WO1990010195A1 - Vorrichtung zur interferometrischen erfassung von oberflächenstrukturen - Google Patents

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Thomas Pfendler
Pawel Drabarek
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Definitions

  • the invention relates to a device for the interferometric detection of surface structures by measuring the phase difference in laser-speckle pairs in the measuring points on this surface.
  • the device according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that a very simple arrangement of optical fiber lines can be used for beam splitting and frequency change of a beam.
  • Optical couplers and dividers for such fiber lines are available as common components.
  • the beam guidance is therefore variable and does not require any adjustment, at least in this area.
  • the frequency shift is achieved by a certain extension of a fiber line and frequency modulation or wavelength modulation, which makes the "frequency converter” very simple and inexpensive. Since the fiber lines can be guided very close to one another without any accuracy being important, the entire arrangement is not only very inexpensive but also very compact.
  • a particular problem with the measurement is that the height differences to be measured on the measuring surface in the known methods must be less than half a wavelength of the measuring beam. Differences in height, which differ by half a wavelength, result in the same signal, namely a phase difference of 360 °.
  • the wavelength of the measuring beam must be selected accordingly in the known measuring devices, that is to say certain pre-information or estimates of the roughness and structure of the surface to be measured are required.
  • this problem takes a back seat.
  • the phase differences are determined in a known form, and then a comparison of the various determined phase differences is carried out.
  • a simple design is achieved in that the divider device is provided with an optical coupler for the at least two input-side optical fiber lines.
  • the wavelengths of the different laser sources differ only slightly.
  • the accuracy of the result increases with a larger number of laser sources.
  • the laser sources work at the same time and that a number of photo receivers corresponding to the number of laser sources is provided in the photo receiving device, means in front of these photo receivers being provided with means for splitting the laser beam into its components with different wavelengths and for feeding to the individual photo receivers is.
  • the laser sources can be controlled very easily, and a very simple evaluation is possible due to the simultaneous presence of the measurement results.
  • several photo receivers and a device for splitting the laser beam are required.
  • the laser sources can also work sequentially, in which case only a single photo receiver is required in the photo receiver device.
  • a memory device for temporarily storing the measurement results is required for the evaluation, and the laser sources must be controlled sequentially.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the measurement setup for sequential operation and Fig. 2 shows a detail of the measurement setup for the
  • three laser sources 10 to 12 designed as laser diodes are provided, the frequency of which by current modulation, in particular injection current modulation.
  • the dotted line between the laser sources 11 and 12 is intended to indicate that the number of laser sources can also be higher.
  • at least two laser diodes must be provided.
  • the laser beams emerging from these laser diodes are each fed via optical fiber lines 13 to 15 to a coupler and divider device 16, where they are first coupled to form a single beam and then divided again into two identical output beams, namely into a reference beam. and into a measuring beam.
  • the reference beam is continued in an optical fiber line 17 and the measuring beam in an optical fiber line 18.
  • the optical fiber line 17 has a loop 19 for the reference beam, which extends this fiber line 17 relative to the fiber line 18 by the length of this loop 19.
  • the reference beam and the measuring beam leave the fiber lines 17, 18 at their ends, are collimated and fed to a deflection device which consists of a mirror 22 inclined at 45 and a beam splitter 23 which is at an angle of 45 ° is inclined in the opposite direction.
  • the reference beam emerging from the end 20 is deflected at right angles at the mirror 22, passes through the beam splitter 23 and arrives at a photo receiver 24 designed as a photodiode in a photo receiver device 25.
  • the measuring beam runs from the end 21 through the beam _ _
  • the splitter 23 to the surface of an object 26 to be measured is reflected from there and also passed from the beam splitter 23 to the photo receiver 24.
  • the two components overlap after the interferometer pr ip and thus illuminate the photo receiver unit.
  • the received signal from the photo receiver unit 24 is processed in the photo receiver device 25, if necessary, and fed to an evaluation device 27 which, together with a frequency modulator 28, forms the control and evaluation electronics 29.
  • the frequency modulator 28 the laser sources 10 to 12 can be current-modulated to change their frequency or wavelength, in particular inject-current-modulated, and can be switched on sequentially in certain time ranges.
  • the measuring device shown in FIG. 1 operates in the so-called monocolor mode, that is, the laser sources 10 to 12 are switched on sequentially in their respective time range, so that only laser light of one wavelength is ever present.
  • this laser light of one wavelength is divided into a measuring beam and a reference beam in the coupler and divider device 16.
  • the reference beam experiences a relative frequency shift of e.g. a few kHz.
  • This reference beam and the measuring beam reflected on the surface of the object 26 are then superimposed after the interferometer principle and illuminate the photoreceiver 24, whose measuring signal thus also has a frequency of e.g. has a few kHz, which corresponds to the frequency difference between the measuring and reference beams
  • a phase difference arises which depends on these height differences. This is described in more detail in the prior art specified at the outset. For example, a profile change that corresponds to half a wavelength of the laser light results in a measurement signal shift of 360.
  • phase difference angles of 36 and 72 are thus recognized. If, on the other hand, height differences on the object 26 were an entire wavelength of the laser light from the first laser source 10, then phase difference angles of 72 and 144 ° would result. In this way, exact measurements of surface structures are also possible, the height differences of which are multiples of half a wavelength.
  • the second exemplary embodiment shown in detail in FIG. 2 largely corresponds to the first exemplary embodiment.
  • all three laser sources 10 to 12 work simultaneously, and the correspondingly superimposed laser beams with the three different wavelengths are shortly before the photo receiver device 30 by a prism 34 or another wavelength divider, for example an optical grating, in their individual components different wavelengths split.
  • the evaluation can take place here simultaneously, since all three measured values are available simultaneously, while in the first embodiment an intermediate storage is required before the phase differences are can be voted.
  • the mode of operation on which FIG. 2 is based can also be referred to as multicolor operation

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur interferometrischen Erfassung von Oberflächenstrukturen durch Messung der Phasendifferenz in Laser-Speckle-Paaren in den Meßpunkten auf dieser Oberfläche vorgeschlagen. Diese Vorrichtung umfaßt wenigstens zwei Laserquellen (10-12), deren Frequenz bzw. Wellenlänge moduliert wird, eine den jeweils erzeugten Laserstrahl in zwei Teilstrahlen aufteilende Teilervorrichtung (16), Mittel zur Frequenzverschiebung der beiden Teilstrahlen relativ zueinander und eine Strahlführungsvorrichtung, durch die der eine der Teilstrahlen als Referenzstrahl und der andere als zum Meßpunkt geführter und dort reflektierter Meßstrahl interferometrisch überlagert einer Fotoempfängereinrichtung (25) zuführbar sind, der eine Auswertevorrichtung (27) zur Bestimmung der Phasendifferenz nachgeschaltet ist. Die Teilervorrichtung ist eingangsseitig über eine optische Faserleitung (13-15) mit den wenigstens zwei Laserquellen (10-12) verbunden, und die beiden von der Teilervorrichtung (16) ausgehenden Teilstrahlen verlaufen ebenfalls wenigstens für eine Teilstrecke in optischen Faserleitungen (17 und 18), wobei eine dieser Faserleitungen (17) eine Verlängerung (19) gegenüber der anderen aufweist. Auf diese Weise können ein Meßstrahl und ein Referenzstrahl mit geringfügigem Frequenzunterschied auf einfache und kostengünstige Weise erzeugt werden, wobei ein kompakter Aufbau bei geringsten Justierarbeiten möglich ist.

Description

Vorrichtung zur interferomet i sehen Erfassung von Ober¬ flächenstrukturen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur interfero- metrischen Erfassung von Oberflächenstrukturen durch Messung der Phasendifferenz in Laser-Speckle-Paaren in den Me߬ punkten auf dieser Oberfl che.
Eine derartige Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren sind in der DE-OS 33 18 678 oder im Fachbuch "Laser-Speckle" , J.C. Dainty, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1975, ausführlich beschrieben. Bei der bekannten Vorrichtung wird das von einem Laser emitierte Licht in einen Referenz- und in einen Meßstrahl aufgespalten, wobei eine Vorrichtung die Frequenz des Referenzstrahls verschiebt. Der Meßstrahl wird an der zu messenden rauhen Oberfläche reflektiert und dann gemeinsam mit dem Referenzstrahl in der Interfero- grammebene abgebildet. Bei derartigen rauhen Oberflächen erhält man in der Interferogrammebene kein übliches Inter- ferogra m, sondern ein Speck!e-Muster. Durch Bestimmung der Phasendifferenz kann dann auf die geometrische Form der rauhen Oberfläche geschlossen werden, wie dies im ein- gangs angegebenen Stand der Technik näher beschrieben ist.
Zur Erzeugung der verschiedenen Wellenlängen bzw. Frequenzen der beiden Strahlen wird ein aufwendiges optisches System mit Linsen, Spiegeln und Prismen sowie ein nicht näher beschriebener Frequenzwandler eingesetzt. Ein solches System ist jedoch nicht nur aufwendig und teuer in der Herstellung, sondern auch schwierig bei der erforderlichen Genauigkeit zu justieren. Weiterhin beansprucht diese Anordnung eine so große räuml iche Ausdehnung, daß sie schwer in einem kleinen und handlichen Gerät unterzubringen ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil , daß zur Strahl auftei 1 ung und Frequenzänderung eines Strahls eine sehr einfache Anordnung von optischen Faserleitungen verwendet werden kann. Optische Koppler und Teiler für solche Faserleitungen sind als g ngige Bauteile er ltlich. Die Strahlführung ist dadurch variabel und bedarf zumindest in diesem Bereich keinerlei Justierung. D e Frequenzver¬ schiebung wird durch eine bestimmte Verlängerung einer Faserleitung und Frequenzmodulation bzw. Wellenlängenmodu¬ lation erzielt, wodurch der "Frequenzwandler" sehr einfach und kostengünstig wird. Da die Faserleitungen sehr dicht nebeneinander geführt werden können, ohne daß es dabei auf irgendwelche Genauigkeit ankommt, wird die gesamte Anordnung nicht nur sehr kostengünstig, sondern auch sehr kompakt .
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Ein besonderes Problem bei der Messung besteht darin, daß die zu messenden Höhenunterschiede auf der Meßoberfläche bei den bekannten Verfahren kleiner als eine halbe Wellen¬ länge des Meßstrahls sein müssen. Höhenunterschiede, die sich um eine halbe Wellenlänge unterscheiden, ergeben näm¬ lich dasselbe Signal , nä lich einen Phasenuntersc ied von 360°. Um diesem Problem zu begegnen, muß bei den bekannten Meßvorrichtungen die Wellenlänge des Meßstrahls entsprechend gewählt werden, das heißt, man benötigt gewisse Vorinforma¬ tionen oder Abschätzungen über die Rauhigkeit und Struktur der zu messenden Oberfläche. Durch die Verwendung von mehre¬ ren gekoppelten Laserquellen mit unterschiedlichen Wellen¬ längen tritt dieses Problem in den Hintergrund. In der Auswertevorrichtung aus den interferometri seh überlagerten Signalen von jeder Laserquelle für sich werden die Phasen¬ differenzen in bekannter Form bestimmt, und danach wird ein Vergleich der ve sc iedenen ermittelten Phasendifferen¬ zen vorgenommen. Bei der Differenzbildung ergeben sich nun deutl iche Unterschiede im Hi nbl i ck darauf, ob sich Untersc iede in der Höhenstruktur um weniger als eine halbe Wellenlänge oder um ganzzahlige Vielfache davon unterschei¬ den. Eine Anpassung der Wellenlänge an die jeweils zu messende Oberfläche ist in weiten Grenzen nicht mehr- erforde lich, so daß au-ch sehr unterschiedliche Oberflächen mit derselben Meßvorrichtung ohne besondere Einstellung untersucht werden können .
Eine einfache konstruktive Ausbildung wird dadurch erzielt, daß die Teilervorrichtung mit einem optischen Koppler für die wenigstens zwei eingangsseitigen optischen Faser1 ei tungen versehen ist.
Die Wellenlängen der verschiedenen Laserquellen unterschei¬ den sich nur geringfügig. Bei einer größeren Anzahl von Laserquellen erhöht sich die Genauigkeit des Ergebnisses.
Eine konstruktive Ausgestaltung besteht nun darin, daß - -
alle Laserquellen gleichzeitig arbeiten und daß eine der Zahl der Laserquellen entsprechende Anzahl von Fotoempf ngern in der Fotoempfangseinrichtung vorgesehen ist, wobei vor diesen Fotoempfängern Mittel zur Aufspaltung des Laser¬ strahls in seine Komponenten mit verschiedenen Wellenlängen und zur Zuführung zu den einzelnen Fotoempf ngern vorge¬ sehen ist. Bei diesem Simultanbetrieb können die Laser¬ quellen sehr einfach gesteuert werden, und es ist eine sehr einfache Auswertung durch das gleichzeitige Vorliegen der Meßergebnisse möglich. Allerdings sind hierbei mehrere Fotoempfänger sowie eine Vorrichtung zum Aufspalten des Laserstrahls erforderlich. Andererseits können die Laser¬ quellen auch sequentiell arbeiten, wobei dann in der Foto¬ empfängereinrichtung nur ein einziger Fotoempf nger er¬ forderlich ist. Für die Auswertung ist hier eine Speicher¬ einrichtung zum Zwischenspeichern der Meßergebnisse er¬ forderlich, und die Laserquellen müssen sequentiell ge¬ steuert werden.
Ze i chnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich¬ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Meßaufbaus für den sequentiellen Betrieb und Fig. 2 eine Detai 1 darstell ung des Meßaufbaus für den
Simultanbetrieb der Laserquellen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind drei als Laser-Dioden ausgebildete Laserquellen 10 bis 12 vorgesehen, deren Frequenz durch Strommodulation, insbesondere Injektionsstrommodulation, moduliert wird. Die punktierte Linie zwischen den Laserquellen 11 und 12 soll andeuten, daß die Zahl der Laserquellen auch höher sein kann. Es müssen jedoch wenigstens zwei Laser-Dioden vorgesehen sein. Die aus diesen Laser- Dioden austretenden Laserstrahlen werden jeweils über optische Faser1 eitungen 13 bis 15 einer Koppler- und Teilervorrichtung 16 zugeführt, wo sie zun chst zu einem einzigen Strahl gekoppelt und anschließend wieder in zwei identische Ausgangsstrahlen aufgeteilt werden, und zwar in einen Referenz- und in einen Meßstrahl. Der Referenzstrahl wird in einer optischen Faser¬ leitung 17 und der Meßstrahl in einer optischen Faserleitung 18 weitergef hrt. Die optische Faserleitung 17 weist für den Referenzstrahl eine Schleife 19 auf, die diese Faser¬ leitung 17 gegenüber der Faserleitung 18 um die Länge dieser Schleife 19 verl ngert.
Infolge der Frequenzmodulation und des Durchgangs durch die verschiedenen optischen Wege entsteht ein relativer Frequenzunterschied im Referenzstrahl gegenüber dem Me߬ strahl , der prozentual äußerst gering ist im Hinblick auf übliche Frequenzen von Laserlicht und z.B. einige kHz be¬ tragen kann.
Der Referenz- und der Meßstrahl verlassen die Faser1 eitungen 17, 18 an deren Enden, werden kollimiert und einer Umlenk¬ vorrichtung zugeleitet, die aus einem unter 45 schräg¬ gestellten Spiegel 22 und aus einem Strahlteiler 23 besteht, der unter einem Winkel von 45° in Gegen ichtung geneigt ist. Der aus dem Ende 20 austretende Referenzstrahl wird am Spiegel 22 rechtwinklig umgelenkt, verläuft durch den Strahlteiler 23 und gelangt zu einem als Fotodiode ausge¬ bildeten Fotoempf nger 24 in einer Fotoempfängereinrichtung 25. Der Meßstrahl verläuft vom Ende 21 aus durch den Strahl- _ _
teiler 23 zur zu messenden Oberfläche eines Objekts 26, wird von dort aus reflektiert und vom Strahlteiler 23 eben¬ falls zum Fotoempfänger 24 geleitet. Die beiden .Komponenten überlagern sich nach dem Interferometerpr inz ip und beleuch¬ ten so die Fotoempf nger-Einheit.
Das empfangene Signal der Fotoempfänger-E nheit 24 wird in der Fotoempf ngereinrichtung 25 aufgearbeitet, sofern nötig, und einer Auswerteein ichtung 27 zugeführt, die zusammen mit einem Frequenzmodulator 28 die Steuer- und Auswerteelektronik 29 bildet. Durch den Frequenzmodulator 28 können die Laserquellen 10 bis 12 zur Veränderung ihrer Frequenz bzw. Wellenlänge strommoduliert, insbesondere i n jekti ons-strommodul iert , und sequentiell in bestimmten Zeitbereichen eingeschaltet werden.
Die in Fig. 1 dargestellte Meßvor ichtung arbeitet im so¬ genannten Monocolorbetrieb, das heißt, -die Laserquellen 10 bis 12 werden sequentiell in ihrem jeweiligen Zeitbereich eingeschaltet, so daß immer nur Laserlicht von einer Wellen¬ länge vorliegt. Dieses Laserlicht einer Wellenlänge wird in der Koppler- und Teilervorrichtung 16 - wie bereits beschrieben - in einen Meßstrahl und einen Referenzstrahl aufgeteilt. Infolge der Frequenzmodulation und des Durch¬ gangs durch die Schleife 19 erfährt der Referenzstrahl gegenüber dem Meßstrahl eine relative Frequenzverschiebung von z.B. einigen kHz. Dieser Referenzstrahl und der an der Oberfläche des Objekts 26 reflektierte Meßstrahl werden dann nach dem Interferometerpr inzip überlagert und beleuch¬ ten den Fotoempf nger 24, dessen Meßsignal somit ebenfalls eine Frequenz von z.B. einigen kHz aufweist, die dem Fre¬ quenzunterschied zwischen Meß- und Referenzstrahl entspricht
Entsprechend den Unebenheiten und Höhendifferenzen auf der Oberfläche des Objekts 26 entsteht dabei eine Phasen¬ differenz, die von diesen Höhenunterschieden abhängt. Dies ist im eingangs angegebenen Stand der Technik näher be¬ schrieben. Beispielsweise ergibt eine Profiländerung, die einer halben Wellenlänge des Laserlichts entspricht, eine Meßs ignal ersch iebung von 360 .
Anschließend werden nun nacheinander die anderen Laser¬ quellen 11 und 12 eingeschaltet, die jeweils beispielsweise eine um 10 % erhöhte Wellenlänge aufweisen. Dies würde entsprechend zu Phasenverschiebungen des Meßsignals von 324 und 298 führen. Durch Differenzbildung werden somit Phäsendifferenzwi nkel von 36 und 72 erkannt. Würden dagegen Höhendifferenzen auf dem Objekt 26 eine ganze Wellenlänge des Laserlichts der ersten Laserquelle 10 betragen, so ürden sich Phasendifferenzwinkel von 72 und 144° ergeben. Auf diese Weise sind auch noch exakte Messungen von Ober¬ flächenstrukturen möglich, deren Höhenuntersc iede Viel¬ fache einer halben Wellenlänge betragen.
Das in Fig. 2 ausschnittsweise dargestellte zweite Aus¬ führungsbeispiel entspricht weitgehend dem ersten Ausführungs- beispiel. Lediglich tritt nunmehr anstelle der Fotoempf nger¬ einrichtung 25 die Fotoempf ngerein chtung 30, die eine der Zahl der Laserquellen entsprechende Anzahl von Foto¬ empfängern 31 bis 33 aufweist, beim dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispiel sind dies drei. Bei diesem Ausführungsbeispiel arbeiten alle drei Laserquellen 10 bis 12 simultan, und die entsprechend überlagerten Laserstrahlen mit den drei unterschiedlichen Wellenlängen werden kurz vor der Foto¬ empfängereinrichtung 30 durch ein Prisma 34 oder einen anderen Wellenl ngenteiler, z.B. ein optisches Gitter, in ihre einzelnen Komponenten mit unterschiedlichen Wellen¬ längen aufgespaltet. Die Auswertung kann hier simultan erfolgen, da alle drei Meßwerte gleichzeitig vorliegen, während beim ersten Ausführungsbeispiel eine Zwi schenspe i - cherung erforderlich ist, bevor die Phasendifferenzen be- stimmt werden können. Die der Fig. 2 zugrundeliegende Ar¬ beitsweise kann auch als Mul ticol orbetrieb bezeichnet werden

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur interferometri schen Erfassung von Ober¬ flächenstrukturen durch Messung der Phasendifferenz in Laser-Speckle-Paaren in den Meßpunkten auf dieser Ober¬ fläche, mit wenigstens zwei Laserquellen, einer den jeweils erzeugten Laserstrahl in zwei Teilstrahlen aufteilenden Teilervor ichtung, wobei die beiden Teilstrahlen zueinander einer Frequenzverschiebung unterworfen sind und der eine der Teilstrahlen als Referenzstrahl und der andere als zum Meßpunkt geführter und dort reflektierter Meßstrahl i nterferometr i seh überlagert einer Fotoempfängere πri chtung zuführbar sind, der eine Auswertevorrichtung zur Bestimmung der P asendifferenz nachgeschaltet ist, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß wenigstens ein die Laserquellen (10-12) be¬ aufschlagender Frequenzmodulator (28) vorgesehen ist, daß die Teilervorrichtung (16) eingangsseitig über eine optische Faserleitung (13-15) mit den wenigstens zwei Laserquellen (10-12) verbunden ist, daß die beiden von der Teilervor¬ richtung (16) ausgehenden Teilstrahlen ebenfalls wenig¬ stens für eine Teilstrecke in optischen Faserleitungen (17,18) verlaufen und daß eine dieser Faserleitungen (17) eine Verlängerung (19) gegenüber der anderen aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserquellen (10-12) als Halbleiterlaser ausgebildet sind und zur Erzeugung der Frequenzmodulation vom Frequenz¬ modulator (28) mit einer Strommodulation beaufschlagt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommodulation eine Injekti ons-Strommodul ati on ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswertevorrichtung (27) aus den interferomet i seh überlagerten Signalen von jeder Laser¬ quelle (10-12) für s ch die Phasendifferenz bestimmt wird, wobei ein Vergleich der verschiedenen Phasendifferenzen vorgenommen wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Te lervorrichtung (16) mit einem optischen Koppler für die wenigstens zwei eingangsseitigen optischen Faserleitungen (13-15) versehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Laserquellen (10-12) gleichzeitig arbeiten und daß eine der Zahl der Laserquellen (10-12) entsprechende Anzahl von Fotoempfängern (31-33) in der Fotoempf ngereinrichtung (30) vorgesehen ist, wobei vor diesen Fotoempfängern (31-33) Mittel (34) zur Aufspaltung des Laserstrahls in seine Komponenten mit verschiedenen Wellenlängen und zur Zuführung zu den einzelnen Fotoempfän¬ gern (31-33) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prisma als Mittel (34) zur Aufspaltung vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Gitter als Mittel zur Aufspaltung vorge¬ sehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserquellen (10-12) sequentiell arbeiten und daß in der Fotoempf ngereinrichtung (25) nur ein einziger Fotoempfänger (24) vorgesehen ist.
PCT/DE1990/000066 1989-02-28 1990-02-01 Vorrichtung zur interferometrischen erfassung von oberflächenstrukturen WO1990010195A1 (de)

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WO (1) WO1990010195A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0498541A1 (de) * 1991-02-08 1992-08-12 Hughes Aircraft Company Interferometrisches Laser-Profilometer
WO1993002337A1 (en) * 1991-07-25 1993-02-04 British Technology Group Ltd. Probe for surface measurement
GB2271632A (en) * 1992-10-19 1994-04-20 Tabarelli Werner Frequency modulated interferometer
DE19708163A1 (de) * 1997-02-28 1998-09-10 Bosch Gmbh Robert Schaltung zur Signalaufbereitung von in einem Heterodyninterferometer auftretenden Signalen

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5491550A (en) * 1990-08-31 1996-02-13 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organization Interference methods and interference microscopes for measuring energy path length differences, path length between two locaitons or for determiing refractive index
DE4033253A1 (de) * 1990-10-19 1992-04-23 Hommelwerke Gmbh Optisches interferometer
JP3234353B2 (ja) * 1993-06-15 2001-12-04 富士写真フイルム株式会社 断層情報読取装置
US5506672A (en) * 1993-09-08 1996-04-09 Texas Instruments Incorporated System for measuring slip dislocations and film stress in semiconductor processing utilizing an adjustable height rotating beam splitter
US5474381A (en) * 1993-11-30 1995-12-12 Texas Instruments Incorporated Method for real-time semiconductor wafer temperature measurement based on a surface roughness characteristic of the wafer
DE19721842C2 (de) 1997-05-26 1999-04-01 Bosch Gmbh Robert Interferometrische Meßvorrichtung
DE19721881C2 (de) * 1997-05-26 1999-05-20 Bosch Gmbh Robert Interferometrische Meßvorrichtung
DE19721882C2 (de) 1997-05-26 1999-04-29 Bosch Gmbh Robert Interferometrische Meßvorrichtung
DE29715904U1 (de) * 1997-09-01 1997-10-23 Omeca Messtechnik Gmbh Interferenzoptische Meßeinrichtung
US6094269A (en) * 1997-12-31 2000-07-25 Metroptic Technologies, Ltd. Apparatus and method for optically measuring an object surface contour
DE19808273A1 (de) * 1998-02-27 1999-09-09 Bosch Gmbh Robert Interferometrische Meßeinrichtung zum Erfassen der Form oder des Abstandes insbesondere rauher Oberflächen
DE19819762A1 (de) * 1998-05-04 1999-11-25 Bosch Gmbh Robert Interferometrische Meßeinrichtung
US6151127A (en) * 1998-05-28 2000-11-21 The General Hospital Corporation Confocal microscopy
US6181430B1 (en) * 1999-03-15 2001-01-30 Ohio Aerospace Institute Optical device for measuring a surface characteristic of an object by multi-color interferometry
DE10204133B4 (de) * 2002-02-01 2004-05-27 Robert Bosch Gmbh Interferometrisches Messverfahren und Vorrichtung
US7106446B2 (en) * 2002-06-21 2006-09-12 Therma-Wave, Inc. Modulated reflectance measurement system with multiple wavelengths
US20040001662A1 (en) * 2002-06-27 2004-01-01 Biotechplex Corporation Method of and apparatus for measuring oscillatory motion
US6762846B1 (en) 2002-09-19 2004-07-13 Nanometrics Incorporated Substrate surface profile and stress measurement
US7280215B2 (en) * 2003-09-24 2007-10-09 Therma-Wave, Inc. Photothermal system with spectroscopic pump and probe
DE102004010754A1 (de) * 2004-03-05 2005-09-22 Robert Bosch Gmbh Interferometrische Messanordnung
DE102010037207B3 (de) * 2010-08-27 2011-11-03 Technische Universität München Rauheits-Messvorrichtung und -Messverfahren
CN112098039B (zh) * 2020-09-08 2021-06-18 中国科学院力学研究所 一种高超声速流场脉动密度测量系统及测量方法
CN113029036B (zh) * 2021-04-23 2023-03-28 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种非接触式物体三维轮廓光学检测装置及检测方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0126475A1 (de) * 1983-05-21 1984-11-28 Firma Carl Zeiss Verfahren und Vorrichtung zum berührungsfreien Messen der Ist-Position und/oder des Profils rauher Oberflächen
EP0164181A2 (de) * 1984-03-16 1985-12-11 Digital Signal Corporation Frequenzmoduliertes Laser-Radar
US4681395A (en) * 1985-02-22 1987-07-21 Eldec Corporation Time-domain intensity normalization for fiber optic sensing

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE447601B (sv) * 1985-04-04 1986-11-24 Ericsson Telefon Ab L M Fiberoptisk interferometer
JPS62127641A (ja) * 1985-11-29 1987-06-09 Ando Electric Co Ltd 光部品測定用光源選択装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0126475A1 (de) * 1983-05-21 1984-11-28 Firma Carl Zeiss Verfahren und Vorrichtung zum berührungsfreien Messen der Ist-Position und/oder des Profils rauher Oberflächen
EP0164181A2 (de) * 1984-03-16 1985-12-11 Digital Signal Corporation Frequenzmoduliertes Laser-Radar
US4681395A (en) * 1985-02-22 1987-07-21 Eldec Corporation Time-domain intensity normalization for fiber optic sensing

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Applied Optics, Band 18, Nr. 11, 1. Juni 1979, Optical Society of America (US) N.A. MASSIE et al.: "High-Performance Real-Time Heterodyne Interferometry", seiten 1797-1799 *
Applied Optics, Band 24, Nr. 14, 15. Juli 1985 (New York, US) A.F. FERCHER et al.: "Rough Surface Inter-Ferometry with a two-Wavelength Heterodyne Speckle Interferometer", seiten 2181-2188 *
Optics Communications, Band 56, Nr. 2, 15. November 1985, Elsevier Science Publ. B.V., (Amsterdam, NL), T. GYS: "A Simple Multimode Fiberoptic Vibrometer", seiten 79-82 *
TM - Technisches Messen, Band 54, Nr. 6, 1987 (Munchen, DE) K. LEONHARDT et al.: "Optische Mikro-Profilometrie und Rauheitsmessung" seiten 243-252 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0498541A1 (de) * 1991-02-08 1992-08-12 Hughes Aircraft Company Interferometrisches Laser-Profilometer
WO1993002337A1 (en) * 1991-07-25 1993-02-04 British Technology Group Ltd. Probe for surface measurement
US5640240A (en) * 1991-07-25 1997-06-17 British Technology Group Ltd. Probe for surface measurement
GB2271632A (en) * 1992-10-19 1994-04-20 Tabarelli Werner Frequency modulated interferometer
US5539520A (en) * 1992-10-19 1996-07-23 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Interferometer using frequency modulation of the carrier frequency
GB2271632B (en) * 1992-10-19 1996-07-24 Tabarelli Werner Interferometric device
DE19708163A1 (de) * 1997-02-28 1998-09-10 Bosch Gmbh Robert Schaltung zur Signalaufbereitung von in einem Heterodyninterferometer auftretenden Signalen
US6147763A (en) * 1997-02-28 2000-11-14 Robert Bosch Gmbh Circuitry for processing signals occurring in a heterodyne interferometer

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US5293215A (en) 1994-03-08

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