EP1546646A1 - Interferometrische messeinrichtung - Google Patents

Interferometrische messeinrichtung

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Publication number
EP1546646A1
EP1546646A1 EP03720249A EP03720249A EP1546646A1 EP 1546646 A1 EP1546646 A1 EP 1546646A1 EP 03720249 A EP03720249 A EP 03720249A EP 03720249 A EP03720249 A EP 03720249A EP 1546646 A1 EP1546646 A1 EP 1546646A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
probe
fiber
receptacle
measuring
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03720249A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dominique Marchal
Marc-Henri Duvoisin
Dominique Breider
Pawel Drabarek
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
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1546646A1 publication Critical patent/EP1546646A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02062—Active error reduction, i.e. varying with time
    • G01B9/02064—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
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02049—Interferometers characterised by particular mechanical design details
    • G01B9/0205—Interferometers characterised by particular mechanical design details of probe head
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B9/02057—Passive reduction of errors by using common path configuration, i.e. reference and object path almost entirely overlapping
    • G—PHYSICS
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/0209—Low-coherence interferometers

Definitions

  • the invention relates to an interferometric measuring device for detecting the shape, the roughness or the distance of the surface of a measuring object with a modulation interferometer, to which short-coherent radiation is supplied by a radiation source and which a first beam splitter for splitting the supplied radiation into one has the first arm guided first partial beam and a second partial beam guided over a second arm, one of which is shifted relative to the other by means of a modulation device in its light phase or light frequency and passes through a delay line, and which is then combined on a further beam splitter of the modulation interferometer with a measuring probe that is spatially separated from the modulation interferometer and is coupled or can be coupled to it via an optical fiber arrangement, in which the combined Partial beams are divided into a measuring beam guided to the surface by a probe optical fiber unit with an inclined object-side exit surface and after which the measuring beam reflected on the surface and the reference beam reflected at a reference plane are superimposed, and with a receiver device and an evaluation unit for converting the their radiation into electrical
  • Such an interferometric measuring device is shown in DE 100 57 539 A1.
  • the interferometric measuring device is divided on the one hand into a modulation interferometer and on the other hand into a measuring probe with a further interferometer unit.
  • a probe optical fiber unit with an object-side exit surface is provided in the measuring probe, which e.g. can be beveled. No further details have been given in this regard.
  • such an interferometric measuring device operates in the manner described in more detail below in connection with DE 1 98 1 9 762 A1.
  • Another interferometric measuring device is specified in DE 1 98 1 9 762 A1.
  • a part, the so-called modulation interferometer is spatially separated from the actual measuring probe and optically connected to it via an optical fiber arrangement, so that the measuring probe itself can be designed as a relatively simple, easy-to-use unit. can be performed.
  • a broadband, short-coherent radiation is fed to the modulation interferometer, which at the input of the modulation interferometer is divided into two partial beams by means of a beam splitter, one of which is compared to the other by means of a modulation device, for example an acousto-optic modulator, in its light phase or light phase. Frequency is shifted.
  • One of the two partial beams passes through a delay element in the modulation interferometer, which generates an optical path difference of the two partial beams that is greater than the coherence length of the short-coherent radiation.
  • a further optical path difference is generated in a measuring branch with respect to a reference branch in such a way that the path difference caused by the delay element is compensated and thus an interference of the reference radiation coming from the reference plane of the reference branch and the radiation returning from the object surface in the measuring branch arises, which is subsequently evaluated in order to determine the desired surface property (shape, roughness, distance) via a phase evaluation.
  • the reference branch is arranged in a common light path (common path), a partially transparent optical element being provided for forming the measuring branch and the reference branch.
  • a similar interferometric measuring device with such a modulation ferometer and a measuring probe connected to it via an optical fiber arrangement is also specified in DE 1 98 08 273 A1, a splitting of the radiation brought into interference into radiation components by means of a receiver device in a beam decomposition and beam receiving unit different wavelengths are used to form a synthetic wavelength and to enlarge the measuring range (uniqueness range).
  • the modulation interferometer designed as a Mach tens interferometer has an arrangement of classic optical components, such as one in front of the beam on the input side Collimation optics, the beam splitter on the input and output sides and deflecting mirror.
  • the partial beams experience several reflections on the beam splitter surfaces and on the mirrors before they are coupled into the optical fiber arrangement.
  • the optical components must be positioned with high accuracy, since every angle error has a double effect on the reflection. It is difficult to ensure permanent adjustment. Additional difficulties in adjustment can also arise in connection with the insertion of a glass plate to compensate for optical asymmetries. These difficulties are associated with a complex structure, and an exact adaptation to the properties of the measuring probe is also required.
  • the invention has for its object to provide an interferometric measuring device of the type mentioned, which can achieve the highest possible measurement accuracy with a simplified structure.
  • the angle of inclination of the exit surface with respect to the normal of the optical probe axis is at least 46 °.
  • an embodiment is advantageous in such a way that a partially permeable area between a probe fiber and a fiber section of the measuring probe is formed by means of an exit surface of a probe fiber which is oblique with respect to the optical probe axis at an exit angle and an entry surface of a fiber section which is also oblique with respect to the optical probe axis at an entry angle, a wedge-shaped gap being formed between the exit surface and the entrance surface, and wherein the Exit area and the entry area in the same
  • exit angle and the entry angle are selected such that a Fresnel reflection is brought about.
  • the radiation transmission for reliable measurement results is favored in that the exit angle a is between 5 ° and 8 ° and the entry angle is between a and 0 °.
  • Fiber section are accommodated in an axially aligned manner in a tubular receptacle, which is surrounded by an outer tube of the measuring probe, that on the end face of the receptacle remote from the measurement object, a positioning piece surrounding the probe fiber and also concentrically accommodated to the tube is provided, and that the fiber section in the object-side, front part of the receptacle and the probe fiber is fixed in the object-distant, rear part of the receptacle and / or the tube.
  • a favorable construction is also achieved in that the front part of the receptacle is diametrically opposed to the rear part of the receptacle. lying column is separated, with one gap on the back in the extension of the inclined exit surface of the probe fiber and the other gap on the front in the extension of the inclined entry surface being limited such that the front part and the rear part of the receptacle are surrounded by a common sleeve-shaped retaining ring which is surrounded on its outside by the tube and that a front section of the fiber section has a smaller diameter than its rear section.
  • the measures that the modulation interferometer, at least in part, a polarization-maintaining light-guiding structure in the form of an optical structure also contribute to an advantageous structure and a reliable function
  • 1 is a schematic representation of an overall structure of an interferometric measuring device with a modulation interferometer and measuring probe, 2 shows a more detailed embodiment of the 1 shown modulation interferometer,
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a fiber part of the measuring probe in a side view
  • Fig. 5 shows the front portion of the probe in a schematic side view
  • Fig. 6 shows another embodiment of the front portion of the measuring probe in a schematic side view.
  • the interferometric measuring device based on the principle of heterodyne interferometry has a broadband, short-coherent light source 1, the radiation of which is known as a modulation interferometer
  • the radiation s (t) at a first beam splitter 2.3 is converted into a first partial beam 2.1 guided via a first arm with a partial radiation s ⁇ t) and one via a second arm second partial beam 2.1 'with a partial Radiation s 2 (t) is split up and brought together again on the output side at a further beam splitter 2.1 0 and from there guided via an optical fiber arrangement 6 into a remote measuring probe 3.
  • the measuring probe 3 which is constructed, for example, as a Fizeau interferometer or Mirau interferometer, as explained in more detail in the publications mentioned at the outset, the radiation then passes via a further optical fiber arrangement 7 into a receiver device 4 with a
  • Beam splitting unit 4.1 and subsequent photoelectric receivers 4.2 in which a conversion into electrical signals takes place.
  • the properties of the measuring surface e.g. roughness, shape, distances
  • the properties of the measuring surface are then determined in a subsequent evaluation unit 5 with phase detector 5.1 and computing unit 5.2.
  • the modulation interferometer 2 is constructed as a Mach-Zehnder interferometer, the two arms following the first beam splitter 2.3, first and second optical fibers 2.1 1, 2.1 1 'on the input side and first and second optical fibers 2.1 2, 2.1 2' on the output side. have, which lead to the further beam splitter 2.1 0.
  • the first beam splitter 2.3 is formed in a fiber light guide with which the radiation coming from the light source 1 is brought up.
  • the partial beams are collimated by means of lens-like coupling elements 2.4, 2.4 ', and the two collimated partial beams pass through a first and a second modulation unit
  • the modulation units 2.2, 2.2' advantageously also being able to be in the form of integrated optical components.
  • the modulation units 2.2, 2.2' advantageously also being able to be in the form of integrated optical components.
  • the first partial beam 2.1 and the second partial beam 2.1 ' are directed onto a first or second lens-like light guide element 2.6, 2.6' and into the first or second output-side optical fiber
  • Coupling elements 2.4, 2.4 'or the light-guiding elements 2.6, 2.6', for example the light-guiding element 2.6 ' can be attached to an adjusting device with which the optical path difference ⁇ L can be adjusted by hand or with a motor, for example using a micrometer table, that the path difference ⁇ L between the two arms is matched to that of the measuring probe 3 in order to cause interference with the measuring probe 3.
  • the optical fibers 2.1 1, 2.1 1 ', 2.1 2, 2.1 2' used are monomodal.
  • an optical detour 2.9 ' is provided, for example, in the second optical fiber 2.1 2' on the output side.
  • the probe 3 used to record the object surface which is constructed, for example, as a Fizeau interferometer or Mirau interferometer, has a reference branch with a reference plane and a measuring branch leading to the object surface, the optical path differences of which are selected such that those in the modulation interferometer 2 generated optical path difference is compensated so that the measuring beam coming from the object surface and the reference beam coming from the reference plane interfere with their superposition.
  • the interfering radiation is fed to the beam splitting unit 4.1 and then to the assigned photoelectric receivers 4.2 for spectral division into portions of different wavelengths. From the interfering radiation and the electrical signals obtained therefrom, by evaluating the phase differences, the desired surface property is determined by means of the phase detector 5.1 and the subsequent computing unit 5.2.
  • the evaluated phase difference arises from the frequency difference generated with the first and / or second modulation units 2.2, 2.2 ', which corresponds to the heterodyne method in relation to the
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 2 I ( ⁇ 2 - ⁇ i) synthetic wavelength of the measuring device ⁇ wavelength at a first photoelectric receiver
  • the distance measure e is thus determined from a measurement of the phase between two electrical signals, as a result of which the measurement is independent of the optical intensity received by the photodiodes.
  • FIG. 3 shows a fiber part of the measuring probe, embodied as a Mirau interferometer with a monomode optical fiber, and the displacement of the incoming s 2 (t) and s ⁇ t) as well as that of the surface of the measurement object 8 and a partially transparent area 3.3 between an object-side Exit surface 3.31 of a probe fiber 3.1 and an object-remote entry surface 3.32 of a fiber section 3.2 returning radiation components r / (t), r ⁇ t), r 2 (t) and r 2 '(t).
  • the returning radiation components r / (t) and r-, (t) result from the radiation s ⁇ t) which have passed through the branch of the modulation interferometer 2 without detour, the radiation component r (t) from the partially transparent region 3.3 and the radiation component r, (t) are reflected by the surface of the measurement object 8.
  • the returning radiation components r 2 (t) and r 2 '(t) result from that radiation s 2 (t) of the modulation interferometer 2 which has undergone the optical detour, the returning radiation component r 2 (t) at the partially transparent area 3.3 and the returning radiation component r 2 '(t) has been reflected on the surface of the measurement object 8. It turns out that according to the compensation of the the path difference ⁇ L formed by the modulation interferometer 2 by the measuring probe 3, only the returning radiation components r-, (t) and r 2 (t) lie within the coherence length and interfere with one another.
  • the object-side exit surface 3.4 of the fiber section 3.2 in the exemplary embodiment according to FIG. 3 is preferably inclined at an angle of 45 ° with respect to the optical probe axis 3.5.
  • a reflective metallic or dielectric coating is applied to the exit surface 3.4. In this way, the radiation is deflected essentially at right angles and directed onto the surrounding surface of the object, and the radiation reflected from the surface re-enters the optical fiber via the exit surface 3.4.
  • the partially permeable area 3.3 between the exit surface 3.31 of the probe fiber 3.1 and the entry surface 3.32 of the fiber section 3.2 is due to an inclination of the exit surface 3.31 by an angle a with respect to the normal to the probe axis 3.5 and an inclination the entry surface 3.32 of the fiber section 3.2 is formed by an angle ⁇ with respect to the normal to the probe axis 3.5, the angle ⁇ being greater than the angle ⁇ and a wedge-shaped gap resulting between the exit surface 3.31 and the entry surface 3.32.
  • the angle ⁇ of the exit surface 3.31 is chosen such that the radiation current of the Fresnel reflection on the exit surface 3.31 is not passed through the probe fiber 3.1.
  • the angle a is advantageously about 6 °.
  • the angle /? is selected such that the radiation current of the Fresnel reflection is guided through the probe fiber 3.1 onto the entry surface 3.32 of the fiber section 3.2, the extent of the radiation current that is to be coupled into the probe fiber 3.1 being taken into account. If the angle ß is 0, the coupling rate is about 3.6%. If the angle ß goes against the angle a, the strives
  • the reflection treatment of the exit surface 3.4 of the fiber section 3.2 can be reduced or avoided if the exit angle y is increased in order to achieve total reflection at the exit surface 7. This is e.g. in the case of a monomode optical fiber with a numerical aperture of 0.12 at an exit angle y above 48 °.
  • an anti-reflection treatment 3.22 can be carried out on the outer treatment (cladding) in order to reduce the sensitivity to the Fresnel reflection or the exit angle y can be increased to such an extent that the radiation current of this reflection no longer enters the fiber section 3.2 is coupled.
  • the probe fiber 3.1 and the fiber section 3.2 can be accommodated in the same tube-like receptacle 3.6 and brought into contact.
  • the receptacle 3.6 is the same as that used for mono or optical fiber connectors.
  • the receptacle 3.6 is inserted into a tube 3.9 of the measuring probe 3 surrounding it. In the interior of the tube 3.9 there is also a on the end of the receptacle 3.6 which is remote from the object
  • Positioning piece 7 for guiding and pre-adjusting the probe fiber 3.1 The fiber section 3.2 is fixed in the interior of the receptacle by means of adhesive 3.8 ', while the probe fiber 3.1 is fixed in the receptacle 3.6 and / or the positioning piece 3.7 by means of adhesive 3.8.
  • FIG. 6 Another procedure for aligning and fixing the probe fiber 3.1 and the fiber section 3.2 in the probe 3 is shown in FIG. 6.
  • the probe fiber 3.1 is inserted into a rear section 3.6 'of the tubular receptacle 3.6 and the front face of the receptacle section 3.6' and the exit surface 3.31 of the probe fiber 3.1 are polished at the desired angle, the front face being normal to the area of the foremost edge of the probe fiber 3.1 optical axis 3.5 of the probe fiber 3.1 is directed.
  • the rear end face of a front section 3.6 "of the receptacle 3.6 is polished in accordance with the desired entry surface 3.32 of the fiber section 3.2, the region of the rear end face of the front section 3.6" of the receptacle 3.6 adjoining the rearmost edge of the fiber section 3.2 being normal to the optical one Axis 3.5 of the probe fiber 3.1 is aligned.
  • the arrangement shown in FIG. voltage Between the rear section 3.6 'and the front section 3.6 "of the receptacle 3.6, the arrangement shown in FIG. voltage.
  • the two sections 3.6 ′ and 3.6 ′′ of the receptacle 3.6 are axially aligned with one another with an applied, for example slotted, holding ring 3.10 and inserted into the tube 3.9.
  • the tube 3.9 there is again a concentric adjacent to the rear end face of the receptacle 3.6
  • Positioning piece 3.7 used for adjusting and pre-fixing the probe fiber 3.1, as in the embodiment according to FIG. 5.
  • the diameter of the outer section of the fiber section 3.2 is reduced, so that it can also be inserted into narrow holes in a measurement object 8, the diameter of which is less than 130 ⁇ m.
  • the diameter of a monomode optical fiber with external treatment (cladding) is usually 1 25 ⁇ m.
  • the diameter can be reduced by chemical treatment with an appropriate acid or heat treatment in order to obtain a desired taper 3.21.
  • the anti-reflective treatment 3.22 is then in the area of the section made smaller diameter.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine interferometrische Messvorrichtung zum Erfassen der Form, der Rauheit oder des Abstandes der Oberfläche eines Messobjektes (8) mit einem Modulationsinterferometer (2), dem von einer Strahlungsquelle (1) kurzkohärente Strahlung zugeführt wird und das einen ersten Strahlteiler (2.3) zum Aufteilen der zugeführten Strahlung in einen über einen ersten Arm geführten ersten Teilstrahl (2.1) und einen über einen zweiten Arm geführten zweiten Teilstrahl (2.1') aufweist, von denen der eine gegenüber dem anderen mittels einer Modulationseinrichtung (2.2, 2.2') in seiner Licht-Phase oder Lichtfrequenz verschoben wird und eine Verzögerungsstrecke (2.9') durchläuft, und die anschliessend an einem weiteren Strahlteiler (2.10) des Modulationsinterferomters (2) vereinigt werden.

Description

Interf erometrische Messeinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine interferometrische Messvorrichtung zum Er- fassen der Form, der Rauheit oder des Abstandes der Oberfläche eines Messobjektes mit einem Moduiationsinterferometer, dem von einer Strahlungsquelle kurzkohärente Strahlung zugeführt wird und das einen ersten Strahlteiler zum Aufteilen der zugeführten Strahlung in einen über einen ersten Arm geführten ersten Teilstrahl und einen über einen zweiten Arm geführten zweiten Teilstrahl aufweist, von denen der eine gegenüber dem anderen mittels einer Modulationseinrichtung in seiner Licht-Phase oder Lichtfrequenz verschoben wird und eine Verzögerungsstrecke durchläuft, und die anschließend an einem weiteren Strahlteiler des Modulationsinterferomters vereinigt werden, mit einer von dem Moduiationsinterferometer räumlich getrennten und mit diesem über eine Lichtleit- faseranordnung gekoppelten oder koppelbaren Messsonde, in der die vereinigten Teilstrahlen in einen durch eine Sonden-Lichtleitfasereinheit mit einer schrägen objektseitigen Austrittsfläche zu der Oberfläche geführten Messstrahl und einen Referenzstrahl aufgeteilt und wonach der an der Oberfläche reflektierte Messstrahl und der an einer Referenzebene reflektierte Referenzstrahl überlagert werden, und mit einer Empfängervorrichtung und einer Auswerteeinheit zum Umwandeln der ihr zugeleiteten Strahlung in elektrische Signale und zum Auswerten der Signale auf der Grundlage einer Phasendifferenz.
Stand der Technik
Eine derartige interferometrische Messeinrichtung ist in der DE 100 57 539 A1 gezeigt. Bei dieser bekannten Messvorrichtung ist die interferometrische Messvorrichtung einerseits in ein Moduiationsinterferometer und andererseits in eine Messsonde mit einer weiteren Interferometereinheit aufgeteilt. In der Messsonde ist eine Sonden-Lichtleitfasereinheit mit einer objektseitigen Austrittsfläche vorgesehen, die z.B. abgeschrägt sein kann. Nähere Ausführungen sind diesbezüglich nicht gemacht. Im Übrigen arbeitet eine derartige interferometrische Messvorrichtung in der nachfolgend im Zusammenhang mit der DE 1 98 1 9 762 A1 näher beschriebenen Weise.
Eine weitere interferometrische Messvorrichtung ist in der DE 1 98 1 9 762 A1 angegeben. Bei dieser Messvorrichtung ist ein Teil, das sogenannte Moduiationsinterferometer, räumlich von der eigentlichen Messsonde getrennt und mit dieser optisch über eine Lichtleitfaseranordnung verbunden, so dass die Mess- sonde an sich als relativ einfach aufgebaute, leicht handhabbare Einheit aus- geführt werden kann. Dem Moduiationsinterferometer wird eine breitbandige, kurzkohärente Strahlung zugeführt, die am Eingang des Modulationsinterfero- meters mittels eines Strahlteilers in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, von denen der eine gegenüber dem anderen mittels einer Modulationseinrichtung, beispielsweise einem akustooptischen Modulator, in seiner Licht-Phase oder Licht-Fre- quenz verschoben wird. Einer der beiden Teilstrahlen durchläuft in denn Moduiationsinterferometer ein Verzögerungselement, das eine optische Wegdifferenz der beiden Teilstrahlen erzeugt, die größer ist als die Kohärenzlänge der kurzkohärenten Strahlung. In der Messsonde wird in einem Messzweig bezüglich eines Referenzzweigs eine weitere optische Wegdifferenz in der Weise erzeugt, dass die durch das Verzögerungselement bewirkte Wegdifferenz kompensiert wird und somit eine Interferenz der von der Referenzebene des Referenzzweigs kommenden Referenzstrahlung und der von der Objektoberfläche in dem Messzweig zurückkommenden Strahlung entsteht, die nachfolgend ausgewertet wird, um die gewünschte Oberflächeneigenschaft (Form, Rauhigkeit, Abstand) über eine Phasenauswertung zu ermitteln. In der Messsonde sind der Messzweig und der
Referenzzweig bei einem Ausführungsbeispiel in einem gemeinsamen Lichtweg (common path) angeordnet, wobei zum Bilden des Messzweiges und des Referenzzweiges ein teildurchlässiges optisches Element vorgesehen ist.
Eine ähnliche interferometrische Messeinrichtung mit einem derartigen Modula- tionsferometer und einer daran über eine Lichtleitfaseranordnung angeschlossenen Messsonde ist auch in der DE 1 98 08 273 A1 angegeben, wobei mittels einer Empfängervorrichtung in einer Strahlzerlegungs- und Strahlempfangseinheit eine Aufspaltung der zur Interferenz gebrachten Strahlung in Strahlungsanteile unterschiedlicher Wellenlängen erfolgt, um daraus eine synthetische Wellenlänge zu bilden und den Messbereich (Eindeutigkeitsbereich) zu vergrößern.
Bei den vorstehend genannten interferometrischen Messeinrichtungen, die auf dem Prinzip der Heterodyninterferometrie beruhen, aber die Eigenschaften einer breitbandigen, kurzkohärenten Strahlung ausnutzen, weist das als Mach-Zehn- der-lnterferometer ausgebildete Moduiationsinterferometer eine Anordnung klassischer optischer Bauteile auf, wie eine vor dem eingangsseitigen Strah lteiler liegende Kollimationsoptik, den eingangsseitigen und ausgangsseitigen Strahlteiler und Umlenkspiegel. Die Teilstrahlen erfahren dabei mehrere Reflexionen an den Strahlteilerflächen und an den Spiegeln, bevor sie in die optische Lichtleiterfaseranordnung eingekoppelt werden. Die optischen Bauelemente müssen mit hoher Genauigkeit positioniert werden, da jeder Winkelfehler sich bei der Reflexion doppelt auswirkt. Dabei ist eine dauerhafte Justierung schwer sicher zu stellen. Auch im Zusammenhang mit der Einfügung einer Glasplatte zum Ausgleich von optischen Unsymmetrien können sich zusätzliche Schwierigkeiten bei der Justierung ergeben. Mit diesen Schwierigkeiten ist ein aufwendiger Aufbau verbunden, wobei außerdem eine genaue Anpassung an die Eigenschaften der Messsonde erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine interferometrische Messeinrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die mit vereinfachtem Aufbau eine möglichst hohe Messgenauigkeit erreichen lässt. Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hiernach ist vorgesehen, dass der Neigungswinkel der Austrittsfläche gegenüber der Normalen der optischen Sondenachse mindestens 46° beträgt.
Mit dieser Ausbildung der Austrittsfläche wird ein optimales Koppelverhalten bei rechtwinkliger Strahlablenkung in diesem Übergangsbereich des zu der Oberfläche des Messobjektes gelenkten und von dieser zurückkehrenden Messstrahls erreicht, wodurch die Genauigkeit der Messung insbesondere in unzugänglichen engen Hohlräumen wesentlich begünstigt wird.
Eine weitere Verbesserung insbesondere bei nummerischer Apertur der betreffenden Lichtleitfaser von 0, 1 2 wird dadurch erreicht, dass der Neigungswinkel mindestens 48 ° beträgt.
Weiterhin werden Störungen dadurch unterdrückt, dass eine mantelseitige Umhüllung eines objektseitigen Endabschnittes der Sonden-Lichtleitfasereinheit mit einer Antireflexionsbehandlung versehen ist.
Weitere Möglichkeiten, die Kopplung der Strahlung zu verbessern, bestehen darin, dass die Austrittsfläche mit einer Reflexionsbehandlung versehen ist.
Für den Aufbau und die Funktion ist eine Ausgestaltung in der Weise vorteilhaft, dass ein teildurchlässiger Bereich zwischen einer Sondenfaser und einem Faser- abschnitt der Messsonde mittels einer bezüglich der optischen Sondenachse unter einem Austrittswinkel schrägen Austrittsfläche einer Sondenfaser und einer ebenfalls bezüglich der optischen Sondenachse unter einem Eintrittswinkel schrägen Eintrittsfläche eines objektseitig folgenden Faserabschnitts gebildet ist, wobei zwischen der Austrittsfläche und der Eintrittsfläche ein keilförmiger Spalt gebildet ist und wobei die Austrittsfläche und die Eintrittsfläche in gleicher
Richtung bezüglich der Sondenachse geneigt sind.
Hierbei bestehen vorteilhafte Maßnahmen darin, dass der Austrittswinkel und der Eintrittswinkel so gewählt sind, dass eine Fresnel-Reflexion bewirkt wird.
Die Strahlungsübertragung für zuverlässige Messergebnisse wird dadurch begünstigt, dass der Austrittswinkel a zwischen 5 ° und 8 ° und der Eintrittswinkel zwischen a und 0° beträgt.
Ein weiterer vorteilhafter Aufbau besteht darin, dass die Sondenfaser und der
Faserabschnitt in einer röhrchenförmigen Aufnahme axial ausgerichtet aufgenommen sind, die von einem äußeren Tubus der Messsonde umgeben ist, dass auf der von dem Messobjekt abgelegenen Stirnseite der Aufnahme ein die Sondenfaser umgebendes, ebenfalls zu dem Tubus konzentrisch aufgenommenes Positionierstück vorgesehen ist und dass der Faserabschnitt in dem objektseitigen, vorderen Teil der Aufnahme und die Sondenfaser in dem objektabgelegenen, hinteren Teil der Aufnahme und/oder dem Tubus fixiert ist.
Ein günstiger Aufbau wird desweiteren dadurch erreicht, dass der vordere Teil der Aufnahme von dem hinteren Teil der Aufnahme durch diametral gegenüber- liegende Spalte getrennt ist, wobei der eine Spalt rückseitig in Verlängerung der schrägen Austrittsfläche der Sondenfaser und der andere Spalt vorderseitig in der Verlängerung der schrägen Eintrittsfläche begrenzt sind, dass der vordere Teil und der hintere Teil der Aufnahme von einem gemeinsamen hülsenförmigen Haltering umgeben sind, der auf seiner Außenseite von dem Tubus umgeben ist und dass ein vorderer Abschnitt des Faserabschnittes gegenüber dessen hinterem Abschnitt einen geringeren Durchmesser besitzt.
Zu einem vorteilhaften Aufbau und einer zuverlässigen Funktion tragen weiterhin die Maßnahmen bei, dass das Moduiationsinterferometer zumindest teilweise eine polarisationserhaltende lichtleitende Struktur in Form eines optischen
Faserleiters oder einer integrierten Optik aufweist, wobei die lichtleitende Struktur zumindest eines Arms aufgetrennt ist.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gesamtaufbaus einer interferometrischen Messeinrichtung mit Moduiationsinterferometer und Messsonde, Fig. 2 eine nähere Ausgestaltung des in Fig . 1 gezeigten Modulations- interferometers,
Fig. 3 die Messsonde und das Messobjekt in seitlicher Ansicht mit Darstellung des Strahlungsversatzes,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Faserteils der Messsonde in seitlicher Ansicht,
Fig. 5 den vorderen Abschnitt der Messsonde in schematischer seitlicher Darstellung und
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorderen Abschnittes der Messsonde in schematischer seitlicher Darstellung.
Ausführungsbeispiel
Wie Fig. 1 zeigt, weist die auf dem Prinzip der Heterodyninterferometrie beruhende interferometrische Messeinrichtung eine breitbandige, kurzlcohärente Lichtquelle 1 auf, deren Strahlung einem sogenannten Moduiationsinterferometer
2 zugeführt wird. In dem Moduiationsinterferometer 2, das in Fig. 2 näher dargestellt ist, wird die Strahlung s(t) an einem ersten Strahlteiler 2.3 in einen über einen ersten Arm geführten ersten Teilstrahl 2.1 mit einer Teilstrahlung s^t) und einen über einen zweiten Arm geführten zweiten Teilstrahl 2.1 ' mit einer Teil- Strahlung s2(t) aufgeteilt und ausgangsseitig an einem weiteren Strahlteiler 2.1 0 wieder zusammengeführt und von dort über eine Lichtleitfaseranordnung 6 in eine entfernte Messsonde 3 geleitet. Von der Messsonde 3, die z.B. als Fizeau- Interferomter oder Mirau-Interferometer aufgebaut ist, wie in den eingangs genannten Druckschriften näher erläutert, gelangt die Strahlung anschließend über eine weitere Lichtleitfaseranordnung 7 in eine Empfängervorrichtung 4 mit einer
Strahlzerlegungseinheit 4.1 und anschließenden photoelektrischen Empfängern 4.2, in denen eine Umwandlung in elektrische Signale erfolgt. In einer anschließenden Auswerteeinheit 5 mit Phasendetektor 5.1 und Recheneinheit 5.2 werden dann die mittels der Messsonde 3 aufgenommenen Eigenschaften der Messoberfläche (z.B. Rauhigkeit, Form, Abstände) ermittelt.
Das Moduiationsinterferometer 2 ist als Mach-Zehnder-Interferometer aufgebaut, wobei die beiden Arme im Anschluss an den ersten Strahlteiler 2.3 erste bzw. zweite eingangsseitige Lichtleitfasern 2.1 1 , 2.1 1 ' und erste bzw. zweite aus- gangsseitige Lichtleitfasern 2.1 2, 2.1 2' aufweisen, die zu dem weiteren Strahlteiler 2.1 0 führen. Der erste Strahlteiler 2.3 ist dabei in einem Faserlichtleiter ausgebildet, mit dem die von der Lichtquelle 1 kommende Strahlung herangeführt wird. Am Ausgang des so gebildeten Kopplers werden die Teilstrahlen mittels linsenartiger Koppelelemente 2.4, 2.4' kollimiert, und die beiden kollimierten Teilstrahlen durchlaufen eine erste bzw. zweite Modulationseinheit
2.2, 2.2', beispielsweise in Form eines akustooptischen Modulators, eines faseroptischen Piezomodulators oder eines thermischen Phasenmodulators, wobei die Modulationseinheiten 2.2, 2.2' vorteilhaft auch als integrierte optische Bauteile ausgebildet sein können. Um die chromatische Dispersion zu korrigie- ren, durchläuft zumindest einer der Teilstrahlen 2.1 , 2.1 ' eine Glasplatte 2.7', die in einer ersten bzw. zweiten Lichtstrecke 2.5, 2.5' angeordnet ist. Die Wahl zur Anordnung der Glasplatte 2.7' und/oder auch deren Dicke bestimmt sich durch Rechnung. Im weiteren Verlauf werden der erste Teilstrahl 2.1 und der zweite Teilstrahl 2.1 ' auf ein erstes bzw. zweites linsenartiges Lichtleitelement 2.6, 2.6' geleitet und in die erste bzw. zweite ausgangsseitige Lichtleitfaser
2.1 2, 2.1 2' eingekoppelt. Die erste oder die zweite ausgangsseitige Lichtleitfaser 2.1 2, 2.1 2' besitzt eine größere optische Weglänge als die andere Lichtleitfaser in dem Ausmaß, dass der optische Wegunterschied ΔL = L2-L., zwischen den beiden Armen größer ist als die Kohärenzlänge der kurzkohärenten Strahlung s(t) nach Durchlaufen der Filter 4.3 und 4.3' . Eines der linsenartigen
Koppelelemente 2.4, 2.4' oder der Lichtleitelemente 2.6, 2.6', beisp ielsweise das Lichtleitelement 2.6' kann an einer Justiervorrichtung befestigt sein, mit der die optische Wegdifferenz ΔL von Hand oder mit einem Motor z.B. unter Benutzung eines Mikrometertisches in der Weise verstellt werden kann, dass die Weg- differenz ΔL zwischen den beiden Armen auf diejenige der Messsonde 3 abgestimmt wird, um mit der Messsonde 3 eine Interferenz zu bewirken. Die verwendeten Lichtleitphasem 2.1 1 , 2.1 1 ', 2.1 2, 2.1 2' sind monomod. Außerdem sind sie vorteilhafterweise polarisationserhaltend, insbesondere, wenn die Lichtquelle 1 polarisiert ist und/oder wenn die Modulationseinheiten 2.2, 2.2' aus doppel- brechenden Kristallen gebildet sind und/oder wenn die Montage an den Koppelstellen keine befriedigende Stabilität bezüglich der Polarisationsrichtungen in den beiden Interferometerarmen ergibt. Zum Erzielen der optischen Wegdif erenz ist beispielsweise in der zweiten ausgangsseitigen Lichtleitfaser 2.1 2' ein optischer Umweg 2.9' vorgesehen. Die zum Aufnehmen der Objektoberfläche dienende Sonde 3, die beispielsweise als Fizeau-Interferometer oder Mirau-Interferometer aufgebaut ist, weist einen Referenzzweig mit einer Referenzebene und einen zu der Objektoberfläche führenden Messzweig auf, deren optischen Wegdifferenzen so gewählt sind, dass die in dem Moduiationsinterferometer 2 erzeugte optische Wegdifferenz kom- pensiert wird, so dass der von der Objektoberfläche kommende Messstrahl und der von der Referenzebene kommende Referenzstrahl bei ihrer Überlagerung interferieren. Die interferierende Strahlung wird zur spektralen Aufteilung in Anteile unterschiedlicher Wellenlängen der Strahlzerlegungseinheit 4.1 und anschließend den zugeordneten photoelektrischen Empfängern 4.2 zugeführt. Aus der interferierenden Strahlung und den daraus gewonnen elektrischen Signalen wird durch Auswertung der Phasendifferenzen die gewünschte Oberflächeneigenschaft mittels des Phasendetektors 5.1 und der anschließenden Recheneinheit 5.2 ermittelt. Dabei entsteht die ausgewertete Phasendifferenz durch die mit der ersten und/ oder zweiten Modulationseinheit 2.2, 2.2' erzeugte Frequenzdifferenz, die entsprechend dem Heterodynverfahren bezogen auf die
Grundfrequenz relativ gering ist. Die Berechnung erfolgt aufgrund der Beziehung:
ψ = 2π ■ (2e /Λ) + φ0
wobei ψa eine Konstante,
Λ = λ ■ λ2 I (Λ2 - Λi) synthetische Wellenlänge der Messvorrichtung λ Wellenlänge an einem ersten photoelektrischen Empfänger
Λ2 Wellenlänge an einem zweiten photoelektrischen Empfänger e Messabstand sind . Daraus wird mittels der Auswerteeinheit 5 der jeweils erf asste Abstand der
Oberfläche an einer Messstelle bestimmt aus der Beziehung:
e = Aφl(2 π ) ■ (Λ/2) .
Das Abstandsmaß e wird also bestimmt aus einer Messung der Phase zwischen zwei elektrischen Signalen, wodurch die Messung unabhängig von der durch die Photodioden empfangenen optischen Intensität ist.
Fig. 3 zeigt einen Faserteil der Messsonde, ausgeführt als Mirau-Interferometer mit einer monomoden Lichtleitfaser, und die Wegverschiebungen der ankommenden s2(t) und s^t) sowie der von der Oberfläche des Messobjektes 8 und einem teildurchlässigen Bereich 3.3 zwischen einer objektseitigen Austrittsfläche 3.31 einer Sondenfaser 3.1 und einer objektabgelegenen Eintrittsfläche 3.32 eines Faserabschnittes 3.2 zurücklaufenden Strahlungsanteile r/(t), r^t), r2(t) und r2'(t). Die zurücklaufenden Strahlungsanteile r/ (t) und r-, (t) ergeben sich dabei aus derjenigen Strahlung s^t), die den Zweig des Modulationsinterferometers 2 ohne Umweg durchlaufen haben, wobei der Strahlungsanteil r (t) von dem teildurchlässigen Bereich 3.3 und der Strahlungsanteil r, (t) von der Oberfläche des Messobjektes 8 reflektiert werden. Die zurücklaufenden Strahlungsanteile r2(t) und r2' (t) hingegen ergeben sich aus derjenigen Strahlung s2(t) des Modulationsinterferometers 2, die den optischen Umweg durchlaufen hat, wobei der zurücklaufende Strahlungsanteil r2(t) an dem teildurchlässigen Bereich 3.3 und der zurücklaufende Strahlungsanteil r2'(t) an der Oberfläche des Messobjektes 8 reflektiert worden ist. Es zeigt sich, dass entsprechend der Kompensation der in dem Moduiationsinterferometer 2 gebildeten Wegdifferenz ΔL durch die Messsonde 3 lediglich die zurücklaufenden Strahlungsanteile r-, (t) und r2(t) innerhalb der Kohärenzlänge liegen und miteinander interferieren.
Die objektseitige Austrittsfläche 3.4 des Faserabschnittes 3.2 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 vorzugsweise unter einem Winkel von 45 ° bezüglich der optischen Sondenachse 3.5 geneigt. Auf der Austrittsfläche 3.4 ist eine reflektierende metallische oder dielektrische Beschichtung aufgebracht. Die Strahlung wird auf diese Weise im Wesentlichen rechtwinklig abgelenkt und auf die umgebende Oberfläche des Objekts gelenkt und die von der Oberfläche re- flektierte Strahlung tritt über die Austrittsfläche 3.4 wieder in die Lichtleitfaser ein.
Wie die Fig. 4 bis 6 zeigen, ist der teildurchlässige Bereich 3.3 zwischen der Austrittsfläche 3.31 der Sondenfaser 3.1 und der Eintrittsfläche 3.32 des Fa- serabschnittes 3.2 durch eine Neigung der Austrittsfläche 3.31 um einen Winkel a bezüglich der Normalen der Sondenachse 3.5 und durch eine Neigung der Eintrittsfläche 3.32 des Faserabschnittes 3.2 um einen Winkel ß bezüglich der Normalen der Sondenachse 3.5 gebildet, wobei der Winkel a größer ist als der Winkel ß und sich ein keilförmiger Spalt zwischen der Austrittsfläche 3.31 und der Eintrittsfläche 3.32 ergibt. Die Ausrichtung der Neigung bezüglich der
Normalen ist bei der Austrittsfläche 3.31 und der Eintrittsfläche 3.32 im Längsschnitt in gleicher Weise zum Objekt hin orientiert. Der Winkel a der Austrittsfläche 3.31 ist so gewählt, dass der Strahlungsstrom der Fresnel- Reflexion auf der Austrittsfläche 3.31 nicht durch die Sondenfaser 3.1 geführt wird. Für eine monomode Lichtleitfaser mit einer nummerischen Apertur von 0, 1 2 beträgt der Winkel a vorteilhaft etwa 6° . Der Winkel /? ist so gewählt, dass der Strahlungsstrom der Fresnel-Reflexion auf die Eintrittsfläche 3.32 des Faserabschnittes 3.2 durch die Sondenfaser 3.1 geführt wird, wobei das Ausmaß des Strahlungsstromes berücksichtigt wird, das in die Sondenfaser 3.1 eingekoppelt werden soll. Wenn der Winkel ß gleich 0 ist, beträgt die Kopp- lungsrate etwa 3,6 % . Wenn der Winkel ß gegen den Winkel a geht, strebt der
Kopplungsgrad gegen O.ΛVenn der Winkel ß gegen den Winkel a strebt, geht die Transmission für diesen Übergang und eine zurückkehrende Strahlung gegen 86 %. Ist hingegen der Winkel ß gleich 0, beträgt die Transmission etwa 60 % . Eine nummerische Apertur von 0, 1 2 ergibt sich z.B. bei einer Wellenlänge von 1 .550 nm und einem Durchmesser von 1 0,4 μm. Der Winkel a sollte nicht kleiner als etwa 5 ° gewählt werden.
Die Reflexionsbehandlung der Austrittsfläche 3.4 des Faserabschnittes 3.2 kann verringert oder vermieden werden, wenn der Austrittswinkel y zum Erreichen einer Totalreflexion an der Austrittsfläche 7 vergrößert wird. Dies ist z.B. bei einer monomoden Lichtleitfaser mit einer nummerischen Apertur von 0, 1 2 bei einem Austrittswinkel y oberhalb von 48 ° der Fall.
Auf dem objektseitigen Endbereich des Faserabschnittes 3.2 kann auf der Außenbehandlung (cladding) eine Antireflexionsbehandlung 3.22 vorgenommen werden, um die Empfindlichkeit gegenüber der Fresnel-Reflexion zu verringern oder der Austrittswinkel y kann soweit vergrößert werden, dass der Strahlungsstrom dieser Reflexion nicht mehr in den Faserabschnitt 3.2 eingekoppelt wird. Wie Fig. 5 zeigt, können die Sondenfaser 3.1 und der Faserabschnitt 3.2 in derselben röhrchenartigen Aufnahme 3.6 aufgenommen und in Kontakt gebracht werden. Die Aufnahme 3.6 ist die gleiche, wie sie für Verbinder monomoder Lichtleitfasern verwendet wird. Die Aufnahme 3.6 ist in einen sie umgebenden Tubus 3.9 der Messsonde 3 eingesetzt. Im Inneren des Tubus 3.9 befindet sich auf der objektabgelegenen Stirnseite der Aufnahme 3.6 anschließend ferner ein
Positionierstück 7 für die Führung und Vorjustierung der Sondenfaser 3.1 . Der Faserabschnitt 3.2 ist im Inneren der Aufnahme mittels Klebers 3.8' fixiert, während die Sondenfaser 3.1 in der Aufnahme 3.6 und/oder dem Positionierstück 3.7 mittels Klebers 3.8 fixiert ist.
Eine andere Vorgehensweise zum Ausrichten und Festlegen der Sondenfaser 3.1 und des Faserabschnittes 3.2 in der Sonde 3 ist in Fig. 6 gezeigt. Die Sondenfaser 3.1 wird in einen hinteren Abschnitt 3.6' der röhrchenförmigen Aufnahme 3.6 eingeführt und die vordere Stirnseite des Aufnahmenabschnittes 3.6' und der Austrittsfläche 3.31 der Sondenfaser 3.1 werden im gewünschten Winkel poliert, wobei die vordere Stirnseite im Bereich der vordersten Kante der Sondenfaser 3.1 normal zur optischen Achse 3.5 der Sondenfaser 3.1 gerichtet ist. Entsprechend wird die hintere Stirnseite eines vorderen Abschnittes 3.6" der Aufnahme 3.6 entsprechend der gewünschten Eintrittsfläche 3.32 des Faserab- Schnittes 3.2 poliert, wobei der an den hintersten Rand des Faserabschnittes 3.2 angrenzende Bereich der hinteren Stirnseite des vorderen Abschnittes 3.6" der Aufnahme 3.6 normal zur optischen Achse 3.5 der Sondenfaser 3.1 ausgerichtet ist. Zwischen dem hinteren Abschnitt 3.6' und dem vorderen Abschnitt 3.6" der Aufnahme 3.6 ergibt sich dabei im Längsschnitt die in Fig. 6 gezeigte Anord- nung. Die beiden Abschnitte 3.6' und 3.6" der Aufnahme 3.6 werden zueinander mit einem aufgebrachten, z. B. geschlitzten Haltering 3.10 axial ausgerichtet und in den Tubus 3.9 eingesetzt. In dem Tubus 3.9 ist desweiteren wiederum an die hintere Stirnseite der Aufnahme 3.6 angrenzend ein konzentrisches Positionierstück 3.7 zum Justieren und Vorfixieren der Sondenfaser 3.1 eingesetzt, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5. Auch die Fixierung der
Sondenfaser 3.1 und des Faserabschnittes 3.2 mittels Klebers 3.8, 3.8' erfolgt entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5, wobei der Faserabschnitt 3.6 in dem vorderen Abschnitt 3.6" der Aufnahme 3.6 festgelegt wird.
Es ist auch möglich, die Abschnitte 3.6' und 3.6" der Aufnahme 3.6 dadurch auszurichten, dass sie in ein V-förmiges Profil eingebracht werden. Dadurch, dass die beiden Abschnitte 3.6', 3.6" der Aufnahme 3.6 getrennt eingebracht werden, kann das äußerste Ende der Messsonde 3 unbeweglich und entsprechend der Eigenschaft des Messobjektes geändert werden, wobei dieselbe Son- denfaser 3.1 beibehalten wird.
Wie die Fig. 4 bis 6 desweiteren zeigen, ist der äußere Abschnitt des Faserabschnittes 3.2 in seinem Durchmesser reduziert, so dass er auch in enge Löcher eines Messobjektes 8 eingeführt werden kann, deren Durchmesser we- niger als 1 30 μm beträgt. Üblicherweise beträgt der Durchmesser einer mono- moden Lichtleitfaser mit Außenbehandlung (cladding) 1 25 μm. Der Durchmesser kann mittels chemischer Behandlung mit einer entsprechenden Säure oder Hitzebehandlung verringert werden, um eine gewünschte Verjüngung 3.21 zu erhalten. Die antireflektierende Behandlung 3.22 ist dann im Bereich des Abschnittes geringeren Durchmessers vorgenommen. Auch diese Maßnahmen tragen dazu bei, zuverlässige Messungen auch in engen Vertiefungen eines Messobjektes 8 vornehmen zu können.

Claims

Ansprüche
1 . Interferometrische Messvorrichtung zum Erfassen der Form, der Rauheit oder des Abstandes der Oberfläche eines Messobjektes (8) mit einem Moduiationsinterferometer (2), dem von einer Strahlungsquelle ( 1 ) kurzkohärente Strahlung zugeführt wird und das einen ersten Strahlteiler (2.3) zum Aufteilen der zugeführten Strahlung in einen über einen ersten Arm geführten ersten Teilstrahl (2.1 ) und einen über einen zweiten Arm geführten zweiten Teilstrahl (2.1 ') aufweist, von denen der eine gegenüber dem anderen mittels einer Modulationseinrichtung (2.2, 2.2') in seiner Licht-Phase oder Lichtfrequenz verschoben wird und eine Verzögerungs- strecke (2.9') durchläuft, und die anschließend an einem weiteren Strahlteiler (2.1 0) des Modulationsinterferomters (2) vereinigt werden, mit einer von dem Moduiationsinterferometer (2) räumlich getrennten und mit dieser über eine Lichtleitfaseranordnung (6) gekoppelten oder koppelbaren Messsonde (3), in der die vereinigten Teilstrahlen in einen durch eine Sonden-Lichtleitfasereinheit (3.1 , 3.2) mit einer schrägen objektseitigen
Austrittsfläche (3.4) zu der Oberfläche geführten Messstrahl und einen Referenzstrahl aufgeteilt und in der der an der Oberfläche reflektierte Messstrahl (r^t)) und der an einer Referenzebene reflektierte Referenzstrahl (r2(t)) überlagert werden, und mit einer Empfängervorrichtung (4) und einer Auswerteeinheit (5) zum Umwandeln der ihr zugeleiteten Strahlung in elektrische Signale und zum Auswerten der Signale auf der Grundlage einer Phasendifferenz, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (y) der Austrittsfläche (3.4) gegenüber der Normalen der optischen Sondenachse (3.5) mindestens 46° beträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (y) mindestens 48° beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mantelseitige Umhüllung (cladding) eines objektseitigen Endabschnittes der Sonden-Lichtleitfasereinheit (3.2) mit einer Antire- flexionsbehandlung (3.22) versehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsfläche (3.4) mit einer Reflexionsbehandlung versehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein teildurchlässiger Bereich (3.3) zwischen einer Sondenfaser (3.1 ) und einem Faserabschnitt (3.2) der Messsonde (3) mittels einer bezüglich der optischen Sondenachse (3.5) unter einem Austrittswinkel (a) schrägen Austrittsfläche (3.31 ) einer Sondenfaser (3.1 ) und einer ebenfalls bezüglich der optischen Sondenachse (3.5) unter einem Eintrittswinkel {ß) schrägen Eintrittsfläche (3.32) eines objektseitig folgenden Faserabschnitts (3.2) gebildet ist, wobei zwischen der Austrittsfläche (3.31 ) und der Eintrittsfläche (3.32) ein keilförmiger Spalt gebildet ist und die Austrittsfläche (3.31 ) und die Eintrittsfläche (3.32) in gleicher Richtung bezüglich der Sondenachse (3.5) geneigt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittswinkel (σ) und der Eintrittswinkel (/?) so gewählt sind, dass eine Fresnel-Reflexion bewirkt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittswinkel (a) zwischen 5° und 8 ° und der Eintrittswinkel (/?) zwischen a und 0° beträgt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sondenfaser (3.1 ) und der Faserabschnitt (3.2) in einer röhr- chenförmigen Aufnahme (3.6; 3.6', 3.6") axial ausgerichtet aufgenom- men sind, die von einem äußeren Tubus (3.9) der Messsonde (3) umgeben ist, dass auf der von dem Messobjekt (8) abgelegenen Stirnseite der Aufnahme (3.6; 3.6') ein die Sondenfaser (3.1 ) umgebendes, ebenfalls zu dem Tubus (3.9) konzentrisch aufgenommenes Positionierstück (3.7) vorgesehen ist und dass der Faserabschnitt (3.2) in dem objektseitigen, vorderen Teil der Aufnahme (3.6; 3.6") und die Sondenfaser (3.1 ) in dem objektabgelegenen, hinteren Teil der Aufnahme (3.6; 3.6') und/oder dem Tubus (3.9) fixiert sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Teil der Aufnahme (3.6") von dem hinteren Teil der Aufnahme (3.6') durch diametral gegenüberliegende Spalte (3.61 , 3.62) getrennt ist, wobei der eine Spalt (3.61 ) rückseitig in der Verlängerung der schrägen Austrittsfläche (3.31 ) der Sondenfaser (3.1 ) und der andere Spalt (3.62) vorderseitig in der Verlängerung der schrägen Eintrittsfläche (3.32) begrenzt sind, dass der vordere Teil (3.6") und der hintere Teil (3.6') der Aufnahme von einem gemeinsamen hülsenförmigen Haltering (3.1 0) umgeben sind, der auf seiner Außenseite von dem Tubus (3.9) umgeben ist und dass ein vorderer Abschnitt des Faserabschnittes (3.2) gegenüber dessen hinterem Abschnitt einen geringeren Durchmesser besitzt.
0. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Moduiationsinterferometer (2) zumindest teilweise eine pola- risationserhaltende lichtleitende Struktur (2.1 1 , 2.1 1 ', 2.12, 2.12') in Form eines optischen Faserleiters oder einer integrierten Optik aufweist, wobei die iichtleitende Struktur (2.1 1 , 2.1 1 ' 2.12, 2.12') zumindest eines
Arms aufgetrennt ist.
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