DE69208421T2

DE69208421T2 - Optisches Messsystem zur Ermittlung des Profils eines Gegenstandes

Info

Publication number: DE69208421T2
Application number: DE69208421T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Matsuda; Yoshihiko Sugimoto; Yuji Takada; Toshiki Yamane
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2012-10-31
Also published as: DE69208421D1; EP0540343A1; US5351126A; EP0540343B1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung ist auf ein optisches Meßsystem zum Ermitteln des Profils eines Gegenstands gerichtet, spezieller auf ein derartiges optisches Meßsystem, das zwei optische Köpfe verwendet, die einzelne Lichtstrahlen auf verschiedene Punkte auf der Gegenstandsoberfläche richten, um die Abstände dieser Punkte von einer Bezugsebene durch Triangulation zu bestimmen, um das Oberflächenprofil des Gegenstands auf Grundlage der gemessenen Abstände der zwei Punkte von der Gegenstandsoberfläche zu analysieren.

HINTERGRUNDBILDENDE TECHNIK

Um die Tiefe oder Höhe einer Stufe auf der Oberfläche eines Gegenstands oder die Dicke eines Gegenstands durch eipe optische Triangulationsmessung zu erhalten, wurde es vorgeschlagen, ein Paar optische Köpfe zu verwenden, die so angeordnet sind, daß sie einzelne Lichtstrahlen auf verschiedene Punkte auf der Gegenstandsoberfläche richten, um die Positionen dieser Punkte zu messen. Die Abstände dieser Punkte werden durch Triangulation bearbeitet und analysiert, um das Profil des Gegenstands zu ermitteln. Wenn z. B. die zwei Köpfe so angeordnet werden, daß die Positionen dieser Punkte beabstandet entlang der Gegenstandsoberfläche gemessen werden, um einzelne Abstände von der Oberfläche rechtwinklig zu einer Bezugsebene zu messen, ergibt die Differenz der gemessenen Abstände die Höhe oder die Tiefe einer Stufe, die zwischen diesen zwei Punkten existiert. Wenn dagegen die optischen Köpfe an entgegengesetzten Seiten des Gegenstands angeordnet werden, um entsprechende rechtwinklige Abstände der Positionen von zwei Punkten an den entgegengesetzten Oberflächen des Gegenstands in bezug auf eine Bezugsebene zu messen, die innerhalb der Dicke des Gegenstands liegend ausgewählt ist, ergibt die Addition der gemessenen Abstände die Dicke des Gegenstands an diesen Punkten.
Bei einem derartigen optischen Meßsystem ist der optische Kopf normalerweise so konzipiert, daß er einen Lichtsensor aufweist, der den an einem Punkt auf der Gegenstandsoberfläche reflektierten Lichtstrahl empfängt und ein Ausgangssignal liefert, das sich proportional zum rechtwinkligen Abstand des Punkts von einer Bezugsebene ändert, die so ausgewählt ist, daß sie im wesentlichen parallel zur Gegenstandsoberfläche liegt. Das Ausgangssignal des Kopfs wird in einer zugeordneten Signalverarbeitungsschaltung verarbeitet, um den richtigen Abstand des Punkts von der Bezugsebene zu ermitteln. In diesem Zusammenhang besteht, wenn die zwei Köpfe mit den einzelnen Signalverarbeitungsschaltungen verbunden sind, die mögliche Schwierigkeit, daß die in diesen getrennten verarbeitungsschaltungen gemessenen Abstände einzelne Abweichungen oder Unstimmigkeiten wegen den Schaltungen innewohnenden Schwankungen, z. B. wegen der Temperaturcharakteristik bestimmter die Schaltungen bildenden Elemente, aufweisen können. Da diese Unstimmigkeiten den einzelnen Schaltungen eigen sind, können sie nur schwierig kompensiert werden, wenn die Stufe an der Gegenstandsoberfläche und die Gegenstandsdicke ermittelt werden. Demgemäß kann in diesem System mit zwei optischen Köpfen, die jeweils mit den einzelnen Verarbeitungsschaltungen verbunden sind, keine zuverlässige Analyse erwartet werden.
Das Dokument EP-A-0 150 408 offenbart ein optisches Meßsystem zur Fernmessung eines optischen Gegenstands. Das System enthält einen ersten und einen zweiten optischen Kopf, die so angeordnet sind, daß sie Licht auf die zu überwachende Oberfläche strahlen, um ein erstes und ein zweites Ausgangssignal zu ergeben, die sich proportional zum rechtwinkligen Abstand eines ersten und eines zweiten Punkts auf der Gegenstandsoberfläche von der Bezugsebene ändern. Die Ausgangssignale werden gesondert verarbeitet, um eine Anzeige für die Dicke des Gegenstands zu geben.
"The Art of Electronics", zweite Auflage, veröffentlicht von Cambridge University Press, 1989, S. 143 bis 144, Artikel von Paul Horowitz und Winfield Hill offenbart einen Multiplexer, der die Auswahl eines beliebigen von mehreren Eingangssignalen ermöglicht, wie durch ein digitales Steuersignal spezifiziert.
Die obengenannte Schwierigkeit ist bei der Erfindung beseitigt, die ein verbessertes optisches Meßsystem zum Ermitteln der Tiefe einer Stufe im Profil eines Gegenstands schafft.
Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung ist ein optisches Meßsystem zum Ermitteln der Tiefe einer Stufe im Profil eines Gegenstands geschaffen, das folgendes aufweist:
- einen ersten optischen Kopf mit einer Lichtprojiziereinrichtung zum Lenken eines ersten Lichtstrahls auf einen ersten Punkt auf einer Oberfläche des Gegenstands, und mit einer Lichtsensoreinrichtung, die so angeordnet ist, daß sie vom ersten Punkt auf der Oberfläche reflektiertes Licht empfängt, um ein erstes Ausgangssignal zu erzeugen, das sich proportional zum rechtwinkligen Abstand des ersten Punkts auf der Gegenstandsoberfläche von einer Bezugsebene ändert;
- einen zweiten optischen Kopf mit einer Lichtprojiziereinrichtung zum Lenken eines zweiten Lichtstrahls auf einen zweiten Punkt auf einer Oberfläche des Gegenstands, und mit einer Lichtsensoreinrichtung, die so angeordnet ist, daß sie vom zweiten Punkt auf der Oberfläche reflektiertes Licht empfängt, um ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen, das sich proportional zum rechtwinkligen Abstand des zweiten Punkts auf der Gegenstandsoberfläche von der Bezugsebene ändert;
- eine Schaltung zum Analysieren der Gegenstandsoberfläche auf Grundlage des ersten und zweiten Ausgangssignals; wobei das System durch folgendes gekennzeichnet ist:
- eine Umschalteinrichtung zum selektiven Verbinden des ersten und zweiten Ausgangssignals mit einer einzelnen Verarbeitungsschaltung, die so betreibbar ist, daß sie das erste und zweite Ausgangssignal aufeinanderfolgend mittels einer Triangulation der rechtwinkligen Abstände des ersten und zweiten Punkts von der Bezugsebene mißt und sie die rechtwinkligen Abstände subtrahiert, um dadurch die Tiefe der Stufe im Profil des Gegenstands zu ermitteln.
Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist ein optisches Meßverfahren zum Ermitteln der Tiefe einer Stufe im Profil eines Gegenstands geschaffen, das folgendes verwendet:
- einen ersten optischen Kopf mit einer Lichtprojiziereinrichtung zum Lenken eines ersten Lichtstrahls auf einen ersten Punkt auf einer Oberfläche des Gegenstands, und mit einer Lichtsensoreinrichtung, die so angeordnet ist, daß sie vom ersten Punkt auf der Oberfläche reflektiertes Licht empfängt, um ein erstes Ausgangssignal zu erzeugen, das sich proportional zum rechtwinkligen Abstand des ersten Punkts auf der Gegenstandsoberfläche von einer Bezugsebene (PLref) ändert;
- einen zweiten optischen Kopf mit einer Lichtprojiziereinrichtung zum Lenken eines zweiten Lichtstrahls auf einen zweiten Punkt auf einer Oberfläche des Gegenstands, und mit einer Lichtsensoreinrichtung, die so angeordnet ist, daß sie vom zweiten Punkt auf der Oberfläche reflektiertes Licht empfängt, um ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen, das sich proportional zum rechtwinkligen Abstand des zweiten Punkts auf der Gegenstandsoberfläche von der Bezugsebene ändert; wobei das Verfahren durch die Verwendung von folgendem gekennzeichnet ist:
- einer einzelnen Verarbeitungsschaltung, die das erste und zweite Ausgangssignal verarbeiten kann, um durch Triangulation die rechtwinkligen Abstände des ersten und zweiten Punkts jeweils von der Bezugsebene zu messen und eine Oberfläche des Gegenstands auf Grundlage der so gemessenen rechtwinkligen Abstände zu analysieren;
- wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Ausgeben des ersten Ausgangssignals vom ersten optischen Kopf an die gemeinsame Verarbeitungsschaltung, um den ersten rechtwinkligen Abstand zu ermitteln, und anschließendes Ausgeben des zweiten Ausgangssignals vom zweiten optischen Kopf an die gemeinsame Verarbeitungsschaltung, um den zweiten rechtwinkligen Abstand zu ermitteln, und Subtrahieren des ersten und zweiten rechtwinkligen Abstands, um dadurch die Tiefe der Stufe im Profil des Gegenstands zu ermitteln.
Unter Verwendung der einzelnen Verarbeitungsschaltung zum Verarbeiten des ersten und zweiten Ausgangssignals des ersten und zweiten optischen Kopfs können die Positionen oder rechtwinkligen Abstände des ersten und zweiten Punkts durch denselben Triangulationsprozess erhalten werden, was zuverlässige Meßwerte für die rechtwinkligen Abstände des ersten und zweiten Punkts ergibt, was eine entsprechend zuverlässige Ermittlung des Oberflächenprofils des Gegenstands auf Grundlage der so gemessenen rechtwinkligen Abstände gewährleistet.
Demgemäß ist es eine Hauptaufgabe der Erfindung, ein verbessertes optisches Meßsystem zu schaffen, das eine zuverlässige Ermittlung des Oberflächenprofils eines Gegenstands gewährleisten kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden der erste und der zweite optische Kopf so gesteuert, daß sie den ersten und zweiten Lichtstrahl als impulsmodulierte Strahlen aufeinanderfolgend projizieren, so daß zu einem jeweiligen Zeitpunkt nur der erste oder zweite Lichtstrahl auf die Gegenstandsoberfläche gerichtet wird. Durch dieses Ergebnis ist es leicht möglich, jede Wechselwirkung zwischen dem ersten und zweiten Lichtstrahl zu vermeiden, und zusätzlich kann der Lichtstrahl von den optischen Köpfen gut von einer Hintergrundbeleuchtung unterschieden werden. So kann eine zuverlässigere Ermittlung ausgeführt werden, ohne daß das Verfahren unter einer Wechselwirkung zwischen den Lichtstrahlen vom ersten und zweiten optischen Kopf und der Hintergrundbeleuchtung leidet, was demgemäß eine andere Aufgabe der Erfindung ist.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden der erste und der zweite optische Kopf so gesteuert, daß sie einen ersten und einen zweiten Lichtstrahl abstrahlen, die so impulsmoduliert sind, daß sie voneinander verschiedene Schwingungsfrequenzen aufweisen. Durch dieses Konzept ist es ebenfalls möglich, Wechselwirkung zwischen den Lichtstrahlen des ersten und zweiten optischen Kopfs wie auch mit der Hintergrundbeleuchtung zu vermeiden, jedoch ohne daß eine Ablaufsteuerung erforderlich ist, gemäß der die Lichtstrahlen aufeinanderfolgend vom ersten und zweiten optischen Kopf zum Gegenstand gerichtet werden, was demgemäß eine weitere Aufgabe der Erfindung ist.
Die Verarbeitungsschaltung enthält eine Kalibriereinrichtung, die Änderungen in den rechtwinkligen Abständen kompensiert, wie sie jeweils in bezug auf das erste und zweite Ausgangssignal gemessen werden, wenn der erste und der zweite Lichtstrahl auf den ersten und zweiten Punkt gerichtet werden, die auf einer optischen Ebene parallel zur Bezugsebene ausgewählt sind. Demgemäß kann eine mögliche Fehlausrichtung zwischen dem ersten und zweiten optischen Kopf leicht kompensiert werden, um dadurch die Meßzuverlässigkeit zu verbessern, was daher eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist.
Vorzugsweise ist sowohl der modulierte erste als auch zweite Lichtstrahl so beschaffen, daß sie jeweils einen hohen und einen niedrigen Pegel aufweisen, die einander abwechseln, so daß der erste oder zweite optische Kopf Werte mit hohem und niedrigem Pegel in bezug auf sowohl das erste als auch zweite Ausgangssignal erzeugt. Die so erhaltenen Werte mit hohem und niedrigem Pegel werden in der Verarbeitungsschaltung verarbeitet, um die Differenz zwischen ihnen zu erhalten. Die Differenz wird in der Verarbeitungsschaltung als richtiger Wert für das erste und zweite Ausgangssignal verwendet, um den rechtwinkligen Abstand des ersten und zweiten Punkts zu messen. Bei diesem Konzept kann das System daher erfolgreich jegliche Fehler aufheben, wie sie von Hintergrundbeleuchtung wie auch von Änderungen der Charakteristik der die Verarbeitungsschaltung bildenden Elemente herrühren.
Es ist daher eine andere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes optisches Meßsystem zu schaffen, das zuverlässige Messungen gewährleisten kann, die im wesentlichen frei von einer Beeinflussung durch Hintergrundbeleuchtung und Eigenschaftsschwankungen der die Verarbeitungsschaltung bildenden Elemente ist.
Die Verarbeitungsschaltung ist auch so aufgebaut, daß sie die Messung des ersten und zweiten Abstands ungültig macht, wenn der Wert mit hohem Pegel einen vorgegebenen Maximalpegel überschreitet oder der Wert mit niedrigem Pegel unter einen vorgegebenen Minimalpegel fällt. Das heißt, daß dann, wenn die Werte mit hohem und niedrigem Pegel außerhalb des der Verarbeitungsschaltung verliehenen Arbeitsbereichs liegen, das System selbst fehlerhafte Messungen erkennen kann und die Meßergebnisse verwerfen kann, um zuverlässige Messungen beizubehalten, was daher eine weitere Aufgabe der Erfindung ist.
Diese und noch andere Aufgaben und vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines optisches Meß systems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das System zur Messung einer Stufe in einer Gegenstandsoberfläche dargestellt ist;
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die einen Halbleiter- Positionssensor (PSD = Position Sensing Device) veranschaulicht, wie er beim obigen System verwendet wird;
Fig. 3, die aus Fig. 3A bis 3G besteht, ist ein zeitbezogenes Steuerdiagramm, das den Betrieb des obigen Systems veranschaulicht;
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm eines optischen Meß systems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm eines optischen Meßsystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 7, die aus Fig. 7A bis 7C besteht, ist ein zeitbezogenes Steuerdiagramm, das Steuersignale veranschaulicht, wie sie in einer Verarbeitungsschaltung des Systems verwendet werden;
Fig. 8, die aus Fig. 8A und 8B besteht, ist ein Signalverlaufsdiagramm, das den Betrieb der Verarbeitungsschaltung von Fig. 6 veranschaulicht;
Fig. 9, die aus Fig. 9A und 9B besteht, ist ein Signalverlaufsdiagramm, das einen anderen Betrieb der Verarbeitungsschaltung von Fig. 6 veranschaulicht;
Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm, das ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht; und Fig. 11 ist ein schematisches Schaltbild, das den Betrieb eines Überwachungsabschnitts im System von Fig. 10 veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Erstes Ausführungsbeispiel < Fig. 1 bis 3>
Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein optisches Meßsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist. Das System enthält zwei optische Köpfe, d. h. einen ersten optischen Kopf 10 und einen zweiten optischen Kopf 20, und eine Verarbeitungsschaltung 40 ist über einen Umschalter 31 mit dem ersten und zweiten optischen Kopf 10 und 20 verbunden. Der erste und der zweite optische Kopf 10 und 20 sind vorhanden, um zwei Positionen auf der Oberfläche eines Gegenstands zu messen, um die Gegenstandsoberfläche zu ermitteln. In Fig. 1 ist das System so ausgebildet, daß es die Tiefe D einer Stufe in der Gegenstandsoberfläche auf solche Weise mißt, daß es die Positionen oder rechtwinkligen Abstände D&sub1; und D&sub2; zweier voneinander beabstandeter Punkte gegen eine Bezugsebene PLref durch die einzelnen optischen Köpfe 10 und 20 mißt und die Differenz zwischen D&sub1; und D&sub2; als Tiefe D der Stufe (D = D&sub1; - D&sub2;) erhält. Eine derartige Messung oder Ermittlung der Stufentiefe erfolgt im allgemeinen so, daß der Gegenstand entlang der Länge der Stufe oder in der Richtung rechtwinklig zum Blatt, in bezug auf den ersten und zweiten optischen Kopf 10 und 20 verläuft, die normalerweise feststehen. Der Querabstand zwischen den optischen Köpfen 10 und 20 ist geeigneterweise so ausgewählt, daß die Positionen der Gegenstandsoberfläche zu beiden Seiten der Stufe gemessen werden. In diesem Zusammenhang werden die Köpfe 10 und 20 auf einem geeigneten Rahmen (nicht dargestellt) zueinander verstellbar gehalten, damit der Querabstand eingestellt werden kann. Ferner sind die Köpfe 10 und 20 für eine feine Positionseinstellung zur Gegenstandsoberfläche hin und von dieser weg verstellbar.
Die Tiefe von Stufen kann kontinuierlich ermittelt werden, um Änderungen derselben entlang der Dimension eines Gegenstands zu überprüfen.
Der erste und der zweite optische Kopf 10 und 20 verfügen über denselben Aufbau, und jeder umfaßt ein durch einen gemeinsamen Oszillator 50 über einen Verstärker 12, 22 angesteuertes Lasererzeugungselement 11, 21, um einen Laserstrahl zu erzeugen, der über eine Projektorlinse 13, 23 auf eine Gegenstandsoberfläche gestrahlt wird, einen Halbleiter- Positionssensor [PSD = Position Sensing Device] 14, 24, die den von der Gegenstandsoberfläche reflektierten Laserstrahl über eine Kollektorlinse 15, 25 empfängt. Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, verfügt der PSD 14, 24 über eine langgestreckte Lichtempfangsfläche mit einem Paar Anschlüsse T&sub1; und T&sub2; an den in Längsrichtung entgegengesetzten Enden, und er zeichnet sich dadurch aus, daß er Ströme I&sub1; und I&sub2; an den Anschlüssen T&sub1; und T&sub2; ausgibt, deren Werte sich abhängig vom Punkt ändern, der das Licht empfängt. Diese Ströme I&sub1; und I&sub2; werden über einzelne Verstärker 16&sub1; undd 16&sub2;, 26&sub1; und 26&sub2; als Ausgangssignale des ersten und zweiten optischen Kopfs und 20 ausgegeben. Das Zentrum des PSK ist mit der optischen Achse der Kollektorlinse 15, 25 ausgerichtet, so daß ein Versatz ΔX des Empfangspunkts vom Zentrum durch die folgende Beziehung erhalten werden kann:
ΔX = [(I&sub1; - I&sub2;)/(I&sub1; + I&sub2;)] x (L/2),
wobei L die effektive Länge der Lichtempfangsfläche des PSD ist.
Wenn die etwas nichtlineare Charakteristik PSD berücksichtigt wird, kann der Versatz genauer durch die folgende Beziehung erhalten werden:
ΔX = [(I&sub1; - I&sub2;)/(I&sub1; + kI&sub2;)] x (L/2), (1)
wobei k eine Konstante ist, die so ausgewählt ist, daß sie die Nichtlinearität kompensiert.
Es wird erneut auf Fig. 1 Bezug genommen, gemäß der jeder der optischen Köpfe 10 und 20 so angeordnet ist, daß die optische Achse der Projektorlinse 13, 23 rechtwinklig zur Gegenstandsoberfläche steht und die optische Achse der Kollektorlinse 15, 25 unter einem Winkel Θ gegen die rechtwinklige Achse geneigt ist. Das Zentrum der Kollektorlinse 13, 23 ist entlang der rechtwinkligen Achse um einen festgelegten Abstand Rc von einem Bezugspunkt oder demjenigen Punkt beabstandet, an dem sich die zwei optischen Achsen unter dem Winkel Θ überkreuzen. Die Bezugspunkte der zwei optischen Köpfe 10 und 20 definieren daher die Bezugsebene PLref rechtwinklig zur Achse des projizierenden Laserstrahls, parallel zu einer Hauptfläche der Gegenstandsoberfläche Der PSD 14, 24 in jedem Kopf ist so angeordnet, daß seine lichtempfindliche Fläche rechtwinklig zur optischen Achse der Kollektorlinse 15, 25 steht und vom Zentrum der Linse entsprechend deren Brennweite f beabstandet ist. Wenn der Laserstrahl vom optischen Kopf an einem Punkt der Gegenstandsoberfläche reflektiert ist, der vom Bezugspunkt oder der Bezugsebene PLref um den Abstand d entlang der rechtwinkligen, optischen Achse beabstandet ist, trifft der reflektierte Laserstrahl an einem Punkt auf die Oberfläche des PSD, der gegenüber dem Zentrum des PSD in Längsrichtung um den Versatz ΔX versetzt ist. Aus dieser geometrischen Beziehung kann die Position der Gegenstandsoberfläche durch Triangulation mittels der folgenden Gleichung ermittelt werden:
ΔX = (d f tanΘ)/[(Rc/cos²Θ)+d] (2)
Daher ergibt ein Kombinieren dieser Gleichung (2) mit der obigen Gleichung (1) den Abstand d der Punkte auf der Gegenstandsoberfläche von der Bezugsebene PLref, wenn die Ausgangssignale I&sub1; und I&sub2; des PSD eingesetzt werden. Derartige arithmetische Operationen erfolgen in der Verarbeitungsschaltung 40.
Der im ersten und zweiten optischen Kopf 10 und 20 erzeugte Laserstrahl wird durch ein Impulssignal vom Oszillator 50 so moduliert, daß jeder optische Kopf einen von der Gegenstandsoberfläche reflektierten modulierten Laserstrahl empfängt und zugehörige modulierte Ausgangssignale I&sub1; und I&sub2; ausgibt. Die Ausgangssignale I&sub1; und I&sub2; werden in der Verarbeitungsschaltung 40 demoduliert, um zugehörige Werte zu erzeugen, die frei von einer Hintergrundbeleuchtung der Gegenstandsoberfläche sind, weswegen zuverlässige Meßdaten für den Abstand D&sub1; und D&sub2; erhalten sind. Das Impulssignal vom Oszillator 50 wird durch eine Umschaltersteuerung 30 gesteuert, um über einen Umschalter 32 abwechselnd an den ersten und zweiten optischen Kopf 10 und 20 gegeben zu werden, damit die optischen Köpfe 10 und 20 abwechselnd aktiviert werden. Die Umschaltersteuerung 30 steuert auch den Umschalter 31 zum abwechselnden Liefern der Ausgangssignale des ersten und zweiten optischen Kopfs 10 und 20 an die Verarbeitungsschaltung 40. Die Verarbeitungsschaltung 40, die der Oszillator 50, die Umschaltersteuerung 30 sowie die Umschalter 31 und 32 sind in ein Gehäuse (nicht dargestellt) eingebaut, und die optischen Köpfe 10 und 20 sind mit dem Gehäuse über einzelne Kabel verbunden, die zu den Umschaltern 31 und 32 führen.
Die Verarbeitungsschaltung 40 umfaßt ein Paar Verstärker 41&sub1;, 41&sub2;, Demodulatoren 42&sub1;, 42&sub2; sowie Analog/Digital[A/D]- Umsetzer 43&sub1;, 43&sub2; zusätzlich zu einer CPU 44, einem Digital/Analog[D/A]-Umsetzer 45 und Speichern 46 und 47. Die Ausgangssignale I&sub1; und I&sub2; von jeweils den optischen Köpfen und 20 werden in den Verstärkern 41&sub1;, 41&sub2; verstärkt und in entsprechende Spannungen umgesetzt, die dann in 42&sub1;, 42&sub2; demoduliert werden, um analoge Signale zu erzeugen, die die Position der Gegenstandsoberfläche anzeigen, ohne daß eine Beeinflussung durch die Hintergrundbeleuchtung besteht. Die analogen Signale werden in den A/D-Umsetzern 43&sub1;, 43&sub2; in digitale Signale umgesetzt, um in der CPU 44 einer Arithmetikoperation unterworfen zu werden, um die rechtwinkligen Abstände D&sub1; und D&sub2; der Gegenstandsoberfläche von der Bezugsebene PLref auf die oben erörterte Weise zu messen. Die CPU 44 liefert ein Ausgangssignal, das das Meßergebnis anzeigt und das im D/A-Umsetzer 45 in ein analoges Signal umgesetzt wird, um auf einer externen Anzeige analog angezeigt zu werden oder um in einer anderen Vorrichtung verarbeitet zu werden, die mit der Verarbeitungsschaltung verbunden ist. Der obenangegebene Vorgang ist in Fig. 3 veranschaulicht, die aus Fig. 3A bis 3G besteht, wobei die Ausgangssignale I&sub1; und I&sub2; des ersten optischen Kopfs 10 als Positionsstrom IA dargestellt sind, während I&sub1; und I&sub2; des zweiten optischen Kopfs 20 als entsprechender Positionsstrom IB dargestellt sind (Fig. 3B). Die Ströme IA und IB werden aufeinanderfolgend in digitale Signale SA0 und SB0, SA1 und SB1, ... (Fig. 3C) verarbeitet, synchron mit einem Umschalt-Steuersignal SWC (Fig. 3A), das das Umschalten der Umschalter 31 und 32 bewirkt, um die optischen Köpfe 10 und 20 abwechselnd zu aktivieren und das Ausgangssignal des entsprechenden der Köpfe 10 und 20 zu verarbeiten. Die digitalen Signale SA0, SA1, ... sowie SB0, SB1, ... werden jeweils in Speicher 46 und 47 (Fig. 3D und 3E) eingespeichert und dann in der CPU 44 verarbeitet, um Ausgangssignale oder Meßergebnisse D&sub0;, D&sub1;, D&sub2;, ... (Fig. 3F) zu liefern. Die Ausgangssignale der CPU werden danach im D/A-Umsetzer in kontinuierliche Analogsignale umgesetzt (Fig. 3G). Auf diese Weise erfolgt die Messung kontinuierlich, während die Verarbeitungsschaltung 40 die Ausgangssignale vom ersten und zweiten optischen Kopf 10 und 20 abwechselnd erhält.
Die CPU 44 ist so programmiert, daß sie eine Kalibrierung ermöglicht, die jegliche Änderungen der Eigenschaften der elektrischen Komponenten kompensiert, wie sie in der Verarbeitungsschaltung 40 verwendet werden, wie sie auch eine mögliche Fehlausrichtung zwischen den zwei optischen Köpfen 10 und 20 kompensiert. D. h., daß die Kalibrierung unter Verwendung einer optischen Ebene erfolgt, um zwei Punkte auf der optischen Ebene so zu messen, daß das System die Differenz null zwischen den gemessenen Abständen D&sub1; und D&sub2; durch Einfügen eines Versatzwertes ergibt, der in einen der Speicher 46 und 47 oder einen anderen Speicher eingespeichert wird und anschließend dazu verwendet wird, für eine korrekte Messung zu sorgen.

Zweites Ausführungsbeispiel < Fig. 5>

Fig. 5 veranschaulicht ein ähnliches optisches Meßsystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das identischen Aufbau und Funktion wie das erste Ausführungsbeispiel hat, mit der Ausnahme, daß ein Paar Oszillatoren, nämlich ein erster und ein zweiter Oszillator 51 und 52 im System zum Erzeugen modulierter Laserstrahlen mit verschiedenen Schwingungsfreguenzen im ersten und zweiten optischen Kopf 10A und 20A enthalten sind, um eine Wechselwirkung zwichen den Laserstrahlen vom ersten und zweiten optischen Kopf zu vermeiden. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden der erste und der zweite optische Kopf 10A und 20A dauernd aktiviert gehalten, im Gegensatz zum Fall beim ersten Ausführungsbeispiel, bei dem sie abwechselnd aktiviert werden. Da die zwei Oszillatoren 51 und 52 vorhanden sind, ist eine Umschaltersteuerung 30A so aufgebaut, daß sie Demulatoren 42&sub1;A und 42&sub2;A mit den entsprechenden Frequenzen mittels eines Umschalters 33 betreibt, zusätzlich zum abwechselnden übertragen der Ausgangssignale vom ersten und zweiten optischen Kopf 10A und 20A an eine Verarbeitungsschaltung 40A über einen Umschalter 31A. Gleiche Teile oder Elemente sind mit gleichen Ziffern mit den Zusatzbuchstaben "A" gekennzeichnet.

Drittes Ausführungsbeispiel < Fig. 6 bis 9>

Fig. 6 veranschaulicht ein entsprechendes optisches Meßsystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das identischen Aufbau und Betrieb wie das erste Ausführungsbeispiel hat, mit der Ausnahme, daß ein Paar Abtast- Halte(A/H)-Schaltungen 48&sub1; und 48&sub2; in einer Verarbeitungsschaltung 40B anstelle der Demodulatoren beim ersten Ausführungsbeispiel vorhanden ist. In der Verarbeitungsschaltung 40B ist zugeordnet zu den A/H-Schaltungen auch eine Zeitsteuerschaltung 55 vorhanden, die zeitgesteuerte Impulse LP, SH und CN auf Grundlage der Schwingungsfrequenz des Oszillators 50B erzeugt. Die Impulse LP werden abwechselnd über einen Umschalter 32B an den ersten und zweiten optischen Kopf 10B und 20B geliefert, um den impulsmodulierten Laserstrahl mit vorgegebener Frequenz zu erzeugen, wie in Fig. 7A dargestellt. Die sich ergebenden Laserstrahlen zeichnen sich jeweils dadurch aus, daß sie einen hohen und einen niedrigen Pegel aufweisen, so daß sowohl der erste als auch der zweite optische Kopf 10B und 20B entsprechende Werte mit hohem und niedrigem Pegel für jedes der Ausgangssignale I&sub1; und I&sub2; von den entgegengesetzten Enden des PDS 14B innerhalb eines Zyklus T der Impulse D&sub1; liefert. Die Impulse SH werden den A/H-Schaltungen 48&sub1; und 48&sub2; zugeführt, um den Wert mit hohem Pegel für jedes der Ausgangssignale I&sub1; und I&sub2; innerhalb eines Halbzyklus (T/2) der Laserstrahl-Erzeugungsimpulse LP abzutasten und zu halten, und um anschließend den Wert niedrigen Pegels für dieselben innerhalb des anderen Halbzyklus der Impulse LP abzutasten und zu halten, wie in Fig. 7B dargestellt. Auf diese Weise werden die Werte mit hohem und niedrigem Pegel innerhalb eines Impulses des von der Gegenstandsoberfläche zum PSD reflektierten Laserstrahls erfaßt und dann in den einzelnen A/D-Umsetzern 43&sub1;B und 43&sub2;B in entsprechende digitale Werte VH und VL für hohen und niedrigen Pegel gesteuert durch die Impulse CN umgesetzt, die den A/D-Umsetzern als Steuerimpulse zugeführt werden, wie in Fig. 7C dargestellt. Die so erhaltenen digitalen Werte werden in der CPU 44B verarbeitet, um einen Differenzwert Vdef zwischen den Werten für hohen und niedrigen Pegel (Vdef = VH - VL) innerhalb eines Zyklus des Laserstrahls zu erzeugen, wie am PSD erhalten, was für jedes der Ausgangssignale I&sub1; und I&sub2; von jedem der optischen Köpfe 10B und 20B erfolgt. Diese Subtraktion kann daher jegliche Schwankungen der Eigenschaften der elektrischen Komponenten in der Schaltung wie auch die Hintergrundbeleuchtung aufheben, da derartige Schwankungen in gleicher Weise in den Werten mit hohem und niedrigem Pegel auftreten und daher im Differenzwert (Vdef = VH - VL) beseitigt sein können. Dies ist deutlicher erkennbar, wenn das Folgende unter Bezugnahme auf die Fig. 8A und 8B berücksichtigt wird, die beispielhaft den Signalverlauf des am PSD empfangenen Laserstrahis und den Signalverlauf, mit durchgezogener Linie, am Ausgang der Verstärker 41&sub1;B oder 41&sub2;B veranschaulichen. Das Ausgangssignal des Verstärkers ergibt Werte VH und VL für hohen und niedrigen Pegel, die die richtigen Werte VHT und VLT (in Fig. 8B als gestrichelter Signalverlauf dargestellt) zuzüglich der Schwankungen var mit jeweils gleichem Ausmaß beinhalten, wie nachfolgend wiedergegeben:
VH = VHT + var
VL = VLT + var
Daher hebt das Substrahieren von VH und VL die Schwankungen auf und führt zur Differenz zwischen den richtigen Werten (VHT - VLT). Auf diese Weise kann das System die Ausgangssignale I&sub1; und I&sub2; des PSD in jedem optischen Kopf zuverlässig entnehmen und richtige Daten bilden, die die Position der Gegenstandsoberfläche anzeigen, und es kann daher die Abstände einzelner Punkte auf der Gegenstandsoberfläche zur Bezugsebene PLref zuverlässig messen, für eine genaue Ermittlung der Tiefe D einer Stufe in der Gegenstandsoberfläche.
Das System kann außerdem fehlerfrei arbeiten, indem es Messungen ungültig macht, wenn der Wert VH für hohen Pegel oder der Wert VL für niedrigen Pegel unter einen Zulässigkeitsbereich R des A/D-Umsetzers 43&sub1;B oder 43&sub2;B geht. Wenn z. B., wie es in Fig. 9A und 9B dargestellt ist, der Pegel des am PSD empfangenen Laserstrahls beträchtlich ansteigt, wie es in Fig. 9A dargestellt ist, z. B. wegen einer plötzlichen Zunahme des Reflexionsvermögens der Gegenstandsoberfläche, tritt ein Überschwingen im Ausgangssignal der A/H-Schaltung auf, so daß der A/D-Umsetzer 43&sub1;B ein Ausgangssignal mit anomal erhöhtem hohem Pegel über dem Zulässigkeitsbereich R für einige Zeit empfängt, wie durch das Zeitintervall T&sub1; in Fig. 9B gekennzeichnet, bis das Ausgangssignal mit korrektem Pegel erreicht wird. In diesem Intervall erzeugt der A/D- Umsetzer den Wert maximalen Pegels, obwohl dieser nicht tatsächlich die Intensität des am PSD empfangenen Laserstrahls anzeigt, was demgemäß zu einer fehlerhaften Messung in der CPU führen würde. Jedoch kann eine derartige fehlerhafte Messung durch die obengenannte Anordnung vermieden werden, die für beide Ausgangssignale I&sub1; und I&sub2; des PSD für jeden der optischen Köpfe 10B und 20B angewandt wird.

Viertes Ausführungsbeispiel < Fig. 10 und 11>

Fig. 10 veranschaulicht ein entsprechendes optisches Meßsystem gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das dem Grunde nach mit dem ersten Ausführungsbeispiel identisch ist, mit der Ausnahme, daß ein Überwachungsabschnitt 60 in einer Verarbeitungsschaltung 40C vorhanden ist, um zu überprüfen, ob der erste und zweite optische Kopf 10C und 20C korrekt mit entsprechenden Verbindern C&sub1; und C&sub2; der Verarbeitungsschaltung 40C verbunden sind. Gleiche Elemente und Komponenten sind mit denselben Zahlen mit dem Zusatzbuchstaben "C" gekennzeichnet. Die Verbinder C&sub1; und C&sub2; sind an einem Gehäuse vorhanden, das die Verarbeitungsschaltung 40C enthält, zusammen mit dem Überwachungsabschnitt 60, einem Oszillator 50C, einer Umschaltersteuerung 30C und dem Umschalter 31C. Da einige Abweichungen hinsichtlich der Ausgangscharakteristik der getrennten Köpfe 10C und 20C vorhanden sein können, erfolgt eine Kalibrierung im System, um diese Abweichung zu kompensieren, um eine korrekte Messung zu erhalten. D. h., daß die Verarbeitungsschaltung 40C durch den Kalibriervorgang eine geeignete Kompensation erfährt, wobei der Kompensationswert im Speicher abgespeichert wird und bei der Messung der einzelnen Abstände der Punkte auf der Gegenstandsoberfläche aus den Ausgangssignalen der getrennten Köpfe 10C und 20C verwendet wird. Eine solche Kompensation kann bewirkt werden, vorausgesetzt, daß die zwei optischen Köpfe 10C und 20C korrekt mit den Verbindern C&sub1; und C&sub2; der Verarbeitungsschaltung 40C verbunden sind. Korrekte Verbindung wird im Überwachungsabschnitt 60 überprüft, um für korrekte Messungen zu sorgen. Wie in Fig. 11 dargestellt ist, umfaßt der Überwachungsabschnitt 60 ein Paar aus einem ersten und einem zweiten Komparator 61 und 62 sowie einen Umschalter 63, der durch die CPU der Verarbeitungsschaltung gesteuert wird, um aufeinanderfolgend verschiedene Spannungssignale V&sub1; und V&sub2; für die einzelnen Köpfe 10C und 20C über die Verbinder C&sub1; und C&sub2; zu übertragen. Die Spannungssignale V&sub1; und V&sub2; werden von Adreßsignalgeneratoren 17&sub1; und 17&sub2; ausgegeben, die in den optischen Köpfen 10C bzw. 20C enthalten sind. In diesem Fall wird das Spannungssignal V&sub1; für den ersten Kopf 10C aus einer festen Spannung V über einen Widerstand R&sub1; erhalten, während das Spannungssignal V&sub2; direkt aus der festen Spannung V erhalten wird. Ein Widerstand R&sub2; ist gemeinsam mit den (+)-Eingängen der Komparatoren 61 und 62 verbunden, so daß der erste und zweite Komparator 61 und 62 an ihren (+)-Eingängen die Spannung Vin = V x R&sub2;/(R&sub1; + R&sub2;) bzw. Vin = V erhalten, wenn der erste und zweite optische Kopf 10C und 20C korrekt mit den Verbindern C&sub1; bzw. C&sub2; verbunden sind. Der erste und der zweite Komparator 61 und 62 verfügen über Bezugsspannungen Vref1 und Vref2 (Vref1 < Vref2), so daß der erste Komparator 61 ein Signal vom Pegel H ausgibt, wenn die Eingangsspannung Vin die Bezugsspannung Vrefl übersteigt, und er andernfalls ein Signal vom Pegel L ausgibt, und der zweite Komparator 62 ein Signal vom Pegel H ausgibt, wenn die Eingangsspannung Vin die Bezugsspannung Vref2 übersteigt, und andernfalls ein Signal vom Pegel L. Die Ausgangssignale des ersten und zweiten Komparators 61 und 62 werden der CPU der Verarbeitungsschaltung 40C zugeführt, wo sie analysiert werden, um zu beurteilen, ob die Köpfe 10C und 20C korrekt mit den zugehörigen Verbindern C&sub1; und C&sub2; verbunden sind. Wenn z. B. der erste Komparator 61 das Signal vom Pegel H ausgibt, wie es anzeigt, daß entweder der Kopf 10C oder 20C mit dem Verbinder C&sub1; verbunden ist, überprüft die CPU das Ausgangssignal des zweiten Komparators 62 und beurteilt, daß die Köpfe 10C und 20C korrekt mit den zugehörigen Anschlüssen C&sub1; bzw. C&sub2; verbunden sind, wenn der zweite Komparator 62 das Signal vom Pegel H ausgibt, und daß die Köpfe 10C und 20C falsch mit den Anschlüssen C&sub1; bzw. C&sub2; verbunden sind oder sogar keine Verbindung zum Anschluß C&sub2; besteht, wenn der zweite Komparator 62 das Signal vom Pegel L ausgibt. Ferner bestätigt die CPU, wenn der erste Komparator 61 das Signal vom Pegel L ausgibt, daß zumindest der Anschluß C&sub1; mit keinem der Köpfe verbunden ist. Wenn fehlende oder falsche Verbindung erkannt wird, reagiert das System so, daß es die Messung sperrt und ein Warnsignal erzeugt, das den Benutzer dazu zwingt, die Köpfe erneut an die richtigen Anschlüsse anzuschließen. Anstatt Spannungssignale zu verwenden, die unter Verwendung des Widerstands R&sub1; verschieden sind, ist es auch möglich, codierte Signale von den einzelnen Köpfen zu verwenden, damit die Verarbeitungsschaltung die Köpfe durch Analyse der codierten Signale erkennen kann.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf ein Meßsystem mit zwei Köpfen beschränkt sein soll, sondern daß sie drei oder mehr optische Köpfe zum Analysieren einer betrachteten Gegenstandsoberfläche mit drei oder mehr Punkten auf der Gegenstandsoberfläche enthalten kann. Auch bei einer solchen Modifizierung ist eine einzelne Verarbeitungsschaltung für die Messung der einzelnen Abstände oder Positionen dieser Punkte aus den Ausgangssignalen der einzelnen optischen Köpfe zuständig.

Claims

1. Optisches Meßsystem zum Ermitteln der Tiefe einer Stufe im Profil eines Gegenstands, das folgendes aufweist:

- einen ersten optischen Kopf (10) mit einer Lichtprojiziereinrichtung (11, 12, 13) zum Lenken eines ersten Lichtstrahls auf einen ersten Punkt auf einer Oberfläche des Gegenstands, und mit einer Lichtsensoreinrichtung (14), die so angeordnet ist, daß sie vom ersten Punkt auf der Oberfläche reflektiertes Licht empfängt, um ein erstes Ausgangssignal zu erzeugen, das sich proportional zum rechtwinkligen Abstand (D1) des ersten Punkts auf der Gegenstandsoberfläche von einer Bezugsebene (PLref) ändert;

- einen zweiten optischen Kopf (20) mit einer Lichtprojiziereinrichtung (21, 22, 23) zum Lenken eines zweiten Lichtstrahls auf einen zweiten Punkt auf einer Oberfläche des Gegenstands, und mit einer Lichtsensoreinrichtung (24), die so angeordnet ist, daß sie vom zweiten Punkt auf der Oberfläche reflektiertes Licht empfängt, um ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen, das sich proportional zum rechtwinkligen Abstand (D2) des zweiten Punkts auf der Gegenstandsoberfläche von der Bezugsebene (PLref) ändert;

- eine Schaltung zum Analysieren der Gegenstandsoberfläche auf Grundlage des ersten und zweiten Ausgangssignals; wobei das System durch folgendes gekennzeichnet ist:

- eine Umschalteinrichtung (31) zum selektiven Verbinden des ersten und zweiten Ausgangssignals mit einer einzelnen Verarbeitungsschaltung (40), die so betreibbar ist, daß sie das erste und zweite Ausgangssignal aufeinanderfolgend mittels einer Triangulation der rechtwinkligen Abstände (D1, D2) des ersten und zweiten Punkts von der Bezugsebene (PLref) mißt und sie die rechtwinkligen Abstände (D1, D2) subtrahiert, um dadurch die Tiefe der Stufe im Profil des Gegenstands zu ermitteln.

2. Optisches Meßsystem nach Anspruch 1, bei dem der erste und zweite optische Kopf (10, 20) so gesteuert werden, daß sie den ersten und zweiten impulsmodulierten Lichtstrahl (I&sub1;, I&sub2;) aufeinanderfolgend abstrahlen, wobei die Verarbeitungsschaltung (40) eine Demodulatoreinrichtung (42&sub1;, 42&sub2;), die so arbeitet, daß sie das erste und zweite Ausgangssignal (11, 12) demoduliert, und eine Einrichtung zum Verarbeiten der sich ergebenden demodulierten Signale aufweist, um die rechtwinkligen Abstände (D1, D2) zu messen.

3. Optisches Meßsystem nach Anspruch 1, bei dem der erste und zweite optische Kopf (10A, 20A) so ausgebildet sind, daß sie einen ersten und einen zweiten Lichtstrahl abstrahlen, die so impulsmoduliert sind, daß sie voneinander verschiedene Schwingungsfreguenzen aufweisen, wobei die Verarbeitungsschaltung (40A) eine Demodulatoreinrichtung (42&sub1;A, 42&sub2;A), die so arbeitet, daß sie das erste und zweite Ausgangssignal demoduliert, und eine Einrichtung zum Verarbeiten der sich ergebenden demodulierten Signale aufweist, um die rechtwinkligen Abstände (D1, D2) zu messen.

4. Optisches Meßsystem nach Anspruch 1, bei dem die Verarbeitungsschaltung (40) eine Kalibriereinrichtung enthält, die Abweichungen zwischen den rechtwinkligen Abständen (D1, D2) wie jeweils aus dem ersten und zweiten Ausgangssignal vom ersten und zweiten optischen Kopf (10B, 20B) gemessen, kompensiert, wenn der erste und zweite Lichtstrahl auf den ersten und zweiten Punkt gerichtet werden, die auf einer optischen Ebene parallel zur Bezugsebene (PLref) ausgewählt sind.

5. Optisches Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 4, ferner mit einer Einrichtung zum Einstellen des Abstands zwischen den optischen Achsen des ersten und zweiten Lichtstrahls entlang einer Richtung rechtwinklig zu den optischen Achsen.

6. Optisches Meßsystem nach Anspruch 1, bei dem der erste und zweite Lichtstrahl moduliert werden, wobei jeder Lichtstrahl abwechselnd einen hohen und niedrigen Pegel aufweist, so daß der erste und zweite optische Kopf (10B, 20B oder 10C, 20C) Werte mit hohem Pegel und niedrigem Pegel hinsichtlich sowohl des ersten als auch zweiten Ausgangssignals erzeugen, wobei die Verarbeitungsschaltung (40B oder 40C) eine Pegelerkennungseinrichtung aufweist, um die Differenz zwischen den Werten mit hohem und niedrigem Pegel für jeweils das erste und zweite Ausgangssignal zu berechnen, und um die Differenz als richtigen Wert für das erste und zweite Ausgangssignal zu verwenden, um den ersten und zweiten rechtwinkligen Abstand (D1, D2) zu messen.

7. Optisches Meßsystem nach Anspruch 6, bei dem die Pegelerfassungseinrichtung eine Abtast/Halte-Schaltung (48&sub1;, 48&sub2;) umfaßt, die synchron mit dem impulsmodulierten ersten und zweiten Lichtstrahl arbeitet, um Werte mit hohem und niedrigem Pegel sowohl für das erste als auch zweite Ausgangssignal zu erhalten.

8. Optisches Meßsystem nach Anspruch 6, bei dem die Verarbeitungsschaltung (40C) eine Fehlererkennungseinrichtung (61, 62) aufweist, die die Messung des ersten und zweiten Abstands ungültig macht, wenn der Wert mit hohem Pegel einen vorgegebenen maximalen Pegel übersteigt oder wenn der Wert mit niedrigem Pegel unter einen vorgegebenen Minimalpegel fällt.

9. Optisches Meßverfahren zum Ermitteln der Tiefe einer Stufe im Profil eines Gegenstands, das folgendes aufweist:

- einen zweiten optischen Kopf (20) mit einer Lichtprojiziereinrichtung (21, 22, 23) zum Lenken eines zweiten Lichtstrahls auf einen zweiten Punkt auf einer Oberfläche des Gegenstands, und mit einer Lichtsensoreinrichtung (24), die so angeordnet ist, daß sie vom zweiten Punkt auf der Oberfläche reflektiertes Licht empfängt, um ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen, das sich proportional zum rechtwinkligen Abstand des zweiten Punkts auf der Gegenstandsoberfläche von der Bezugsebene ändert;

wobei das Verfahren durch die Verwendung von folgendem gekennzeichnet ist:

- einer einzelnen Verarbeitungsschaltung (40), die das erste und zweite Ausgangssignal verarbeiten kann, um durch Triangulation die rechtwinkligen Abstände (D1, D2) des ersten und zweiten Punkts jeweils von der Bezugsebene (PLref) zu messen und eine Oberfläche des Gegenstands auf Grundlage der so gemessenen rechtwinkligen Abstände (D1, D2) zu analysieren;

- wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Ausgeben des ersten Ausgangssignals vom ersten optischen Kopf (10) an die gemeinsame Verarbeitungsschaltung (40), um den ersten rechtwinkligen Abstand (D1) zu ermitteln, und anschließendes Ausgeben des zweiten Ausgangssignals vom zweiten optischen Kopf (20) an die gemeinsame Verarbeitungsschaltung (40), um den zweiten rechtwinkligen Abstand (D2) zu ermitteln, und Sub trahieren des ersten und zweiten rechtwinkligen Abstands (D1, D2), um dadurch die Tiefe der Stufe im Profil des Gegenstands zu ermitteln.