahlung der Strahlenquelle (20, 30, 41, 50, 60) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Divergenzwinkel der Meßstrahlung möglichst klein ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Retroreflektor (23, 36, 42, 58, 68) flächenhaft ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlversatz des Retroreflektors (23, 36, 42, 58, 68) möglichst klein ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Probe (22, 22′, 22′′, 35, 40, 55, 65) und Strahlenquelle (3, 7, 12, 20, 30, 41, 50, 60) bzw. Detektor (24, 37, 46, 59, 69) eine Anordnung (27, 26, 25; 33, 32, 31; 45; 51, 61) angeordnet ist, welcher die von der Probe (22, 22′, 22′′, 35, 40, 55, 65) kommende Strahlung auf den Detektor (24, 37, 46, 59, 69) leitet.

9. Vorrichtung nach Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Anordnung (32) mindestens zwei Faserbündel (32) mit jeweils mindestens einer Faser (32a, 32b) zwischen Probe (35) und/oder Strahlenquelle (30) und Detektor (37) angeordnet ist, wobei jeweils mindestens ein Faserbündel (32a, 32b) zumindest einer Strahlenquelle (30) bzw. zumindest einem Detektor (37) zugeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Strahlenquelle (20) bzw. Detektor (24) und Probe (22, 22′, 22′′) als Anordnung (26) zumindest ein Strahlenleiter angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß am probenseitigen Ende der Anordnung (26; 32) eine Optik (27; 33) angeordnet ist.