DE69028846T2

DE69028846T2 - Interferometrie

Info

Publication number: DE69028846T2
Application number: DE69028846T
Authority: DE
Inventors: Michael Hazell; Robert Jones; Robert Welford
Original assignee: Cambridge Consultants Ltd
Current assignee: Cambridge Consultants Ltd
Priority date: 1989-02-18
Filing date: 1990-02-19
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2010-02-20
Also published as: EP0458888A1; ATE144042T1; US5301010A; GB8903725D0; CA2046902A1; WO1990009557A1; JPH04505050A; EP0458888B1; DE69028846D1

Description

Die Erfindung betrifft die Interferometrie und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen oder Verfolgen von Änderungen eines Parameters mittels interferometrischer Techniken.
Bei den herkömmlichen Interferometern läuft Licht von einer monochromatischen, kohärenten Quelle durch einen Strahlteiler, der das Licht in zwei Strahlen aufteilt, die nach dem Reflektieren beide zum Strahlteiler zurückkehren und wieder vereint werden. Bei der Vereinigung treten in Abhängigkeit von der Differenz der Länge der optischen Wege in den beiden Armen auslöschende oder verstärkende Interferenzen auf. Wenn daher jeder Arm einen Spiegel zum Zurückreflektieren des aufgeteilten Strahl zum Strahlteiler aufweist, verursacht die Bewegung eines der Spiegel zum Strahlteiler hin oder davon weg, daß abwechselnd auslöschende und verstärkende Interferenz auftritt, so daß ein Betrachter des wieder vereinigten Strahl abwechselnd helle und dunkle Streifen sieht, wenn sich der Spiegel bewegt. Bei einem herkömmlichen Interferometer kann durch das Zählen dieser Streifen der Weg bestimmt werden, den der Spiegel zurückgelegt hat, und es kann daher, wenn sich der Spiegel in Abhängigkeit von einem zu messenden Parameter bewegt, eine Messung der Änderung dieses Parameters erfolgen.
Wenn der Bewegungsbereich des bewegbaren Spiegels den Wertebereich des zu messenden Parameters darstellt, ist es erforderlich, wenn ein absoluter Wert für den Parameter bestimmt werden soll, zuerst den Spiegel in eine seiner Endstellungen zu bringen und dann von dieser Stellung aus die Streifen zu zählen, wenn die Vorrichtung eingestellt wird. Dies ist ein Nachteil der herkömmlichen Interferometer.
Bei einem herkömmlichen Interferometer bleibt die Intensität der hellen und dunklen Streifen und damit der Kontrast zwischen den Streifen bei einer Bewegung des Spiegels im wesentlichen immer gleich. Wenn anstelle der monochromatischen Lichtquelle eine Lichtquelle mit einer bestimmten, aber begrenzten Bandbreite verwendet wird, ändert sich die Helligkeit sowohl der hellen als auch der dunklen Streifen und auch der Kontrast dazwischen bei der Bewegung des bewegbaren Spiegels. Der Kontrast ist maximal, wenn die Differenz der optischen Wege in den beiden Armen des Interferometers gleich Null ist, und nimmt mit zunehmender Differenz der Länge der optischen Wege (oder der Phasendifferenz) in den beiden Armen ab. Auch ist die Helligkeit der hellen Streifen und die Dunkelheit der dunklen Streifen maximal, wenn die Differenz in den Längen der optischen Wege Null ist oder bei Null liegt. Wenn die Differenz in den Längen der optischen Wege in Abhängigkeit von der Bandbreite der Lichtquelle einen bestimmten Punkt überschritten hat, hat der Kontrast zwischen den hellen und dunklen Streifen in einem Ausmaß abgenommen, daß die Ringe im wesentlichen unsichtbar geworden sind.
Dieses Phänomen ist bekannt, und von Lichtquellen mit beschränkter Bandbreite, mit denen dieses Phänomen hervorgerufen werden kann, wird gesagt, daß sie eine kurze Kohärenzlänge haben. Es wurden auch bereits Vorschläge gemacht, zum Beispiel in den US-Patenten 4 596 466 und 4 697 926, um ein Interferometer zu schaffen, bei dem anstelle einer monochromatischen Quelle eine Lichtquelle mit kurzer Kohärenzlänge verwendet wird. Bei den bisherigen Vorschlägen bewegt sich der bewegliche Spiegel des Interferometers fortlaufend zwischen zwei Endpositionen hin und her, die den Parameterbereich darstellen, der gemessen werden kann, wobei die Streifen bei der Bewegung des Spiegeis erfaßt werden und die Spiegelstellung bestimmt wird, bei der der Kontrast der Streifen maximal ist. Diese Vorschläge haben den Nachteil, daß bei jeder Messung der bewegliche Spiegel durch seinen ganzen Bewegungsbereich bewegt werden muß, wodurch die Bandbreite oder Frequenz der Messung beschränkt wird, die durchgeführt werden kann. Außerdem erfolgen die Messungen relativ zu einer mechanischen oder piezoelektrischen Abtastbewegung, deren Eigenschaften kalibriert werden müssen, um ein genaues Ausgangssignal der Messung zu erhalten.
Die Erfindung ist darauf gerichtet, diese Probleme zu überwinden.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Meßvorrichtung geschaffen, die im Anspruch 1 beschrieben ist.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Meßvorrichtung geschaffen, die im Anspruch 14 beschrieben ist.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines einfachen Interferometers zum leichteren Verstehen der bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten optischen Prinzipien;
Fig. 2 ein nicht maßstabsgerechtes Diagramm der Änderung der Lichtintensität bei einem Strahl, der von dem Interferometer der Fig. 1 unter bestimmten Umständen erzeugt wird;
Fig. 3 eine Darstellung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. 3;
Fig. 5 ein Wellenformdiagramm zum Verstehen der Arbeitsweise der Ausführungsform der Fig. 3;
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Teils der Ausführungsform der Fig. 3 im Detail;
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Modifikation der Ausführungsform der Fig. 3 für eine höhere Auflösung;
Fig. 8 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 schematisch eine Ausführungsform der Erfindung zum Messen von Oberflächenprofilen;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 11 eine Modifikation der Ausführungsform der Fig. 10;
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 13 eine schematische Darstellung einer wiederum anderen Ausführungsform;
Fig. 14 eine Kurve zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform der Fig. 16;
Fig. 15 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 16 bis 22 Darstellungen von Meßköpfen, die bei der Ausführungsform der Fig. 10 verwendet werden können; und
Fig. 23 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform.
Die Fig. 1 zeigt ein einfaches Interferometer mit einer Lichtquelle 2, einem Strahlteiler 4 und zwei Planspiegeln 6, 8, die so angeordnet sind, daß der aufgeteilte Lichtstrahl 10, 12 wieder auf den Strahlteiler 4 zurückreflektiert wird, um sich wieder zu einem Strahl 14 zu vereinen, der auf einen Detektor oder einen Betrachter 16 gerichtet ist.
Wenn die Lichtquelle 2 monochromatisch und kohärent ist und die optischen Wege zwischen den Spiegeln 6, 8 und dem Strahlteiler jeweils gleich lang sind, interferieren die Strahlen 10 und 12 bei der Vereinigung verstärkend, und der Detektor oder Beobachter 16 erhält mit dem Strahl 14 helles Licht zugeführt. Wenn einer der Spiegel, sagen wir der Spiegel 6, vom Strahlteiler 4 weg bewegt wird, entstehen bei der Vereinigung der Strahlen 10 und 12 abwechselnd verstärkende und auslöschende Interferenzen, wenn die Bewegung größer ist als die Wellenlänge des betroffenen Lichts, und die Intensität des Lichts im Strahl wechselt zwischen einem hohen und einem niedrigen Pegel hin und her. Der Betrachter oder Detektor 16 sieht daher abwechselnd einen hellen Streifen, gefolgt von einem dunklen Streifen, wieder gefolgt von einem hellen Streifen usw. Wenn das Licht von der Quelle 2 monochromatisch ist, bleibt die Intensität der hellen und dunklen Streifen und der Kontrast dazwischen im wesentlichen konstant, wenn sich der Spiegel 6 bewegt, unabhängig davon, in welche Richtung er sich bewegt und im wesentlichen unabhängig davon, wie groß der Weg ist, den er zurücklegt. Das Zählen der Ringe stellt zwar ein Maß für den Weg dar, den der Spiegel zurückgelegt hat, ohne Kenntnis des Ausgangspunktes ergibt sich jedoch kein Hinweis auf die tatsächliche Position des Spiegels.
Wenn die Lichtquelle 2 weißes Licht erzeugt, lassen sich im wesentlichen keine Streifen beobachten, wenn der Spiegel 6 bewegt wird, obwohl, wenn die Spiegel 6 und 8 den gleichen Abstand vom Strahlteiler 4 haben, eine verstärkende Interferenz die Helligkeit des Strahles 14 im Vergleich zu der Helligkeit bei verschiedenen Abständen erhöht. Es entsteht jedoch keine Folge von Streifen, die gezählt werden können, um ein Maß für den Weg zu erhalten, den der Spiegel zurückgelegt hat.
Wenn die Lichtquelle 2 jedoch quasi-monochromatisch ist, das heißt nicht-monochromatisch, jedoch von begrenzter Bandbreite, entstehen zwar Streifen, diese sind jedoch von sich ändernder Intensität und von sich änderndem Kontrast. Es wird ein Streifen mit maximaler Helligkeit beobachtet, wenn die Spiegel 6 und 8 gleich weit vom Strahlteiler 4 entfernt sind, und es läßt sich eine Reihe von Streifen mit immer kleinerem Kontrast beobachten, wenn der Abstand des Spiegels 6 größer wird, bis bei einem bestimmten Punkt, der von der Bandbreite des Lichts abhängt, der Kontrast zwischen den hellen und dunklen Streifen so gering wird, daß die Streifen nicht mehr beobachtbar sind. Dies ist in der Fig. 2 gezeigt, in der die Kurve 18 (die zur besseren Übersichtlichkeit nur teilweise dargestellt ist) die Intensität des Lichts im Strahl 14 gegen die Position des Spieqels 6 darstellt, wenn dieser den Weg L zurücklegt, und die Kurve 20 die Einhüllende der Maxima der Kurve 18 ist. Wenn sich der Spiegel 6 in seiner mittleren Stellung befindet und die Abstände zwischen dem Spiegel 6 bzw. 8 und dem Strahlteiler 4 gleich sind, erfolgt eine verstärkende Interferenz, die einen Streifen maximaler Intensität erzeugt, der bei 22 gezeigt ist. Bei einer Bewegung des Spiegels 6 nach links nimmt die Intensität des Lichts im Strahl 14 abwechselnd ab und zu, wie es der Teil 18a der Kurve 18 zeigt, und die Amplitude dieser Änderungen der Intensität nimmt mit der Strecke ab, die der Spiegel 6 zunehmend zurücklegt. Es entsteht so eine Reihe von aufeinanderfolgenden Streifen. Gleichermaßen zeigt der Teil 18b der Kurve 18 den gleichen Effekt, wenn sich der Spiegel 6 aus seiner mittleren Stellung in der Darstellung der Fig. 1 nach rechts bewegt. Wie aus der Kurve 18 ersichtlich ist, nimmt die Intensität der hellen Streifen, die durch die Maxima der Kurve 18 angezeigt werden, mit zunehmender Strecke ab, die der Spiegel 6 aus seiner mittleren Stellung zurücklegt, und gleichzeitig nimmt die Intensität der dunklen Streifen, die durch die Minima der Kurve 18 dargestellt werden, zu. Der Kontrast zwischen den hellen und dunklen Streifen, der durch die Amplituden der Kurve 18 dargestellt wird, nimmt daher mit zunehmenden Weg ab, den der Spiegel 6 aus seiner mittleren Stellung heraus zurückgelegt hat, bis, wie es bei den Abschnitten 18c und 18d der Kurve 18 gezeigt ist, die Amplituden der Kurve sehr klein werden und eine fortgesetzte Bewegung des Spiegels keine Streifen mehr erzeugt, die leicht zu beobachten sind. Mit anderen Worten ändert sich dann die Intensität des Strahles 14 kaum mehr, wenn sich der Spiegel weiter bewegt. Die Kurve 20 in der Fig. 2 weist daher relativ steile Abschnitte 20a und 20b, relativ flache äußere Abschnitte 20c und 20d und ein Maximum 20e auf. Es läßt sich daraus ersehen, daß der Kontrast der in der Fig. 2 gezeigten Streifen den Wegunterschied zwischen den Spiegeln 6 und 8 und dem Strahlteiler 4 darstellt, und diese Tatsache wird bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgenutzt, um eine Anzeige für den tatsächlichen Wert des Wegunterschiedes zu erhalten.
Bei der in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung fällt von einer Lichtquelle 30, etwa einer Laserdiode, nicht-monochromatisches Licht mit beschränkter Bandbreite auf einen Strahlteiler 32, der das Licht in einen ersten Strahl 34 und einen zweiten Strahl 36 aufteilt. Ein Planspiegel 38 reflektiert den Strahl 34 zum Strahlteiler 32 zurück, der Planspiegel 38 ist mit einem Sensor 40 verbunden, um den zu messenden Parameter zu erfassen. Wenn sich der Parameter ändert, veranlaßt der Sensor den Spiegel 38, sich auf den Strahlteiler 32 zu oder davon weg zu bewegen. Die Art des Sensors und die Mittel, mit denen diese Bewegung erreicht wird, werden nicht beschrieben, da sie nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind.
Der Strahl 36 wird von einem Spiegel 42 auf den Strahlteiler 32 zurückreflektiert, der gestuft ist, um in verschiedenen Abständen vom Strahlteiler 32 reflektierende Oberflächen 44 und 46 zu erzeugen. Nach der Reflexion weist der Strahl 36 daher zwei Teile auf, die mit 36a und 36b bezeichnet sind, die als Ergebnis der Reflexion an den beabstandeten Oberflächen 44 und 46 verschiedene Phasen haben. Die Vereinigung der Strahlteile 36a und 36b mit dem Strahl 34 im Strahlteiler 32 ergibt zwei Ausgangsstrahlen 48 und 50. Der Strahl 48 bzw. 50 wird von einem lichtempfindlichen Detektor D1 bzw. D2 aufgenommen.
Die Spiegel 38 und 42 sind so angeordnet, daß, wenn sich der Spiegel 38 auf den Strahlteiler 32 zu oder davon weg bewegt, sowohl im Strahl 48 als auch im Strahl 50 Interferenzstreifen mit sich änderndem Kontrast erzeugt werden, wie es anhand der Fig. 2 erläutert wurde. In der Fig. 4 ist die Kurve 54 die Einhüllende der Intensitätsmaxima der Streifen im Strahl 50 und die Kurve 56 die Einhüllende der Maxima der Streifen im Strahl 48, wobei jede der Kurven 54 und 56 der Kurve 20 der Fig. 2 entspricht. Die Kurven 54 und 56 sind als Ergebnis des Vorhandenseins der Stufe im Spiegel 42 gegeneinander verschoben. Die Höhe h der Stufe ist so gewählt, daß, obwohl die Kurven 54 und 56 gegeneinander verschoben sind, sie sich in der gezeigten Art überlappen. Wie bei der Kurve 20 der Fig. 2 weisen die Kurven 54 und 56 der Fig. 4 steile und relative lineare Abschnitte 54a, 54b und 56a, 56b, relativ flache Abschnitte 54d und 54c (in der Fig. 4 sind die anderen relativ flachen Abschnitte nicht sichtbar) und Maxima 54e und 56e auf.
Der Sensor 40 ist so aufgebaut, daß eine Anderung des erfaßten Parameters im ganzen zu messenden Bereich eine Bewegung des Spiegels 38 über eine Strecke 5 zwischen den Endstellungen 38a und 38b bewirkt, wie es in der Fig. 3 gezeigt ist. Wie in der Fig. 4 gezeigt, sind die Strecke 5 und die Endstellungen 38a und 38b so gewählt, daß sie den sich überlappenden, relativ steilen linearen und steilen Abschnitten 54b, 56a der einhüllenden Kurven 54 und 56 entsprechen. Um die Beziehung der Fig. 4 zur Fig. 3 deutlicher zu zeigen, ist in beiden Darstellungen auch die mittlere Stellung 38c des Spiegels 38 angegeben.
Aus den Fig. 2, 3 und 4 und der obigen Erläuterung ist ersichtlich, daß, wenn sich der Spiegel 38 aus der Stellung 38a nach 38b bewegt, die Intensität der vom Detektor D2 erfaßten hellen Streifen und der Kontrast zwischen den hellen und dunklen Streifen abnimmt und die Intensität und der Kontrast der vom Detektor D1 erfaßten Streifen zunimmt. Die Position des Spiegels 38 kann daher durch Bestimmen des Kontrastes dieser Streifen ermittelt werden.
Für diese Bestimmung wird der Spiegel 42 oszillatorisch zum Strahlteiler 32 hin und wieder davon weg bewegt, wie es der Doppelpfeil 60 in der Fig. 3 anzeigt. Die Amplitude der Oszillationen ist gleich einiger weniger Wellenlängen des von der Diode 30 emittierten Lichts (oder genauer gleich einiger Wellenlängen des Licht in der Mitte des von der Laserdiode 30 emittierten Bandes), so daß zwischen dem Strahlteil 36a und dem Strahl 34 und dem Strahlteil 36b und dem Strahl 34 eine oszillierende Phasenänderung entsteht. Die Oszillation des Spiegels 42 bewirkt daher, daß sich die Intensität jedes der Strahlen 48 und 50 ändert, wenn nacheinander verstärkende und auslöschende Interferenz erfolgt, d.h. wenn aufeinanderfolgend helle und dunkle Streifen erscheinen. Im Ergebnis erzeugen die Detektoren D1 und D2 Ausgangssignale mit einer alternierenden Komponente, deren Amplitude vom Kontrast der Helligkeit zwischen den hellen und dunklen Streifen abhängt. Zum Beispiel sind, wenn angenommen wird, daß sich der Spiegel 38 in der Position 38d befindet, die in der Fig. 4 gezeigt ist, die Amplituden der von den Detektoren D1 und D2 abgegebenen Signale relativ groß bzw. klein, und jedes Ausgangssignal ist entsprechend dem jeweiligen Abschnitt der jeweiligen einhüllenden Kurve 54 bzw. 56 amplitudenmoduliert. Dies läßt sich besser aus der Fig. 5 ersehen, in der das Diagramm A (das obere Diagramm) einen Teil der Kurve 56 im Bereich der Position 38d zeigt und auch eine Kurve 62 enthält, die die Intensitätsänderung (d.h. die Streifen) darstellt, die im Strahl 48 auftritt, wenn der Spiegel 42 oszilliert. Um die Beziehung zwischen den Fig. 4 und 5 besser zu zeigen, ist in der Fig. 4 und der Fig. 5 der Doppelpfeil 60 eingetragen, der die Oszillation darstellt. Die horizontale Achse des oberen Diagramms (Diagramm A) der Fig. 5 stellt somit die gegenwärtige Position des Spiegels 42 bei seinen Oszillationen dar und die Kurve 62 die Intensität des Strahles 48 gegen die Position des Spiegels 42.
Das Diagramm B der Fig. 5 ist eine Darstellung der Größe des Ausgangssignals des Detektors D1 gegen die Zeit und das Diagramm C der Fig. 5 eine Darstellung der Position des oszillierenden Spiegels 42 gegen die Zeit. Wie sich aus dem Diagramm A ergibt, ist die Oszillationsamplitude des Spiegels 42 so groß, daß in jedem Zyklus aufeinanderfolgend sechs Streifen erscheinen. Die maximalen Intensitäten dieser sechs Streifen sind mit amax bis fmax und die minimalen Intensitäten dieser Streifen mit amin bis emin bezeichnet (fmin liegt außerhalb des Oszillationsbereiches des Spiegels 42). Wie sich aus der Fig. 5A ergibt, fallen die Endpunkte der Oszillation des Spiegels 42 im betrachteten Beispiel mit einer Position etwas links von amax bzw. etwas rechts von fmax zusammen, wobei diese Positionen in der Fig. 5A durch die Bezugszeichen g und h bezeichnet sind.
Die Größe des Ausgangssignals des Detektors D1 ist in der Fig. 5B gezeigt. Wenn sich der Spiegel 42 in der Richtung des Pfeiles 60 vorwärts und rückwärts bewegt, ändert sich das Ausgangssignal des Detektors D1 entsprechend der Intensität des Lichts im Strahl 48, und die oszillierende Signalkomponente vom Detektor D1 weist Maxima auf, die amax bis fmax entsprechen, Minima, die amin bis emin entsprechen, und Zwischenwerte, die den Punkten g und h der Fig. 5A entsprechen, wobei diese Werte g und h im Signal B zu Zeiten erscheinen, die den jeweiligen Endpositionen der Oszillation des Spiegels 42 entsprechen, wie es durch die Kurve in der Fig. 5C angezeigt wird.
Obwohl nicht gezeigt, kann für den Strahl 50 und den Detektor D2 ein ähnlicher Satz von Kurven erstellt werden, wobei aber bei dem betrachteten Beispiel, bei dem sich der Spiegel 38 an der Stelle 38d befindet, die Amplitude der sich ändernden Komponente des Signals vom Detektor D2 viel größer ist als die des Signals vom Detektor D1 und die Amplitudenmodulation dieses sich ändernden Signals gegen die Modulation der Fig. 5B phasenverschoben ist und der Steigung der Kurve 54 an der Stelle 38d folgt, wie sich aus der Betrachtung der Fig. 4 ergibt.
Wie in der Fig. 3 gezeigt, ist mit dem Spiegel 42 ein Antriebselement 62 verbunden, zum Beispiel ein piezoelektri scher Kristall, der mit einer Wechselspannung angesteuert wird, um die Oszillationen 60 zu bewirken. Ein Signalprozessor 64, der zum Beispiel einen geeignet programmierten Computer umfaßt, nimmt die Ausgangssignale der Detektoren D1 und D2 auf und auf der Leitung 66 auch ein Signal vom Antrieb 62, das der Wellenform C in der Fig. 5 entspricht und die Oszillationen des Spiegels 42 darstellt. Wie in der Fig. 6 gezeigt, die schematisch den Signalprozessor 64 darstellt, werden die Signale von den Detektoren D1 und D2 und dem Antriebselement 62 zu einem Datenerfassungsblock 68 geführt, in diesem Block können die Signale einer Anzahl von Oszillationszyklen des Spiegels 42 digitalisiert werden, zum Beispiel von mehreren Zehn oder mehreren Hundert von Zyklen, und die digitalisierten Signale können zur weiteren Verarbeitung gespeichert werden.
Im Block 70 wird an den im Datenerfassungsblock 68 gespeicherten Signalen eine Rauschverringerung ausgeführt. Die Rauschverringerung wird vorzugsweise durch folgende Routine erreicht:
1. Nimm alle gespeicherten Werte von amax vom Detektor D1 und berechne und speichere den Mittelwert.
2. Wiederhole 1 für die Werte von amin vom Detektor D1.
3. Wiederhole 1 und 2 für bmax, bmin, cmax usw. aller anderen Maxima und Minima vom Detektor D1.
4. Wiederhole 1 bis 3 für die entsprechenden Werte vom Detektor D2.
Diese Mittelwerte von amax, amin usw. beider Detektoren werden dann in einem Block 72 zum Berechnen der Sichtbarkeit der Streifen verwendet. Diese Berechnung kann wie folgt erfolgen:
Für den Detektor D1:
F1 = (amax - amin)/(amax + amin)
F2 = (bmax - amin)/(bmax + amin)
F3 = (bmax - bmin)/(bmax + bmin)
F4 = (cmax - bmin)/(cmax + bmin)
...
...
Fn = (fmax - emin)/(fmax + emin).
Für den Detektor D2:
G1 = (a'max - a'min)/(a'max + a'min)
G2 = (b'max - a'min)/(b'max + a'min)
G3 = (b'max - b'min)/(b'max + b'min)
Gn = (f'max - e'min)/(f'max + e'min)
In der obigen Gleichung für den Detektor D2 wurde der Strichindex (') hinzugefügt, um anzuzeigen, daß es die Werte vom Detektor D2 sind, die verwendet werden. Es werden natürlich bei der Berechnung der Werte F1 bis Fn und G1 bis Gn die Mittelwerte verwendet, die im Block 70 erhalten wurden. Die Werte F1 bis Fn und G1 bis Gn stellen die Sichtbarkeit der von den Detektoren D1 und D2 bei der Oszillation des Spiegels 42 beobachteten Streifen dar, sie können als "Sichtbarkeitsfunktionen" bezeichnet werden. Um Auswirkungen von Änderungen in der Intensität des von der Laserdiode 30 abgegebenen Lichts zu beseitigen und um die Auswirkungen des Ansprechens der Komponenten auf Änderungen der relativen Leistung in den interferierenden Streifen minimal zu machen, werden dann im Block 72 die folgenden Berechnungen ausgeführt:
H1 = F1/G1
H2 = F2/G2
H3 = F3/G3
...
...
Hn = Fn/Gn.
H1 bis Hn ist ein Satz von Zahlen, die eindeutig jede der möglichen Positionen des Spiegels 38 in seinem Arbeitsbereich angeben. Die Zahlen H1 bis Hn vom Block 72 werden dann im Block 74 mit einem einzigen Satz von Zahlen korreliert, der alle Positionen des Spiegels 38 im Bereich 5 wiedergibt. Die Zahlen dieser Nachschlagetabelle können in einer Einstelloperation erhalten werden, wenn die Vorrichtung für den Gebrauch vorbereitet wird. Diese Operation kann das Bewegen des Spiegels 38 zwischen seinen Endstellungen durch Aktivieren des Sensors 4 umfassen. Die Detektoren D1 und D2 erzeugen dann (bei eingeschalteter Lichtquelle 30 natürlich) Signalsätze, die die Helligkeit der Streifen als Funktion der Verschiebung im Bereich 5 darstellen. Vorzugsweise wird der Spiegel 38 oft zwischen seinen Endstellungen hin und her bewegt und dabei Signale aufgenommen, damit an den erhaltenen Signalen eine Rauschverringerung erfolgen kann. An den beiden Sätzen von rauschverringerten Signalen werden an auf die oben für den Block 72 beschriebene Weise Sichtbarkeitsberechnungen ausgeführt, mit der Ausnahme, daß bei der Einstelloperation Sichtbarkeitsberechnungen für alle Streifen im Bereich 5 erfolgen. Die einzelnen Sichtbarkeitsfunktionen, die für den Detektor D1 erhalten wurden, werden dann durch die entsprechenden Sichtbarkeitsfunktionen des Detektors D2 dividiert und die sich ergebenden Verhältniszahlen in der Nachschlagetabelle gespeichert, um zur Korrelation mit H1 bis Hn verwendet zu werden, wenn die Vorrichtung betrieben wird. Die Kor relation kann durch Vergleich der Zahlen H1 bis Hn mit jeder der aufeinanderfolgenden Gruppen von n Zahlen in der Nachschlagetabelle erfolgen, um die beste Übereinstimmung zu finden. Die Anzahl von Vergleichen, die zum Erhalten der besten Übereinstimmung ausgeführt wird, ist dann ein Maß für die aktuelle Position des Spiegels 38 in seinem Bereich 5, und diese zuletzt erwähnte Zahl kann dann an die Ausgabevorrichtung 78 ausgegeben werden, die schematisch in der Fig. 3 ge zeigt ist, wobei diese Vorrichtung zum Beispiel ein Drucker oder eine Anzeige sein kann oder alternativ einfach eine Schaltung, die mit einem anderen elektronischen Gerät verbunden ist, das die über den Wert des erfaßten Parameters erhaltene Information weiter verwendet.
Als Alternative zum Berechnen der Zahlen H1 bis Hn können die Zahlen H'1 bis H'n wie folgt berechnet werden:
H'1 = (F1 - G1)/(F1 + G1)
H'2 = (F2 - G2)/(F2 + G2)
H'n = (Fn - Gn)/(Fn + Gn).
Ein entsprechender Satz von Zahlen für eine Verschiebung um eine halbe Wellenlänge im Bereich 5 wird natürlich in der Nachschlagetabelle gespeichert, um mit den Zahlen verglichen zu werden, die bei einer Messung erhalten werden.
Wenn die Zahlen H'1 bis H'n verwendet werden, ist das System gegen Verschlechterungen und Ungenauigkeiten sehr tolerant und insbesondere unempfindlich gegen eine Änderung in der Leistung der Lichtquelle, da nicht nur die Sichtbarkeits funktionen F1 bis Fn und G1 bis Gn normalisiert werden, sondem auch eine weitere Normalisation bei der Berechnung von H'l bis H'n erfolgt.
Die Auflösung der insoweit anhand der Fig. 3 bis 6 beschriebenen Vorrichtung ist auf eine halbe Wellenlänge be schränkt. Eine höhere Auflösung kann erhalten werden, wenn die in der Fig. 7 gezeigte Modifikation verwendet wird, bei der die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 3 bis 6 verwendet werden, um entsprechende Teile zu bezeichnen. Die Fig. 7 unterscheidet sich von der Fig. 6 dadurch, daß ein Block 80 für eine Sub-Wellenlängenabschätzung vorgesehen ist, wobei das Ausgangssignal dieses Blocks zum Ausgangssignal des Korrelators 74 im Block 82 addiert wird, dessen Ausgangssignal zur Ausgabevorrichtung 78 gegeben wird. Wie in der Fig. 5 gezeigt, nimmt der Wert g ab und der Wert h zu, wenn sich bei dem gezeigten Beispiel der Spiegel 38 von der Position 38d etwas nach links bewegt. Gleichermaßen nimmt der Wert g zu und der Wert h ab, wenn sich der Spiegel 38 von der Position 38d etwas nach rechts bewegt. Mit anderen Worten ändert sich bei einer Bewegung des Spiegels 38 die Phasenbeziehung zwi schen den Kurven B und C der Fig. 5, und die Phase x des Mittelpunktes 38d der Spiegeloszillationen kann zusätzlich zu den anderen Phasen- und Amplitudendaten mit einer Sub- Wellenlängenauflösung aus den Mittelwerten g und h berechnet werden. Dies läßt sich zum Beispiel wie folgt erreichen:
wobei h, g, amin, amax, emin und fmax aus der Streifengeometrie an den Umkehrpunkten der Phasenmodulation (wie in der Fig. 5 gezeigt) abgeleitet werden und n der Ordnung der Interferenzstreifen entspricht, die aus der Messung der Kohärenzfunktion und dem durch entweder H1 bis Hn oder H'1 bis H'n definierten Korrelationsprozeß abgeleitet wird.
Die Fig. 8 zeigt eine weitere modifizierte Ausführungsform, die nur zwei Detektoren D1 und D2 umfaßt und in der die Signalverarbeitung so erfolgen kann, wie es anhand der Fig. 3 bis 7 beschrieben wurde. Die Spiegel 38 und 42 sind durch Eckwürfel 102 und 104 ersetzt, von denen einer mit einem (nicht gezeigten) Sensor verbunden ist und der andere von einem ebenfalls nicht gezeigten Antriebselement in Vibrationen versetzt wird, das dem Antriebselement 62 ähnlich sein kann. Da kein abgestufter Spiegel 42 vorhanden ist, wird anstelle dessen ein stufiger Glasblock 106 vorgesehen, um die erforderliche Verschiebung der Kohärenzfunktionen der Strahlen 48 und 50 zu erzeugen, die in der Fig. 4 gezeigt ist. Der Vorteil der in der Fig. 8 gezeigten Anordnung ist, daß die Eckwürfel gegen Ausrichtungsfehler unempfindlich sind. Die Fig. 8 zeigt gestrichelt eine alternative Position für den Detektor D1, die in der Praxis verwendet werden kann, wenn der Platz nicht ausreicht, um die Detektoren D1 und D2 nebeneinander anzuordnen.
In der Fig. 9 ist die Anwendung der Erfindung auf die Messung von Oberflächenprofilen gezeigt. Die Ausführungsform ist der Fig. 3 ähnlich, mit der Ausnahme, daß der Spiegel 38 weggelassen wurde und dessen Funktion beim Betrieb der Vorrichtung von einer Oberfläche 110 übernommen wird, deren Profil zu messen ist. Entsprechend muß die Oberfläche 110 reflektierend sein. Am Strahlteiler 32 ist zum Fokussieren des Strahles 34 auf die Oberfläche 110 und zum Kollimieren des von der Oberfläche zurückreflektierten Lichts eine Linse 112 angeordnet. Abgesehen davon ist die Ausführungsform der Fig. 12 mit der der Fig. 3 identisch (auch wenn in der Fig. 12 nicht alle Teile gezeigt sind), und die Signalverarbeitung kann so erfolgen, wie es anhand der Fig. 3 bis 7 beschrieben ist. Um das Oberflächenprofil zu messen, wird natürlich eine relative Bewegung zwischen der Oberfläche 110 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewirkt, wobei diese Bewegung relativ zu der Oszillationsgeschwindigkeit des Spiegels 42 langsam sein sollte.
Wenn die Profile nichtreflektierender Oberflächen zu messen sind, kann dies mit der Anordnung der Fig. 3 erfolgen, wobei der Sensor 40 einen Taststift umfassen kann, der über die Oberfläche gezogen wird, deren Profil zu messen ist, und dessen Bewegung eine Bewegung des Spiegels 38 entsprechend dem Oberflächenprofil bewirkt. Auch kann die Anordnung der Fig. 3 zum Beispiel dazu verwendet werden, einen Druck zu messen, wenn der bewegliche Spiegel 38 mit einer druckempfindlichen Membran verbunden wird.
Bei der Ausführungsform der Fig. 10 ist ein separater Sensorkopf 200 mit einem stabilen Aufbau vorgesehen, dem von einer Quelle 202 Licht mit kurzer Kohärenzlänge über einen halbreflektierenden Spiegel 204 und eine Glasfaserverbindung 206 zugeführt wird. Nach der Reflexion im Sensorkopf 200 kehrt das Licht durch die Glasfaserverbindung 206 zum Spiegel 204 zurück und wird auf ein Nachführ-Interferometer 208 reflektiert, dessen Aufbau ähnlich, jedoch nicht identisch mit dem des Interferometers der Fig. 3 ist und das daher erfindungsgemäß aufgebaut ist. Der Zweck der Anordnung der Fig. 10 ist es, den Sensorkopf vom Nachführ-Interferometer zu trennen und einen Sensorkopf bereitzustellen, der keine aktiven optischen und elektronischen Komponenten enthält, sondern nur passive optische Elemente, die dementsprechend gegen rauhe Umgebungsbedingungen unempfindlich sein können.
Der Sensorkopf 200 umfaßt einen Strahlteiler 210, einen festen Bezugsspiegel 212 und einen beweglichen Spiegel 214, dessen Position sich in Reaktion auf die Meßgröße ändert. Die Längen der optischen Wege zwischen dem Strahlteiler 210 und den Spiegeln 212 und 214 sind mit j bzw. k bezeichnet, und die Differenz dieser beiden Weglängen ist so gewählt, daß sie wesentlich größer ist als die Kohärenzlänge der Quelle 202. Wenn das von den zwei Spiegeln 212 und 214 reflektierte Licht im Strahlteiler 210 wieder vereinigt wird, treten daher im vereinigten Strahl, der über die Glasfaserverbindung 206 zurückgeführt wird, keine Interferenzstreifen auf.
Das Nachführ-Interferometer 208 umfaßt einen Strahlteiler 216, einen festen Spiegel 218, einen gestuften Spiegel 220 und Detektoren D1 und D2, die das Licht aufnehmen, das von der Oberfläche 224 bzw. 226 des gestuften Spiegels 220 nach der Vereinigung mit dem vom Spiegel 218 reflektierten Strahl und nach der Reflexion an den Spiegeln 228 und 230 reflektiert wird. Der Spiegel 60 wird von einem Antriebsele ment (nicht gezeigt, aber dem Antriebselement 62 der Fig. 3 ähnlich) in der Richtung des Doppelpfeiles 60 hin- und herbewegt, wobei die Amplitude der Oszillationen der Amplitude der Oszillationen des Spiegels 42 der Fig. 3 entspricht.
Die Längen der optischen Wege zwischen dem Strahlteiler 216 und den Spiegeln 220 und 218 sind in der Fig. 13 mit n bzw. m bezeichnet. Die Distanzen sind so gewählt, daß die folgenden Beziehungen erfüllt sind:
2(k+m) - 2(j+n) < L
2(k+n) - 2(j+m) > L
In diesen Ausrücken hat L die in der Fig. 2 angegebene Bedeutung und kann als Kohärenzlänge bezeichnet werden.
Vorausgesetzt, diese Beziehungen sind erfüllt, und vorausgesetzt, daß wie bereits angegeben die Differenz zwischen j und k wesentlich größer ist als die Kohärenzlänge der Quelle 202, erzeugen die Detektoren D1 und D2 Ausgangssignale, wie sie anhand der Fig. 3 bis 5 beschrieben wurden, wenn der Spiegel 220 auf die gleiche wie der Spiegel 42 hin und her oszilliert, und die dadurch erzeugten Signale können so verarbeitet werden, wie es anhand der Fig. 6 oder 7 beschrieben wurde, um eine Anzeige der Position des Spiegels 214 innerhalb seines Bewegungsbereichs zu erhalten - und damit eine Anzeige der Größe des zu messenden Parameters.
Obwohl die Verbindung 206 in der Fig. 10 als Glasfaserverbindung beschrieben wurde, kann die Glasfaser weggelassen werden und statt dessen das Licht zwischen dem Spiegel 204 und dem Sensorkopf 200 durch den freien Raum übertragen werden.
Die Fig. 11 zeigt eine Modifikation der Ausführungsform der Fig. 10 für Messungen des Oberflächenprofils. In der Fig. 14 ist der Sensorkopf 200 durch einen Sensorkopf 230 ersetzt, der eine Kollimatorlinse 232, eine Fokussierlinse 234 zum Fokussieren des Lichts von der Linse 232 auf eine Oberfläche 236, deren Profil zu bestimmen ist, und eine halbreflektierende Oberfläche 238 zwischen den Linsen 232 und 234 umfaßt, die dazu dient, die Funktion sowohl des Strahlteilers 210 als auch die der Bezugsfläche 212 zu übernehmen. Alternativ kann die Reflexion von der Endfläche der Glasfaser verwendet werden, wenn eine Glasfaserverbindung vorhanden ist. Das Bezugszeichen 239 in der Fig. 11 zeigt schematisch eine solche Endfläche an. Das zu der Glasfaserverbindung 206 zurückreflektierte Licht ist daher eine Kombination des von der Oberfläche 238 (oder 239) reflektierten Lichts und des von der Oberfläche 236 reflektierten Lichts, und der Abstand zwischen diesen beiden Oberflächen muß wesentlich größer sein als die Kohärenzlänge der Quelle 202.
Bei der Ausführungsform der Fig. 12 wird das Licht von der Quelle 202 mit kurzer Kohärenzlänge in einem Strahlteiler 240 aufgeteilt und bildet zwei Strahlen 242 und 244. Der Strahl 242 läuft durch einen Phasenmodulator 246 und wird an einem Strahlvereiniger 248 wieder mit dem Strahl 244 vereinigt, wobei der Strahl 244 nach einer Reflexion an Spiegeln 250 und 252 zum Vereiniger 248 kommt. Bei dieser Ausführungsform ist der Sensorkopf 200 ein solcher, wie er anhand der Fig. 13 beschrieben wurde, das Nachführ-Interferometer 208 ist jedoch dahingehend modifiziert, daß beide Spiegel 218 und 220 feststehen und anstelle einer Oszillation des Spiegels 220 der Phasenmodulator 246 angewendet wird. Die Frequenz und Amplitude der vom Modulator 246 hervorgerufenen Phasenmodulation kann daher der Frequenz und der Amplitude der Oszillationen des Spiegels 220 entsprechen.
Bei der Ausführungsform der Fig. 12 können die Elemente 240, 246, 248, 250 und 252 als eine einzige integrierte optische Vorrichtung ausgebildet werden.
Bei der Ausführungsform der Fig. 13 wird das Licht von einer Quelle 260 mit kurzer Kohärenzlänge durch einen Strahlvereiniger 262 zu einem Strahlteiler 264, einem festen Spiegel 266 und einem weiteren Spiegel 268 geführt, der in Abhängigkeit von einer Meßgröße beweglich ist, wobei diese Spiegel vom Strahlteiler 264 Abstände j bzw. k haben, deren Differenz wie oben angegeben wesentlich größer ist als die Kohärenzlänge der Quelle 260. Die wiedervereinigten Strahlen, die von den Spiegeln 266 und 268 reflektiert wurden, werden zum Beispiel durch eine Glasfaserverbindung 270 zu einem Interferometer 272 mit einem weiteren Strahlteiler 274, einem Spiegel 276 und einem gestuften Spiegel 278 übertragen. Die von den Spiegeln 276 und 278 reflektierten Strahlen werden am Strahlteiler 274 wieder vereinigt und auf Detektoren D1 und D2 gerichtet, die Licht erhalten, das von den beiden gestuften Oberflächen des Spiegels 278 reflektiert wurde, wie im Falle der vorhergehenden Ausführungsformen. Einer der Spiegel 276 und 278 wird auf die gleich Weise wie der Spiegel 42 der Fig. 3 hin- und herbewegt, so daß die Detektoren D1 und D2 Signale erzeugen, wie sie anhand der Fig. 3 bis 5 beschrieben wurden. Die Signalverarbeitung ist jedoch hier vereinfacht. Die beiden von den Detektoren D1 und D2 erhaltenen Signale werden jeweils über eine bestimmte Zeitspanne gemittelt, und die Differenz zwischen den sich ergebenden gemittelten Signalen wird durch die Summe davon geteilt, so daß bei sich ändernder Meßgröße das Ergebnis dieser Berechnung eine Kurve ist, die in der Fig. 4 bei 280 gezeigt ist. Es ist ersichtlich, daß die Kurve nichtlinear ist und ohne Kalibrierung nicht genau die Verschiebung des Spiegels 268 in absoluten Längeneinheiten angeben kann.
Für eine solche Kalibrierung wird eine monochromatische Lichtquelle 282 vorgesehen, deren Wellenlänge sich von der der Lichtquelle 260 wesentlich unterscheidet. Das Licht von der Quelle 282 wird über den Spiegel 284 und den Strahlvereiniger 262 auf den Strahlteiler 264 gegeben. Das Licht von der Quelle 282 wird am Strahlteiler 264 aufgeteilt und von den beiden Spiegeln 266 und 268 reflektiert. Wenn sich der Spiegel 268 entsprechend Änderungen in dem zu messenden Parameter bewegt, werden im Licht von der Quelle 282, die vorzugsweise ein Wellenlängenstandard ist, nach der Vereinigung am Strahlteiler 264 gleichmäßige Streifen erzeugt. Mittels eines Strahlteilers 286 und eines Filters 288 werden die von der Quelle 282 hervorgebrachten Streifen im einem Detektor D5 erfaßt, der somit für die Meßschaltung 290 ein Kalibriersignal erzeugt, wobei das Kalibriersignal in der Fig. 10 bei 292 angezeigt ist. Da das Kalibriersignal 292 eine Reihe von Impulsen in konstanten Wellenlängenintervallen ist, ergibt sich eine lineare Skala, gegen die die Kurve 280 kalibriert werden kann.
Ein Filter 292 verhindert, daß Licht von der Quelle 282 zum Strahlteiler 274 gelangt, er verhindert jedoch nicht, daß Licht von der Quelle 260 dort hindurchläuft.
Die Fig. 15 zeigt, wie die Erfindung unter Verwendung von integrierten optischen Komponenten in die Praxis umgesetzt werden kann. Das Licht von einer Quelle 299 mit kurzer Kohärenzlänge wird zu einem Wellenleiter 300 geführt, der sich an einer Stelle 302 in einen ersten und einen zweiten Zweig 304 und 305 aufteilt. Der Zweig 304 weist einen Phasenmodulator 306 auf, der als Sensor verwendet wird und der eine Phasenmodulation erzeugt, die den zu messenden Parameter darstellt. Ein Beispiel für einen solchen Parameter ist die Temperatur. Zusätzlich wird im Phasenmodulator eine Phasenoszillation hervorgerufen, die den gleichen Zweck erfüllt wie die Oszillation des Spiegels 42 der Fig. 3. Nach dem Hindurchlaufen durch den Phasenmodulator 306 wird das Licht im Zweig 304 über eine Linse 308 auf einen gestuften Spiegel 310 mit Flächen 312 und 314 gerichtet. Ein Strahlvereiniger 316 erhält vom Zweig 306 über eine Linse 320 einen Strahl 318 zugeführt und vereinigt den Strahl 318 mit den beiden Teilstrahlen 322 und 324 von den Flächen 312 und 314 des Spiegels 310. Die Detektoren D1 und D2 sind so angeordnet, daß sie jeweils die Kombination eines der beiden Teilstrahlen 322 und 324 mit dem Strahl 318 aufnehmen. Die Anordnung erzeugt Signale, wie sie anhand der Fig. 3 bis 5 beschrieben wurden, und entsprechend kann die Signalverarbeitung der Ausgangssignale der Detektoren D1 und D2 wie bei den Fig. 6 und 7 erfolgen.
Die Fig. 15 kann modifiziert werden und dann einfach als das Nachführ-Interferometer 208 in einer Anordnung wie der der Fig. 13 verwendet werden. In diesem Fall kommt das vom Wellenleiter 300 aufgenommene Licht vom passiven Meßkopf 200, und der Phasenmodulator 306 dient lediglich dazu, die Funktion des oszillierenden Spiegels 42 der Fig. 3 auszuführen.
In den Fig. 16 bis 22 ist eine Anzahl verschiedener passiver Meßköpfe gezeigt, von denen jeder anstelle des Meßkopfes 200 der Fig. 10 verwendet werden kann.
Bei der Fig. 16 wird das Licht von der Faser 206 durch eine Kollimatorlinse 350 auf einen Strahlteiler 210, einen Bezugsspiegel 212 und einen beweglichen Spiegel (Meßgröße) 214 gerichtet. Ansonsten ist diese Ausführungsform die gleiche wie bei der Fig. 13.
In der Fig. 17 ist der Bezugsspiegel ringförmig, und der bewegliche Spiegel 214 ist eine Membran, die in der mittleren Öffnung des Bezugsspiegels angeordnet ist.
Bei der Fig. 18 hat der Strahlteiler 210 die Form eines optischen Gitters, und der Bezugsspiegel 212 ist wieder ringförmig und unter einem geeignetem Winkel zum Gitter 210 angeordnet.
Die Anordnung der Fig. 19 ist ähnlich der der Fig. 16, wobei jedoch eine Linse 352 vorgesehen ist, um das Licht auf eine Oberfläche 354 zu fokussieren, deren Profil zu bestimmen ist, und wobei die Oberfläche 354 den beweglichen Spiegel 214 ersetzt.
Bei der Fig. 20 wird Licht von der Linse 350 auf zwei Spiegel 370 und 372 gerichtet und dann von den Spiegeln 374 s und 376 zurückgeworfen. Bei dieser Anordnung kann die Meßgröße die Differenz zwischen zwei Drücken sein, wobei der Spiegel 374 so angeordnet ist, daß er sich in Reaktion auf einen der Drücke auf den Spiegel 372 zu oder davon weg bewegt, und der Spiegel 376 dafür vorgesehen ist, sich in Reaktion auf den anderen Druck auf den Spiegel 370 zu oder davon weg zu bewegen.
Die Fig. 21 zeigt eine weitere Form eines Sensorkopfes zum Messen von Oberflächeneigenschaften, insbesondere der Oberflächenrauhigkeit. Das von der Glasfaserverbindung 230 abgegebene Licht wird über eine zusammengesetzte Linse 602 aus einer Innenlinse 604 und einer ringförmigen Linse 606, die die Linse 604 umgibt, auf die Oberfläche 600 gerichtet, deren Rauhigkeit zu messen ist. Die Länge Y der Linse 604 und ihr Brechungsindex relativ zu der Länge und dem Brechungsindex der Linse 606 sind derart, daß zwischen den Lichtstrahlen 608, die (in beiden Richtungen) durch die Linse 604 zwischen der Faser 230 und der Oberfläche 600 laufen, und den Strahlen 610, die in beiden Richtungen durch die ringförmige Linse 606 laufen, eine Phasenverzögerung entsteht. Dieser Phasenunterschied wird so gewählt, daß die Einschränkungen der Abmessungen j und k erfüllt sind, die in Verbindung mit der Fig. 10 diskutiert wurden. Die Strahlen 610 werden im wesentlichen auf die Oberfläche 600 fokussiert, die Strahlen 608 sind jedoch auf der Oberfläche defokussiert. Das durch die Linse 604 zurückreflektierte Licht verhält sich daher so, als ob es von einer Fläche reflektiert worden wäre, die sich auf einem Mittelwert der Rauhigkeitsänderungen der Oberfläche 600 befindet. Im Ergebnis stellen die Änderungen in den relativen Weglängen, die nach der Verarbeitung der Signale von den Detektoren D1 und D2 im Interferometer 208 der Fig. 10 erhalten werden, wenn der Meßkopf der Fig. 21 verwendet wird, die Höhenänderungen der Oberfläche dar.
Der in der Fig. 22 gezeigte Sensorkopf 22 umfaßt eine optische Faser 700 mit einer halbreflektierenden Fläche 702 an ihrem Ende, eine weitere Faser oder einen Block 704, der an der halbreflektierenden Fläche 702 angebracht ist, und ein Sensorelement 706 aus lichtdurchlässigem Material, das am Ende des Abschnitts 704 angebracht ist. Am Ende des Elements 706 befindet sich eine reflektierende Fläche 708. Zum Erfas sen von Parametern wie der Temperatur oder eines Drucks besteht das Element 706 aus einem Material, dessen Lichtdurchlässigkeit sich in Reaktion auf den Parameter oder die Parameter ändert. Zum Beispiel kann sich der Brechungsindex ändem. Ein Beispiel für ein Material, das für das Element 706 verwendet werden kann, ist Perspex. Der Abstand Z zwischen den Flächen 702 und 708 ist so gewählt, daß die Differenzen zwischen den Abmessungen j und k erhalten werden, die anhand der Fig. 10 erläutert wurden, und es werden entsprechend die Änderungen in der Länge des optischen Weges durch das Element 706 erfaßt, die sich aus einer Änderung des zu messenden Parameters ergeben, und die Signale aus den Detektoren D1 und D2 verarbeitet, wie es bei der Fig. 10 beschrieben ist. Der Sensorkopf der Fig. 22 ist besonders dann vorteilhaft, wenn Messungen auf kleinem Raum erfolgen sollen, etwa auf dem medizinischen Gebiet innerhalb des menschlichen Körpers, und/oder wenn ein Wegwerf-Sensorkopf erforderlich ist.
Die Fig. 23 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen, verteilten Erfassungssystems. Das Licht von einer Quelle 400 mit kurzer Kohärenzlänge wird zu dem Eingangsende einer optischen Faser 402 geführt, die sich bei 404 in eine Bezugsfaser 406 und eine Meßfaser 408 teilt, um zum Beispiel die Temperatur oder eine Spannung an einer Anzahl von physikalisch getrennten Stellen zu messen, von denen zwei mit den Bezugszeichen 410 und 412 bezeichnet sind. Die Bezugsfaser 406 und die Meßfaser 408 müssen verschiedene Brechungsindizes nr, nm haben. Nach dem Durchlaufen des Weges lf in jeder der Fasern sind daher die Längen der optischen Wege in den beiden Fasern wie folgt:
Bezugsfaser: lr = nrlf
Meßfaser: lm = nmlf
lr - 1m = lf (nr - nm)
Die Strahlen werden inkohärent, wenn
lr - lm > L
ist. L ist die Kohärenzlänge der Quelle.
Wenn die Differenz zwischen nr und nm klein ist, ist aus den obigen Gleichungen ersichtlich, daß Lf groß wird. Die Kohärenzlänge L wird daher auf wesentlich größeren Längen des verteilten Sensormediums abgebildet. Daher können diskrete Abschnitte des Mediums durch die Bewegung eines Nachführspiegels in einem Meßinterferometer, das noch besser beschrieben wird, über relativ kurze Distanzen erfaßt werden. Die Faser 408 wird daher an den Stellen 410 und 412 dem zu messenden Parameter ausgesetzt, die Fasern 408 und 406 werden sonst jedoch vor den Auswirkungen des Parameters abgeschirmt, der eine Phasenmodulation des durch die Fasern laufenden Lichts bewirken würde. Bei 414 werden die Fasern vereinigt, und das zusammengeführte Licht aus den Fasern 406 und 408, das das Ausgangsende 416 verläßt, wird über eine Linse 417 auf einen Strahlteiler 418 gerichtet, von dem es nach der Reflexion an einem gestuften Spiegel 420 und einem weiteren Spiegel 422 auf Detektoren D1 und D2 fällt. Der Spiegel 420 wird auf die gleiche Weise wie der Spiegel 42 der Fig. 3 durch ein Antriebselement (nicht gezeigt) hin und her bewegt. Der Spiegel 422 ist zwischen einer Anzahl von Positionen in unterschiedlichen Abständen vom Strahlteiler 418 beweglich, nur zwei der Positionen sind in der Fig. 21 gezeigt und mit den Bezugszeichen 422a und 422b bezeichnet. Die Position 422a wird zusammen mit den anderen Abmessungen des Systems so gewählt, daß die bei der Vereinigung im Punkt 414 entstehende Interferenz des Lichts aus den Fasern 406 und 408 und der Kombination der verschiedenen Strahlen im Strahlteiler 418 nach der Reflexion an den Spiegeln 420 und 422 die Detektoren D1 und D2 in die Lage versetzt, Signale zu erzeugen, wie sie bei den Fig. 4 und 5 erzeugt wurden, um ein Maß für die Phasenänderungen zu erzeugen, die sich aus den Änderungen im erfaßten Parameter an der Stelle 410 in der Faser 408 ergeben. Die zweite Position 422b des Spiegels 422 dient zur Messung des Parameters an der Stelle 412 der Faser 408. Die Phasendifferenz zwischen dem Licht, das aus der Faser 406 zur Verbindungsstelle kommt, und des von der Faser 408 an der Verbindungsstelle ankommenden Lichts muß wesentlich größer als die Kohärenzlänge der Quelle sein, und es ist in diesem Zusammenhang die Phasendifferenz gleich der obigen Differenz zwischen den Abmessungen j und k der Fig. 10. Um eine gegenseitige Beeinflussung der Messungen an den Stellen 410 und 412 zu vermeiden, sollten die Punkte, an denen entlang der Faser 408 Messungen erfolgen, voneinander einen Abstand haben, der wenigstens ein Mehrfaches der Kohärenzlänge der Quelle ist, zum Beispiel sechs mal die Distanz L der Fig. 1 und 2.
Obwohl nur zwei Punkte 410 und 412 beschrieben wurden, kann natürlich auch eine größere Anzahl von solchen Punkten vorgesehen werden, wobei der Spiegel 422 eine entsprechende Anzahl von Positionen aufweist, die jede einen anderen Abstand vom Strahlteiler 418 hat. Um die Parameter an den verschiedenen Stellen entlang der Faser 408 zu überwachen, kann der Spiegel 422 kontinuierlich durch seine verschiedenen Stellungen bewegt werden. Statt den Spiegel 420 hin und her zu bewegen, können diese Oszillationen durch eine Oszillation des spiegels 422 ersetzt werden, wobei diese Oszillationen gegebenenfalls der Abtastbewegung des Spiegels 422 überlagert werden können.
Die Anordnung der Fig. 23 kann auf verschiedene Weise modifiziert werden. Zum Beispiel kann die Bezugsfaser 406 weggelassen werden und statt dessen das Licht von der Quelle 400 in zwei Richtungen polarisiert werden, wobei die Faser 408 für die beiden Polarisationsebenen verschiedene Verzögerungswerte besitzt. Die kommerziell erhältlichen doppelbrechenden Fasern erfüllen diese Bedingung. Am Ausgang der Faser wird eine Einrichtung vorgesehen, die die relative Polarisation der beiden Strahlen so ändert, daß sie interferieren können.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, läßt sich die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise in die Praxis umsetzen. Obwohl in der Fig. 3 der Spiegel 42 hin und her bewegt wird, um eine Phasenmodulation hervorzurufen, und der Spiegel 38 gemäß dem zu messenden Parameter bewegt wurde, ist es zum Beispiel alternativ möglich, den Spiegel 42 für die Meßgröße und den Spiegel 38 für die Phasenmodulation zu verwenden. Alternativ kann des weiteren einer der Spiegel feststehen und der andere sowohl für die Meßgröße als auch die erforderliche Phasenmodulation verwendet werden. Alternativ kann wiederum die Phasenmodulation durch Anordnen eines Phasenmodulators im Weg des Strahles 36 oder des Strahles 34 anstelle einer Oszillation des Spiegels 42 bewirkt werden.
Obwohl eine Anzahl von Signalverarbeitungsschemas beschrieben wurde, sind auch andere Signalverarbeitungstechniken möglich, um die erforderlichen Informationen aus den von den Detektoren erzeugten Signalen abzuleiten.
Laserdioden, die Licht mit kurzer Kohärenzlänge erzeugen, sind kommerziell erhältlich. Die Wellenlänge des Lichts von solchen Dioden kann durch Ändern des Ansteuerstromes verändert werden. Das Ergebnis einer solchen Modulation ergibt einen Effekt, der der Oszillation des beschriebenen gestuften Spiegeis entspricht, wodurch das Erfordernis einer physikalischen Bewegung eines Elements zum Erreichen des Effekts beseitigt wird.
Als Beispiel für eine weitere Modifikation ist es alternativ möglich und vielleicht sogar vorzuziehen, die Fasern 406 und 408 aus Materialien mit verschiedenen Brechungsindizes zu machen, um den gleichen Effekt zu erreichen, auch wenn das in der Fig. 21 gezeigte verteilte Sensorsystem optische Fasern umfaßt und die Faser 406 eine andere Länge hat als die Faser 408, um den erforderlichen Phasenunterschied im durchgelaufenen Licht zu erzeugen. Es ist auch möglich, innerhalb des Umfangs der Erfindung einen verteilten Sensor zu schaffen, der auf den Prinzipien der Fig. 21 beruht, aber andere optische Komponenten als optische Fasern verwendet. Zum Beispiel können die Verbindungsstellen 404 und 414 durch einen herkömmlichen Strahlteiler und einen Strahlvereiniger ersetzt werden, und die Faser 406 kann weggelassen oder durch andere Komponenten wie einen festen Block aus einem Material mit geeignetem Brechungsindex oder einem anderen Mittel zum Festlegen eines optischen Weges mit geeigneter optischer Weglänge ersetzt werden. Auch können andere Mittel als die Faser 408 zum Übertragen des Lichts zwischen den verschiedenen verteilten Meßpunkten vorgesehen werden. Die an den Meßstellen vorgesehenen Wandler können von jeder gewünschten Form und von jedem geeigneten Aufbau sein, wobei nur erforderlich ist, daß sie als Funktion der Meßgröße eine Phasenänderung hervorrufen.
Die Form der Kurve 20 der Fig. 2 hängt von der Bandbreite der Lichtquelle ab. Je schmaler die Bandbreite, desto weniger steil ist die Kurve und desto größer ist die Distanz L, über die Streifen beobachtet werden können. Bei der Verringerung der Bandbreite wird jedoch einmal ein Punkt erreicht, an der kein Unterschied im Kontrast zwischen benachbarten Streifen mehr feststellbar ist, und die Auflösung wird dann schlechter, da es nicht mehr möglich ist, eine Auflösung von einer Wellenlänge oder weniger zu erhalten. Der Meßbereich wird jedoch erweitert. Entsprechend wird in der Praxis die Kohärenzlänge des Lichts in Abhängigkeit von dem gewünschten Bereich und der gewünschten Auflösung gewählt.
Obwohl bei den vorstehenden Ausführungsformen der Kontrast zwischen benachbarten Streifen gemessen wurde, ist es auch möglich, erfindungsgemäß andere Parameter der Streifen zu erfassen. Zum Beispiel kann bei geeigneten Modifikationen der Schaltung die Helligkeit der hellen Streifen erfaßt werden, da sich diese mit dem zu messenden Parameter ändert, und die sich ergebenden Signale können dazu verwendet werden, einen Hinweis auf den Parameter zu liefern. Wenn eine Lichtquelle verwendet wird, deren Helligkeit nicht konstant ist, sind natürlich Schritte erforderlich, um diese Helligkeitsschwankungen zu kompensieren. Auch wurden bei den be schriebenen Ausführungsformen die relativ linearen Abschnitte der Kurve 20 der Fig. 2 verwendet, obwohl auch andere Abschnitte der Kurve verwendet werden können.
Die Erfindung ist in weiten Bereichen anwendbar, und die Meßgröße kann demgemäß jede physikalische Variable sein, die auf eine Weise erfaßt werden kann, die die beschriebenen optischen Änderungen hervorruft.
Wenn eines der Elemente, etwa die Lichtquelle, gegen Temperaturschwankungen empfindlich ist, können Einrichtungen vorgesehen werden, solche Schwankungen auf die herkömmliche Weise zu kompensieren.

Claims

1. Meßvorrichtung mit einer Lichtquelle (30) mit kurzer Kohärenzlänge, einer Interferometereinrichtung (32, 38, 42) zur Aufnahme des Licht aus der Quelle (30) und zum Erzeugen einer Reihe von Interferenzstreifen, mit einer Einrichtung (D1, D2) zum Erfassen der Streifen, und mit einer Einrichtung (64), die in Reaktion auf die Erfassungseinrichtung (D1, D2) den Wert einer Meßgröße anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferometereinrichtung so angeordnet ist, daß die Interferenzstreifen derart erzeugt werden, daß sich der Kontrast zwischen hellen und dunklen Streifen entlang der Reihe über einen Meßbereich als Funktion der Meßgröße ändert, und daß die Anzeigeeinrichtung (64) eine Einrichtung (68, 70) zum Erzeugen eines Signals, das von verschiedenen Streifen in der Reihe abgeleitet wird, wobei das Signal einen Wert hat, der sich als Funktion der Helligkeit der Streifen, von denen es abgeleitet wird, ändert, und eine Einrichtung (74, 76) zum Identifizieren des Wertes des Signals aus den Streifen umfaßt, von denen es abgeleitet wird, um die Anzeige des Wertes der Meßgröße zu erzeugen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anzeigeeinrichtung (64) bei der Messung das Signal aus einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Streifen in der Reihe ableitet und eine Einrichtung (72) zum Ableiten eines weiteren Wertes aus dem genannten Wert umfaßt, der eine Funktion des Kontrastes zwischen der Anzahl heller und dunkler Streifen ist, und wobei die Identifikationseinrichtung (74, 76) in Reaktion auf den weiteren Wert die Streifen identifiziert, von denen das Signal abgeleitet wird

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Interferometereinrichtung (32, 38, 42) so aufgebaut ist, daß die Streifen der genannten Reihe erzeugt werden, wenn sich die Meßgröße ändert, und wobei eine Einrichtung (42, 62) vorgesehen ist, die bewirkt, daß bei der Messung die Anzahl der aufeinanderfolgenden Streifen erzeugt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Bewirkungseinrichtung (42, 62) bei der Messung eine Phasenmodulation des Lichts in der Interferometereinrichtung hervorruft, um die Erzeugung der Anzahl von benachbarten Streifen zu bewirken.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Bewirkungseinrichtung (42, 62) zur Erzeugung der Phasenmodulation die Länge des Weges in einem Zweig der Interferometereinrichtung (32, 38, 42) ändert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Bewirkungseinrichtung (42, 62) einen Spiegel (42) und eine Einrichtung (62) umfaßt, um den Spiegel (42) oszillierend hin und her zu bewegen und die Phasenmodulation zu erzeugen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Lichtquelle so gesteuert werden kann, daß sich die Wellenlänge des davon erzeugten Lichts ändert, und wobei die Bewirkungseinrichtung die Lichtquelle so ansteuert, daß die Wellenlänge moduliert wird, um die Anzahl von aufeinanderfolgenden Streifen zu erzeugen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Bewirkungseinrichtung (42, 62) die Anzahl von aufeinanderfolgenden Streifen zyklisch erzeugt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Anzeigeein richtung (64) eine Einrichtung (80) zum Erzeugen einer Anzeige der Meßgröße mit einer Auflösung von weniger als einer Wellenlänge durch einen Prozeß umfaßt, bei dem die Phasenbeziehung zwischen einem ersten alternierenden Signal, das von der Erfassungseinrichtung (D1, D2) abgeleitet wird und das die Intensität des Licht in der Anzahl v6n Streifen darstellt, die zyklisch erzeugt werden, und einem zweiten alternierenden Signal verwendet wird, das die Phase der zyklischen Erzeugung der Anzahl von Streifen darstellt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Erzeugungseinrichtung (80) den Wert des ersten alternierenden Signals an wenigstens einem vorgegebenen Punkt im Erzeugungszyklus der Anzahl von Streifen für die Bestimmung der Phasenbeziehung verwendet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der wenigstens eine Punkt der Punkt eines Maximums oder Minimums im zweiten alternierenden Signal ist

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Erzeugungseinrichtung (80) bei der Phasenmodulation den Wert des zweiten alternierenden Signals sowohl am Maximum als auch am Minimum verwendet.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Bandbreite der Lichtquelle (30) derart ist, daß die Änderungen im Wert des Kontrastes zwischen benachbarten Streifen in der Reihe im wesentlichen von der Erfassungseinrichtung (D1, D2) nicht mehr feststellbar sind, so daß die Vorrichtung eine Messung mit einer Auflösung von weniger als einer Wellenlänge über einen relativ großen Bereich ermöglicht.

14. Meßvorrichtung mit einer Lichtquelle (30) mit kurzer Kohärenzlänge, einer Interferometereinrichtung (32, 38, 42) zur Aufnahme des Licht aus der Quelle (30) und zum Erzeugen einer ersten und einer zweiten Reihe von Interferenzstreifen, wobei sich der Kontrast zwischen den hellen und dunklen Streifen entlang der Reihe über einen Meßbereich als Funktion einer Meßgröße ändert und sich der Kontrast in der ersten Reihe im entgegengesetzten Sinn wie in der zweiten Reihe ändert, mit einer ersten Einrichtung (D1, 68, 70) zum Erfassen der Streifen der ersten Reihe und zum Erzeugen eines ersten Signals, das von verschiedenen Streifen in der ersten Reihe abgeleitet wird, wobei das erste Signal einen ersten Wert hat, der sich als Funktion der Helligkeit der Streifen ändert, von denen es abgeleitet wird, mit einer zweiten Einrichtung (D2, 68, 70) zum Erfassen der Streifen der zweiten Reihe und zum Erzeugen eines zweiten Signals, das von ver schiedenen Streifen in der zweiten Reihe abgeleitet wird, wobei das zweite Signal einen zweiten Wert hat, der sich als Funktion der Helligkeit der Streifen ändert, von denen es abgeleitet wird, und mit einer Identifikationseinrichtung (74, 76) , um aus den ersten und zweiten Werten des ersten und zweiten Signals die Streifen herauszufinden, von denen das erste und das zweite Signal abgeleitet werden, und um eine Anzeige des Wertes der Meßgröße zu erhalten.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die erste und zweite Signalerfassungseinrichtung (D1, D2, 68, 70) bei der Messung das erste und das zweite Signal jeweils aus einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Streifen in der ersten bzw. der zweiten Reihe ableiten und eine Einrichtung (72) zum Ableiten eines weiteren ersten Wertes, der eine Funktion des Kontrastes zwischen hellen und dunklen Streifen in der Anzahl davon der ersten Reihe ist, aus dem ersten Wert, und eine Einrichtung (72) zum Ableiten eines weiteren zweiten Wertes, der eine Funktion des Kontrastes zwischen hellen und dunklen Streifen in der Anzahl davon der zweiten Reihe ist, aus dem zweiten Wert umfaßt, wobei die Ableitungseinrichtung (72) die weiteren Werte normalisiert und die Identifikationseinrichtung (74, 76) die normalisierten weiteren Werte verwendet, um die Streifen zu identifizieren, von denen das erste und das zweite Signal abgeleitet werden.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Ableitungseinrichtung (72) einen Satz von Signalen erzeugt, der einen Satz von Zahlen zum Identifizieren der Streifen darstellt, von denen die ersten und zweiten Signale abgeleitet werden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei, wenn H1 bis Hn den Satz von Zahlen, F1 bis Fn den normalisierten Kontrast in der Anzahl Streifen einer Reihe und G1 bis Gn den normalisierten Kontrast in der Anzahl Streifen der anderen Serie darstellt, die Zahlen wie folgt abgeleitet werden:

H1 = F1/G1

H2 = F2/G2

H3 = F3/G3

...

Hn = Fn/Gn.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei, wenn H'1 bis H'n den Satz von Zahlen, F1 bis Fn den normalisierten Kontrast in der Anzahl Streifen einer Reihe und G1 bis Gn den normalisierten Kontrast in der Anzahl Streifen der anderen Serie darstellt, die Zahlen wie folgt abgeleitet werden:

H'1 = (F1 - G1)/(F1 + G1)

H'2 (F2 - G2)/(F2 + G2)

...

H'n (Fn - Gn)/(Fn + Gn).

19. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Messen von Oberflächenprofilen, wobei die Interferometereinrichtung so aufgebaut ist (Fig. 9, 11, 19 oder 21), daß einer Oberfläche, deren Profil zu messen ist, Licht zugeführt und das von der Oberfläche zurückreflektierte Licht aufgenommen wird, wobei das Profil die Meßgröße darstellt.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Interferometereinrichtung ein erstes Interferometer (200), das einen Meßkopf bildet und das erste und zweite Zweige aufweist, deren optische Weglängen wesentlich von der Kohärenzlänge der Quelle verschieden sind, und ein zweites Interferometer (208) aufweist, das optisch mit dem ersten Interferometer verbunden und dafür vorgesehen ist, aus dem Licht, das vom ersten Interferometer aufgenommen wird, die Streifen zu erzeugen.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Interferometereinrichtung ein erstes Interferometer mit einer Anzahl von Wandlern, die an verschiedenen beabstandeten Meßpunkten angeordnet sind, und ein zweites Interferometer für die Aufnahme des Lichts vom ersten Interferometer aufweist, wobei die Erfassungseinrichtung so angeordnet ist, daß sie das Licht vom zweiten Interferometer aufnimmt, und wobei das zweite Interferometer ein Element umfaßt, das so eingestellt werden kann, daß eine Wahl des Wandlers möglich ist, der die Erzeugung der Reihe von Streifen bewirkt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei das einstellbare Element ein beweglicher Spiegel ist.

23. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, zumindest teilweise als integrierte optische Einheit aufgebaut.

24. Meßvorrichtung mit einer Lichtquelle (30) mit kurzer Kohärenzlänge, einer Interferometereinrichtung (32, 38, 42), die so angeordnet ist, daß sie Licht von der Quelle aufnimmt und eine erste und eine zweite Reihe von Interferenzstreifen erzeugt, deren Kontrast zwischen benachbarten hellen und dunklen Streifen sich über einen Meßbereich als Funktion einer Meßgröße ändert, wobei sich der Kontrast in einer der Reihen mit der Meßgröße in einem Sinn ändert, der dem für den Kontrast in der anderen Reihe entgegengesetzt ist, mit einer Einrichtung (D1, D2) zum Erfassen der Streifen, und mit einer Einrichtung (64) zum Ableiten eines Signales aus der Erfassungseinrichtung, das eine Funktion des Wertes des Kontrastes in jeder der Reihen im Meßbereich ist und daher ein Maß für den zu messenden Wert

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, mit einer Einrichtung (62), die bei einer Messung eine Anzahl von benachbarten Streifen in jeder der Reihen erzeugt, wobei die Ableitungseinrichtung (64) das Signal aus einer Anzahl von Wertes für den Kontrast der Anzahl von Streifen in jeder der Reihen ableitet.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18 oder einem der davon abhängigen Ansprüche 19 bis 23 oder einem der Ansprüche 24 und 25, wobei die Interferometereinrichtung ein optisches Element (42) mit einer Stufe aufweist, um erste und zweite Strahlen mit einer Phasendifferenz voneinander zu erzeugen, wobei der erste und der zweite Strahl dazu gebracht wird, mit einem dritten Strahl zu interferieren, um die erste und die zweite Reihe von Interferenzstreifen zu erzeugen.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das optische Ele ment (42) mit einer Stufe darin einen Spiegel umfaßt.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das optische Element mit einer Stufe darin ein lichtdurchlässiges Element umfaßt.

29. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Lichtquelle, deren Wellenlänge einen Meßstandard darstellt, und mit einer Einrichtung zum Kalibrieren der Vorrichtung mittels des Meßstandards.

30. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die so angeordnet ist, daß sich der Parameter der Streifen über den Meßbereich im wesentlichen linear ändert.