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Optical microprobe

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Publication number
WO2009024344A1
WO2009024344A1 PCT/EP2008/006885 EP2008006885W WO2009024344A1 WO 2009024344 A1 WO2009024344 A1 WO 2009024344A1 EP 2008006885 W EP2008006885 W EP 2008006885W WO 2009024344 A1 WO2009024344 A1 WO 2009024344A1
Authority
WO
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Patent type
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optical
microprobe
beam
passing
surface
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/006885
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French (fr)
Inventor
Peter Lehmann
Original Assignee
Carl Mahr Holding Gmbh
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Abstract

An optical microprobe for common-path interferometers uses micro-optical components and utilizes a light exit surface (11) curved parallel to the optical spherical wave passing through it in order to generate a defined reference beam with an unambiguous phase angle of sufficient intensity and negligible dispersion difference relative to the measurement beam. As an alternative, the light exit surface can be situated so close to the object that as a result of lack of parallelism with respect to the wavefront passing through it, the disturbances brought about remain below a given limit value.

Description

Optische Mikrosonde Optical microprobe

Die Erfindung betrifft eine optische Mikrosonde zur Fokussierung eines Lichtstrahls auf ein Messobjekt. The invention relates to an optical microprobe for focusing a light beam onto a measurement object.

Optische Mikrosonden sind Bestandteile optischer Sensorsysteme. Optical microprobes are components of optical sensor systems. Sie werden an ein Messobjekt herangeführt und erfassen mit hoher Präzision Abstandsänderungen zwischen der Sonde und dem Messobjekt. You are introduced to a target and capture high precision changes in distance between the probe and the measurement object.

Zur optischen Vermessung von Objekten offenbart die DE 103 17 826 Al ein Verfahren und eine Vorrichtung zur inter- ferometrischen Messung von Abständen, Topographien oder Tiefenprofilen. For the optical measurement of objects, DE 103 17 826 Al discloses a method and a device for interferometric measurement of distances, topographies or depth profiles. Dabei wird eine interferometrische Anordnung mit einer Interferometereinheit vorgesehen, die über eine faseroptische Einrichtung sowohl an eine Lichtquelle als auch an eine optische Mikrosonde angeschlossen ist. In this case an interferometric array is provided with an interferometer unit which is connected both to a light source as well as to an optical microprobe over a fiber optic device. Ü- ber die Mikrosonde wird Licht zu einem Messobjekt geführt und von diesem zurück empfangen. Ü about the microprobe light is guided to a measurement object and received back by it. Das Licht wird dann dem Interferometer zugeführt, um die gewünschte Messung durchzuführen. The light is then fed to the interferometer, to perform the desired measurement. Zur Messung wird vorzugsweise kurzkohärentes Licht verwendet. In order to measure short coherent light is preferably used.

Über den Aufbau der Sonde ist diesem Dokument wenig zu entnehmen. About the construction of the probe is given little this document.

Die interferometrische Abstandsmessung ist auch aus der DE 198 08 273 Al bekannt. The interferometric distance measurement is also known from DE 198 08 273 Al. Ein dafür eingerichtetes In- terferometer ist über eine faseroptische Einrichtung an optische Sonden angeschlossen, die sowohl einen Messlichtweg als auch einen Referenzlichtweg enthalten. A duly established home interferometers is connected via a fiber-optic device for optical probes containing both a measuring light path and a reference light. Zur Messung wird auch hier vorzugsweise kurzkohärentes Licht verwendet. In order to measure short coherent light is preferably used here. Über den Aufbau des Objektivs, dh einer optischen Mikrosonde, gibt dieses Dokument wenig AufSchluss. About the structure of the lens, ie an optical microprobe, this document provides little information.

In der DE 100 57 539 Al wird eine interferometrische Messvorrichtung auf Basis einer faserbasierten optischen Sonde beschrieben, bei der der freie, dem Messobjekt zugewandte Endabschnitt der Faser poliert mit einer Blende versehen als Linse oder Prisma ausgebildet gegen störendes Reflexlicht behandelt, abgeschrägt, verspiegelt, entspiegelt oder mit einer Kombination dieser Maßnahmen versehen ist. In DE 100 57 539 Al describes an interferometric measuring device based on a fiber-based optical probe, wherein the free, facing the measuring object end portion of the fiber polished provided with an aperture as a lens or prism formed against disturbing reflection light treated beveled, mirrored, antireflective or is provided with a combination of these measures.

In der US 6 564 087 Bl werden optische Sonden beschrieben, bei denen Linsen und Prismenelemente zur Strahlformung und Umlenkung auf eine optische Faser gebracht werden, so dass die Faser ein fokussiertes Lichtstrahlbündel verlässt. In US 6,564,087 Bl optical probes are described in which lenses and prism elements for beam shaping and redirection to an optical fiber are placed so that the fiber leaves a focused light beam. Dabei sind die Endflächen, aus denen das Licht austritt, entweder plan oder konvex gestaltet. Here, the end surfaces from which the light exits, designed either flat or convex. Diese Sonden werden im Zusammenhang mit einem interferometrischen Verfahren, der so genannten „Optical Coherence Tomography" eingesetzt . These probes are used in conjunction with an interferometric method, the so-called "Optical Coherence Tomography".

Bei der Verwendung von kurzkohärentem Licht zu messtechnischen Zwecken, kommt es zu besonderen Anforderungen. When using kurzkohärentem light to metrological purposes, there will be special requirements. Tritt dieses Licht durch ein dispersionsbehaftetes opti- sches Medium hindurch, so bewegen sich die unterschiedlichen spektralen Anteile des Lichts mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. the different spectral components of the light passes this light through a dispersion optical lossy ULTRASONIC medium therethrough, so to move at different speeds. In einem Interferometer müssen die Dispersionsunterschiede zwischen dem Referenzstrahl und dem Messstrahl äußerst gering sein, da andernfalls die Interferenzfähigkeit des Lichts verloren geht. In an interferometer, the dispersion differences between the reference beam and the measuring beam must be extremely low, since otherwise the interference capability of the light is lost.

Ferner ist es für die optische Messung erstrebenswert, wenn der Messstrahl bezogen auf die optische Achse unter einem möglichst großen Winkel, dh mit einer möglichst großen numerischen Apertur N A fokussiert wird. Further, it is desirable for the optical measurement when the measurement beam relative to the optical axis at a large angle as possible, ie, focused with the greatest possible numerical aperture N A. Diese soll möglichst größer 0,1 sein. This should be as greater than 0.1. Dadurch lassen sich hohe Ortsauflösungen und eine große Unempfindlichkeit gegenüber lokalen Neigungen der Oberfläche des Messobjekts erreichen. This high spatial resolution and a great insensitivity to local inclinations of the surface of the object can be achieved. Gleichzeitig wird häufig ein großer Abstand zwischen der optischen Sonde und dem Messobjekt gefordert. At the same time, a large distance between the optical probe and the measurement object is often required. Diese Anforderungen lassen sich mit den heute bekannten optischen Mik- rosonden nur sehr eingeschränkt erfüllen. These requirements can be met only very limited rosonden with the currently known optical micro-. Die meisten zum Stand der Technik gehörigen Sonden weisen eine geringe numerische Apertur (kleiner als 0,1) auf. The most relevant prior art probes have a low numerical aperture (less than 0.1).

Es wird deshalb nach einer Lösung gesucht, um bei größeren numerischen Aperturen innerhalb einer optischen Mik- rosonde einen definierten Referenzstrahl mit eindeutiger Phasenlage ausreichender Intensität und zu vernachlässigender Dispersionsdifferenz gegenüber dem Messstrahl zu erzeugen . It is therefore looking for a solution to at larger numerical apertures within an optical Mic rosonde a defined reference beam with a unique phase of sufficient intensity and negligible dispersion difference with respect to the measurement beam to produce.

Außerdem soll eine solche Mikrosonde mit möglichst geringem Aufwand gefertigt und montiert werden können. In addition to such a microprobe can be manufactured with a minimum of effort and assembled.

Diese Aufgabe wird von der Mikrosonde gemäß Anspruch 1 wie auch von der Mikrosonde gemäße Anspruch 2 gelöst. This object is achieved by the micro probe of claim 1 as well from the micro-probe according to claim. 2

Die erfindungsgemäßen Mikrosonden führen sowohl den eigentlichen Messstrahl, der auf das zu messende Objekt gerichtet ist und von diesem reflektiert wird, als auch einen Referenzstrahl, der dem Messstrahl überlagert wird und mit diesem interferiert. The microprobes invention lead both the actual measuring beam which is directed onto the object to be measured and is reflected therefrom, and a reference beam, which is superimposed on the measuring beam and interfering with this. Das System erweist sich als besonders robust, weil der Mess- und der Referenzstrahl weitgehend gemeinsam geführt werden und die Wegstrecken, die entweder nur der Messstrahl oder nur der Referenzstrahl zurücklegt, kurz gehalten sind. The system has proven particularly robust because the measuring and the reference beam are largely out together and the paths that either covers only the measuring beam or only the reference beam are kept short. Während der Messstrahl zur Objektoberfläche und von dieser zurück läuft, läuft der Referenzstrahl zu der Lichtaustrittsfläche und wird von dieser in die Sonde zurück reflektiert. During the measurement beam to the object surface, and this goes back, the reference beam passes to the light emission surface and is reflected by this in the probe back. Dadurch ist die Dispersionsdifferenz zwischen Messstrahl und Referenzstrahl gering und selbst bei Weißlichtinterferometrie vernachlässigbar oder zumindest erträglich. Thereby, the dispersion difference between the measuring beam and reference beam is low, and even when white light is negligible or at least tolerable.

Des Weiteren gestattet die erfindungsgemäße Mikrosonde die Erzielung großer numerischer Aperturen (zB von ≥0,l) . Furthermore, the microsensor according to the invention allows to achieve high numerical apertures (eg from ≥0, l). Dadurch ist die optische Mikrosonde unempfindlich gegenüber lokalen Neigungen der Oberfläche des Messobjekts. Characterized the optical microprobe is insensitive to local inclinations of the surface of the measurement object.

Die erfindungsgemäße optische Mikrosonde gestattet außerdem die einfache Einstellung der Intensität des Messstrahls im Verhältnis oder Vergleich zur Intensität des Referenzstrahls. The optical microprobe invention also allows for the easy adjustment of the intensity of the measuring beam relative or compared to the intensity of the reference beam. Dazu genügt es zB, die Reflexionseigenschaften der Lichtaustrittsfläche zweckentsprechend zu gestalten . It is sufficient, for example, to make the reflection characteristics of the light-emitting surface appropriately.

Die erfindungsgemäße Sonde kann wegen der ausschließlichen Verwendung einfacher 'Optischer Elemente, die unmittelbar miteinander verbunden werden können, auf einfache Weise mit geringem Aufwand gefertigt und montiert werden. The probe of the invention can be manufactured in a simple manner with little effort and assembled due to the exclusive use of simple 'Optical elements that can be connected directly to one another. Es ergibt sich eine mechanisch robuste Einheit. This results in a mechanically robust unit.

Ein wesentlicher Erfindungsgedanke ist, dass die Lichtaustrittsfläche der optischen Sonde konkav ausgebildet wird. An essential idea of ​​the invention that the light exit surface of the optical probe is concave. Dies wird zB erreicht, indem zwischen der GRIN- Linse (Gradienten-Index-Linse) , GRIN-Faser oder einer sonstigen Sammellinse und der Objektoberfläche ein Glasstab mit konkav gewölbter Lichtaustrittsfläche angebracht wird. This is achieved eg by using a glass rod is installed with concave curved light exit surface between the GRIN lens (gradient index) lens, GRIN-fiber or other collecting lens and the object surface. Allerdings kann die Lichtaustrittsfläche alternativ auch unmittelbar an der Sammellinse, der GRIN-Linse oder der GRIN- Faser angeordnet und ebenfalls konkav ausgebildet sein. However, the light exit surface may alternatively be arranged directly on the converging lens, the GRIN lens or GRIN fiber and also concave. Die Lichtleitfaser dient der Beleuchtung der GRIN-Linse oder Sammellinse. The optical fiber is used to illuminate the GRIN lens or convex lens. Zwischen der Lichtleitfaser und der Sammellinse bzw. GRIN-Linse wird der aus der Lichtleitfaser austretende Lichtstrahl aufgefächert. Between the optical fiber and the collection lens or GRIN lens of the optical fiber emerging from the light beam is fanned out. Dazu kann ein Abstand zwischen der Lichtleitfaser und der Sammellinse oder GRIN- Linse oder alternativ ein Stab aus optisch transparentem und homgenem Material, zB ein Glasstab dienen. For this purpose, a distance between the optical fiber and the collection lens or GRIN lens, or alternatively a rod of optically transparent and homgenem material, for example can be used a glass rod. Die optische Achse der Lichtleitfaser geht in die Zylinderachse des Glasstabs über. The optical axis of the optical fiber passes into the cylinder axis of the glass rod. Das aus dem Faserkern austretende Licht kann sich zunächst divergent in dem Glasstab ausbreiten. The light emerging from the fiber core light can initially divergent propagate in the glass rod. Der Kernquerschnitt der Lichtleitfaser übernimmt damit die Funktion einer optischen Blende, durch die am Messobjekt reflektiertes Licht nur dann hindurchtreten kann, wenn es auf den Faserkern fokussiert wird, und der Winkel gegenüber der optischen Achse innerhalb des durch die numerische A- pertur der Faser bedingten Akzeptanzwinkels liegt. so that the core section of the optical fiber assumes the function of an optical shutter, can pass through the light reflected at the measured object light only when it is focused on the fiber core, and the angle to the optical axis within the induced by the numerical A- pertur the fiber acceptance angle lies. Vorzugsweise wird die zB zylinderförmige GRIN-Linse so an dem Glasstab angebracht, dass die Zylinderachsen des Glasstabs und der GRIN-Linse übereinstimmen. Preferably, for example, cylindrical GRIN lens is attached to the glass rod, that the cylinder axes of the glass rod and the GRIN lens coincide.

Die GRIN-Linse kollimiert das Lichtstrahlenbündel zunächst und fokussiert es anschließend so, dass ein konvergenter Lichtkegel erzeugt wird, der die GRIN-Linse ver- lässt. The GRIN lens collimates the first light beam and focuses it then so, that a converging cone of light that can comparable, the GRIN lens. Der Lichtkegel wird über eine konkave Lichtaustrittsfläche direkt oder alternativ über einen zylindrischen oder kegelförmigen Glasstab in Richtung auf das Messobjekt geführt. The beam is guided over a concave light exit surface directly or alternatively via a cylindrical or conical glass rod in the direction of the measured object. Die konkave Lichtaustrittsfläche ist dann an den Glasstab angebracht. The concave light emission surface is then attached to the glass rod. In einem definierten Abstand zu dem Messobjekt tritt der Lichtkegel dann aus dem Glasstab aus und läuft als konvergente Kugelwelle zu einem Fokuspunkt zusammen, der dem Messpunkt auf dem Messobjekt entspricht. At a defined distance to the measuring object of the cone of light then exits from the glass rod and runs together as a convergent spherical wave to a focal point corresponding to the measurement point on the measurement object. Dazu wird bevorzugt, dass die Krümmung der konkaven Lichtaustrittsfläche mit der Krümmung der Wellenfront der Kugelwelle an der Stelle des Lichtaustritts übereinstimmt. For this purpose, it is preferable that the curvature of the concave light exit surface with the curvature of the wavefront of the spherical wave coincides at the location of the light exit. Mit anderen Worten, die einzelnen Lichtstrahlen des zu dem Messobjekt hin konvergierenden Lichtkegels stehen senkrecht auf der Lichtaustrittsfläche und werden deshalb nicht gebrochen. In other words, the individual light rays of to the measurement object toward converging light cone are perpendicular to the light emission surface and are therefore not broken. Die Wellenfronten der konvergierenden Kugelwelle verlaufen also parallel zu der konkaven Austrittsfläche. The wave fronts of the converging spherical wave thus parallel to the concave exit surface. Damit entsteht durch (Teil-) Reflexion an dieser Lichtaustrittsfläche ein definierter Referenzstrahl, dessen Licht wieder in den Faserkern eingekoppelt wird. This creates by (partial) reflection on the light-emitting surface a defined reference beam whose light is coupled into the fiber core. Der austretende Anteil des Lichts tritt hingegen durch die konkave Lichtaustrittsfläche hindurch, ohne dass die einzelnen Lichtstrahlen dabei abgelenkt würden. The exiting proportion of the light, however, occurs through the concave light exit surface through without that the individual light beams would be deflected thereby.

Nach der Reflexion am Messobjekt laufen die Lichtstrahlen zu der Lichtaustrittsfläche zurück und dabei als divergente Kugelwelle auseinander. After reflection on the measurement object, the light rays travel back to the light-emitting surface, while a divergent spherical wave apart. Sie treten zumindest teilweise wieder durch die von dem Lichtaustrittsfenster gebildete konkave Kugelsegmentfläche hindurch, werden durch das optische System zum Faserkern geleitet und in die Faser eingekoppelt . They occur at least partially back through the light emission window formed by the concave spherical segment surface therethrough are passed through the optical system to the fiber core and coupled into the fiber.

Das zwischen der GRIN-Linse und dem Messobjekt angeordnete Element kann ein Glasstab sein, der zB zylindrisch oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein kann. The arranged between the GRIN lens and the measured object element may be a glass rod, which for example may be cylindrical or frustoconical. Auch Teile der GRIN-Linse können kegelstumpfförmig ausgebildet werden. Also parts of the GRIN lens can be formed frusto-conical. Dies hat den Vorteil, dass die Sondengeometrie der Geometrie einer konventionellen taktilen Rauheitstastspitze ähnelt. This has the advantage that the probe geometry of the geometry of a conventional tactile Rauheitstastspitze similar. Rauheitstastspitzen haben ebenfalls eine kegelförmige Grundgeometrie, damit sie bei einer Tastschnittmessung über Störkanten auf dem Messobjekt hinweg gleiten können. Rauheitstastspitzen also have a conical basic geometry, so that they can slide in a Tastschnittmessung over interfering edges on the measurement object away. Während es vorteilhaft ist, wenn die Lichtaustrittsfläche eine konkave Kugelsegmentfläche ist, deren Krümmungsmittelpunkt mit dem Brennpunkt der Mikrosonde übereinstimmt, sind Abwandlungen dieser Anordnung möglich, die ohne gewölbte Lichtaustrittsfläche auskommen. While it is advantageous, if the light exit surface is a concave spherical segment surface whose center of curvature coincides with the focal point of the microprobe, modifications to this arrangement are possible that do not require curved light exit surface. Dazu wird das zwischen der GRIN-Linse und dem Messobjekt angeordnete optische Element, dh beispielsweise der Glaszylinder oder der Glaskegel, entlang der optischen Achse so lang bemessen, dass er sich bis unmittelbar zu dem Messobjekt erstreckt, dessen Oberfläche sich in der Nähe des Brennpunkts befindet. For this purpose which is arranged between the GRIN lens and the measured object optical element, that is, for example, the glass cylinder or the glass cone, such a length along the optical axis, that until it extends directly to the measurement object, the surface of which is located in the vicinity of the focus , Die Lichtaustrittsfläche liegt dabei an einer Stelle, an der der Lichtkegel bereits so weit fokussiert ist, dass auf die konkave Ausgestaltung der Lichtaustrittsfläche verzichtet werden kann. The light-emitting surface lies at a point where the light beam is already so focused that can be dispensed onto the concave configuration of the light-emitting surface. Diese Bedingung ist gegeben, wenn der von dem Element eingenommene Lichtweg mindestens 80%, besser 90% des Abstands zwischen der Sammellinse bzw. GRIN-Linse und dem Brennpunkt einnimmt. This condition occurs when the space occupied by the element light path, better occupies at least 80% 90% of the distance between the converging lens and the GRIN lens and the focal point. Die Lichtdispersion zwischen dem Lichtaustrittsfenster und der Objektoberfläche ist dabei so gering, dass sie kaum störend wirkt. The light dispersion between the light emission window and the object surface is so small that it seems hardly disturbing.

Die Anordnung des optischen Elements zwischen der GRIN-Linse und dem Messobjekt ist nicht zwingend. The arrangement of the optical element between the GRIN lens and the measured object is not mandatory. Alternativ kann auf das .Element verzichtet werden. Alternatively, to dispense with the .Element. Das Licht tritt dann direkt aus der GRIN-Linse aus, deren Stirnfläche so bearbeitet wird, dass eine konkave Kugelfläche entsteht. The light then exits directly from the GRIN lens, the end surface is machined so that a concave spherical surface is formed.

Es sind weitere Abwandlungen möglich. There are other variations possible. Beispielsweise kann die GRIN-Linse durch eine GRIN-Faser mit entsprechend geringerem Durchmesser ersetzt werden. For example, the GRIN lens can be replaced by a GRIN-fiber with a correspondingly smaller diameter. Auf das zwischen der Glasfaser und GRIN-Faser bzw. GRIN-Linse angeordnete Element zur Lichtauffächerung, das zB die Form eines Glasstabs haben kann, wird verzichtet. On the arranged between the optical fiber and the GRIN-fiber and GRIN lens element for Lichtauffächerung, which for example may take the form of a glass rod will be omitted. Die Lichtaustrittsfläche kann unmittelbar an der GRIN-Faser vorgesehen werden. The light exit surface may be provided directly on the GRIN-fiber. In das zwischen der Sammellinse oder der GRIN-Linse und dem Messobjekt anzuordnende optische Element, dh den Glasstab oder den Glaszylinder kann auch ein Umlenkprisma integriert sein, beispielsweise in Form einer lichtreflektierenden (Grenz-) Fläche, so dass die optische Achse des austretenden Lichtstrahlenbündels einen definierten, von Null abweichenden Winkel mit der optischen Achse der Lichtleitfaser einschließt. In the to be arranged between the condenser lens or the GRIN lens and the measured object optical element, that is, the glass rod or the glass cylinder can also be a deviating prism may be integrated, for example in the form of a light-reflecting (border) surface so that the optical axis of the emerging light beam a defined, includes non-zero angle with the optical axis of the optical fiber.

Es wird darauf hingewiesen, dass die optischen Elemente, Linsen und sonstigen Bauelemente der optischen Mikro- sonde aus Glas, durchsichtigem Kunststoff oder anderem geeigneten Material bestehen können. It should be noted that the optical elements, lenses and other components of the optical micro probe of glass, transparent plastic or other suitable material may exist. Die erfindungsgemäße optische Mikrosonde eignet sich insbesondere zum Einsatz in interferometrischen Messeinrichtungen oder in konfokalen Messeinrichtungen. The optical microprobe invention is particularly suitable for use in interferometric measuring devices, or in confocal measuring devices. Sie eignen sich insbesondere für den Betrieb mit kurzkohärentem Licht, zB weißem oder farbigem Licht, im sichtbaren oder unsichtbaren Wellenlängenbereich. They are particularly suitable for operation with kurzkohärentem light, eg white or colored light in the visible or invisible wavelength range.

Bei Anwendung als rein konfokale Sonden kann die sonst an der Lichtaustrittsfläche auftretende Lichtreflexion, die bei interferometrischem Betrieb zur Erzeugung eines Referenzlichtstrahls genutzt wird, unterbunden werden, indem die Lichtaustrittsfläche beispielsweise mit einer geeigneten Beschichtung versehen wird. When used as a pure confocal probes which would otherwise occur at the light exit surface of light reflection, which is used in interferometric mode for generating a reference light beam can be prevented by the light exit surface is provided for example with a suitable coating.

Weitere Abwandlungen, Einzelheiten und Besonderheiten ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Ansprüchen. Further modifications, details and special features will become apparent from the drawing, the description or claims. Die Beschreibung beschränkt sich dabei auf wesentliche Aspekte der Erfindung und sonstiger Gegebenheiten. The description is limited to essential aspects of the invention and miscellaneous situations. Die Zeichnung offenbart weitere Details und kann ergänzend herangezogen werden. The drawings disclose further details and can be used in addition. Es zeigen: Show it:

Figur 1 eine Messeinrichtung mit optischer Mikrosonde in schematisierter Darstellung und Figur 2 bis 8 abgewandelte Ausführungsformen der optischen Mikrosonde nach Figur 1 j eweils in schematisierter Darstellung . 1 shows a measuring device with optical microprobe in a schematic representation, and FIG 2 to 8 modified embodiments of the optical micro-probe of Figure 1 j in each case in schematic representation.

In Figur 1 ist eine Messeinrichtung 1 veranschaulicht, die zB als interferometrische Messeinrichtung ausgebildet ist. 1 shows a measuring device 1 is illustrated, for example, is designed as interferometric measurement device. Sie weist ein Messmodul 2 auf, das ein oder mehrere Lichtquellen, ein oder mehrere Interferometer und gegebenenfalls eine Auswerteeinrichtung enthält. It comprises a measuring module 2, the one or more light sources, and optionally one or more interferometers an evaluation device. Die Lichtquellen erzeugen vorzugsweise breitbandiges weißes oder weniger breitbandiges farbiges Licht. The light sources preferably generate broadband white or less broad band colored light. Es können auch schmalbandige Lichtquellen oder Lichtquellen mit Linienspektrum oder einer einzelnen Spektrallinie vorgesehen werden. It can also be provided narrow-band light sources or light sources with line spectrum or a single spectral line. An das Messmodul 2 ist zumindest eine Lichtleitfaser 3 angeschlossen, die zu einer optischen Mikrosonde 4 führt und letztlich zu dieser gehört. At the measuring module 2, at least one optical fiber 3 is connected which leads to an optical microprobe 4 and ultimately belongs to this. Die optische Mikrosonde 4 dient der Fokus- sierung eines Lichtbündels 5 auf ein Messobjekt 6 bzw. dessen Oberfläche. The optical microprobe 4 serves the focusing of a light beam 5 onto a measurement object 6 or the surface thereof.

Zu der Mikrosonde 4 gehören außer zumindest dem letzten Ende 7 der Lichtleitfaser 3 ein Lichtweg 8, eine Sammellinse 9 und ein optisches Element 10, an dem eine konkav gewölbte Lichtaustrittsfläche 11 ausgebildet ist. To the microprobe include 4 except at least the last end 7 of the optical fiber 3, a light path 8, a condenser lens 9 and an optical element 10 to which a concavely curved light exit surface is formed. 11 Diese ist vorzugweise eine Kugelfläche bzw. Kugelabschnittsfläche, deren Krümmungsmittelpunkt mit einem Brennpunkt 12 der Mikrosonde 4 übereinstimmt. This is preferably a spherical surface or ball portion surface whose center of curvature coincides with a focal point 12 of the microprobe. 4 Das Ende 7 der Lichtleitfaser, der Lichtweg 8, die Sammellinse 9 und das Element 10 weisen ü- bereinstimmende und aneinander anschließende optische Achsen 13, 14, 15, 16 auf. The end 7 of the optical fiber, the optical path 8, the condenser lens 9 and the element 10 have Ü prepared tuning and mutually adjacent optical axes 13, 14, 15, 16th Die sich ergebende gemeinsame optische Achse führt durch den Brennpunkt 12. The resulting common optical axis passing through the focal point 12th

Der Lichtweg 8 dient zur Auffächerung des aus der Lichtleitfaser 3 austretenden Lichtstrahls. The light path 8 is used for fanning out the light emerging from the optical fiber 3 light beam. Der Lichtweg 8 kann durch ein geeignetes optisches Element, wie beispielsweise einen aus optisch homogenem durchsichtigen Material, wie Glas oder Kunststoff, bestehenden Zylinder oder Stab 17, einen aus ebensolchem Material bestehenden Kegelstumpf oder dergleichen gebildet sein. The optical path 8 can be formed by a suitable optical element such as an optically homogeneous transparent material such as glass or plastic, existing cylinder or rod 17, a group consisting of flat material such truncated cone or the like. Mit einer vorzugsweise ebenen Fläche 18 schließt der Stab 17 an die Lichtleitfaser 3 an. With a preferably flat surface 18 of the rod 17 connects to the optical fiber. 3 Mit einer gegenüber liegenden ebenfalls vorzugsweise ebenen Fläche 19 schließt der Stab 17 an die Sammellinse 9 an. With an opposing also preferably flat surface 19 of the rod 17 connects to the condenser lens. 9

Die Sammellinse 9 ist vorzugsweise eine GRIN-Linse 20 mit zB abschnittsweise zylindrischem und abschnittsweise kegelförmigem Außenumfang. The converging lens 9 is preferably a GRIN lens 20 with, for example, sections of cylindrical and partially conical outer periphery. Die GRIN-Linse 20 kann mit einer ebenen Anschlussfläche 21 direkt an der Fläche 19 anliegen. The GRIN lens 20 can abut with a flat connection surface 21 directly on the surface nineteenth Die GRIN-Linse 20 dient als Sammellinse zur Fokussierung des aufgefächerten, von dem Stab 17 abgegebenen Lichtbündels 22. The GRIN lens 20 serves as a converging lens for focusing the fanned-out, discharged from the rod 17 the light beam 22nd

Die GRIN-Linse 20 weist eine vorzugsweise ebene, der Anschlussfläche 21 gegenüber liegende weitere Fläche 23 auf, an die das Element 10 mit einer vorzugsweise wiederum ebenen Fläche, vorzugsweise unmittelbar anschließt. The GRIN lens 20 has a preferably planar, the connecting surface 21 opposite surface 23 further to which the element 10 with a preferably flat surface, in turn, preferably immediately follows. Das E- lement 10 kann beispielsweise ein aus optisch transparentem homogenen Material bestehender Stab 24 größerer oder, wie dargestellt, geringerer Länge sein, in der er aufgrund seiner Kürze nahezu scheibenförmig wird. The e-lement 10 may, for example, an existing of optically transparent homogeneous material rod 24 may be greater or, as shown, of smaller length, in which it is almost disc-shaped due to its brevity. An dem Stab 24 ist die Lichtaustrittsfläche 11 ausgebildet. On the rod 24, the light exit surface 11 is formed. Der Glasstab 24 lässt das von der GRIN-Linse 20 fokussierte Lichtbündel 25 ungebrochen zu dem Brennpunkt 12 hindurchtreten. The glass rod 24 can be focused by the GRIN lens 20 the light beam 25 to pass through unbroken to the focal point 12th Die Lichtaustrittsfläche 11 reflektiert jedoch einen definierten Anteil des Lichts in den beschriebenen Lichtweg, dh die GRIN-Linse 20, den Stab 17 und die Lichtleitfaser 3 zurück. However, the light exit surface 11 reflects a defined proportion of the light in the optical path described, ie the GRIN lens back 20, the rod 17 and the optical fiber. 3 ZB kann die Lichtaustrittsfläche 11 dazu als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet sein. For example, the light exit surface 11 may be adapted as a partially transparent mirror. Es können hierzu die natürlichen Reflexionseigenschaften der Lichtaustrittsfläche genutzt werden. It can be used for this purpose, the natural reflection properties of the light-emitting surface. Alternativ kann eine lichtreflektierende Beschichtung, beispielsweise in Form einer Metallbedamp- fung, vorgesehen werden, die die Lichtaustrittsfläche 11 ganz oder teilweise bedeckt. Alternatively, a light-reflecting coating, for example in the form of a Metallbedamp- Fung, are provided which the light exit surface 11 entirely or partially.

Die insoweit beschriebene optische Mikrosonde 4 arbei- tet wie folgt : The optical microprobe 4 described so far arbei- tet as follows:

Die Mikrosonde 4 erhält über die Lichtleitfaser 3 Licht, das aus der nahezu punktförmigen Stirnfläche der Lichtleitfaser 3 aus- und in den Stab 17 übertritt. The microprobe 4 receives via the optical fiber 3 light off from the nearly point-shaped end face of the optical fiber 3 and enters the rod 17th Es bildet sich das kegelförmige Lichtbündel 22 mit divergierenden Randstrahlen. It forms the conical light beam 22 with divergent marginal rays. Die GRIN-Linse 20 refokussiert das Lichtbündel mit zu dem Brennpunkt 12 hin konvergierenden Randstrahlen. The GRIN lens 20 refocuses the light beam having the focal point at 12 converging towards edge rays. Das Lichtbündel durchtritt den Stab 24. An der Lichtaustrittsfläche 22 teilt es sich in Mess- und Referenzstrahl. The light beam passes through the rod 24. On the light emitting surface 22 is divided into measuring and reference beam. Der als Messstrahl dienende Teile tritt aus und läuft konvergent zu dem Brennpunkt 12. Er wird dabei aufgrund der (aus Sicht des Brennpunkts 12) konkaven Form wenig oder nicht gebrochen. Serving as the measuring beam splitter exits and runs converge to the focal point 12. He will be concave shape little or not broken due to the (12 from the perspective of the focal point). Der Brennpunkt 12 reflektiert Teile des Lichts, die als divergente Kugelwelle von dem Brennpunkt 12 weg laufen und auf die zu der Wellenfront im Wesentlichen parallele Lichtaustrittsfläche 11 treffen. The focal point 12 reflects part of light, which run as a divergent spherical wave from the focal point 12 away and impinge on the axis parallel to the wave front substantially light exit surface. 11 Diese wird somit zur Lichteintrittsfläche. This is thus the light entry face. Es vereinigen sich hier der Messlichtstrahl mit dem von der Lichtaustrittsfläche 11 reflektierten Referenzlichtstrahl und laufen gemeinsam durch die GRIN-Linse und den Stab 17 sowie die Lichtleitfaser 3 zu dem Messmodul 2 zurück. It unite here the measurement light beam with the light reflected from the light exit surface 11 of reference light beam and running back to the measuring module 2 in common by the GRIN lens and the rod 17 and the optical fiber. 3 Dort werden die Gangunterschiede zwischen Messlichtstrahl und Referenzlichtstrahl, falls erforderlich, korrigiert und ein entstehendes Interferenzmuster kann ausgewertet werden. There the path differences between the measuring beam and a reference beam, if necessary, corrected and a resulting interference pattern can be evaluated.

Die vorgestellte Messeinrichtung 1 eignet sich nicht nur zur interferenzoptischen Vermessung der Oberfläche des Messobjekts 6 sondern auch zur konfokalen Mikroskopie bzw. Abstandsmessung. The presented measurement device 1 is suitable not only for the optical interference measurement of the surface of the measurement object 6 but also for confocal microscopy or distance measurement. Dazu kann mit nahezu nicht reflektierender Lichtaustrittsfläche 11 gearbeitet werden. These can be used with virtually non-reflecting light-emitting surface. 11 Hat die Lichtaustrittsfläche 11 gewisse Reflexionseigenschaften, beispielsweise um eine Betriebsartenumschaltung zu ermöglichen, stört dies wenig oder nicht. Did the light-emitting surface 11 some reflection properties, for example to enable a mode change, it interferes little or not. Bei der konfokalen Mikroskopie misst das Messmodul 2 die Stärke des von der Oberfläche des Messobjekts 6 reflektierten und von der Mikrosonde 4 aufgenommenen Lichts. In confocal microscopy, the measurement module 2 measures the strength of the reflected from the surface of the measurement object 6 recorded by the micro probe 4 light. Die Stärke ist maximal, wenn sich die Oberfläche des Messobjekts 6 exakt in dem Brennpunkt 12 befindet. The strength is maximum when the surface of the measurement object 6 is positioned exactly in the focal point of the 12th Eine Entfernungsänderung zwischen der mikrooptischen Sonde 4 und dem Messobjekt 6 gestattet die Ermittlung des Helligkeitsmaximums und somit der Höhe der Oberfläche des Messobjekts 6 im Intensitätsmaximum. A change in distance between the micro-optical probe 4 and the measurement object 6 permits the determination of the maximum brightness and thus the height of the surface of the measurement object 6 in the intensity maximum.

An der insoweit vorgestellten Mikrosonde 4 sind zahlreiche Abwandlungen möglich. Various modifications are possible to the extent presented microprobe fourth Wie Figur 2 veranschaulicht, kann der Stab 24 bzw. das Element 10 entfallen, wenn die Lichtaustrittsfläche 11 unmittelbar an der GRIN-Linse 20 angebracht wird. As Figure 2 illustrates, the rod 24 and the element 10 can be omitted if the light exit surface 11 is mounted directly on the GRIN lens 20th Die sphärisch gewölbte Lichtaustrittsfläche 11 nimmt zB einen Teil der dem Messobjekt 6 zugewandten Fläche 23 der GRIN-Linse 20 ein. The spherically curved light exit surface 11 decreases, for example, a part of the measurement object 6 facing surface 23 of the GRIN lens 20th Wiederum ist die konkav gewölbte Lichtaustrittsfläche 11 vorzugsweise mit konstantem Radius bezüglich des Brennpunkts 12 gewölbt. Again, preferably curved with a constant radius with respect to the focal point 12, the concave curved light exit surface. 11 Im Übrigen gilt die vorige Beschreibung unter Zugrundelegung der bereits eingeführten Bezugszeichen entsprechend. Incidentally, the above description on the basis of the reference characters already introduced applies accordingly.

Eine weitere Abwandlung veranschaulicht Figur 3. Dort ist an Stelle des Stabs 17 der Lichtweg 8 durch eine freie Luftstrecke realisiert, die beispielsweise von einem Hohl- zylinder 26 umschlossen wird. A further modification is illustrated in FIG 3, where 17 of the optical path 8 is realized by a free air gap in place of the rod, which is enclosed for example by a hollow cylinder 26th An einem Ende des Hohlzylin- ders 8 kann mit nicht weiter veranschaulichten Mitteln das Ende 7 der Lichtleitfaser 3 gehalten sein. At one end of the hollow stern 8 can not further illustrated means the end 7 of the optical fiber 3 to be held. An dem anderen Ende des Hohlzylinders 26 ist die Sammellinse 9 angeordnet. At the other end of the hollow cylinder 26, the converging lens 9 is arranged. Diese kann als GRIN-Linse oder, wie dargestellt, als Glaskörper 27 mit gewölbten Flächen ausgebildet sein. This can be used as GRIN lens or, as shown, be formed as a glass body 27 with curved surfaces. Wiederum kann die Lichtaustrittsfläche 11 durch eine Fläche der Sammellinse 9 gebildet sein. Again, 11 may be formed by a surface of the convergent lens 9, the light exit surface. Im Übrigen gilt die vorige Beschreibung unter Zugrundelegung gleicher, bereits eingeführter Bezugszeichen entsprechend. Incidentally, the above description, using the same already introduced reference numbers apply accordingly. Figur 4 veranschaulicht eine weitere Abwandlung der Erfindung. Figure 4 illustrates a further modification of the invention. Die Besonderheit der Abwandlung besteht in der Ausbildung des Elements 10. Seine Lichtaustrittsfläche 11 ist hier eben, dh ohne sphärische Krümmung ausgebildet. The feature of the modification is to form the element 10. Its light exit surface 11 is here flat, ie formed without spherical curvature. Dafür nimmt der Stab 24 mindestens 80% vorzugsweise 90% des gesamten Abstands zwischen der Oberfläche des Messobjekts 6 und der dem Messobjekt zugewandten Fläche 23 der GRIN-Linse 20 ein. For that accepts the rod 24, at least 80%, preferably 90% of the total distance between the surface of the measurement object 6 and the side facing the measurement object surface 23 of the GRIN lens 20 a. Aufgrund des geringen Abstands zwischen der den Referenzlichtstrahl erzeugenden Lichtaustrittsfläche 11 von dem Brennpunkt 12 sind die Dispersions- und Phasenunterschiede zwischen dem Referenzlichtstrahl und dem Messlichtstrahl weitgehend vernachlässigbar. Due to the small distance between the generating the reference beam light exit surface 11 from the focal point 12, the dispersion and phase differences between the reference light beam and the measurement light beam are largely negligible. Mit anderen Worten, die an der Lichtaustrittsfläche 11 entstehende Brechung des Lichtbündels 25 wird wegen des geringen Abstands zu der O- berfläche des Messobjekts 6 kaum wirksam. In other words, the emerging at the light exit surface 11 of refraction of the light beam 25 is due to the short distance to the O berfläche of the measurement object 6 hardly effective. Ergänzend gilt vorstehende Beschreibung. In addition applies above description.

Eine weitere Abwandlung zeigt Figur 5. Diese beruht auf der Ausführungsform nach Figur 4 mit dem Unterschied, dass der Stab 25 und die GRIN-Linse 20 eine zumindest abschnittsweise kegelförmige Mantelfläche haben. A further modification is shown in FIG 5. This is based on the embodiment of Figure 4, with the difference that the rod 25 and the GRIN lens 20 have an at least partially conical outer surface. Damit wird die Mikrosonde 4 an ihrem dem Messobjekt 6 zugewandten Ende besonders schlank. Thus the microprobe is particularly slim 4 at its end facing the measurement object 6 end. Außerdem kann sie über Erhebungen, Körperkanten und dergleichen Strukturen des Messobjekts 6 leicht hinweg gleiten. In addition, they can surveys body edges and the like easily slide structures of the measurement object 6 time. Hinsichtlich der Bemessung der Länge des Stabs 24 gilt, wie bereits im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Figur 4, dass seine Länge L größer als 90% der Brennweite der GRIN-Linse 20 ist. With regard to the dimensioning of the length of the rod 24 applies, as already mentioned in connection with the embodiment of Figure 4, that its length L is greater than 90% of the focal length of the GRIN lens 20th die Brennweite berechnet sich dabei als Abstand der GRIN-Linse von der O- berflache des Messobjekts. the focal length is calculated thereby as the distance of the GRIN lens of the O- berflache of the measurement object. Der Abstand ist der Abstand der Fläche 23 zu dem Brennpunkt 12. The distance is the distance of the face 23 to the focal point 12th

Figur 6 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform, die wiederum auf der Ausführungsform nach Figur 1 beruht, wobei jedoch die GRIN-Linse 20 und der Stab 24 eine von der Zylinderform und der Kegelform abweichende Außenkontur haben. Figure 6 illustrates another embodiment, which in turn is based on the embodiment of Figure 1, except that the GRIN lens 20 and the rod 24 have a shape deviating from the cylindrical shape and conical shape of the outer contour. Sie sind zB gerundet. They are for example rounded. Außerdem ist der Lichtweg 8 wiederum durch den Hohlzylinder 26 gebildet. In addition, the optical path 8 is again formed by the hollow cylinder 26th Ansonsten gilt die vorige Beschreibung entsprechend. Otherwise, the above description applies accordingly.

Alle vorstehend beschriebenen Ausfϋhrungsformen der Mikrosonde können als seitwärts blickende Sonden ausgebildet werden, indem zwischen der Fläche 23 der Sammellinse 9 bzw. GRIN-Linse 20 und der Oberfläche des Messobjekts 6 ein Spiegel 28 angeordnet wird. All Ausfϋhrungsformen the microprobe described above can be designed as side-facing probes by 23, the converging lens 9 and the GRIN lens 20 and the surface of the measurement object 6, a mirror 28 is placed between the face. Dieser kann die optische Achse des austretenden Lichtstrahlenbündels 25 um einen definierten von Null abweichenden Winkel ablenken. This can distract the optical axis of the outgoing light beam 25 through a defined angle other than zero. Dies zeigt Figur 7. Figur 8 veranschaulicht, dass die untere Prismen-Kante oder Prismen-Ende 29 des Stabs bzw. Prismas 24 entfallen kann, so dass die Mikrosonde 4 besonders tief in Sacklöcher und dergleichen eindringen kann. This shows Figure 7. Figure 8 illustrates that the lower edge prism or prisms end 29 of the bar or the prism 24 can be omitted, so that the micro-probe 4 can penetrate deeply into the blind holes and the like.

Ergänzend zu den vorstehenden Erläuterungen wird auf folgende alternativen Merkmalskombinationen hingewiesen: In addition to the foregoing, reference is made to the following alternative combinations of features:

1. Eine Ausführungsform, bei der die Lichtleitfaser 3 optisch an den ersten zylindrischen Stab 17 aus optisch homogenem Material gekoppelt ist, wobei an den ersten zylindrischen Stab 17 die GRIN-Linse 20 optisch angekoppelt ist. 1. An embodiment in which the optical fiber 3 is optically coupled to the first cylindrical rod 17 of optically homogeneous material, wherein the first cylindrical rod, the GRIN lens 17 is optically coupled 20th An die GRIN-Linse ist ein zweiter Stab oder Prisma 24 aus optisch homogenem Material angekoppelt, wobei die Achsen dieser optischen Elemente näherungsweise miteinander übereinstimmen und die der GRIN-Linse 20 abgewandte Stirnfläche 11 des zweiten zylindrischen Stabs 24 konkav ausgeführt ist und als Lichtaustrittsfläche, gegebenenfalls als Lichteintrittsfläche und als Spiegel zur Erzeugung eines Referenzlichtstrahls dient. Of the GRIN lens, a second rod or prism 24 is coupled optically homogeneous material, the axes of these optical elements coincide approximately with one another and the 20 facing away from front surface 11 of the second cylindrical rod 24 is made concave of the GRIN lens and the light exit surface, optionally serving as a light entrance surface and a mirror for generating a reference light beam. 2. Eine Ausführungsform, bei der die Mikrosonde 4 eine Lichtleitfaser 3, einen optisch an die Lichtleitfaser 2. An embodiment in which the microprobe 4 an optical fiber 3, an optically to the optical fiber

3 gekoppelten ersten zylindrischen Stab 17 aus optisch homogenem Material und eine optisch an den ersten zylindrischen Stab gekoppelte GRIN-Linse 20 sowie einen optisch an die GRIN-Linse 20 gekoppelten Kegelstumpf aus optisch homogenem Material aufweist, wobei die Achsen dieser optischen Elemente näherungsweise miteinander übereinstimmen und die der GRIN-Linse abgewandte Stirnfläche des Kegelstumpfs konkav ausgeführt ist und als Lichtaustrittsfläche 11, gegebenenfalls als Lichteintrittsflache , und als Fläche zur Erzeugung eines Referenzlichtstrahls dient. 3 coupled first cylindrical rod 17 made of optically homogeneous material, and an optically coupled to the first cylindrical rod GRIN lens 20 and an optically coupled to the GRIN lens 20 truncated cone of optically homogeneous material, wherein the axes of these optical elements coincide approximately with one another and the GRIN lens facing away from the end face of the truncated cone is made concave and serves as the light exit surface 11, optionally as a light input surface, and as an area for generating a reference light beam.

3. Eine Ausführungsform, bei der die optische Mikrosonde 3. An embodiment in which the optical microprobe

4 aus einer Lichtleitfaser 3, einer optisch an die Lichtleitfaser gekoppelten GRIN-Linse 20 oder einer GRIN-Faser und einem optisch an die GRIN-Linse oder GRIN-Faser gekoppelten Kegelstumpf aus optisch homogenem Material besteht, wobei die Achsen dieser optischen Elemente miteinander näherungsweise übereinstimmen und die der GRIN-Linse 20 bzw. der GRIN-Faser abgewandte Stirnfläche des Kegelstumpfs konkav ausgeführt ist und als Lichtaustrittsfläche 11 bzw. Lichteintrittsfläche und lichtreflektierende Fläche zur Erzeugung eines Referenzlichtstrahls dient. 4 consists of an optical fiber 3, an optically coupled to the optical fiber GRIN lens 20 or a GRIN-fiber-optically coupled to the GRIN lens or GRIN-fiber frustum of optically homogeneous material, the axes of these optical elements approximately coincide with each other and the GRIN lens 20 or GRIN-fiber facing away from the end face of the truncated cone is made concave and the light exit surface 11 and serves light entry surface and light-reflective surface for generating a reference light beam.

4. Eine Ausführungsform, bei der zu der Mikrosonde 4 eine Lichtleitfaser 7, ein optisch an die Lichtleitfaser gekoppelter zylindrischer Stab 17 aus optisch homogenem Material und eine optisch an den zylindrischen Stab 17 gekoppelte GRIN-Linse 20 gehören, wobei die dem zylindrischen Stab 17 abgewandte Stirnfläche der GRIN-Linse 20 zumindest nahe der optischen Achse 15 konkav ausgeführt ist und als Lichtaustrittsfläche 11 dient. 4. An embodiment in which to the micro-probe 4, an optical fiber 7, an optical 17 belonging to the optical fiber-coupled cylindrical rod of optically homogeneous material, and an optically coupled to the cylindrical rod 17 GRIN lens 20, wherein said remote from the cylindrical rod 17 end face of the GRIN lens is made concave at least close to the optical axis 15 20 and serves as a light exit surface. 11

5. Eine Ausführungsform, bei der zu der Mikrosonde 4 eine Lichtleitfaser 3 und eine optisch an die Lichtleitfaser gekoppelte GRIN-Linse 20 oder eine GRIN-Faser gehören, wobei die der Lichtleitfaser 3 abgewandte Stirnfläche der GRIN-Linse bzw. der GRIN-Faser zumindest nahe der optischen Achse 15 konkav ausgeführt ist und als Lichtaustrittsfläche 11 dient. 5. An embodiment in which to the microprobe 4 an optical fiber 3, and an optically coupled to the optical fiber GRIN lens 20 or a GRIN-fiber include, said the optical fiber 3 facing away from the end face of the GRIN lens and the GRIN fiber at least is performed close to the optical axis 15 concave and serves as the light exit surface. 11

6. Eine Ausführungsform, bei der die Mikrosonde 4 eine optische Faser 3 und einen Lichtweg 8 zur Auffächerung des von der Lichtleitfaser 3 abgegebenen Lichtbündels aufweist, das eine GRIN-Linse bzw. GRIN-Faser trifft, wobei zwischen der GRIN-Linse oder GRIN-Faser ein optisches Element vorgesehen ist, dessen dem Messobjekt 6 zugewandte Fläche als Planfläche ausgebildet ist und als Lichtaustrittsfläche 11 dient, wobei der Abstand zwischen der Lichtaustrittsfläche 11 und dem Brennpunkt 12 höchstens 20 % vorzugsweise höchstens 10 % des Abstands der GRIN-Linse von der Messobjektoberfläche beträgt. 6. An embodiment in which the micro-probe 4 having an optical fiber 3 and an optical path 8 for the fanning out of light emitted from the optical fiber 3 light beam that strikes a GRIN lens or GRIN-fiber, between the GRIN lens or GRIN fiber, an optical element is provided whose the measurement object 6 facing surface is formed as a plane surface and serves as a light exit surface 11, wherein the distance between the light exit surface 11 and the focal point 12 at most 20% preferably at most 10% of the distance of the GRIN lens of the measurement object surface is.

7. Eine Ausführungsform, bei der die Mikrosonde 4 eine Lichtleitfaser 3, einen optisch an die Lichtleitfaser 3 gekoppelten zylindrischen Stab 17 aus optisch homogenem Material, eine optisch an den zylindrischen Stab 17 gekoppelte GRIN-Linse 20 und ein optisch an die GRIN-Linse gekoppeltes Element 10 umfasst, wobei das Element 10 als Prisma ausgebildet ist und die optische Achse des Systems um einen definierten Winkel umlenkt, wobei weiter die der GRIN-Linse 20 abgewandte Fläche des Prismas konkav ausgeführt ist und als Lichtaustrittsfläche 11 dient. 7. An embodiment in which the microprobe 4 an optical fiber 3, an optically coupled to the optical fiber 3 cylindrical rod 17 made of optically homogeneous material, an optically coupled to the cylindrical rod 17 GRIN lens 20 and an optically coupled to the GRIN lens includes element 10, said element 10 is formed as a prism and deflects the optical axis of the system by a defined angle, further wherein the GRIN lens 20 facing away from surface of the prism is configured concavely and serves as a light exit surface. 11 8. Bei der Mikrosonde nach einer der Ziffern 2, 3 oder 6 kann der Kegelstumpf aus optisch homogenem Material in ein Prisma integriert sein, das die optische Achse des Systems um einen definierten Winkel umlenkt, wobei die der GRIN-Linse abgewandte Stirnfläche des kombinierten Prismen-Kegelstumpfs konkav ausgeführt ist und als Lichtaustrittsfläche 11 dient. 8. The microsensor according to one of the numbers 2, 3 or 6 of the truncated cone of optically homogeneous material may be integrated with a prism that deflects the optical axis of the system by a defined angle, wherein the GRIN lens is remote from the end face of the combined prisms -Kegelstumpfs is made concave and serves as a light exit surface. 11

9. Der Durchmesser der optischen Mikrosonde 4 kann vorzugsweise geringer als 5 mm sein. 9. The diameter of the optical microprobe 4 may preferably be less than 5 mm.

10. Alle optischen Elemente können mechanisch unmittelbar miteinander verbunden sein. 10. All of the optical elements may be mechanically connected directly to one another.

Die erfindungsgemäße optische Mikrosonde verwendet mikrooptische Komponenten und nutzt insbesondere eine Lichtaustrittsfläche 11, die parallel zu der sie durchlaufenden optischen Kugelwelle gekrümmt ist oder die sich so nahe an dem Messobjekt 6 befindet, dass durch fehlende Parallelität zwischen der Lichtaustrittsfläche 11 und der sie durchlaufenden Wellenfront hervorgerufene Störungen unter einem gegebenen Grenzwert bleiben. The optical microprobe invention uses micro-optical components and uses in particular a light exit surface 11 that is curved parallel to the passing through it spherical optical wave, or which is so close to the measurement object 6, that caused by lack of parallelism between the light exit surface 11 and the passing through it wavefront disturbances remain below a given threshold.

Bezugszeichen reference numeral

1 Messeinrichtung One measuring device

2 Messmodul 2 measurement module

3 Lichtleitfaser 3 optical fiber

4 Mikrosonde 4 microprobe

5 Lichtbündel 5 beam

6 Messobjekt 6 measurement object

7 Faser-Ende 7 fiber end

8 Lichtweg 8 light path

9 Sammellinse 9 converging lens

10 Element 10 element

11 Lichtaustrittsfläche 11 light-emitting surface

12 Brennpunkt 12 focus

13-16 optische Achsen 13-16 optical axes

17 Stab 17 staff

18, 19 Fläche 18, 19 face

20 GRIN-Linse 20 GRIN lens

21 Anschluss fläche 2 Lichtbündel 3 Fläche 4 Stab/Prisma 5 Lichtbündel 6 Hohlzylinder 7 Glaskörper 8 Spiegel 9 Prismen-Kante 21 pad 2 light beam 3 Size 4 bar / prism 5 light beams 6 hollow cylinder 7 vitreous 8 mirror 9 prism edge

Claims

Patentansprüche : claims:
1, Optische Mikrosonde (4) zur Fokussierung eines Lichtbündels (5) auf ein Messobjekt (6) , insbesondere zur Durchführung interferometrischer Messungen, bestehend zumindest aus: 1, optical micro-probe (4) for focusing a light beam (5) onto a measurement object (6), particularly for carrying out interferometric measurements, consisting at least of:
einer Lichtleitfaser (3) , an optical fiber (3),
einem an die Lichtleitfaser (3) angekoppelten Lichtweg coupled one to the optical fiber (3) optical path
(8) zur Auffächerung eines aus der Lichtleitfaser (3) austretenden Lichtstrahls, (8) emerging for fanning out one of the optical fiber (3) light beam,
einer an den Lichtweg (8) angeschlossenen Sammellinse a light path connected to the (8) converging lens
(9) zur Fokussierung des aus der Lichtleitfaser (3) austretenden Lichtbündels (22) auf einen Brennpunkt (12) , (9) for focussing the emerging from the optical fiber (3) the light beam (22) to a focal point (12),
mit einem an die Sammellinse (9) angeschlossenen optischen Element (10) , das eine dem Brennpunkt (12) zugewandte Lichtaustrittsfläche (11) aufweist und a) zumindest 90% des Abstandes zwischen der Sammellinse (9) und dem Brennpunkt (12) einnimmt und/oder b) bei dem die Lichtaustrittsfläche (11) konkav gewölbt ausgebildet ist. with a to the collecting lens (9) connected to the optical element (10) facing a the focal point (12) of light outlet surface (11) and a) at least 90% of the distance between the collecting lens (9) and the focal point (12) occupies and / or b) wherein the light exit surface (11) is concave curved.
2. Optische Mikrosonde (4) zur Fokussierung eines Licht ¬ bündels (5) auf ein Messobjekt (6) , insbesondere zur Durchführung interferometrischer Messungen, bestehend zumindest aus : 2. Optical micro probe (4) for focusing a light beam ¬ (5) on a measurement object (6), in particular for carrying out interferometric measurements, consisting at least of:
einer Lichtleitfaser (3) , an optical fiber (3),
einer an die Lichtleitfaser (3) angeschlossenen GRIN- Linse (20) oder GRIN-Faser zur Fokussierung des aus der Lichtleitfaser (3) austretenden Lichtbündels (22) auf einen Brennpunkt (12), a to the optical fiber (3) connected to the GRIN lens (20) or GRIN-fiber for focusing the from the optical fiber (3) exiting light bundle (22) to a focal point (12),
wobei die GRIN-Linse (20) eine konkav gewölbte Lichtaustrittsfläche (11) aufweist. wherein the GRIN lens (20) has a concavely curved light exit surface (11).
3. Optische Mikrosonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtleitfaser (3) und der GRIN-Linse (20) ein Lichtweg (8) zur Auffächerung des aus der Lichtleitfaser (3) austretenden Lichtbündels (22) vorgesehen ist. 3. Optical microprobe according to claim 2, characterized in that between the optical fiber (3) and said GRIN lens (20), a light path (8) for the fanning out of from the optical fiber (3) exiting light bundle (22) is provided.
4. Optische Mikrosonde nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtweg (8) durch einen Stab (17) aus optisch homogenem Material gebildet ist. 4. Optical microsensor according to claim 1 or 3, characterized in that the light path (8) by a rod (17) is formed of optically homogeneous material.
5. Optische Mikrosonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (17) zylindrisch ausgebildet ist. 5. Optical microprobe according to claim 4, characterized in that the rod (17) is cylindrical.
6. Optische Mikrosonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (17) unmittelbar an die Lichtleitfaser (3) anschließt. 6. Optical microprobe according to claim 4, characterized in that the rod (17) directly adjoins the optical fiber (3).
7. Optische Mikrosonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (17) unmittelbar an die Sammellinse (9) anschließt. 7. Optical microprobe according to claim 4, characterized in that the rod (17) directly adjoins the collecting lens (9).
8. Optische Mikrosonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (9) eine GRIN-Linse (20) ist. is 8. Optical microprobe according to claim 1, characterized in that the converging lens (9) having a GRIN lens (20).
9. Optische Mikrosonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (10) ein Stab (24) aus optisch homogenem Material ist. is 9. Optical microprobe according to claim 1, characterized in that the optical element (10) comprises a rod (24) of optically homogeneous material.
10. Optische Mikrosonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (24) zylindrisch ausgebildet ist. 10. Optical microprobe according to claim 9, characterized in that the rod (24) is cylindrical.
11. Optische Mikrosonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (24) kegelstumpfförmig ausgebildet ist. 11. Optical microprobe according to claim 9, characterized in that the rod (24) is frustoconical.
12. Optische Mikrosonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsfläche (11) eine stirnseitige Endfläche des Stabes (24) ist. 12. Optical microprobe according to claim 9, characterized in that the light exit surface (11) is a front end face of the rod (24).
13. Optische Mikrosonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsfläche (11) eine Seitenfläche des Stabes (24) ist. 13. Optical microprobe according to claim 9, characterized in that the light exit surface (11) has a side surface of the rod (24).
14. Optische Mikrosonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (24) eine Licht reflektierende Fläche (28) aufweist, die das von der Sammellinse (9) ankommende Licht zu der Lichtaustrittsfläche (11) umleitet. 14. Optical microprobe according to claim 9, characterized in that the rod (24) having a light reflecting surface (28) from said collecting lens (9) forwarding incoming light toward the light outlet surface (11).
15. Optische Mikrosonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsfläche (11) teilverspiegelt ist. 15. Optical microprobe according to claim 1 or 2, characterized in that the light exit surface (11) is partially mirrored.
16. Optische Mikrosonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsfläche (11) eine sphärische Fläche ist, deren Krümmungsmittelpunkt mit dem Brennpunkt (12) übereinstimmt. 16. Optical microprobe according to claim 1 or 2, characterized in that the light exit surface (11) is a spherical surface is coincident center of curvature with the focal point (12).
17. Optische Mikrosonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle optischen Achsen (13, 14, 15, 16) aller Elemente miteinander ü- bereinstimmen . 17. Optical microsensor according to one of the preceding claims, characterized in that all the optical axes (13, 14, 15, 16) of all elements prepared Ü agree with each other.
18. Optische Mikrosonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfaser (3) an ein Interfe- rometer angeschlossen ist. 18. Optical microprobe according to claim 1, characterized in that the optical fiber (3) is connected to a rometer interferences.
19. Optische Mikrosonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfaser (3) an eine konfokale Messeinrichtung angeschlossen ist. 19. Optical microprobe according to claim 1, characterized in that the optical fiber (3) is connected to a confocal measurement device.
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