EP1272811A1 - Interferometrische messvorrichtung - Google Patents

Interferometrische messvorrichtung

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Publication number
EP1272811A1
EP1272811A1 EP02740218A EP02740218A EP1272811A1 EP 1272811 A1 EP1272811 A1 EP 1272811A1 EP 02740218 A EP02740218 A EP 02740218A EP 02740218 A EP02740218 A EP 02740218A EP 1272811 A1 EP1272811 A1 EP 1272811A1
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EP
European Patent Office
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measuring device
radiation
path
light path
measurement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02740218A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Lindner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10123844A external-priority patent/DE10123844A1/de
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1272811A1 publication Critical patent/EP1272811A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
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    • G01B9/02065—Active error reduction, i.e. varying with time by particular adjustment of coherence gate, i.e. adjusting position of zero path difference in low coherence interferometry using a second interferometer before or after measuring interferometer
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    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/0209—Low-coherence interferometers

Definitions

  • the invention relates to an interferometric measuring device for measuring a surface or interface of a measurement object.
  • Such an interferometric measuring device is identified as known in DE 1 97 2 1 843 C1, this known interferometric measuring device being constructed as a white light interferometer measuring device with a section designed as a modulation interferometer and a section designed as an imaging interferometer that is assigned to the measurement object.
  • the imaging interferometer is designed in such a way that measurements can also be carried out in narrow cavities. It is suggested that a first 02/082007
  • a measuring probe can be inserted into cavities. E.g. in a manufacturing process during measurement, vibrations of the measuring device and / or the measurement object can result in inaccuracies in the measurement result.
  • a radiation generation unit for example a light-emitting diode or superluminescent diode, emits a short-coherent radiation, which is split via a beam splitter into a first partial beam guided via object light and a second partial beam guided via a reference path.
  • the reference light path is changed periodically by means of two deflector elements and a fixed diffraction grating arranged behind them by actuating the deflector elements in order to scan the object surface in the depth direction. If the object light path and the reference light path match, there is a maximum 02/082007
  • the interference contrast which is detected by means of an evaluation device connected downstream of the photodetector device.
  • the invention has the object of providing an interferometric measurement device of the type mentioned to provide, with the impact of '
  • connection unit is provided, by means of which at least one section of the measuring device associated with the measurement object can be directly mechanically rigidly and detachably connected to the measurement object.
  • Connection unit is a mechanical adaptation between the measurement object and the measuring device for the measurement process. Then the connection can be released and a mechanically rigid coupling to the subsequent measurement object can be made, e.g. carry out a quality control in a series production.
  • connection unit is formed by a plug, clamp, tension, snap, clip or screw connection.
  • An advantageous embodiment of the interferometric measuring device is that it is designed as a white light interferometer measuring device with an object light path and a reference light path and that at least the reflective reference plane can be connected to the measuring object by means of the connecting unit.
  • a compact structure is achieved in that the object light path and the reference light path form an interconnected rigid unit consisting of object arm and reference arm. 02/082007
  • the white light interferometer has a modulation interferometer and an imaging interferometer assigned to the object, this results in a simplified operation since the generally more complex modulation interferometer with the device for changing the light path is separated from the imaging interferometer assigned to the measurement object, which corresponds to this - can be constructed simply and robustly and can be adapted to the respective measuring task.
  • a structure advantageous for handling z. B characterized by a short-coherent radiation generating unit, a beam splitter for forming a first and a second partial beam, with the measurement changing the optical path length of the first partial beam relative to the optical path length of the second partial beam, the one formed by the beam splitter first partial beam is first directed to a fixed first mirror via a first arm, while the second partial beam is directed to the reflecting element via a second arm, the optical path difference between the first and second arms being greater than the coherence length of the radiation, wherein the radiation which comes from the first mirror 1 and the reflecting element and which is passed on together is guided by means of a further beam splitter partly via the object light path to the measurement object and partly via the reference path to a reference mirror, the reference mirror being in a s such a distance is arranged with respect to the measurement object that the path difference between the first mirror and the reflecting element is eliminated, and wherein the radiation incident on the reference mirror and that directed to the measurement object Radiation reflects superimposed and is recorded by
  • a construction which is favorable for handling consists in that the reference light path is formed in a separate reference office or in an optical probe through which the radiation guided to the measurement object is also guided, the reference mirror reflecting the part of the radiation belonging to the reference light path and that part of the object light path that transmits the radiation.
  • a simple measurement of different measuring surfaces is made possible by arranging at least one optical element and / or elements deforming the wavefront of the radiation in the object light path.
  • At least one intermediate image is generated in the object light path and in that both the radiation leading to the measurement object and the radiation returning from it run through the optical probe.
  • a favorable construction also results from the fact that the reference mirror is provided on a plane plate or a prism.
  • a fiber optic is arranged between the beam splitter and the further beam splitter.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an interferometric measuring device with a modulation interferometer and an imaging interferometer rigidly connected to an object, 02/082007
  • Fig. 2 shows another embodiment in which the imaging interferometer has a Commo ⁇ -Path structure and is rigidly connected to the object, and
  • Fig. 3 shows a further structure of the interferometric measuring device with a common reference and measuring light path (Cornmon Path
  • Fig. 1 shows an interferometric measuring device with a modulation interferometer MI removed from an object D to be measured and an imaging interferometer AI assigned to the object O.
  • the modulation interferometer MI has a short-coherent or broadband radiation-generating radiation unit SLD, such as a light-emitting diode or superluminescent diode, the radiation of which is divided by means of a beam splitter ST1 into a first partial beam T1 of a first arm and a second partial beam T2 of a second arm.
  • SLD short-coherent or broadband radiation-generating radiation unit
  • the setup corresponds to a Michelson interferometer.
  • the second partial beam T2 is reflected by a reference plane in the form of a reference mirror RSP1, the second arm periodically, for example, by moving the reference mirror RSP1 or by means of acousto-optical deflectors, as described in DE 1 97 21 842 C2 mentioned at the beginning will be changed. If the change in the light path s with two O 02/082007
  • the optical path difference between the arms thus formed is greater than the coherence length of the one generated by the radiation generation unit SLD
  • the reflected radiation is fed into the imaging interferometer via the beam splitter ST1, a fiber optic LF and a further beam splitter ST2.
  • An object light path with an optical probe OS and a reference light path with a further reference mirror RSP2 are formed in the imaging interferometer AI, which is likewise designed as a Michelson interferometer.
  • the radiation is coupled into the optical probe OS, so that the radiation is a surface of a measurement object to be measured
  • the object surface is imaged by the optical probe OS via one or more intermediate images, for example, on a photodetector device in the form of an image converter or image sensor BS, for example a CCD camera.
  • the image of the measurement object O on the image sensor BS is overlaid with the reference wave of the second partial beam of the reference light path.
  • high interference contrast occurs when a path difference in the reference light path and the measurement light path is smaller than the coherence length.
  • the measuring principle is based on white light interferometry (short-coherence interferometry), as described in more detail in the publications mentioned at the beginning.
  • the length of the reference light path is varied over the entire measuring range for scanning in the depth direction of the surface to be measured by moving the mirror RSP1 in the second arm of the modulation interferometer MI, the length of the reference light path at which the highest interference contrast occurs being detected for each measuring point ,
  • the intermediate images make it possible to image the surface of the measurement object with a high lateral resolution over a distance that is large compared to the diameter of the imaging optics.
  • the optical probe OS is similar to an endoscope or borescope, but the illumination and the return of the radiation coming from the measurement surface are carried out via the same optical arrangement via at least one intermediate image. In Fig. 1, some lenses L are shown schematically as further imaging elements. The actual intermediate images are generated in the optical probe OS.
  • the same optical probe can also be integrated into the reference path between the beam splitter ST2 and the reference mirror RSP2 as in the object path between the beam splitter ST2 and the measurement object O.
  • the interferometric measuring device can also be arranged with a common reference and measuring arm (common path 5 order).
  • the interferometric measuring device is again illuminated with a short-coherent (broadband) radiation generation unit.
  • the beam splitter ST1 divides the light into the first partial beam T1 and the second partial beam T2, the first partial beam T1 being fixed on the first mirror SP1 and the second partial beam T2 falling on the reflecting element RS P1 in the form 10 of the reference mirror.
  • the optical path difference between the arms thus formed is in turn greater than the coherence length of the radiation generated by the radiation generating unit SLD.
  • the reflected radiation is fed into the optical probe OS via the beam splitter ST1 and the further beam splitter ST2.
  • the peculiarity of this construction is that a reference mirror RSP2 is located in the object path or in the optical probe OS itself.
  • the reference mirror RSP2 can be applied on a flat plate or on a prism. By using a prism, the wavefront of the radiation illuminating the object surface, i.e. the object wave to the geometry
  • the measurement object O is in turn imaged on the image sensor BS by means of the optical probe OS and superimposed on the reference wave by means of one or more intermediate images.
  • the reflecting element RSP1 is moved over the measuring range or the change in the light 02/082007
  • the radiation from the beam splitter ST1 can also be transmitted to the further beam splitter ST1 by means of fiber optics LF, as shown in FIG. 2 shown.
  • fiber optics LF fiber optics LF
  • a free jet setup can be selected.
  • the imaging interferometer A is designed as a rigid mechanical unit, at least in the section of the object light path and the reference light path, which in turn is rigidly and detachably connected directly to the measurement object O during the measurement by means of a connection unit VE in a connection area VB ,
  • the connection unit is, for example, a screw connection with a union nut, a screw section of the imaging interferometer AI that can be screwed into a threaded bore of the measurement object O, a plug connection, a snap or clip 02/082007
  • the object light path or object arm and the reference light path or reference arm can be inserted together into the measurement object O.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine interferometrische Messvorrichtung zum Vermessen einer Oberfläche oder Grenzfläche eines Messobjektse (o). Ein Einfluss von Erschütterungen auf das Messergebnis wird dadurch unterbunden, dass eine Verbindungseinheit (VE) vorgesehen ist, mit der zumindest ein dem Messobjekt (O) zugeordneter Abschnitt der Messvorrichtung mit dem Messobjekt (O) unmittelbar mechanisch starr und lösbar verbindbar ist.

Description

02/082007
fnterferometrische Messvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine iπterferometrische Messvorrichtung zum Vermessen einer Oberfläche oder Grenzfläche eines Messobjektes.
Stand der Technik
Eine derartige interferometrische Messvorrichtung ist in der DE 1 97 2 1 843 C1 als bekannt ausgewiesen, wobei diese bekannte interferometrische Messvorrichtung als Weißlichtinterferometer-Messvorrichtung mit einem als Modulations- interferometer ausgebildeten Abschnitt und einem als Abbildungsinterferometer ausgebildeten Abschnitt aufgebaut ist, der dem Messobjekt zugeordnet ist. Das Abbildungsinterferometer ist derart ausgebildet, dass Messungen auch in engen Hohlräumen durchgeführt werden können. Hierbei ist vorgeschlagen, einen ers- 02/082007
teπ Teilstrahl weiter in einen Referenz-Teilstrahl und mindestens einen Mess-
Teilstrahl zu trennen, wobei ein weiterer Strahlteiler und ein Referenzspiegel in einer gemeinsamen Messsonde angeordnet sind. Eine derartige Messsonde kann in Hohlräume eingeführt werden. Treten z.B. in einem Fertigungsprozess bei der Messung Erschütterungen auf, so können durch die Vibrationen der Messvor- richtung und/oder des Messobjektes Ungenauigkeiten im Messergebnis entstehen.
Das Prinzip' der Weißlichtinterferometrie oder Kurzkohärenzinterferometrie ist beispielsweise in P. de Groot, L. Deck, "Surface profiling by analysis of white- light interferograms in the spatial frequency domain " J. Mod. Opt., Vol. 42, No.
2, 389-401 , 1 995 und T. Maack, G. Notni, W. Schreiber, W.-D. Prenzel, "En- doskopisches 3D-Formmesssystem", in Jahrbuch für Optik und Feinmechanik, Ed. W.-D. Prenzel, Verlag Schiele und Schoen, Berlin, 231 -240, 1 998 erläutert.
Ferner ist der Aufbau einer interferometrischen Messvorrichtung auch in der DE
197 21 843 C2 angegeben. Bei dieser bekannten Messvorrichtung gibt eine Strahlungserzeugungseinheit, beispielsweise eine Leuchtdiode oder Superlumineszenzdiode, eine kurzkohärente Strahlung ab, die über einen Strahlteiler in einen ersten, über einen Objektlicht geführten Teilstrahl und einen zweiten, über einen Refereπzlichtweg geführten Teilstrahl aufgeteilt wird. Der Referenzlichtweg wird mittels zweier Deflektorelemente und eines dahinter angeordneten, feststehenden Beugungsgitters durch Ansteuern der Deflektorelemeπte periodisch geändert, um die Objektoberfläche in Tiefenrichtung abzutasten. Wenn der Objektlichtweg und der Referenzlichtweg übereinstimmen, ergibt sich ein Maximum 02/082007
des Interferenzkontrastes, der mittels einer der Photodetektoreinrichtung nachgeschalteten Auswerteeinrichtuπg erkannt wird.
Bei einer in der DE 41 08 944 A1 angegebenen weiteren Weißlichtinterfero- meter-Messvorrichtung wird zur Änderung des Lichtweges in dem Referenz- strahlengang ein bewegter Spiegel verwendet. Auch bei diesen Verfahren sind
Auswirkungen von Erschütterungen der Messvorrichtung und/oder des Messobjektes auf-das Messergebnis nicht ausgeschlossen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine interferometrische Messvor- richtung der eingangs genannten Art bereit zu stellen, mit der Auswirkungen von '
Erschütterungen der Messvorrichtung und/oder des Messobjektes auf das Messergebnis möglichst vollständig ausgeschlossen werden.
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass eine Verbindungseinheit vorgesehen ist, mittels der zumindest ein d em Messobjekt zugeordneter Abschnitt der Messvorrichtung mit dem Messobjekt unmit- telbar mechanisch starr und lösbar verbindbar ist.
Durch die mechanisch starre Verbindung zwischen dem Messobjekt u nd der in- terferometrischen Messvorrichtung teilen sich Bewegungen während einer Erschütterung dem Messobjekt und der Messvorrichtung in gleicher Weise mit, so dass sie nicht zu einer Verfälschung des Messergebnisses führen. Mittels der 02/082007
. 4
Verbindungseinheit ist eine mechanische Adaption zwischen dem Messobjekt und der Messvorrichtung für den Messvorgaπg gegeben. Danach ka nn die Verbindung gelöst und eine mechanisch starre Ankopplung an dem nachfolgenden Messobjekt hergestellt werden, um z.B. bei einer Serienfertigung eine Qualitätskontrolle durchzuführen.
Verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten bestehen darin, dass die Verbindungseinheit durch eine Steck-, Klemm-, Spann-, Rast-, Klips- oder Schraubverbindung gebildet ist.
Prinzipiell ist es möglich, diese Maßnahmen zur Erschütterungskompensation bei verschiedenen interferometrischen Messvorrichtungen, z.B. der klassischen In- terferometrie und der 2-Wellenlängeπ-lnterferometrie mit entsprechender Ausbildung der Datenerfassung anzuwenden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der interferometrischen Messvorrichtu ng besteht darin, dass sie als Weißlichtinterferometer-Messvorrichtung mit einem Objektlichtweg und einem Referenzlichtweg ausgebildet ist und dass zumindest die reflektierende Referenzebene mittels der Verbindungseinheit mit dem Messobjekt verbindbar ist.
Ein kompakter Aufbau wird dabei dadurch erzielt, dass der Objektlichtweg und der Referenzlichtweg eine miteinander verbundene starre Einheit aus Objektarm und Refereπzarm bilden. 02/082007
Ist vorgesehen, dass das Weißlichtinterferometer ein Modulationsinterferometer und ein dem Objekt zugeordnetes Abbildungsinterferometer aufwei st, so ergibt sich eine vereinfachte Bedien ung, da das in der Regel aufwendigere Modulationsinterferometer mit der Vorrichtung zum Ändern des Lichtweges getrennt ist von dem dem Messobjekt zugeordneten Abbildungsinterferometer, das entspre- chend einfach und robust aufgebaut und an die jeweilige Messaufgabe ange- passt sein kann .
Im Einzelnen ist ein für die Handhabung vorteilhafter Aufbau z. B. gekennzeichnet durch eine eine kurzkohärente Strahlung abgebende Strahlungserze ugungsein- heit, einen Strahlteiler zum Bilden eines ersten und eines zweiten Teilstrahls, wobei zur Messung die optische Weglänge des ersten Teilstrahles relativ zur optischen Weglänge des zweiten Teilstrahls geändert wird, wobei der von dem Strahlteiler gebildete erste Teilstrahl zunächst über einen ersten Arm auf einen feststehenden ersten Spiegel gerichtet ist, während der zweite Teil strahl über einen zweiten Arm auf das reflektierende Element gerichtet ist, wobei der optische Gangunterschied zwischen dem ersten und zweiten Arm größer ist als die Kohärenzlänge der Strahlung, wobei die von dem ersten Spiege l und dem reflektierenden Element kommende, gemeinsam weiter geleitete Strahlung mittels eines weiteren Strahlteilers zum Teil über den Objektlichtweg zu dem Messobjekt und zum Teil über den Refereπzlichtweg zu einem Referenzspiegel geleitet ist, wobei der Referenzspiegel in einer solchen Entfernung bez üglich des Messobjektes angeordnet ist, dass der Gangunterschied zwischen d em ersten Spiegel und dem reflektierenden Element aufgehoben ist, und wobei d ie auf den Referenzspiegel auffallende Strahlung und die zu dem Messobjekt geführte Strahlung reflektiert überlagert und von einer Photodetektoreinrichtung mit einem Bildaufnehmer aufgenommen wird .
Ein für die Handhabung günstiger Aufbau besteht dabei darin, dass der Referenzlichtweg in einem eigenen Refereπzamt oder in einer optischen Sonde gebildet ist, durch die auch die zu dem Messobjekt geführte Strahlung geleitet ist, wobei der Referenzspiegel den Teil der zu dem Referenzlichtweg gehörenden Strahlung reflektiert und den Teil der zu dem Objektlichtweg gehören den Strahlung durchlässt. '
Eine einfache Vermessung unterschiedlicher Messflächen wird dadurch ermöglicht, dass im Objektiichtweg mindestens ein optisches Element und/oder die Wellenfront der Strahlung verformende Elemente angeordnet sind.
Ist vorgesehen, dass in dem Objektlichtweg eine optische Sonde mit einer opti- sehen Anordnung zum Erzeugen mindestens einer optischen Zwischen abbildung vorgesehen ist, so wird eine hohe laterale Auflösung der Messfläche ermöglicht, wie in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 1 00 47 495 der Anmelderin näher ausgeführt.
Günstige Ausgestaltungen bestehen dabei darin, dass die mindestens eine Zwischenabbildung im Objektiichtweg erzeugt wird, und darin, dass durch die optische Sonde sowohl die zu dem Messobjekt hinführende als auch die von ihm zurückkommende Strahlung verlaufen. Ein günstiger Aufbau ergibt sich weiterhin dadurch, dass der Referenzspiegel auf einer Planplatte oder einem Prisma vorgesehen ist.
Für die Handhabung ist es vorteilhaft, dass zwischen dem Strahlteiler und dem weiteren Strahlteiler eine Faseroptik angeordnet ist.
Für den Aufbau und die Bedienung können sich weiterhin Vorteile dadurch ergeben, dass in dem Objektiichtweg zum Erzeugen der'Zwischenabbildung ein En- doskop angeordnet ist.
Weitere günstige Ausgestaltungsmöglichkeiten bestehen darin, dass in dem Objektiichtweg eine Rundsichtoptik oder eine Superpositionsoptik angeordnet ist, und darin, dass sie zum Abtasten unterschiedlicher Messflächen mehrere Referenzebenen aufweist.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer interferometrisc en Mess- vorrichtung mit einem Modulationsinterferometer und einem mit einem Objekt starr verbundenen Abbildungsinterferometer, 02/082007
8
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Abb ildungsinterferometer einen Commoπ-Path-Aufbau besitzt und starr mit dem Objekt verbunden ist, und
Fig . 3 einen weiteren Aufbau der interferometrischen Messvorrichtung mit einem gemeinsamen Referenz- und Messlichtweg (Cornmon-Path-
Aufbau) .
Ausführungsbeispiel
Fig . 1 zeigt eine interferometrische Messvorrichtung mit einem vo n einem zu vermessenden Objekt D entfernten Modulationsinterferometer MI und einem dem Objekt O zugeordneten Abbildungsinterferometer AI . Das Modulationsinter- ferometer MI besitzt eine eine kurzkohärente bzw. breitbandige Strahlung abgebende Strahlungserzeugungseinheit SLD, wie z.B. eine Leuchtdiode oder Superlumineszenzdiode, deren Strahlung mittels eines Strahlteilers ST1 in einen ersten Teilstrahl T1 eines ersten Armes und einen zweiten Teilstrahl T2 eines zweiten Armes aufgeteilt wird. Der Aufbau entspricht einem Michelson-Inter- ferometer. In dem zweiten Arm wird der zweite Teilstrahl T2 von einer Referenzebene in Form eines Referenzspiegels RSP1 reflektiert, wobei der zweite Arm beispielsweise durch Bewegen des Refereπzspiegels RSP1 oder mittels aku- stooptischer Deflektoren, wie in der eingangs erwähnten DE 1 97 21 842 C2 beschrieben, periodisch geändert wird. Wird die Änderung des Lichtweg s mit zwei O 02/082007
akusto-optischen Deflektoren vorgenommen, so erübrigt sich ein mechanisch bewegtes reflektierendes Element, sondern stattdessen kann ein feststehendes Element, insbesondere ein Gitter, verwendet werden.
Der optische Gangunterschied zwischen den so gebildeten Armen ist größer als die Kohärenzlänge der von der Strahlungserzeugungseinheit SLD erzeugten
Strahlung. Von den beiden Spiegeln SP1 und RSP1 aus wird die reflektierte Strahlung über den Strahlteiler ST1 , eine Faseroptik LF und -einen weiteren Strahlteiler ST2 in das Abbildungsinterferometer eingespeist.
In dem Abbildungsinterferometer AI, das ebenfalls als Michelson-Interferometer ausgebildet ist, sind ein Objektiichtweg mit einer optischen Sonde OS und ein Referenzlichtweg mit einem weiteren Referenzspiegel RSP2 gebildet.
In dem Objektiichtweg wird die Strahlung in die optische Sonde OS eingekop- pelt, so dass die Strahlung eine zu vermessende Oberfläche eines Messobjekts
O beleuchtet. Die Objektoberfläche wird durch die optische Sonde OS über eine oder mehrere Zwischenabbildungen ZB auf eine Photodetektoreinrichtung in Form eines Bildwandlers bzw. Bildsenεors BS, beispielsweise eine CCD-Kamera abgebildet. Das Bild des Messobjekts O auf dem Bildsensor BS wird mit der Referenzwelle des zweiten Teilstrahls des Referenzlichtweges überlagert. Im Bild des Messobjekts O tritt hoher Interferenzkontrast dann auf, wenn ein Gangunterschied in dem Referenzlichtweg und dem Messlichtweg kleiner als die Kohärenzlänge ist. Das Messprinzip beruht dabei auf Weißlichtinterferometrie (Kurzko härenzinter- ferometrie), wie sie in den eingangs erwähnten Druckschriften näher beschrieben ist. Die Länge des Referenzlichtwegs wird über den gesamten Messbereich zum Abtasten in Tiefenrichtung der zu vermessenden Oberfläche durch Bewegen des Spiegels RSP1 in dem zweiten Arm des Modulationsinterferometers MI vari- iert, wobei für jeden Messpunkt die Länge des Referenzlichtwegs detektiert wird, bei welchem der höchste Interferenzkontrast auftritt. Durch die Zwischenabbildungen wird es ermöglicht, die Oberfläche des Messobjekts mit einer hohen lateralen Auflösung über eine Strecke abzubilden, die groß ist gegenüber dem Durchmesser der abbildenden Optik. Die optische Sonde OS ähnelt einem Endoskop bzw. Boreskop, wobei jedoch die Beleuchtung und die Rückführung der von der Messoberfläche kommenden Strahlung über dieselbe optische Anordnung über zumindest eine Zwischenabbildung erfolgen. In Fig. 1 sind als weitere Abbildungselemente schematisch einige Linsen L dargestellt. Die eigentlichen Zwischenabbildungen werden in der optischen Sonde OS erzeugt.
Für Anwendungen, in welchen eine genaue Kompensation des Einflusses der abbildenden Linsen der optischen Sonde OS notwendig ist, kann auch sn dem Re- ferenziichtweg zwischen dem Strahlteiler ST2 und dem Referenzspiegel RSP2 die gleiche optische Sonde integriert werden wie in dem Objektiichtweg zwi- sehen dem Strahlteiler ST2 und dem Messobjekt O.
In einem abgewandelten Aufbau gemäß Fig. 2 und 3 lässt sich die interferometrische Messvorrichtung, und zwar das Abbildungsinterferometer AI auch als Anordnung mit einem gemeinsamen Referenz- und Messarm (Common Path-An- 5 Ordnung) verwirklichen. Die interferometrische Messvorrichtung wird wieder mit einer kurzkohärenten (breitbandigen) Strahlungserzeugungseinheit beleuchtet. Der Strahlteiler ST1 teilt das Licht in den ersten Teilstrahl T1 und den zweiten Teilstrahl T2, wobei der erste Teilstrahl T1 auf den ersten feststehen den Spiegel SP1 und der zweite Teilstrahl T2 auf das reflektierende Element RS P1 in Form 10 des Referenzspiegels fällt.
. Der optische Gangunterschied zwischen den so gebildeten Armen ist wiederum größer als die Kohärenzlänge der von der Strahlungserzeugungseinheit SLD erzeugten Strahlung. Von den beiden Spiegeln SP1 und RSP1 aus wird die re- 15 flektierte Strahlung über den Strahlteiler ST1 und den weiteren Strahlteiler ST2 in die optische Sonde OS eingespeist. Die Besonderheit dieses Aufbaus ist, dass sich ein Referenzspiegel RSP2 im Objektiichtweg bzw. in der optischen Sonde OS selbst befindet.
0 Ein Teil der Strahlung wird an diesem Referenzspiegel RSP2 reflektiert, während der andere Teil der Strahlung die zu vermessende Oberfläche beleuchtet. Der Referenzspiegel RSP2 kann auf einer Planplatte aufgebracht sein oder auf einem Prisma. Durch die Verwendung eines Prismas kann die Wellenfront der die Objektoberfläche beleuchtenden Strahlung, d.h. der Objektwelle an die Geometrie
!5 (z. B. Neigung) der zu vermessenden Oberfläche angepasst werden. Da s Messobjekt O wird mittels der optischen Sonde OS wiederum über eine oder mehrere Zwischenabbildungen auf den Bildsensor BS abgebildet und mit der Referenzwelle überlagert. Zur Gewinnung der Höheninformation wird das reflektierende Element RSP1 über den Messbereich verfahren oder die Änderung des Licht- 02/082007
1 2
wegs, wie in der vorstehend angegebenen DE 1 97 21 842 C2 beschrieben, vorgenommen. I n dem Bild des Messobjekts 0 tritt hoher Interferenzkoritrast dann auf, wenn der Gangunterschied zwischen dem feststehenden Spiegel SP1 und dem reflektierenden Element RSP1 bzw. der Lichtwege der beiden Arme genau dem optischen Gangunterschied zwischen dem Referenzspiegel RSP2 und dem Messobjekt 0 ist. Zur Gewinnung des 3D-Höh enprofils werden bekannte Verfahren zur Detektion des höchsten Interferenzko ntrastes in jedem Bildp unkt (Pixel) verwendet. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass Objekt- und Referenz welle nahezu die identische Optik durchlaufen, wodurch sich Aberrationen weitgehend kompensieren . Außerdem ist diese Anordnung noch robuster gege n mechani- sehe Erschütterungen.
Für eine noch einfachere Handhabung der Messvorrichtung kann die Strahlung des Strahlteilers ST1 auch mittels einer Faseroptik LF zu dem weite ren Strahlteiler ST1 übertragen werden, wie in Fig . 2 darg estellt. Alternativ kann ein Freistrahlaufbau gewählt werden.
Bei allen beschriebenen Aufbauten ist das Abbildungsinterferometer A zumindest im Abschnitt des Objektlichtweges und des Referenzlichtweges als starre mechanische Einheit ausgeführt, die ihrerseits starr mit dem Messobjekt O während der Messung mittels einer Verbindungseinheit VE in einem Verbindungsbereich VB starr und lösbar mit dem Messobjekt 0 unmittelbar verbunden ist. Als Verbindungseinheit ist z.B. eine Schraubverbindung mit Überwurfmutter, ein in eine Gewindebohrung des Messobjektes O eindrehbarer Schraubabschnitt des Abbildungsinterferometers AI, eine Steckverbindung, eine Rast- oder Klips- 02/082007
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Verbindung oder eine Klemm- oder Spannverbindung vorgesehen. I st ein Com- mon-Path-Aufbau gewählt, so können der Objektiichtweg bzw. Objektarm und der Referenzlichtweg bzw. Referenzarm gemeinsam in das Messobjekt O eingefügt werden.

Claims

Ansprüche
1 . Interferometrische Messvorrichtung zum Vermessen einer Oberfläche oder Grenzfläche eines Messobjektse (O), dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungseinheit (VE) vorgesehen ist, mittels der zumindest ein dem Messobjekt (0) zugeordneter Abschnitt der Messvorrichtung mit dem Messobjekt (0) unmittelbar mechanisch starr und lösbar verbindbar ist.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseiπheit (VE) durch eine Steck-, Klemm-, Spann-, Rast-, Klips- oder Schraubverbindung gebildet ist.
3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 5 dass sie als Weißlichtinterferometer-Messvorrichtung mit einem Objektiichtweg und einem Referenzlichtweg ausgebildet ist, und dass zumindest die reflektierende Referenzebene (RSP2) mittels der Verbindungseinheit (VE) mit dem Messobjekt (0) verbindbar ist.
o 4. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektiichtweg und der Referenzlichtweg eine miteinander verbundene starre Einheit aus Objektarm und Referenzamt bilden.
5 5. Messvorrichtuπg nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Weißlichtinterferometer ein Modulationsinterferometer (MI) und ein dem Objekt (O) zugeordnetes Abbildungsinterferometer (AI) aufweist.
o
6. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine kurzkohärente Strahlung abgebende Strahlungserzeugun gseinheit (SLD), einen Strahlteiler (ST1 ) zum Bilden eines ersten und eines zweiten Teilstrahls (T1 , T2),
; wobei zur Messung die optische Weglänge des ersten Teilstra hles (T1 ) relativ zur optischen Weglänge des zweiten Teilstrahls (T2) geändert wird, wobei der von dem Strahlteiler (ST1 ) gebildete erste Teilstrahl (T1 ) zunächst über einen ersten Arm auf einen feststehenden ersten S piegel (SPD gerichtet ist, während der zweite Teilstrahl (T2) über einen zweiten Arm auf das reflektierende Element (RSP 1 ) gerichtet ist, 5 wobei der optische Gangunterschied zwischen dem ersten und zweiten
Arm größer ist als die Kohärenzlänge der Strahlung, wobei die von dem ersten Spiegel (SP1 ) und dem reflektierenden Element (RSP1 ) kommende, gemeinsam weitergeleitete Strahlung mittels eines weiteren Strahlteilers (ST2) zum Teil über den Objektiichtweg zu dem o Messobjekt (0) und zum Teil über den Referenzlichtweg zu einem Referenzspiegel (RSP2) geleitet ist, wobei der Referenzspiegel (RSP2) in einer solchen Entfernung bezüglich des Messobjektes (0) angeordnet ist, dass der Gangunterschied zwischen dem ersten Spiegel (SP1 ) und dem reflektierenden Element (RSP1 ) aufge-
5 hoben ist, und wobei die auf den Referenzspiegel (RSP2) auffallende Strahlung und die zu dem Messobjekt (0) geführte Strahlung reflektiert überlagert und von einer Photodetektoreinrichtung mit einem Bildaufnehmer (BS) a ufgenommen wird. o
7. Messvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzlichtweg in einem eigenen Referenzarm oder in einer optischen Sonde (OS) gebildet ist, durch die auch die zu dem M essobjekt s (0) geführte Strahlung geleitet ist, wobei der Referenzspiegel (RSP2) den
Teil der zu dem Referenzlichtweg gehörenden Strahlung reflektiert und den Teil der zu dem Objektiichtweg gehörenden Strahlung d urchlässt (Common-Path-Anordnung) .
8. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Objektiichtweg mindestens ein optisches Element un d/oder die Wellenfroπt der Strahlung verformende Elemente angeordnet sind .
9. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Objektiichtweg eine optische Sonde (OS) mit einer optischen Anordnung zum Erzeugen mindestens einer optischen Zwischen abbildung vorgesehen ist.
1 0. Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zwischenabbildung im Objektiichtweg erzeugt wird.
1 1 . Messvorrichtung nach Anspruch 9 oder 1 0, dadurch gekennzeichnet, dass durch die optische Sonde (OS) sowohl die zu dem Messobjekt (O) hinführende als auch die von ihm zurückkommende Strahlung verlaufen.
1 2. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzspiegel (RSP2) auf einer Planplatte oder einem Prisma vorgesehen ist. 02/082007
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1 3. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 1 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Strahlteiler (ST1 ) und dem weiteren Strah Iteiler (ST2) eine Faseroptik (LF) angeordnet ist.
1 4. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Objektiichtweg zum Erzeugen der Zwischenabbild ung ein Eπ- doskop angeordnet ist.
1 5. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Objektiichtweg eine Rundsichtoptik oder eine Superpositionsoptik angeordnet ist.
16. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 1 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Abtasten unterschiedlicher Messflächen mehrere Referenzebenen aufweist.
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