DE4108062A1 - Vorrichtung zur interferometrischen messung von objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur interferometrischen Messung von Objekten mit einer Strahlenquelle für die Objektbeleuchtung und minde­ stens einem Referenzstrahl, mindestens einem Detektor mit zugehörigem Objek­ tiv zur Aufnahme der vom Objekt gestreuten Strahlung sowie mit optischen Mit­ teln zur Überlagerung der Streustrahlen mit dem Referenzstrahl.

Unter Detektor ist jeder lichtempfindliche Empfänger zu verstehen, wie z. B. eine Bildkamera, elektronische Kameras (CCD) und andere Aufnahmeeinrichtungen mit oder ohne Lichtleiter, die geeignet sind, optische Signale in elektrische Signa­ le umzuwandeln.

Bei Vorrichtungen der vorstehend genannten Art (DE-OS 26 58 399) werden übli­ cherweise die vom Objekt reflektierten Streustrahlen mit dem Referenzstrahl überlagert und anschließend durch das Objektiv zum Detektor geleitet. Dieses hat zur Folge, daß Veränderungen an den Streustrahlen, die durch Verstellen von optischen Bauelementen bewirkt werden, eine gleichzeitige Einwirkung auf den Referenzstrahl haben können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art so zu gestalten, daß eine flexible und einfache Handhabung für Ver­ änderungsmöglichkeiten der Streustrahlen möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Damit sind Streu- und Referenzstrahlen unabhängig voneinander einstellbar oder veränderbar, was die Handhabung der Vorrichtung erleichtert und gegebe­ nenfalls Justiermittel einspart. Zwischen dem Objektiv und dem Objekt verbleibt mehr Freiraum, der die problemlose Anwendung von Vario- und anderen Objek­ tiven sowie anderen optischen Bauteilen ermöglicht, um z. B. den Schärfentiefe­ bereich der Objektkontur anzupassen. Es ist auch möglich, das Licht mittels eines Lichtwellenleiters zum Objektiv zu leiten.

Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, daß mit der erfindungsgemäßen An­ ordnung die Meßvorrichtung mit relativ kleinen Abmessungen realisierbar ist. Bei Verwendung eines Strahlteilerwürfels, durch den die Streustrahlung und der Re­ ferenzstrahl senkrecht zueinander durchtreten, und eines Kugelspiegels, der den Referenzstrahl aufweitet und zum Strahlteilerwürfel zurückspiegelt, kann die Meßvorrichtung ohne Objektiv eine sehr geringe Baugröße erhalten, etwa in der Ordnung von 10 · 10 · 5 cm³. Derartig kleine Abmessungen ermöglichen den Ein­ satz der Meßvorrichtung auch in unwegsamen Stellen, wie z. B. in der Medizin­ technik, etc.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung eignet sich für vielseitige interferometri­ sche eindimensionale und mehrdimensionale Meßanordnungen. Auch eine schwenkbare Anordnung zur seriellen Messung einzelner Verformungsparame­ ter ist aufgrund der geringen Baugröße einfacher durchzuführen als bei konven­ tionellen Vorrichtungen.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung schema­ tisch dargestellt.

In Fig. 1 sind die Bauteile einer Vorrichtung zur interferometrischen Messung von Objektoberflächen mit gestrichelten Linien eingerahmt. Die Bauteile bestehen in einer Lichtwellenleiter-Einkoppelung 1, einem Strahlteiler 2, einer Linse 3, für den Beleuchtungsstrahl 13. Für die Aufnahme der Objektstrahlen 14 hat die Meß­ vorrichtung ein Objektiv 8, einen zweiten Strahlteiler 4 mit zugehörigem Spiegel 5, einen Polfilter 22 sowie einem Detektor 9. Je nach Meßanwendung der Vorrichtung wird eine nicht dargestellte Strahlenquelle mit kohärenten Strahlen, teilkohärenten oder ähnlichen Strahlen verwendet, wobei die Strahlen über ei­ nen Lichtleiter 7, 1 in die Vorrichtung eingekoppelt werden. Mittels des Strahltei­ lers 2, der ein Prisma, eine Keilplatte oder ähnliches sein kann, wird der Eingangs­ strahl in den Beleuchtungsstrahl 13 und einen Referenzstrahl 15 aufgespalten. Für eine flächenmäßige Ausleuchtung eines Objektes 17 wird der Beleuchtungs­ strahl 13 über die Linse 3 oder Objektiv aufgeweitet. Die vom Objekt 17 reflek­ tierten Streustrahlen 14 treffen direkt auf das Objektiv 8 der Aufnahmeeinheit und werden erst nach dem Objektiv innerhalb der Meßvorrichtung dem Refe­ renzstrahl 15 überlagert. Hierzu ist der zweite Strahlteiler, beispielsweise ein Strahlteilerwürfel 4, in den Strahlengang 16 der Streustrahlen und gegenüber dem ersten Strahlteiler 2 so angeordnet, daß die Streustrahlen und der Referenz­ strahl 15 den Strahlteilerwürfel 4 senkrecht zueinander durchqueren. Der durch den Strahlteilerwürfel 4 durchgehende Referenzstrahl 15 wird an dem als Kugel­ spiegel ausgebildeten Spiegel 5 aufgeweitet und zum Strahlteilerwürfel 4 zurück­ gespiegelt, wodurch der Referenzstrahl schließlich in den Detektor 9 mündet. Der zwischengeschaltete Polfilter 22 dient zum Abgleich der Intensität zwischen Streu- und Referenzstrahl.

Mit dieser Anordnung wird ein Minimum an Bauteilen benötigt, die zudem sehr kompakt zueinander angeordnet werden können und damit eine komplette Meßvorrichtung sehr kleiner Dimension ermöglicht. Außerdem bleibt der Raum zwischen Objektiv 8 und dem Objekt 17 frei, so daß bei Bedarf die Verwendung von zusätzlichen optischen Einrichtungen sowie die Verwendung eines Vario- Objektives ohne weiteres möglich ist. Um die Phasenlage des Referenzstrahles 15 verschieben zu können, wird dem Kugelspiegel 5 sein Piezoaktor 6 zugeordnet.

Die vorstehend beschriebene Meßvorrichtung eignet sich für unterschiedliche in­ terferometrische Meßverfahren. So ist in Fig. 1 beispielsweise eine Anordnung zur eindimensionalen Messung von Verformungen, Unregelmäßigkeiten, Ver­ schiebungen, in der out-of-plane-Richtung z gezeigt.

In Fig. 2 ist eine Meßanordnung gezeigt, mit der in-plane- Verformungskomponenten x, y gemessen werden können. Unter Aufrechterhal­ tung der Aufnahmeeinheit 4-6, 8, 9 nach Fig. 1 ist in diesem Fall anstelle der Linse 3 ein dritter Strahlteiler 10 vorgesehen, mit dem der Beleuchtungsstrahl 13 in zwei Strahlengänge 18 und 19 aufgeteilt wird, die jeweils mittels zusätzlicher op­ tischer Mittel, wie Kugelspiegel 11, 11′ aufgeweitet und auf das Objekt 17 ge­ lenkt werden. Mit Klappen 21 oder dergleichen kann ein Strahl bei Bedarf jeweils abgedunkelt werden.

Der in Fig. 2 gezeigte Aufbau dient zur Messung von Verschiebungen der in- plane-Komponente x. Für die y-Komponente wird entweder eine zweite Vorrich­ tung mit ähnlichem Aufbau, jedoch um 90° um die Beobachtungsrichtung 20 ge­ dreht, verwendet oder die gezeigte Vorrichtung um die Beobachtungsrich­ tung 20 drehbar gelagert.

Für die Strahlenquelle können auch unterschiedliche Ausführungen verwendet werden. Anstelle des über einen Lichtwellenleiter eingekoppelten Strahles kann in der Meßvorrichtung eine Laserdiode 12 installiert werden, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur interferometrischen Messung von Objekten mit einer Strahlenquelle für die Objektbeleuchtung und mindestens einem Refe­ renzstrahl, mit mindestens einem Detektor mit zugehörigem Objektiv zur Aufnahme der vom Objekt gestreuten Strahlung sowie mit optischen Mit­ teln zur Überlagung der Streustrahlen mit dem Referenzstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel (4-6) für die Überlagerung der Streustrahlen (14, 16) mit dem Referenzstrahl (15) zwischen dem Detektor (9) und dem Objektiv (8) des Detektors angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel aus einem Strahlteiler, insbesondere Strahlteilerwürfel (4) für die Überlagerung der Streu- und Referenzstrahlen (16, 15) und einem Kugel­ spiegel (5) bestehen, der den Referenzstrahl aufweitet und zum Strahltei­ ler zurückspiegelt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kugel­ spiegel (5) ein Piezoaktor (16) zugeordnet ist.