JP2003529753A - 干渉測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、物体（Ｏ）の表面の形状を測定するための干渉測定装置（１）であって、短コヒーレント光を放射する光源（ＬＱ）と、物体光路を介して物体（Ｏ）に導かれる物体光（ＯＳ）と参照光路を介して反射する参照面（ＲＳＰ）に導かれる参照光（ＲＳ）を形成するためのビームスプリッタ（ＳＴ）と、前記物体（Ｏ）と前記参照面（ＲＳＰ）とから戻されかつ干渉されている光を捕捉し、この光を、表面形状を突き止めるための評価装置に供給する撮像装置（ＢＡ）とを備えた形式のものに関する。接近が困難な測定個所に良好な適合性と操作性が、物体光路内に、物体（Ｏ）に対して不動の光学系（ＳＯ）が配置されていてかつ前記不動の光学系（ＳＯ）に、前記不動の光学系（ＳＯ）の光軸方向に対して可動な光学系（ＢＯ）が続いていることにより可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 公知技術 本発明は、物体の表面の形状を測定するための干渉測定装置であって、短コヒ
ーレント光を放射する光源と、物体光路を介して物体に導かれる物体光と参照光
路を介して反射する参照面に導かれる参照光を形成するためのビームスプリッタ
と、前記物体と前記参照面とから戻されかつ干渉されている光を捕捉し、この光
を、表面形状を突き止めるための評価装置に供給する撮像装置とを備えた形式の
ものに関する。

【０００２】 この形式の干渉測定装置はドイツ特許公開ＤＥ４１０８９４４Ａ１号に記載さ
れている。いわゆる白色光干渉または短いコヒーレント干渉の測定原理に基づい
ているこの公知の干渉測定装置では、光源が短コヒーレント光を放射し、それは
ビームスプリッターを介して被測定物を照射する物体ビームと参照ミラーの形で
反射する参照面を照射する参照ビームとに分割される。物体表面を奥行きの方向
において走査するために、参照ミラーはピエゾ式調整操作部材を用いて参照光路
の光軸の方向に移動される。物体光路と参照光路とが一致するとき、可干渉距離
の領域に、干渉コントラストの最大値が生じる。これは光電イメージ変換器およ
び後続する評価装置を用いて識別されかつ参照ミラーの既知の偏向位置に基づい
て物体表面の輪郭を求めるために評価される。

【０００３】 白色光干渉に基づいた別のこの形式の干渉測定装置ないし干渉測定方法は、 P. de Groot, L. Deck, “Surface profiling by analysis of white-light int
erferograms in the spatial frequency domain” J. Mod. Opt., Vol. 42, No.
2, 389-401, 1995 および T.Maack, G.Notni, W.Schreiber, W.-D.Prenzel,"En
doskopisches 3-D-Formmesssystem", in Jahrbuch fuer Optik und Feinmechani
k, Ed.W.-D.Prenzel, Verlag Schiene und Schoen, Berlin, 231-240, 1998に記
載されている。

【０００４】 上記干渉測定装置若しくは測定方法の場合には、例えば深い中空室若しくは狭
い通路のような異なる個所、特に接近が困難な個所における測定を十分な横方向
の分解能をもっておこなうことが困難である。（まだ公開されていない）ドイツ
特許出願１９９４８８１３号には、この問題を解決するために、物体光路のアー
ム内に少なくとも１つの中間像を生成することが提案されている。これにより、
狭い中空室または狭い通路の場合でもより高い横方向の分解能が達成される。他
方では、開口数の増大から、被写界深度はより少なくなり、その法線（視野方向
）が、物体光路の結像装置の軸線に対して傾斜している、表面範囲の走査も奥行
き方向での走査の際の問題につながる。

【０００５】 奥行きの走査の際に、被写界深度の範囲を保つ問題は、参照面若しくは参照面
を形成する参照ミラーが運動するのではなく、参照光路を保持して、その代わり
に物体光路を変化させることにより回避している。これは、2つの形式でおこな
われる。即ち、一方では、物体自体を奥行き方向に動かすことによるか、他方で
は、測定装置の干渉部分を、物体に対して相対的に動かすことによる。確かに、
物体光路のこの種の変化は、白色光干渉において奥行き走査のための措置として
例えば上記雑誌から公知であるが、技術的に特に部品を製作する際に実現するの
が難しい問題である。

【０００６】 本発明の課題は、冒頭で述べた形式の測定装置を改良して、種々の測定上の問
題に簡単に適応できて、出来るだけ簡単な構造でかつ出来るだけ簡単な測定の実
施で出来るだけ良好な測定結果が達成する点にある。

【０００７】 この課題は、請求項１の構成要件で解決される。即ち、物体光路内に、物体に
対して（測定中に）不動の光学系が配置されていてかつ前記不動の光学系に、前
記不動の光学系の光軸方向に対して（測定中に）可動な光学系が続いていること
による。

【０００８】 不動の光学系と、不動の光学系に後接続される可動の光学系により、簡単な形
式で接近が困難な個所における種々の表面を測定することが出来る。例えば、偏
向素子により、深度走査装置（深度スキャン）の運動方向に対して斜めに向いた
表面を位置に忠実に奥行き方向で走査することが出来る。屈折素子、回析素子ま
たは反射素子（例えば、レンズ、凹面ミラー、グリッド等）のような、別の、平
面波面を変形する結像素子またはこれら光学素子の組み合わせにより、測定装置
の構造全体をコストをかけて変更しないで、それぞれの測定上の問題に適応する
ことが出来る。

【０００９】 不動の光学系は、全部または部分的に内視鏡として構成されていることにより
、狭い中空室を測定する場合でも、比較的大きな横方向の分解能を得ることが出
来る。

【００１０】 不動の光学系は、中間像を生じる光学系の部分であることにより、測定装置を
種々の測定課題に適合させるのに極めて有利である。この場合、中間像が、中間
像を生成する光学系を物体光路内に位置させると特に有利である。

【００１１】 物体の横方向の相対運動に対して有効な測定を達成するために、有利には、不
動の光学系は、物体を無限に結像している。

【００１２】 種々の構造において、可動の光学系が、物体光路の完全に外部か、部分的に内
部か、部分的に外部か、あるいは完全に内部に位置している点である。

【００１３】 可動の光学系は、全部または部分的に、光軸に可動に支承されている光学素子
からなることにより、例えば簡単にズームー対物レンズが構成される。

【００１４】 正確な測定のために、参照面の像は、物体を撮像装置で結像する光学系の被写
界深度範囲に位置している構成が寄与する。この場合、有利には、参照面の像は
、結像する光学系の像平面内に位置しており、更に、参照面の像は、可動の光学
系が運動する際に、結像する光学系の像平面と同期して運動している。

【００１５】 本発明の有利な構成では、不動の光学系が、物体表面の―有利には物体光路内
でー、物体に対して不動の中間像が生じる不動の中間結像装置として構成されて
おり、可動な光学系として、ビーム路内に、不動の中間像に後続する対物レンズ
ー光学系が構成されており、対物レンズー光学系は光軸の方向で、この光軸に対
して垂直に配向された不動の中間像の、奥行き方向での走査に対して可動であっ
て、中間像は直接または単数若しくは複数の中間像装置を介して撮像装置に結像
される。例えば、物体表面の、物体光路内に位置する不動の中間像を、物体光路
内の不動の中間像結像装置により得ることにより、一方では、狭い通路または孔
内でも、測定される物体表面を比較的大きな横方向の分解能により検知可能であ
り、かつ撮像装置および後接続された評価装置により奥行き方向の構造を評価す
ることが出来る。不動な中間像の走査は、比較的簡単な措置により可能になる。
なぜなら、中間像の奥行き走査のためには、物体の光路の僅かな光学構成要素を
運動させればよいからである。この場合、不動の中間像のそれぞれ走査された奥
行きは、常に可動な対物レンズー光学系の被写界深度範囲内にとどまっている。
なぜなら、奥行き走査（深度スキャン）により、可動な対物レンズー光学系の物
体平面は、殆ど不動の中間像を通って運動されかつこのような形式で、最大干渉
が、最大の解像度の範囲で評価される。更に、不動の中間像は常に対物レンズー
光学系の運動方向に対して垂直に向いているか配向されている。なぜなら、観察
された物体表面の、物体光路の軸線に対して斜めの配置も、可動な対物レンズー
光学系の軸線に対して法線方向で簡単に結像可能である。これにより、その法線
が、対物レンズー光学系の運動方向に対して斜めに向いている物体の表面範囲も
簡単に測定される。

【００１６】 評価の結像品質と精度は、中間結像装置が、中間像内で結像された全ての物体
点のために同じ結像縮尺度を有していることにより向上する。例えば、この場合
、中間結像装置は、４ｆ―配置のテレセントリック結像装置として構成されてい
る。

【００１７】 正確な測定結果を得るために、更に、参照光路内に、補償のために、物体光路
内の光学系に少なくとも部分的に相当する（若しくは同一な）光学系が存在する
と有利である。

【００１８】 測定装置の観察された表面範囲の平面的な評価にとって有利な構成は、撮像装
置が、平面的に配置された撮像素子（画素）を有していてかつ、各画素のために
、対物レンズー光学系の、最高の干渉コントラストが生じる位置が検出される点
である。

【００１９】 斜めに配置された物体表面の奥行き走査は、中間結像装置が、物体表面の法線
からずれた視野方向に位置する場合に、中間像を生じる偏向ユニットが設けられ
ていることにより簡単な形式で可能になる。

【００２０】 測定装置の簡単で良好に操作可能な構造は、可動のユニットが、可動の対物レ
ンズー光学系以外に、光源を有する照射ユニットとビームスプリッタを有するか
あるいは可動の対物レンズー光学系以外にビームスプリッタのみを有しているこ
とにより得られる。

【００２１】 測定装置の操作と構造にとって有利な構成は、不動の中間結像装置が、内視鏡
として構成されている。

【００２２】 物体及び参照面を照射するために、ファイバオプティクスが設けられているこ
とにより、結像装置のレンズにおける反射が減少される利点が生じる。

【００２３】 光路の種々の構成の可能性は、物体光路と参照光路並びに他の光路が、レンズ
として、単レンズ、グリンレンズ（勾配屈折率レンズ）、棒状レンズを有するこ
とにより生じる。

【００２４】 形状の測定は、物体光路の内部または外部の結像光学系内に、像を評価のため
に都合の良い位置に回動可能である光学素子が位置していることにより得られる
。

【００２５】 物体内部における測定個所の接近性は、物体光路内に、不動の光学系としてあ
るいは不動の光学系の部分として、真っ直ぐな状態と折り曲がられた状態との間
の角度で、少なくとも２つの折り曲げ位置において調節可能な蝶番式内視鏡が配
置されていることにより容易になる。

【００２６】 この場合、有利には、前記蝶番式内視鏡は、２つの、ヒンジにより互いに結合
された鏡筒を有しており、これら鏡筒内に、偏向素子を含む前記蝶番式内視鏡の
光学構成要素が内臓されている。

【００２７】 折り曲げ位置は、ヒンジの範囲内に、両鏡筒と協働するばね機構が配置されて
いることにより簡単に調節される。

【００２８】 以下に本発明を図面に示す実施例により詳細に説明する。その際、 図１Ａ及び図１Ｂは、２つの異なる深度走査位置において、物体に対して不動
の偏向ユニットを有する干渉測定装置の第１実施例の略示図であり、 図２Ａ及び図２Ｂは、２つの異なる走査位置において、干渉測定装置の別の実
施例を示す図であり、この場合、偏向ユニットが、結像する、波面を変形する素
子により置換されており、 図３は、物体光路内の光学的に固定された素子が別の形式で配置された干渉測
定装置の別の実施例を示す図であり、 図４Ａ及び図４Ｂは，参照光路の運動ユニットの大きさを小さくした干渉測定
装置の別の実施例を示す図であり、 図５Ａ及び図５Ｂは、可動の光学系も参照鏡も運動する別の実施例を示す図で
あり、 図６は、干渉測定装置の別の実施例の略示図であり、 図７は、傾斜した物体表面を測定する装置を有する、図６に示す干渉測定装置
を示す図であり、 図８は、可動素子の数が、図６及び図７の実施例に比べて減らされている干渉
測定装置の別の例を示す図であり、 図９は、可動素子の数が更に減らされた、干渉測定装置の別の実施例を示す図
であり、 図１０は、照射のために光伝導フェーザが設けられている干渉測定装置の別の
実施例を示す図であり、 図１１は、像回転装置を有する干渉測定装置の別の実施例を示す図であり、 図１２は、導入行程における蝶番式内視鏡を有する干渉測定装置の構成を示す
図であり、 図１３は、測定位置における図１２の測定装置を示す図であり、 図１４ａ乃至図１４ｃは、蝶番式内視鏡を示す図である。

【００２９】 図１Ａ及び図１Ｂに示す干渉測定装置１の場合、放射源若しくは光源ＬＱ（例
えば発光ダイオードまたは超発光ダイオード）の、そのコヒーレント長さが典型
的な約１０μｍ（例えば3乃至１００μｍ）のオーダの短コヒーレント光の光線
は、レンズＬ４と他の光学素子を介してビームスプリッタＳＴに導入される。短
コヒーレント光の光線は、このビームスプリッタＳＴ内で、物体Ｏの表面に導か
れる物体ビームＯＳと、参照ミラーＲＳＰに導かれる参照ビームＲＳに分割され
る。

【００３０】 物体光路若しくは物体アーム内に、不動の光学系ＳＯが、反射偏光ユニットＡ
Ｅの形式で物体Ｏの前に配置されている。光学系ＳＯは、図１Ａ及び図１Ｂに示
されるように、斜めに配置された物体Ｏが常に、奥行き方向において物体Ｏの表
面に対して垂直に走査されるように配置される。図１Ａ及び図１Ｂにでは、２つ
の異なる走査深度が示されている。これら２つの走査深度は、そこに取り付けら
れた、例えばピエゾ素子といった運動発生器ＢＥにより運動ユニットＢＥＷの偏
向により生じる。仮想参照面ＶＲは、これら走査深度により、基準方向において
、物体Ｏに対して異なる深度に位置している。本実施例では、偏向ユニットＡＥ
により形成される不動の光学系ＳＯは、物体Ｏに対して固定である。不動の光学
系ＳＯに続いて、ビームスプリッタＳＴと撮像装置ＢＡとの間のビーム路内の運
動ユニットＢＥＷ内に、可動の光学系ＢＯが配置されている。

【００３１】 運動ユニットＢＥＷの運動による深度走査の際に、物体光路と参照光路とが一
致するとき、可干渉距離の領域に、干渉コントラストの最大値が生じる。これは
光電撮像装置および後続する評価装置を用いて識別されかつ既知の振れ位置に基
づいて物体表面の輪郭を求めるために評価される。

【００３２】 更に、運動発生器ＢＥによる運動ユニットＢＥＷの２つの異なる振れ位置が示
されている、図２Ａ及び図２Ｂに示されている別の実施例の場合、図１Ａ及び図
１Ｂに記載の実施例と比べて、不動の光学系ＳＯが相違して構成されている。即
ち、不動の光学系ＳＯは、レンズＬ２、Ｌ３の形式の結像する、波面を変形する
素子により構成されている。不動の光学系ＳＯにより、中間像面ＺＥ内に不動の
中間像が生じる。中間像は、運動ユニットＢＥＷに位置する運動ユニットにより
奥行き方向で走査される。この措置により、同じ走査ユニットを相違する測定状
態へ簡単に適応させることができる。この場合、例えば、狭い中空空間における
比較的大きな横方向分解能での測定が達成される。物体表面が、結像する可動の
光学系ＢＯに対して常に最適に調節されているので、被写界深度に関する問題も
生じなくなる。物体Ｏは、不動の光学系ＳＯと可動の光学系ＢＯを有する結像す
る光学系を介して、撮像装置に撮像される。運動ユニットＢＥＷ内の構成部分の
適当な配置により、参照面ＶＲの像が、結像する光学系の画像面と共に運動する
ことになる。

【００３３】 図３に示した別の実施例の場合では、不動の光学系ＳＯは、レンズＬ３の形式
の結像する、波面を変形する素子と屈曲する素子の形式の偏向ユニットとを有し
ているので、深度走査方向に対して斜めに位置する物体表面が常に位置に忠実に
測定される。レンズＬ２の形式の結像する、波面を変形する別の素子は、この場
合しかしながら運動ユニットＢＥＷ内に位置しているので、確かに一方では、走
査装置へ簡単に適応するが、他方では深度測定範囲は、被写界深度に制限される
。なぜなら、全画像面は、深度走査により移動しないからである。不動の光学系
ＳＯは、物体を無限に結像する。

【００３４】 図４Ａと図４Ｂに、同様に2つの異なる走査位置で示された実施例では、運動
ユニットＢＥＷは、非常に小さく構成されている。この場合、参照光路内の結像
レンズの比較的大きな直径は、ビームスプリッタＳＴ上のビーム分割装置と接続
して利用される。

【００３５】 図５Ａと図５Ｂに示された別の実施例では、それぞれ１つの運動ユニットＢＥ
Ｗが、参照光路と物体光路内に設けられている。運動ユニットは、それぞれ所属
の運動発生装置ＢＥにより同期的に偏向する。

【００３６】 別の有利な実施例は、図６乃至図１０に示されている。図６に示す実施例では
、物体光路若しくは物体アーム内に、不動の光学系ＳＯとして、中間結像―レン
ズＬ２，Ｌ３を有する、物体Ｏに対して不動の中間結像装置ＳＯ（以下にバヨネ
ット式光学系として表示する）が配置されている。中間結像装置により、物体表
面の不動の中間像ＳＺＢが生じる。参照光路は、参照光路の長さにおいて、物体
光路に相当するので、仮想参照面ＶＲは、物体表面の範囲内に位置している。仮
想参照面ＶＲの像は、参照面ＢＲの像として、不動の中間像ＳＺＢの範囲内にバ
ヨネット式光学系ＳＯにより生じる。バヨネット式光学系ＳＯは、有利な構造及
び有利な操作のために、内視鏡形式に構成されていてかつ例えばその他の光学系
を有するケーシングに付加されている。他の可能性は、バヨネット式光学系ＳＯ
は、ケーシングから機構的に分離し、物体Ｏに定置に連結されている点にある。

【００３７】 参照光路若しくは参照アームは、レンズアームの光学素子にほぼ相当する光学
素子を、補償光学系ＫＳＯとして有しているので、物体光路内の光学系の妨害す
る光学的特性が補償される。

【００３８】 バヨネット式光学系ＳＯによって生じる不動の中間像ＳＺＢは、奥行き方向、
即ち、中間像の法線に対して平行に、法線方向に対して平行、即ちその光軸に沿
って可動な光学系ＢＯにより奥行き方向に走査される（深度スキャン）。参照面
ＢＲの像は、可動な対物レンズの被写界深度範囲、有利には可動な対物レンズ若
しくは可動な対物レンズ光学系の物体面に位置する。深度走査は、可動な対物レ
ンズＢＯが、不動の中間像ＳＺＢに対して相対的に運動することにより行われる
。この場合、参照面ＢＲの像は、可動な対物レンズ―光学系ＢＯと同期的に運動
することが補償される。

【００３９】 これにより、可動な対物レンズＢＯの走査と共に、参照面ＢＲの像が、不動の
中間像ＳＺＢにより運動する。

【００４０】 不動の中間像ＳＺＢは、可動な対物レンズー光学系ＢＯにより、直接または少
なくとも1つの中間結像装置を介して、多数の並列した撮像素子を有する撮像装
置ＢＡ、例えばＣＣＤ−カメラで結像し、後続する表面形状を求める評価装置に
おいて、例えば干渉コントラストの最大値を検知することにより評価される。こ
の場合、可動な対物レンズＢＯのそれぞれの位置が基礎になっている。

【００４１】 撮像装置ＢＡ上の物体の像において、物体アームと参照アーム内の光路差が、
コヒーレンス長よりも小さい場合に、高い干渉コントラストが発生する。３Ｄ−
基準形状を得るために、種々の、公知の方法（当初に述べた文献参照）が使用さ
れる。

【００４２】 図６及び後続の図で示される構造では、例示的にマイケルソン干渉計を有して
いる。不動のバヨネット式光学系ＳＯにより、複数の中間結象も生じることがで
きる。走査のために、斜線で示した範囲が運動する。この範囲は、例えば、その
上にバヨネット式―光学系ＳＯが載置されているケーシング内に位置することが
できる。択一的に、バヨネット式―光学系ＳＯをケーシングから分離して、物体
と定置に結合することができる。

【００４３】 図７に示した構造の場合、物体Ｏの被測定表面は、バヨネット式―光学系ＳＯ
の光軸に対して斜めに配置されていてかつ物体Ｏの前に、偏向素子ＡＥまたは別
の結像ユニットが位置決めされている。偏向素子ＡＥを介して、可動の対物レン
ズＢＯの光軸に対して垂直に配向された不動の中間像ＳＺＢが生じる。不動の中
間像ＳＺＢの走査を介して、斜めの物体表面の走査が、簡単な処置により実施可
能になる、なぜなら中間像に対する、可動な対物レンズＢＯの光軸の視野方向が
零度であるからである。走査軸は、可動な対物レンズＢＯの光軸に対して平行に
向いてなければならない。従って、バヨネット式光学系ＳＯの視野方向が、深度
走査の走査軸と関連している。

【００４４】 干渉測定装置１の、図８に示した構造の場合、主として参照アーム、ビームス
プリッタＳＴ並びに可動な対物レンズＢＯを有する斜線に範囲で示した素子の数
が示すように、深度走査をおこなう可動要素の数が著しく減らされている。

【００４５】 不動の中間像ＳＺＢの走査装置を有する干渉測定装置１の別の実施例は、図９
に示されている。この場合、可動な対物レンズＢＯ以外に、ビームスプリッタＳ
Ｔ及び光源ＬＱを有する照射ユニットが運動する。参照アームの光軸に対して直
角に、参照ビームの僅かな移動は、比較的僅かな走査―運動距離のために、測定
結果に実際の影響を及ぼさない。

【００４６】 図１０に示す実施例の場合、物体Ｏは、択一的に少なくとも部分的にバヨネッ
ト式光学系ＳＯ内に延びるファイバオプティクスを介して、ファイバライトガイ
ドＬＬにより照射される。このファイバーオプティクスによる照射は、バヨネッ
ト式光学系ＳＯのレンズにおける反射が減少するという利点がある。物体アーム
内と参照アーム内の光学路長と拡散の調整のために、両干渉計アーム内のファイ
バー長と幾何学模様ができるだけ一致するように選択されなければならない。

【００４７】 干渉測定装置内のレンズのために、例えばアクロマート、グリンレンズ（勾配
屈折率レンズ）または棒状レンズのような種々の構成が選択できる。

【００４８】 図１１に示した実施例では、結像する光学系内に、像を回転するための光学素
子ＤＥが含まれている。不動の光学系ＳＯが、例えば半径方向対称な物体（例え
ば、弁座）の種々のセグメントを測定するために、物体に対して回動すると、撮
像装置ＢＡ上で同様に物体Ｏの像が回動する。しかしながら、撮像装置ＢＡ上で
、物体の固定の像を有することは有利である。これは、有利には物体光路の外側
で、結像する光学系内で、光学素子（例えば反転プリズム、ドーブプリズム等）
が設けれていて、これにより像の回動が再び補償されることにより達成すること
ができる。

【００４９】 図１２乃至図１４には、干渉測定装置の別の実施例が示されている。この場合
、不動の光学系ＳＯは、蝶番式内視鏡ＫＬとして構成されている。

【００５０】 蝶番式内視鏡ＫＬは、例えば２つの鏡筒Ｔ１，Ｔ２からなる。２つの鏡筒Ｔ１
，Ｔ２は、それぞれ鏡筒軸ＴＡ１、ＴＡ２を有しておりかつ、一方の鏡筒Ｔ１の
旋回軸ＫＡを他方の鏡筒Ｔ２に対して相対的に形成するために、ヒンジＧにより
互いに接続されている。両鏡筒Ｔ１，Ｔ２は、図１４ｂ）及び図１４ｃ）から明
らかなように、折り曲げ角度αにおいて相違する例えば2つの異なる折り曲げ位
置を占めることができる。両鏡筒Ｔ１、Ｔ２は、両鏡筒軸ＴＡ１，ＴＡ２が真っ
直ぐな状態では角度零度を形成するのに対して、折り曲げた状態では、所定の折
り曲げ角度αを中心に互いに角度をなしている。蝶番式内視鏡の光学的構成要素
ＯＫＬを収容している両鏡筒Ｔ１，Ｔ２の間のヒンジＧの範囲内に、ばねを有す
るばね機構（Ｆ）が位置している。蝶番式内視鏡ＫＬが真っ直ぐな状態では、ば
ねＦは緊張しているのに対して、折り曲げられた状態ではばねＦは弛緩している
。内視鏡―光学系は、本実施例では、折り曲げられた状態のために設計されてい
る。内視鏡―光学系は、少なくとも１つの光学偏向素子、例えばヒンジＧの範囲
に配置された鏡ＫＳＰを有している。偏向素子として、光軸を鏡筒軸ＴＡ１、Ｔ
Ａ２の相応して偏向するプリズムまたはグリッドも考えられる。図１２に示すよ
うに、物体Ｏに挿入する際に、蝶番式内視鏡ＫＬは、真っ直ぐな状態である。こ
の挿入は、ばねを緊張させて内視鏡の独自の案内装置により達成することができ
る。案内装置として、しかし、図１２及び図１３に示すように、弁座を測定する
際の案内孔のように、物体自体も役立つことができる。蝶番式内視鏡ＫＬが完全
に物体Ｏ若しくは構造部分に挿入されると、ヒンジＧは自由に位置することにな
るので、蝶番式内視鏡ＫＬは、折り曲げられた状態を占めることができる。蝶番
式内視鏡ＫＬは、折り曲げられた状態において、正確に測定位置ＭＳＴを観察す
るように製作されている。

【００５１】 観察される物体表面は、折り曲げられた状態の蝶番式内視鏡ＫＬにより、平面
波により照射されて、直接または中間像を介して撮像装置ＢＡ（例えばＣＣＤ−
カメラ）により結像される。参照光路内で、参照ビームＲＳが、参照鏡ＲＳＰに
より反射される。内視鏡光学系を補償するために、参照光路若しくは参照アーム
内に、内視鏡光学系に類似または相当する光学系を挿入することができる。デー
タの評価は、前記実施例と関連して記載してある。

【００５２】 干渉計は、マイケルソン干渉計以外（例えばコモンーパスー干渉計、マッハ・
ツェンダー干渉計等）でも実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】 ２つの異なる深度走査位置において、物体に対して不動の偏向ユニットを有す
る干渉測定装置の第１実施例の略示図である。

【図１Ｂ】 ２つの異なる深度走査位置において、物体に対して不動の偏向ユニットを有す
る干渉測定装置の第１実施例の略示図である。

【図２Ａ】 ２つの異なる走査位置において、干渉測定装置の別の実施例を示す図であり、
この場合、偏向ユニットが、結像する、波面を変形する素子により置換されてい
る。

【図２Ｂ】 ２つの異なる走査位置において、干渉測定装置の別の実施例を示す図であり、
この場合、偏向ユニットが、結像する、波面を変形する素子により置換されてい
る。

【図３】 物体光路内の光学的に固定された素子が別の形式で配置された干渉測定装置の
別の実施例を示す図である。

【図４Ａ】 参照光路の運動ユニットの大きさを小さくした干渉測定装置の別の実施例を示
す図である。

【図４Ｂ】 参照光路の運動ユニットの大きさを小さくした干渉測定装置の別の実施例を示
す図である。

【図５Ａ】 可動の光学系も参照鏡も運動する別の実施例を示す図である。

【図５Ｂ】 可動の光学系も参照鏡も運動する別の実施例を示す図である。

【図６】 干渉測定装置の別の実施例の略示図である。

【図７】 傾斜した物体表面を測定する装置を有する、図６に示す干渉測定装置を示す図
である。

【図８】 可動素子の数が、図６及び図７の実施例に比べて減らされている干渉測定装置
の別の例を示す図である。

【図９】 可動素子の数が更に減らされた、干渉測定装置の別の実施例を示す図である。

【図１０】 照射のために光伝導フェーザが設けられている干渉測定装置の別の実施例を示
す図である。

【図１１】 像回転装置を有する干渉測定装置の別の実施例を示す図である。

【図１２】 導入行程における蝶番式内視鏡を有する干渉測定装置の構成を示す図である。

【図１３】 測定位置における図１２の測定装置を示す図である。

【図１４】 ａ）〜ｃ）は蝶番式内視鏡を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 １０１ １５ ５２４．７ (32)優先日 平成13年３月28日(2001．3．28) (33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＪＰ，Ｕ Ｓ Ｆターム(参考） 2F064 AA09 DD01 DD08 EE01 FF03 GG02 GG12 GG22 GG45 GG47 GG52 HH03 HH08 KK01 KK04 2F065 AA01 AA51 FF04 FF51 GG07 HH04 JJ26 LL02 LL08 LL10 LL12 LL31 LL46 QQ24

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体（Ｏ）の表面の形状を測定するための干渉測定装置（１
   ）であって、短コヒーレント光を放射する光源（ＬＱ）と、物体光路を介して物
   体（Ｏ）に導かれる物体光（ＯＳ）と参照光路を介して反射する参照面（ＲＳＰ
   ）に導かれる参照光（ＲＳ）を形成するためのビームスプリッタ（ＳＴ）と、前
   記物体（Ｏ）と前記参照面（ＲＳＰ）とから戻されかつ干渉されている光を捕捉
   し、この光を、表面形状を突き止めるための評価装置に供給する撮像装置（ＢＡ
   ）とを備えた形式のものにおいて、物体光路内に、物体（Ｏ）に対して不動の光
   学系（ＳＯ）が配置されていてかつ前記不動の光学系（ＳＯ）に、前記不動の光
   学系（ＳＯ）の光軸方向に対して可動な光学系（ＢＯ）が続いていることを特徴
   とする干渉測定装置。
2. 【請求項２】 前記不動の光学系（ＳＯ）は、平面波面を変形する素子を有
   している請求項１記載の測定装置。
3. 【請求項３】 前記不動の光学系（ＳＯ）は、全部または部分的に内視鏡と
   して構成されている請求項１または２記載の測定装置。
4. 【請求項４】 前記不動の光学系（ＳＯ）は、中間像を生じる光学系の部分
   である請求項１乃至３のいずれか１項記載の測定装置。
5. 【請求項５】 前記不動の光学系（ＳＯ）は、物体を無限に結像する請求項
   １乃至４のいずれか１項記載の測定装置。
6. 【請求項６】 前記可動の光学系（ＢＯ）は、物体光路の完全に外部か、部
   分的に内部か、部分的に外部か、あるいは完全に内部に位置している請求項１乃
   至５のいずれか１項記載の測定装置。
7. 【請求項７】 前記可動の光学系（ＢＯ）は、全部または部分的に、光軸に
   可動に支承されている光学素子からなる請求項１乃至６のいずれか１項記載の測
   定装置。
8. 【請求項８】 前記参照面（ＶＲ）の像は、結像する光学系の被写界深度範
   囲に位置している請求項１乃至７のいずれか１項記載の測定装置。
9. 【請求項９】 前記参照面（ＶＲ）の像は、結像する光学系の像平面内に位
   置している請求項８項記載の測定装置。
10. 【請求項１０】 前記参照面（ＶＲ）の像は、可動の光学系（ＢＯ）が運動
    する際に、結像する光学系の像平面と同期して運動する請求項８または９記載の
    測定装置。
11. 【請求項１１】 前記不動の光学系（ＳＯ）が、物体表面の、物体（Ｏ）に
    対して不動の中間像（ＳＺＢ）が生じる不動の中間結像装置（Ｌ２、Ｌ３）とし
    て構成されており、可動な光学系（ＢＯ）として、ビーム路内に、不動の中間像
    （ＳＺＢ）に後続する対物レンズー光学系が構成されており、対物レンズー光学
    系は光軸（ＲＯＡ）の方向で、この光軸に対して垂直に配向された不動の中間像
    （ＳＺＢ）の、奥行き方向での走査に対して可動であって、中間像（ＳＺＢ）は
    直接または単数若しくは複数の中間像装置を介して撮像装置（ＢＡ）に結像され
    る請求項１乃至１０のいずれか１項記載の測定装置。
12. 【請求項１２】 前記中間結像装置（Ｌ２、Ｌ３）は、中間像（ＳＺＢ）内
    で結像された全ての物体点のために同じ結像縮尺度を有している請求項１１記載
    の測定装置。
13. 【請求項１３】 前記中間結像装置（Ｌ２、Ｌ３）は、４ｆ―配置のテレセ
    ントリック結像装置として構成されている請求項１２記載の測定装置。
14. 【請求項１４】 参照光路内に、補償のために、物体光路内の光学系に少な
    くとも部分的に相当する光学系（ＫＳＯ）が存在する請求項１乃至１３のいずれ
    か１項記載の測定装置。
15. 【請求項１５】 前記撮像装置（ＢＡ）は、平面的に配置された撮像素子（
    画素）を有していてかつ、各画素のために、対物レンズー光学系（ＢＯ）の、最
    高の干渉コントラストが生じる位置が検出される請求項１乃至１４のいずれか１
    項記載の測定装置。
16. 【請求項１６】 中間結像装置（Ｌ２，Ｌ３）が、物体表面の法線からずれ
    た視野方向に位置する場合に、中間像（ＳＺＢ）を生じる偏向ユニット（ＡＥ）
    が設けられている請求項１乃至１５のいずれか１項記載の測定装置。
17. 【請求項１７】 可動のユニットは、可動の対物レンズー光学系（ＢＯ）以
    外に、光源（Ｌ2）を有する照射ユニットとビームスプリッタ（ＳＴ）を有する
    かまたは可動の対物レンズー光学系（ＢＯ）以外にビームスプリッタ（ＳＴ）の
    みを有している請求項１乃至１６のいずれか１項記載の測定装置。
18. 【請求項１８】 不動の中間結像装置（Ｌ２，Ｌ３）は、内視鏡として構成
    されている請求項１１乃至１７のいずれか１項記載の測定装置。
19. 【請求項１９】 物体（Ｏ）及び参照面（ＲＳＰ）を照射するために、ファ
    イバオプティクス（ＬＬ）が設けられている請求項１乃至１８のいずれか１項記
    載の測定装置。
20. 【請求項２０】 物体光路と参照光路並びに他の光路は、レンズ（Ｌ１，Ｌ
    ２，Ｌ３，Ｌ４，ＫＳＯ）として、単レンズ、グリンレンズ（勾配屈折率レンズ
    ）、棒状レンズ、回析素子、プリズムまたはこれらの組み合わせを有している請
    求項１乃至１９のいずれか１項記載の測定装置。
21. 【請求項２１】 物体光路の内部または外部の結像光学系内に、像を評価の
    ために都合の良い位置に回動可能である光学素子（ＤＥ）が位置している請求項
    １乃至２０のいずれか１項記載の測定装置。
22. 【請求項２２】 物体光路内に、不動の光学系（ＳＯ）としてあるいは不動
    の光学系（ＳＯ）の部分として、真っ直ぐな状態と折り曲がられた状態との間の
    角度（α）による、少なくとも２つの折り曲げ位置において調節可能な蝶番式内
    視鏡（ＫＬ）が配置されている請求項１乃至２１のいずれか１項記載の測定装置
    。
23. 【請求項２３】 前記蝶番式内視鏡（ＫＬ）は、２つの、ヒンジ（Ｇ）によ
    り互いに結合された鏡筒（Ｔ１，Ｔ２）を有しており、これら鏡筒（Ｔ１，Ｔ２
    ）内に、偏向素子（ＫＳＰ）を含む前記蝶番式内視鏡（ＫＬ）の光学構成要素（
    ＯＫＬ）が内臓されている請求項１乃至２２のいずれか１項記載の測定装置。
24. 【請求項２４】 ヒンジ（Ｇ）の範囲内に、両鏡筒（Ｔ１，Ｔ２）と協働す
    るばね機構（Ｆ）が配置されている請求項２３記載の測定装置。