EP1844294A1 - Vorrichtung zur positionsbestimmung voneinander distanzierter bereiche in transparenten und/oder diffusen objekten - Google Patents

Vorrichtung zur positionsbestimmung voneinander distanzierter bereiche in transparenten und/oder diffusen objekten

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Publication number
EP1844294A1
EP1844294A1 EP06706467A EP06706467A EP1844294A1 EP 1844294 A1 EP1844294 A1 EP 1844294A1 EP 06706467 A EP06706467 A EP 06706467A EP 06706467 A EP06706467 A EP 06706467A EP 1844294 A1 EP1844294 A1 EP 1844294A1
Authority
EP
European Patent Office
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scanning
reference beam
scanning table
mirrors
mirror
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06706467A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Adolf Friedrich Fercher
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.)
Carl Zeiss Meditec AG
Original Assignee
Carl Zeiss Meditec AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Meditec AG filed Critical Carl Zeiss Meditec AG
Publication of EP1844294A1 publication Critical patent/EP1844294A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02027—Two or more interferometric channels or interferometers
    • G01B9/02028—Two or more reference or object arms in one interferometer
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/1005—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for measuring distances inside the eye, e.g. thickness of the cornea
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G01B9/02056—Passive reduction of errors
    • G01B9/02058—Passive reduction of errors by particular optical compensation or alignment elements, e.g. dispersion compensation
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G01B9/0209—Low-coherence interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/35—Mechanical variable delay line

Definitions

  • the proposed invention relates to a method and an arrangement for determining the thickness, spacing and / or profile of mutually distanced regions of a transparent and / or diffuse object.
  • the solution for measuring partial distances i. H. suitable for distances between surfaces, interfaces or imperfections in the eye.
  • the measurement of these segments is of particular importance for cataract surgery and refractive eye surgery.
  • the determination of the length of the individual axial eye sections can be carried out by means of acoustic or optical length measuring methods. Short-coherence interferometry is becoming increasingly widespread due to the advantages of non-contact and high-precision operation.
  • short-coherence interferometry arrangements according to the Michelson principle are used, in which the beam of a short-coherent radiation source is split into a measuring beam and a reference beam. If the coherence length of the light used is smaller than the optical path length between the interfaces to be measured, no interference occurs between the light bundles reflected by the boundary surfaces.
  • the path length change carried out in the reference beam path with the aid of a reference mirror leads to interference after being combined by the measuring and reference beam, in the event that the path lengths of the measuring and reference beams are identical.
  • the path length change for example, by translational movement of the reference mirror (according to DE 32 01 801 C2) or by rotation of a transparent cube (according to WO 96/35100) take place.
  • the resulting interference patterns are passed to a detector and evaluated accordingly.
  • the path length change of the reference beam is a direct measure of the sought distance between the interfaces of the eye.
  • the reference mirror travels a distance corresponding to the distance to be measured while the measured object is at rest. Since it is difficult to fix an eye for the duration of the measurement of distances of about 30 mm, special solutions have been developed for ophthalmological applications, which also allow measurements on living objects. Measurement errors caused by inadequate fixation of the eye to be measured can be avoided by scanning distances of only a few millimeters.
  • WO 01/38820 A1 describes a solution which illuminates / scans two areas of an eye that are distanced in depth with a double beam.
  • a partial beam is faded out of the measuring beam focused on a first boundary surface in front of the measurement object, passed over a so-called detour unit and focused onto a second boundary surface of the eye.
  • a single measurement thus processes reflections at several interfaces of the eye almost simultaneously.
  • the rays have different optical properties, such as wavelength, polarization state o. ⁇ ..
  • the evaluation of the two measuring beams is effected by path length change of the reference beam, whereby different interference patterns are generated for the different measuring beams.
  • the described arrangements have the disadvantage that the measuring beams at the same time illuminate / scan two or more interfaces, as a result of which the radiation which does not contribute to the measurement generates a disturbing background and noise.
  • the present invention has for its object to develop a short-coherent interferometer arrangement, with the partial distances of an eye with high accuracy, can be measured easily and quickly.
  • the device according to the invention for determining the position of mutually distanced regions in transparent and / or diffuse objects provides for the use of an interferometer arrangement according to the Michelson principle.
  • a scanning unit is arranged, which consists of a scanning table, which is translationally movable in corresponding guides.
  • the direction of movement includes an angle ⁇ to the reference beam.
  • At least two reference mirrors are arranged on the scanning table, which have a decency d in the direction of the reference beam and overlap slightly laterally, so that during the motor-oscillating movement of the scanning table the reference beam is reflected in first only by the first and then by the second reference mirror.
  • the device according to the invention is suitable for determining the position of spaced-apart object regions in transparent and / or diffuse objects and, in particular, for measuring partial sections between surfaces, interfaces or imperfections in the eye.
  • the measurement of partial distances in the eye is of particular importance for cataract surgery and refractive eye surgery and is becoming increasingly widespread.
  • Figure 1 a scanning unit with two reference mirrors
  • Figure 2 a scanning unit with two, serving as a reference mirror prisms.
  • the device according to the invention for determining the position of mutually distanced regions in transparent and / or diffuse objects provides for the use of an interferometer arrangement according to the Michelson principle.
  • a scanning unit is arranged in the reference or measuring beam path.
  • the scanning unit consists of a scanning table, which is translationally movable in corresponding guides, wherein the direction of movement forms an angle ⁇ to the reference beam.
  • At least two reference mirrors are arranged on the scanning table, which have a decency d in the direction of the reference beam and overlap slightly laterally, so that during the motor-oscillating movement of the scanning table the reference beam is reflected in first only by the first and then by the second reference mirror.
  • FIG. 1 shows a first embodiment variant of a scanning unit 2 to be arranged in the reference beam path 1 with two reference mirrors 3 and 4.
  • the scanning table 5 of the scanning unit 2 is moved by a motor 6 in corresponding guides 7 translationally, oscillating, wherein the direction of movement 8 forms an angle ⁇ to the reference beam 1.
  • step or piezomotors are used. But it is also possible to use voice coil or ultrasonic piezo scanners.
  • the components angle ⁇ , distance d and extension a are coordinated so that the technical problem can be solved with the arrangement.
  • the two reference mirrors 3 and 4 are arranged, which have a distance d and a lateral extent a in the direction of the reference beam 1, which is preferably the same for both reference mirrors 3 and 4.
  • the reference beam 1 is successively reflected by the reference mirrors 3 and 4 in itself.
  • the representation of the reference beam 1 as a deflected beam is only a better illustration.
  • the oscillating movement of the scanning table 5 should be clarified by the scanning table 5 'with the reference mirrors 3' and 4 '.
  • the reference beam 1 is either reflected by the reference mirror 3 or 4 'in itself.
  • the distance d of the reference mirrors 3 and 4 can be varied.
  • the scanning time can be considerably shortened become.
  • the two reference beams thus always have a difference in length of 2d.
  • the scanning unit 2 In order to use the device for different distances to the object to be measured, it is also advantageous to make the scanning unit 2 as a whole displaceable.
  • the accuracy of the interferometer arrangement is impaired by dispersion in the individual measuring arms. To achieve maximum accuracy, the dispersion in both interferometer arms must be as equal as possible. While the component-related dispersion can be corrected by correspondingly thick flat plates, two wedge plates in the reference beam path are required for the compensation of object-related dispersion, which are shifted accordingly against each other.
  • 3 and 4 plane plates 9 and / or wedge plates 10 can be arranged in front of the reference mirrors.
  • the refractions occurring during the alignment of the reference mirrors 3 and 4 must be taken into account.
  • more than two reference mirrors with different distances d can be arranged on the scanning table 5. As a result, it can be ensured that the position of more than two mutually distanced regions can be determined with one scanning operation.
  • FIG. 2 shows a further advantageous embodiment, in which two prisms 11 and 12 are arranged as reference mirror on the scanning table 5 of the scanning unit 2.
  • the prisms 11 and 12 used can be dimensioned so that wedge plates 10 can be dispensed with.
  • the prism 12 has a longer glass path.
  • the scanning table 5 is moved by a motor 6 in corresponding guides 7 in a translatory, oscillating manner, wherein the direction of movement 8 encloses an angle ⁇ to the reference beam 1.
  • two prisms 11 and 12 are arranged, which have a decency d and a lateral extent a in the direction of the reference beam 1, which is preferably the same for both prisms 11 and 12. ,
  • 11 and 12 flat plates 9 and / or wedge plates 10 can be arranged for dispersion compensation in front of the prisms. The refractions occurring during the alignment of the reference mirrors 3 and 4 must be taken into account.
  • the representation of the reference beam 1 as a deflected beam is only a better illustration.
  • the oscillating movement of the scanning table 5 is to be clarified by the scan table 5 'with the prisms 11' and 12 'shown in a thin manner.
  • the reference beam 1 is either reflected by the prism 11 or 12 'in itself.
  • the additionally existing mirror 13 can also be designed as a prism.
  • the influence of tilting, which is caused by an inaccurate arrangement or incorrect guides 7 and deteriorate the interferometer signal is reduced.
  • the reference beams thus generated are superimposed with the measurement beams reflected at the object areas (interfaces) to be determined, imaged on a detector and evaluated.
  • the Weglärrgen provided in the reference beam with the help of the reference mirrors 3 and 4 and the prisms 11 and 12 leads to interference, in the event that the path lengths of measuring and reference beam are identical.
  • the path length change of the reference beam is a direct measure of the distance to be determined between the distanced areas of the object.
  • a reference mirror with a prism
  • a simple dispersion compensation is possible because the prism has the corresponding glass path.
  • the measurement beams are focused one after the other onto the corresponding areas, since the scattered light portions are thereby significantly lower and the signal quality is increased.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dicken-, Abstands- und/oder Profilbestimmung voneinander distanzierter Bereiche eines transparenten und/oder diffusen Objektes, insbesondere zur Messung von Abständen im Auge. Bei der Vorrichtung zur Positionsbestimmung unter Verwendung einer Interferometeranordnung nach dem Michelson-Prinzip ist zur Weglängenänderung im Referenz- oder Messstrahlengang eine Scanneinheit (2) angeordnet, die aus einem Scanntisch (5) besteht, der in entsprechenden Führungen translatorisch beweglich ist, wobei die Bewegungsrichtung einen Winkel α zum Referenzstrahl (1 ) einschließt, und bei der auf dem Scanntisch (5) mindestens zwei Referenzspiegel (3, 4) angeordnet sind, die in Richtung des Referenzstrahles (1) einen Anstand d aufweisen und sich seitlich geringfügig überlappen, so dass während der motorisch pendelnden Bewegung des Scanntisches (5) der Referenzstrahl (1) erst von dem ersten Referenzspiegel (3) und dann von dem zweiten Referenzspiegel (4) in sich reflektiert wird.

Description

Vorrichtung zur Positionsbestimmung voneinander distanzierter Bereiche in transparenten und/oder diffusen Objekten
Die vorgeschlagene Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Dicken-, Abstands- und/oder Profilbestimmung voneinander distanzierter Bereiche eines transparenten und/oder diffusen Objektes. Insbesondere ist die Lösung zur Messung von Teilstrecken, d. h. von Abständen zwischen Oberflächen, Grenzflächen oder Störstellen im Auge geeignet. Die Messung dieser Teilstrecken ist für die Katarakt-Chirurgie und die refraktive Augenchirurgie von besonderer Bedeutung.
Die Bestimmung der Länge der einzelnen axialen Augenabschnitte kann mittels akustischer oder optischer Längenmessverfahren erfolgen. Die Kurzkohärenz- interferometrie findet dabei durch die Vorteile einer berührungsfreien und hochpräzisen Arbeitsweise immer breitere Anwendung.
In der Regel werden für die Kurzkohärenzinterferometrie Anordnungen nach dem Michelson-Prinzip verwendet, bei denen der Strahl einer kurzkohärenten Strahlungsquelle in einen Mess- und einen Referenzstrahl aufgespalten wird. Ist die Kohärenzlänge des verwendeten Lichtes kleiner als die optische Weglänge zwischen den zu messenden Grenzflächen, so tritt zwischen den von den Grenzflächen reflektierten Lichtbündeln keine Interferenz auf. Die im Referenzstrahlengang mit Hilfe eines Referenzspiegels durchgeführte Weglängenänderung führt nach Vereinigung vom Mess- und Referenzstrahl zu Interferenzen, für den Fall, dass die Weglängen von Mess- und Referenzstrahl identisch sind. Dabei kann die Weglängenänderung beispielsweise durch translatorische Bewegung des Referenzspiegels (gemäß DE 32 01 801 C2) oder auch durch Rotation eines transparenten Würfels (gemäß WO 96/35100) erfolgen. Die entstehenden Interferenzmuster werden auf einen Detektor geleitet und entsprechend ausgewertet. Die Weglängenänderung des Referenzstrahles ist ein direktes Maß für den gesuchten Abstand zwischen den Grenzflächen des Auges. In der klassischen Kurzkohärenzinterferometrie fährt der Referenzspiegel eine der zu messenden Distanz entsprechende Wegstrecke ab, während sich das Messobjekt in Ruhe befindet. Da es schwierig ist ein Auge für die Dauer der Messung von Distanzen von ca. 30 mm zu fixieren, wurden für ophthalmologische Anwendungen spezielle Lösungen entwickelt, die auch Messungen an lebenden Objekten ermöglichen. Durch unzureichende Fixation des zu vermessenden Auges verursachte Messfehler können dabei durch Scannstrecken von nur wenigen Millimetern vermieden werden.
Im Stand der Technik sind Lösungen bekannt, die Interferometeranordnungen mit kurzkohärenten Strahlungsquellen speziell für ophthalmologische Anwendungen verwenden.
Bei den sogenannten Dual-Beam-Verfahren werden in der Tiefe distanzierte Bereiche eines Auges von zwei Messstrahlen gleichzeitig beleuchtet/scannt. Die in der DE 32 01 801 C2 beschriebene Lösung verwendet dabei Messstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge, die mittels eines diffraktiven optischen Elementes auf die Kornea und beispielsweise den Fundus fokussiert werden. Die Interferometeranordnung ist dabei auf die zu messende Distanz, beispielsweise Komea-Fundus, abgestimmt, so dass eine Scannstrecke von nur wenigen Millimetern erforderlich ist.
In der WO 01/38820 A1 wird eine Lösung beschrieben, die zwei in der Tiefe distanzierte Bereiche eines Auges mit einem Doppelstrahl beleuchtet/scannt. Hierbei wird aus dem auf eine erste Grenzfläche fokussierten Messstrahl vor dem Messobjekt ein Teilstrahl ausgeblendet, über eine sogenannte Umwegeinheit geleitet und auf eine zweite Grenzfläche des Auges fokussiert. Eine einzige Messung verarbeitet somit Reflexionen an mehreren Grenzflächen des Auges nahezu gleichzeitig. Um die einzelnen Reflexionen dennoch unterscheiden zu können, haben die Strahlen unterschiedliche optische Eigenschaften, wie beispielsweise Wellenlänge, Polarisationszustand o. ä.. Die Auswertung der beiden Messstrahlen erfolgt durch Weglängenänderung des Referenzstrahles, wobei für die unterschiedlichen Messstrahlen auch unterschiedliche Interferenzmuster erzeugt werden.
Die beschriebenen Anordnungen haben jedoch den Nachteil, dass die Messstrahlen gleichzeitig zwei oder mehrere Grenzflächen beleuchtet/scannt, wodurch die nicht zur Messung beitragende Strahlung einen störenden Untergrund und Rauschen erzeugt. Je ungenauer die Abstimmung der Interferome- teranordnung auf die zu messende Distanz ist, desto größer wird deren erforderlicher Scannbereich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine kurzkohärente In- terferometeranordnung zu entwickeln, mit der Teilstrecken eines Auges bei hoher Genauigkeit, einfach und schnell gemessen werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Positionsbestimmung voneinander distanzierter Bereiche in transparenten und/oder diffusen Objekten sieht dazu die Verwendung einer Interferometeranordnung nach dem Michelson-Prinzip vor. Zur Weglängenänderung im Referenzstrahlengang ist eine Scanneinheit angeordnet, die aus einem Scanntisch besteht, der in entsprechenden Führungen translatorisch beweglich ist. Die Bewegungsrichtung schließt dabei einen Winkel α zum Referenzstrahl ein. Auf dem Scanntisch sind mindestens zwei Referenzspiegel angeordnet, die in Richtung des Referenzstrahles einen Anstand d aufweisen und sich seitlich geringfügig überlappen, so dass während der motorisch pendelnden Bewegung des Scanntisches der Referenzstrahl erst vom ersten und dann vom zweiten Referenzspiegel in sich reflektiert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Positionsbestimmung voneinander distanzierter Objektbereiche in transparenten und/oder diffusen Gegenständen und insbesondere zur Messung von Teilstrecken zwischen Oberflächen, Grenzflächen oder Störstellen im Auge geeignet. Die Messung von Teilstrecken im Auge ist für die Katarakt-Chirurgie und die refraktive Augenchirurgie von besonderer Bedeutung und finden immer breitere Anwendung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Dazu zeigen
Figur 1 : eine Scanneinheit mit zwei Referenzspiegeln und
Figur 2: eine Scanneinheit mit zwei, als Referenzspiegel dienenden Prismen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Positionsbestimmung voneinander distanzierter Bereiche in transparenten und/oder diffusen Objekten sieht die Verwendung einer Interferometeranordnung nach dem Michelson-Prinzip vor.
Zur Weglängenänderung ist im Referenz- oder Messstrahlengang eine Scanneinheit angeordnet. Die Scanneinheit besteht aus einem Scanntisch, der in entsprechenden Führungen translatorisch beweglich ist, wobei die Bewegungsrichtung einen Winkel α zum Referenzstrahl einschließt.
Auf dem Scanntisch sind mindestens zwei Referenzspiegel angeordnet, die in Richtung des Referenzstrahles einen Anstand d aufweisen und sich seitlich geringfügig überlappen, so dass während der motorisch pendelnden Bewegung des Scanntisches der Referenzstrahl erst von dem ersten und dann von dem zweiten Referenzspiegel in sich reflektiert wird.
Figur 1 zeigt eine erste Ausgestaltungsvariante einer im Referenzstrahlengang 1 anzuordnenden Scanneinheit 2 mit zwei Referenzspiegeln 3 und 4. Der Scanntisch 5 der Scanneinheit 2 wird von einem Motor 6 in entsprechenden Führungen 7 translatorisch, pendelnd bewegt, wobei die Bewegungsrichtung 8 einen Winkel α zum Referenzstrahl 1 einschließt.
Als Motor 6 kommen dabei vorzugsweise Schritt- oder Piezomotoren zum Einsatz. Es ist aber auch möglich Voice-Coil- oder Ultraschall-Piezo-Scanntische einzusetzen.
Der Winkel α bestimmt dabei die Aufteilung des Scannhubes auf die x- und y- Komponente. Bei einem Winkel von α=45° beträgt das Verhältnis 1:1. Die Komponenten Winkel α, Abstand d und Ausdehnung a sind dabei so aufeinander abzustimmen, dass die technische Aufgabe mit der Anordnung gelöst werden kann.
Auf dem Scanntisch 5 sind die zwei Referenzspiegel 3 und 4 angeordnet, die in Richtung des Referenzstrahles 1 einen Abstand d und eine seitliche Ausdehnung a aufweisen, die für beide Referenzspiegel 3 und 4 vorzugsweise gleich ist.
Durch eine seitlich geringfügige Überlappung der Referenzspiegel 3 und 4 wird gewährleistet, dass während der motorisch pendelnden Bewegung des Scanntisches 5 der Referenzstrahl 1 nacheinander von den Referenzspiegeln 3 und 4 in sich reflektiert wird. Die Darstellung des Referenzstrahles 1 als umgelenkter Strahl dient nur einer besseren Veranschaulichung. Die pendelnde Bewegung des Scanntisches 5 soll durch den dünn dargestellten Scanntisch 5' mit den Referenzspiegeln 3' und 4' verdeutlicht werden. Der Referenzstrahl 1 wird entweder vom Referenzspiegel 3 oder 4' in sich reflektiert.
Vorteilhafter Weise kann der Abstand d der Referenzspiegel 3 und 4 variiert werden. Durch vorherige Einstellung von d auf den Abstand der zu bestimmenden voneinander distanzierte Bereiche kann die Scannzeit wesentlich verkürzt werden. Je genauer der eingestellte Abstand d dem tatsächlichen Wert entspricht, desto kurzer ist die Scannzeit. Die beiden Referenzstrahlen haben somit immer einen Längenunterschied von 2d.
Um die Vorrichtung für unterschiedliche Abstände zu dem zu messenden Objektes verwenden zu können, ist es weiterhin vorteilhaft die Scanneinheit 2 als Ganzes verschiebbar zu gestalten.
Die Genauigkeit der Interferometeranordnung wird durch Dispersion in den einzelnen Messarmen beeinträchtigt. Um eine maximale Genauigkeit zu erreichen, muss die Dispersion in beiden Interferometerarmen möglichst gleich groß sein. Während die bauteilbedingte Dispersion durch entsprechend dicke Planplatten korrigiert werden kann, sind für die Kompensation der objektbezogenen Dispersion zwei Keilplatten im Referenzstrahlengang erforderlich, die entsprechend gegeneinander verschoben werden.
Zur Dispersionskompensation können vor den Referenzspiegeln 3 und 4 Planplatten 9 und/oder Keilplatten 10 angeordnet werden. Dabei auftretenden Strahlbrechungen sind bei der Ausrichtung der Referenzspiegel 3 und 4 zu berücksichtigen.
In einer weiteren Ausgestaltung können auf dem Scanntisch 5 mehr als zwei Referenzspiegel mit unterschiedlichen Abständen d angeordnet sein. Dadurch kann gewährleistet werden, dass mit einem Scannvorgang die Position von mehr als zwei voneinander distanzierter Bereichen bestimmen werden können.
Um die Zeit für die Positionsbestimmung möglichst klein zu halten, sollte der Scannbereich nicht wesentlich größer sein als die Summe der seitlichen Ausdehnung aller Referenzspiegel geteilt durch den Sinus des Winkels α. Figur 2 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung, bei der auf dem Scanntisch 5 der Scanneinheit 2 zwei Prismen 11 und 12 als Referenzspiegel angeordnet sind.
Die verwendeten Prismen 11 und 12 können dabei so dimensioniert sein, dass auf Keilplatten 10 verzichtet werden kann. Zum Dispersionsausgleich weist das Prisma 12 einen längeren Glasweg auf.
Der Scanntisch 5 wird von einem Motor 6 in entsprechenden Führungen 7 translatorisch, pendelnd bewegt, wobei die Bewegungsrichtung 8 einen Winkel α zum Referenzstrahl 1 einschließt.
Auf dem Scanntisch 5 sind zwei Prismen 11 und 12 angeordnet, die in Richtung des Referenzstrahles 1 einen Anstand d und eine seitliche Ausdehnung a aufweisen, die für beide Prismen 11 und 12 vorzugsweise gleich ist. .
Durch eine seitlich geringfügige Überlappung der Prismen 11 und 12 wird gewährleistet, dass während der motorisch pendelnden Bewegung des Scanntisches 5 der Referenzstrahl 1 nacheinander von den beiden Prismen 11 und 12 auf einen zusätzlich vorhandenen Spiegel 13 umgelenkt und nach Reflexion an diesem Spiegel 13 durch nochmaliges umlenken in sich reflektiert wird.
Auch hier können zur Dispersionskompensation vor den Prismen 11 und 12 Planplatten 9 und/oder Keilplatten 10 angeordnet werden. Dabei auftretenden Strahlbrechungen sind bei der Ausrichtung der Referenzspiegel 3 und 4 zu berücksichtigen.
Die Darstellung des Referenzstrahles 1 als umgelenkter Strahl dient nur einer besseren Veranschaulichung. Die pendelnde Bewegung des Scanntisches 5 soll durch den dünn dargestellten Scanntisch 5' mit den Prismen 11' und 12' verdeutlicht werden. Der Referenzstrahl 1 wird entweder vom Prisma 11 oder 12' in sich reflektiert. Durch die Verwendung der Prismen 11 und 12 kann der Scannbereich der Vorrichtung verdoppeln werden. Der zusätzlich vorhandene Spiegel 13 kann dabei auch als Prisma ausgeführt sein. Vorteilhafterweise wird bei dieser Variante der Einfluss von Verkippungen, die durch eine ungenaue Anordnung oder unkorrekte Führungen 7 verursacht werden und das Interferometersignal verschlechtern, reduziert.
Es ist aber auch möglich mehrere zusätzliche Spiegel 13 anzuordnen, so dass der erst von dem ersten Prisma 11 und dann von dem zweiten Prisma 12 umgelenkte Referenzstrahl 1 durch mehrmalige Reflexion und durch nochmaliges umlenken in sich reflektiert wird. Mit diesen zusätzlichen Spiegeln kann der Strahlengang geschickt gefaltet werden, so dass der Bewegungsbereich bei gleichem Scannhub vergrößert wird.
Die so erzeugten Referenzstrahlen werden mit den an den zu bestimmenden Objektbereichen (Grenzflächen) reflektierten Messstrahlen überlagert, auf einem Detektor abgebildet und ausgewertet. Die im Referenzstrahlengang mit Hilfe der Referenzspiegel 3 und 4 bzw. der Prismen 11 und 12 durchgeführte Weglärrgenänderung führt zu Interferenzen, für den Fall, dass die Weglängen von Mess- und Referenzstrahl identisch sind. Die Weglängenänderung des Referenzstrahles ist ein direktes Maß für den zu bestimmenden Abstand zwischen den distanzierten Bereichen des Objektes.
In einer nicht dargestellten Variante sind aber auch die Kombinationen eines Referenzspiegels mit einem Prisma möglich. Wird beispielsweise als erstes Umlenkelement ein Referenzspiegel und als zweites Umlenkelement ein Prisma verwendet, so ist ein einfacher Dispersionsausgleich dadurch möglich, dass das Prisma über den entsprechenden Glasweg verfügt.
Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung ist es möglich zwei oder mehr voneinander distanzierte Bereiche eines transparenten und/oder diffusen Objektes direkt hintereinander zu scannen und deren Position in einem Messvorgang zu bestimmen.
Im Gegensatz zu den Lösungen nach dem Stand der Technik ist bei der vorgeschlagenen Vorrichtung am Ausgang des lnterferometers nur ein Detektor erforderlich, da ein und derselbe Messstrahl die Position der voneinander distanzierten Bereiche nacheinander bestimmt. Es sind weder unterschiedliche Wellenlängen noch Polarisationszustände des Messstrahles erforderlich, wodurch sich der Aufbau der Vorrichtung wesentlich vereinfacht.
Durch die Verringerung der Scannstrecke auf wenige Millimeter kann eine sehr schnelle Positionsbestimmung der voneinander distanzierten Bereiche erfolgen.
Besonders vorteilhaft wirkt sich bei der vorgeschlagenen Vorrichtung aus, dass die Messstrahlen nacheinander auf die entsprechenden Bereiche fokussiert werden, da dadurch die Streulichtanteile wesentlich geringer sind und sich die Signalqualität erhöht.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Positionsbestimmung voneinander distanzierter Bereiche in transparenten und/oder diffusen Objekten unter Verwendung einer Interfe- rometeranordnung nach dem Michelson-Prinzip, bei der zur Weglängenänderung im Referenz- oder Messstrahlengang eine Scanneinheit (2) angeordnet ist, die aus einem Scanntisch (5) besteht, der in entsprechenden Führungen translatorisch beweglich ist, wobei die Bewegungsrichtung einen Winkel α zum Referenzstrahl (1 ) einschließt, und bei der auf dem Scanntisch (5) mindestens zwei Referenzspiegel (3, 4) angeordnet sind, die in Richtung des Referenzstrahles (1 ) einen Anstand d aufweisen und sich seitlich geringfügig überlappen, so dass während der motorisch pendelnden Bewegung des Scanntisches (5) der Referenzstrahl (1 ) erst von dem ersten Referenzspiegel (3) und dann von dem zweiten Referenzspiegel (4) in sich reflektiert wird.
2. Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach Anspruch 1 , bei der die im Referenzstrahlengang angeordnete Scanneinheit (2) zur Anpassung an den Abstand des zu messenden Objektes als Ganzes verschiebbar ist.
3. Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, bei der Abstand d der Referenzspiegel (3, 4) zur Anpassung an den Abstand der zu bestimmenden voneinander distanzierter Bereiche veränderbar ist.
4. Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der auf dem Scanntisch (5) mehr als zwei Referenzspiegel entsprechend angeordnet sein können, um mit einem Scannvorgang die Position von mehr als zwei voneinander distanzierter Bereichen bestimmen zu können.
5. Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der vor den Referenzspiegeln (3, 4) zur Dispersionskompensation Planplatten (9) und/oder Keiiplatten (10) angeordnet sind, wobei eine eventuelle Strahlbrechung bei der Ausrichtung der Referenzspiegel (3, 4) zu berücksichtigen ist.
6. Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der der Scannbereich nicht wesentlich größer ist als die Summe der seitlichen Ausdehnung a aller Referenzspiegel geteilt durch den Sinus des Winkels α.
7. Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der auf dem Scanntisch (5) mindestens zwei Prismen (11 , 12) als Referenzspiegel angeordnet sind, die in Richtung des Referenzstrahles (1 ) einen Anstand d aufweisen und sich seitlich geringfügig ü- berlappen, so dass während der motorisch pendelnden Bewegung des Scanntisches (5) der Referenzstrah! (1) erst von dem ersten Prisma (11) und dann von dem zweiten Prisma (12) auf einen zusätzlich vorhandenen Spiegel (13) umgelenkt und nach Reflexion an diesem Spiegel (13) durch nochmaliges umlenken in sich reflektiert wird.
8. Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach Anspruch 7, bei der mehrere zusätzliche Spiegel (13) vorhanden sind, so dass der erst von dem ersten Prisma (11) und dann von dem zweiten Prisma (12) umgelenkte Referenzstrahl (1 ) durch mehrmalige Reflexion und durch nochmaliges umlenken in sich reflektiert wird.
9. Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der auf dem Scanntisch (5) Prismen und Referenzspiegel angeordnet sein können.
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