WO2009040158A1 - Probe and device for the optical testing of measurement objects - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an optical probe for the optical testing of test objects according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for the interferometric measurement of test objects with the probe.
- an optical probe can be used.
- Probe 1 has an input 10 for introducing an input beam into the probe 1, a lens 8 for focusing the input beam to a measuring beam and an output 20 for illuminating the measured objects to be tested.
- the input beam is introduced through an optical fiber 11 in the probe 1, wherein for the coupling of the optical fiber 11 in the probe 1, a ferrule 2 is provided. Between the ferrule 2 and the lens 8 for focusing a spacer 4 (“spacer”) can be arranged.
- spacer spacer
- the lens for focusing the input beam into a measuring beam is often a so-called GRIN lens 8, which is a short form of "graduate index lens”, “graded index lens” or “gradient index lens.”
- GRIN lens 8 is a short form of "graduate index lens”, “graded index lens” or “gradient index lens.”
- the refractive index of a GRIN lens changes continuously and steplessly in the material of the lens be dispensed with a curved surface shape as in the case of conventional lenses.
- the focused measurement beam is finally deflected from its original direction to the side via a prism 3, which is arranged at the output 20, and thus illuminates the surface of the measurement object.
- an interferometric measuring device which is connected to an optical probe part. It is proposed to also provide a GRIN lens as an optical element in the probe. Further, its front, the measuring object facing area is designed as a measuring head.
- the measuring head is provided with a thin, designed as a measuring fiber optical fiber whose free end portion is designed as an end piece for illuminating a measuring point of the measurement object and receiving reflected measurement light. For the deflection of the measuring light, the tail is bevelled and mirrored.
- An optical probe with a GRIN lens is also known from EP 1 222 486 B1.
- a probe for use as a medical device for example an endoscope.
- an endoscope for example an endoscope
- GRIN lens provided a separate mirror for beam deflection.
- the hitherto known optical probes with a GRIN lens have the disadvantage that a separate beam deflection unit, such as a mirror or prism, is necessary for illuminating the measurement object.
- the inventive optical probe or the device according to the invention with the probe has the advantage that the GRIN lens allows both the focusing of the input beam to a measuring beam and the deflection of the measuring beam to illuminate the measured object.
- the GRIN lens allows both the focusing of the input beam to a measuring beam and the deflection of the measuring beam to illuminate the measured object.
- Bonding process is about 20 times lower than the angular accuracy of the ground plasma itself.
- the disadvantages described above are abruptly eliminated by the probe according to the invention, since both the preparation of the prism and the assembly of the prism to the lens is unnecessary.
- the advantage is achieved by an optical probe in which the GRIN lens has at least one surface inclined with respect to the direction of the input beam for deflecting the measuring beam.
- FIG. 1 shows an example of a known probe from the prior art
- FIG. 2 shows an embodiment of a probe according to the invention
- 3a shows a first embodiment of the GRIN lens
- Figure 3b shows a second embodiment of the GRIN lens.
- FIG. 1 shows an example of an optical probe 1 known from the prior art. The structure of the known probe 1 has already been explained above.
- FIG. 2 A first embodiment of the probe according to the invention is shown in FIG. 2.
- FIG Probe 1 an input 10 for introducing an input beam into the probe 1, a GRIN lens 8 for focusing the input beam to a measuring beam and an output 20 for illuminating the measured objects to be tested.
- the input beam is introduced through an optical fiber 11 in the probe 1, wherein for the coupling of the optical fiber 11 in the probe 1, a ferrule 2 is provided.
- a spacer 4 "C" can be placed between the ferrule 2 and the GRIN lens 8.
- Such optical probes 1 are also called probe arms in certain applications because they optically scan measured objects, for example when scanning components of an automobile ,
- the essential components of the probe 1 according to the invention include the input 10 for introducing an input beam into the probe 1, the GRIN lens 8 for focusing the input beam into a measuring beam and the output 20 for illuminating the test objects to be tested.
- the GRIN lens 8 has at least one surface 9 inclined with respect to the direction 7 of the input beam for deflecting the measuring beam. Since a beam is reflected on the inclined surface 9 and thereby deflected in a desired direction, a hitherto provided separate deflection unit such as a mirror or a prism is superfluous. The oblique surface necessary for the reflection is therefore already present in the GRIN lens 8.
- the GRIN lens 8 has exactly one inclined surface 9. Thus, additional operations on the GRIN lens 8 are reduced as much as possible.
- the GRIN lens 8 advantageously has a totally reflecting, inclined surface 9. Thus, no beam intensity is lost, but the entire beam intensity remains the measurement process.
- the inclined surface 9 is arranged at the outlet 20 of the probe 1. This ensures direct illumination of the measurement objects. However, if desired, the inclined surface 9 may be slightly away from the exit 20 of the Probe 1 are arranged, for example, when a plurality of inclined surfaces 9 are provided on the GRIN lens 8, but fewer exits 20 of the probe 1. It is then to ensure by appropriate measures such as the arrangement of deflection that all measuring beams at the exit of the probe 1 can escape.
- the inclined surface 9 may have an arbitrary inclination angle with respect to the direction 7 of the input beam as needed. However, practical inclination angles are 40 ° to 50 °, in particular 45 °.
- Figures 3a and 3b show two variants of the GRIN lens 8 with a tilted
- the GRIN lens 8 in Fig. 3a has a circular shape in plan view.
- the measuring beam reflected at the inclined surface 9 is registered by the cylindrically curved outer surface.
- such a curved exit surface 15 for the measurement beam can be accepted if the measurement beam has, for example, a low beam diameter. Then namely the distortion of the measuring beam through the curved exit surface 15 is negligibly small. But in other applications, especially with a long working distance between the probe and the DUT, the effect of distortion may not be neglected.
- a second variant of the GRIN lens 8 is proposed, as shown in FIG. 3b, according to which the GRIN lens 8 has a plane exit face 16 for the measuring beam. Since the exit surface 16 is flat, the measuring beam occurs almost perpendicular to
- the generation of the inclined surface 9 and / or the plane exit surface 16 on the GRIN lens 8 is simpler and more accurate than the production of the prisms of the prior art, because the GRIN lens 8 is typically larger than a prism in a same probe 1.
- the GRIN lens 8 is typically a few millimeters long. This considerably simplifies handling. It is proposed to grind and / or polish the GRIN lens 8 to produce the desired shapes.
- the inclined surface 9 and / or the flat exit surface 16 is then ground and / or polished after processing in the desired shape. In this grinding to obtain the inclined surface 9, a tapered end surface of the GRIN lens 8 is formed, so that two sides of different length are formed.
- a relatively low gradient refractive index material may be selected for the lens.
- the GRIN lens 8 thus produced would then be longer overall without this measure to compensate for the low gradient refractive index.
- the inclined surface 9 and / or the flat exit surface 16 may be provided with a protective layer. These externally accessible surfaces are thus e.g. Specially protected against dirt.
- the measurement beam reflected on the surface of the measurement object is picked up again by the probe 1.
- the reflected measuring beam now passes through the previous beam path in the opposite direction, i. it is reintroduced into the probe 1 at the exit 20 of the probe 1 and leaves the probe 1 at the entrance 10.
- the terms "input” and “output” do not refer to the reflected measuring beam as is familiar to a person skilled in the art.
- the measuring beam fed out again from the probe 1 is then fed to a detection unit to which an evaluation unit is connected. Thus, an analysis of the illuminated with the probe 1 measurement objects is possible.
- the interferometer is connected to the probe 1 by means of the already mentioned optical fiber 11.
- the interferometer can comprise an evaluation unit in addition to a detection unit.
- an optical probe 1 has been described in which the focusing lens 8 has at least one surface 9 inclined with respect to the direction 7 of the input beam for deflecting the measuring beam. This eliminates the need for a separate deflection unit such as a mirror or prism. Furthermore, a device has been proposed which comprises a per se known interferometer and the probe 1 described. Overall, this achieves a very simplified and precise production of an optical probe 1.
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Abstract
Description
Sonde und Vorrichtung zum optischen Prüfen von Messobjekten Probe and device for optical testing of test objects
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine optische Sonde zum optischen Prüfen von Messobjekten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur interferometrischen Messung von Messobjekten mit der Sonde.The invention relates to an optical probe for the optical testing of test objects according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for the interferometric measurement of test objects with the probe.
Um Oberflächen eines Messobjektes, z.B. eines Bauteils, zu überprüfen, kann eine optische Sonde eingesetzt werden. Ein Beispiel solch einer optischen Sonde, die auch kommerziell erhältlich ist, ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. DieTo obtain surfaces of a measurement object, e.g. of a component, an optical probe can be used. An example of such an optical probe, which is also commercially available, is shown schematically in FIG. The
Sonde 1 weist einen Eingang 10 zur Einführung eines Eingangsstrahls in die Sonde 1, eine Linse 8 zur Fokussierung des Eingangsstrahls zu einem Messstrahl und einen Ausgang 20 zur Beleuchtung der zu prüfenden Messobjekten auf.Probe 1 has an input 10 for introducing an input beam into the probe 1, a lens 8 for focusing the input beam to a measuring beam and an output 20 for illuminating the measured objects to be tested.
Der Eingangsstrahl wird durch eine Lichtleitfaser 11 in die Sonde 1 eingeführt, wobei für die Einkopplung der Lichtleitfaser 11 in die Sonde 1 eine Ferrule 2 vorgesehen ist. Zwischen der Ferrule 2 und der Linse 8 zur Fokussierung kann ein Platzhalter 4 („Spacer") angeordnet werden.The input beam is introduced through an optical fiber 11 in the probe 1, wherein for the coupling of the optical fiber 11 in the probe 1, a ferrule 2 is provided. Between the ferrule 2 and the lens 8 for focusing a spacer 4 ("spacer") can be arranged.
Die Linse zur Fokussierung des Eingangsstrahls zu einem Messstrahl ist dabei oft eine sogenannte GRIN-Linse 8, die eine Kurzform von „Graduate Index- Linse", „Graded Index-Linse" oder „Gradient Index-Linse" ist. Im Gegensatz zu konventionellen Linsen verändert sich die Brechungsindex einer GRIN-Linse stetig und stufenlos im Material der Linse. Vorteilhaft kann daher beispielsweise auf eine gekrümmte Oberflächenform wie im Falle von konventionellen Linsen verzichtet werden.The lens for focusing the input beam into a measuring beam is often a so-called GRIN lens 8, which is a short form of "graduate index lens", "graded index lens" or "gradient index lens." Unlike conventional lenses The refractive index of a GRIN lens changes continuously and steplessly in the material of the lens be dispensed with a curved surface shape as in the case of conventional lenses.
Der fokussierte Messstrahl wird schließlich über ein Prisma 3, das am Ausgang 20 angeordnet ist, von seiner ursprünglichen Richtung zur Seite abgelenkt und beleuchtet so die Oberfläche des Messobjektes.The focused measurement beam is finally deflected from its original direction to the side via a prism 3, which is arranged at the output 20, and thus illuminates the surface of the measurement object.
Auch wird in DE 100 57 539 Al eine interferometrische Messvorrichtung beschrieben, die mit einem optischen Sondenteil verbunden ist. Es wird vorgeschlagen, als ein optisches Element in der Sonde auch eine GRIN-Linse vorzusehen. Weiter ist sein vorderer, dem Messobjekt zugekehrter Bereich als Messkopf ausgebildet. Der Messkopf ist mit einer dünnen, als Messfaser ausgebildeten Lichtleitfaser versehen, deren freier Endbereich als Endstück zum Beleuchten einer Messstelle des Messobjektes und Aufnehmen von reflektiertem Messlicht ausgebildet ist. Für die Ablenkung des Messlichts ist das Endstück abgeschrägt und verspiegelt.Also described in DE 100 57 539 A1 is an interferometric measuring device which is connected to an optical probe part. It is proposed to also provide a GRIN lens as an optical element in the probe. Further, its front, the measuring object facing area is designed as a measuring head. The measuring head is provided with a thin, designed as a measuring fiber optical fiber whose free end portion is designed as an end piece for illuminating a measuring point of the measurement object and receiving reflected measurement light. For the deflection of the measuring light, the tail is bevelled and mirrored.
Eine optische Sonde mit einer GRIN-Linse ist ebenso aus EP 1 222 486 Bl bekannt. Hier wird der Aufbau einer Sonde für den Einsatz als ein medizinisches Gerät beschrieben, zum Beispiel ein Endoskop. In der Sonde ist neben derAn optical probe with a GRIN lens is also known from EP 1 222 486 B1. Here is described the construction of a probe for use as a medical device, for example an endoscope. In the probe is next to the
GRIN-Linse ein separater Spiegel zur Strahlablenkung vorgesehen.GRIN lens provided a separate mirror for beam deflection.
Aus US 6,654,518 Bl ist ein optischer Kollimator für optische Signalübertragung bekannt, bei der eine GRIN-Linse mit geneigten Oberflächen vorgesehen ist, um einfallende Strahlen in optische Faserleitungen einzukoppeln.From US 6,654,518 Bl an optical collimator for optical signal transmission is known, in which a GRIN lens is provided with inclined surfaces to couple incident beams into optical fiber lines.
Die bisher bekannten optischen Sonden mit einer GRIN-Linse haben den Nachteil, dass zur Beleuchtung des Messobjektes eine separate Strahlablenkeinheit wie ein Spiegel oder Prisma notwendig ist.The hitherto known optical probes with a GRIN lens have the disadvantage that a separate beam deflection unit, such as a mirror or prism, is necessary for illuminating the measurement object.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße optische Sonde oder die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Sonde hat den Vorteil, dass die GRIN-Linse sowohl die Fokussierung des Eingangsstrahls zu einem Messstrahl als auch die Ablenkung des Messstrahls zur Beleuchtung des Messobjektes ermöglicht. Damit werden durch ein einzelnes optisches Element vorteilhaft mindestens zwei Funktionen gewährleistet.Advantages of the invention The inventive optical probe or the device according to the invention with the probe has the advantage that the GRIN lens allows both the focusing of the input beam to a measuring beam and the deflection of the measuring beam to illuminate the measured object. Thus, at least two functions are advantageously ensured by a single optical element.
Folglich entfällt die Notwendigkeit, eine separate Strahlablenkeinheit wie beispielsweise ein Prisma neben der GRIN-Linse anzuordnen. Die Problematik, die aus dieser Notwendigkeit resultiert, ist vielschichtig: Zunächst ist selbst die Herstellung eines solchen Prismas sowohl finanziell als auch technisch sehr aufwendig. Ihre Herstellung beansprucht mehrere Wochen, typischerweise etwa 12 Wochen. Hauptursache hierfür ist die notwendige Kompaktheit der optischen Sonde. Denn wenn die Sonde für bestimmte Messungen z.B. in enge Bohrungen eingeführt werden soll, muss die Sonde einen möglichst kleinen Durchmesser aufweisen, und damit gilt dies auch für alle optischen Elemente in der Sonde. Oft wird bei einem Prisma eine Kantenlänge von weniger als 1 mm gefordert, wodurch eine Handhabung des zu erzeugenden Prismas massiv erschwert wird. Bei einer Kantenlänge von etwa 0,8 mm stößt man schließlich an die technische Grenze. Andererseits ist ein sehr kontrollierter Schleifprozess am Prisma deshalb so wichtig, weil hierdurch die spätere Winkelgenauigkeit des reflektierendenConsequently, there is no need to dispose a separate beam deflecting unit such as a prism next to the GRIN lens. The problem that results from this need is complex: First, even the production of such a prism is both financially and technically very complex. Their production takes several weeks, typically about 12 weeks. The main reason for this is the necessary compactness of the optical probe. Because if the probe is used for certain measurements e.g. into narrow bores, the probe must have the smallest possible diameter, and this also applies to all optical elements in the probe. Often, an edge length of less than 1 mm is required for a prism, which makes handling of the prism to be produced massively more difficult. With an edge length of about 0.8 mm, one finally reaches the technical limit. On the other hand, a very controlled grinding process on the prism is so important, because this the later angular accuracy of the reflective
Strahls bestimmt wird.Beam is determined.
Aber auch nach der mühevollen Herstellung eines sehr kleinen Prismas bleibt noch die technische Herausforderung, dieses an die gewünschte Position in der Sonde stabil und exakt anzuordnen. Typischerweise wird das Prisma an die fokussierende Linse, also oft an die GRIN-Linse, angeklebt. Die Erfahrung lehrt leider, dass dieser Bearbeitungsschritt keine einfache Aufgabe darstellt. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass die geforderte Genauigkeit der Positionierung des Prismas an der Linse auch unter höchsten Anforderungen kaum zu realisieren ist. Die Winkelgenauigkeit der Positionierung beimBut even after the laborious production of a very small prism remains the technical challenge to arrange this stable and accurate to the desired position in the probe. Typically, the prism is adhered to the focusing lens, often to the GRIN lens. Unfortunately, experience teaches that this step is not an easy task. In particular, it has been found that the required accuracy of the positioning of the prism on the lens can hardly be realized even under the highest demands. The angular accuracy of the positioning
Klebevorgang ist etwa 20mal niedriger als die Winkelgenauigkeit des geschliffenen Plasmas selbst. Die oben beschriebenen Nachteile werden schlagartig durch die erfindungsgemäße Sonde beseitigt, da sowohl die Herstellung des Prismas als auch das Zusammenfügen des Prismas an die Linse überflüssig wird.Bonding process is about 20 times lower than the angular accuracy of the ground plasma itself. The disadvantages described above are abruptly eliminated by the probe according to the invention, since both the preparation of the prism and the assembly of the prism to the lens is unnecessary.
Der Vorteil wird erzielt durch eine optische Sonde, bei der die GRIN-Linse mindestens eine gegenüber der Richtung des Eingangsstrahls geneigte Oberfläche aufweist zur Ablenkung des Messstrahls.The advantage is achieved by an optical probe in which the GRIN lens has at least one surface inclined with respect to the direction of the input beam for deflecting the measuring beam.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:
Figur 1 ein Beispiel einer bekannten Sonde aus dem Stand der Technik,FIG. 1 shows an example of a known probe from the prior art,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sonde,FIG. 2 shows an embodiment of a probe according to the invention,
Figur 3a ein erstes Ausführungsbeispiel der GRIN-Linse, und3a shows a first embodiment of the GRIN lens, and
Figur 3b ein zweites Ausführungsbeispiel der GRIN-Linse.Figure 3b shows a second embodiment of the GRIN lens.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In Fig. 1 ist ein Beispiel einer aus dem Stand der Technik bekannten optischen Sonde 1 dargestellt. Der Aufbau der bekannten Sonde 1 wurde bereits eingangs erläutert.FIG. 1 shows an example of an optical probe 1 known from the prior art. The structure of the known probe 1 has already been explained above.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sonde zeigt Fig. 2. Wie aus dem Stand der Technik bereits bekannt und oben beschrieben, weist die Sonde 1 einen Eingang 10 zur Einführung eines Eingangsstrahls in die Sonde 1, eine GRIN-Linse 8 zur Fokussierung des Eingangsstrahls zu einem Messstrahl und einen Ausgang 20 zur Beleuchtung der zu prüfenden Messobjekten auf. Der Eingangsstrahl wird durch eine Lichtleitfaser 11 in die Sonde 1 eingeführt, wobei für die Einkopplung der Lichtleitfaser 11 in die Sonde 1 eine Ferrule 2 vorgesehen ist. Zwischen der Ferrule 2 und der GRIN-Linse 8 zur Fokussierung kann ein Platzhalter 4 C,Spacer") angeordnet werden. Solche optische Sonden 1 werden bei bestimmten Anwendungen auch Tastarme genannt, da sie Messobjekte optisch abtasten, zum Beispiel beim Abtasten von Bauteilen eines Automobils.A first embodiment of the probe according to the invention is shown in FIG. 2. As already known from the prior art and described above, FIG Probe 1 an input 10 for introducing an input beam into the probe 1, a GRIN lens 8 for focusing the input beam to a measuring beam and an output 20 for illuminating the measured objects to be tested. The input beam is introduced through an optical fiber 11 in the probe 1, wherein for the coupling of the optical fiber 11 in the probe 1, a ferrule 2 is provided. A spacer 4 "C" can be placed between the ferrule 2 and the GRIN lens 8. Such optical probes 1 are also called probe arms in certain applications because they optically scan measured objects, for example when scanning components of an automobile ,
Zu den wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Sonde 1 zählen der Eingang 10 zur Einführung eines Eingangsstrahls in die Sonde 1, die GRIN-Linse 8 zur Fokussierung des Eingangsstrahls zu einem Messstrahl und der Ausgang 20 zur Beleuchtung der zu prüfenden Messobjekten. Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass die GRIN-Linse 8 mindestens eine gegenüber der Richtung 7 des Eingangsstrahls geneigte Oberfläche 9 aufweist zur Ablenkung des Messstrahls. Da ein Strahl an der geneigten Oberfläche 9 reflektiert und dabei in eine gewünschte Richtung abgelenkt wird, ist eine bisher vorgesehene separate Ablenkeinheit wie ein Spiegel oder ein Prisma überflüssig. Die für die Reflektion notwendige schräge Fläche ist also bereits in der GRIN-Linse 8 vorhanden.The essential components of the probe 1 according to the invention include the input 10 for introducing an input beam into the probe 1, the GRIN lens 8 for focusing the input beam into a measuring beam and the output 20 for illuminating the test objects to be tested. According to the invention, it is further provided that the GRIN lens 8 has at least one surface 9 inclined with respect to the direction 7 of the input beam for deflecting the measuring beam. Since a beam is reflected on the inclined surface 9 and thereby deflected in a desired direction, a hitherto provided separate deflection unit such as a mirror or a prism is superfluous. The oblique surface necessary for the reflection is therefore already present in the GRIN lens 8.
Obwohl grundsätzlich mehrere geneigte Oberflächen 9 an der GRIN-Linse möglich sind, weist im Ausführungsbeipiel der Fig. 2 die GRIN-Linse 8 genau eine geneigte Oberfläche 9 auf. So werden zusätzliche Arbeitsvorgänge an der GRIN-Linse 8 möglichst auf ein Minimum reduziert.Although in principle a plurality of inclined surfaces 9 on the GRIN lens are possible, in the exemplary embodiment of FIG. 2, the GRIN lens 8 has exactly one inclined surface 9. Thus, additional operations on the GRIN lens 8 are reduced as much as possible.
Die GRIN-Linse 8 weist vorteilhaft eine totalreflektierende, geneigte Oberfläche 9 auf. Damit geht keine Strahlintensität verloren, sondern die gesamte Strahlintensität bleibt dem Messvorgang erhalten.The GRIN lens 8 advantageously has a totally reflecting, inclined surface 9. Thus, no beam intensity is lost, but the entire beam intensity remains the measurement process.
Am günstigsten ist es, wenn die geneigte Oberfläche 9 am Ausgang 20 der Sonde 1 angeordnet ist. So wird eine direkte Beleuchtung der Messobjekte gewährleitet. Bei Bedarf kann die geneigte Oberfläche 9 allerdings etwas entfernt vom Ausgang 20 der Sonde 1 angeordnet werden, zum Beispiel wenn mehrere geneigte Oberflächen 9 an der GRIN-Linse 8 vorgesehen sind, aber weniger Ausgänge 20 der Sonde 1. Es ist dann durch geeignete Maßnahmen wie das Anordnen von Umlenkeinheiten zu gewährleisten, dass alle Messstrahlen am Ausgang der Sonde 1 austreten können.It is best if the inclined surface 9 is arranged at the outlet 20 of the probe 1. This ensures direct illumination of the measurement objects. However, if desired, the inclined surface 9 may be slightly away from the exit 20 of the Probe 1 are arranged, for example, when a plurality of inclined surfaces 9 are provided on the GRIN lens 8, but fewer exits 20 of the probe 1. It is then to ensure by appropriate measures such as the arrangement of deflection that all measuring beams at the exit of the probe 1 can escape.
Die geneigte Oberfläche 9 kann je nach Bedarf einen beliebigen Neigungswinkel gegenüber der Richtung 7 des Eingangsstrahls aufweisen. Praktische Neigungswinkel betragen jedoch 40° bis 50°, insbesondere 45°.The inclined surface 9 may have an arbitrary inclination angle with respect to the direction 7 of the input beam as needed. However, practical inclination angles are 40 ° to 50 °, in particular 45 °.
Die Figuren 3a und 3b zeigen zwei Varianten der GRIN-Linse 8 mit einer geneigtenFigures 3a and 3b show two variants of the GRIN lens 8 with a tilted
Oberfläche 9, wobei jeweils eine seitliche Sicht und eine Draufsicht der GRIN-Linse 8 dargestellt sind. Wie aus den Zeichnungen erkennbar, hat die GRIN-Linse 8 in Fig. 3a eine kreisförmige Gestalt in Draufsicht. Hierdurch wird der an der geneigten Oberfläche 9 reflektierte Messstrahl durch die zylindrisch gekrümmte Außenfläche verzeichnet. Solch eine gekrümmte Austrittsfläche 15 für den Messstrahl kann jedoch akzeptiert werden, wenn der Messstrahl beispielsweise einen niedrigen Strahldurchmesser aufweist. Dann ist nämlich die Verzeichnung des Messstrahls durch die gekrümmte Austrittsfläche 15 vernachlässigbar klein. Bei anderen Anwendungen aber, insbesondere bei einem langen Arbeitsabstand zwischen Sonde und Messobjekt, kann möglicherweise der Effekt der Verzeichnung nicht vernachlässigt werden.Surface 9, wherein in each case a lateral view and a top view of the GRIN lens 8 are shown. As can be seen from the drawings, the GRIN lens 8 in Fig. 3a has a circular shape in plan view. As a result, the measuring beam reflected at the inclined surface 9 is registered by the cylindrically curved outer surface. However, such a curved exit surface 15 for the measurement beam can be accepted if the measurement beam has, for example, a low beam diameter. Then namely the distortion of the measuring beam through the curved exit surface 15 is negligibly small. But in other applications, especially with a long working distance between the probe and the DUT, the effect of distortion may not be neglected.
Um eine solche Verzeichnung durch die zylindrische Außenfläche zu vermeiden, wird eine zweite Variante der GRIN-Linse 8 - wie in Fig. 3b dargestellt - vorgeschlagen, wonach die GRIN-Linse 8 eine plane Austrittsfläche 16 für den Messstrahl aufweist. Da die Austrittsfläche 16 eben ist, tritt der Messstrahl nahezu senkrecht zurIn order to avoid such distortion by the cylindrical outer surface, a second variant of the GRIN lens 8 is proposed, as shown in FIG. 3b, according to which the GRIN lens 8 has a plane exit face 16 for the measuring beam. Since the exit surface 16 is flat, the measuring beam occurs almost perpendicular to
Linsenoberfläche aus und der Effekt der Verzeichnung wird fast vollständig beseitigt. Es kann also auch bei einer sonst gekrümmten Außenform der GRIN-Linse 8 eine hinreichend vernachlässigbare Verzeichnung des Messstrahls gewährleistet werden, wenn eine glatte Außenform zumindest an der Austrittsfläche 16 für den Messstrahl vorgesehen ist.Lens surface and the effect of the distortion is almost completely eliminated. Thus, even with an otherwise curved outer shape of the GRIN lens 8, a sufficiently negligible distortion of the measuring beam can be ensured if a smooth outer shape is provided at least at the exit surface 16 for the measuring beam.
Für alle Ausführungsformen der Erfindung gelten übrigens: Die Erzeugung der geneigten Oberfläche 9 und/oder der planen Austrittsfläche 16 an der GRIN-Linse 8 ist einfacher und genauer als die Herstellung der Prismen aus dem Stand der Technik, weil die GRIN-Linse 8 typischerweise größer ist als ein Prisma in einer gleichen Sonde 1. Die GRIN-Linse 8 ist typischerweise einige mm lang. Dadurch wird die Handhabung erheblich vereinfacht. Es wird vorgeschlagen, für die Erzeugung der gewünschten Formen die GRIN-Linse 8 anzuschleifen und/oder zu polieren. Die geneigte Oberfläche 9 und/oder die plane Austrittsfläche 16 ist dann nach der Bearbeitung in der gewünschten Form angeschliffen und/oder poliert. Bei diesem Anschleifen zur Erzielung der geneigten Oberfläche 9 entsteht eine schräg verlaufende Endfläche der GRIN-Linse 8, so dass zwei Seiten mit unterschliedlicher Länge gebildet werden. Diese unterschiedlich grossen Seitenlängen führen zu einem Wegunterschied und beeinflussen so die urspürngliche Strahlform. Um diesen Effekt zu verkleinern, kann für die Linse ein Material mit relativ niedriger Gradienten-Brechungsindex gewählt werden. Die so hergestellte GRIN-Linse 8 wäre dann insgesamt länger als ohne diese Maßnahme, um die niedrige Gradienten-Brechungsindex zu kompensieren.Incidentally, for all embodiments of the invention, the generation of the inclined surface 9 and / or the plane exit surface 16 on the GRIN lens 8 is simpler and more accurate than the production of the prisms of the prior art, because the GRIN lens 8 is typically larger than a prism in a same probe 1. The GRIN lens 8 is typically a few millimeters long. This considerably simplifies handling. It is proposed to grind and / or polish the GRIN lens 8 to produce the desired shapes. The inclined surface 9 and / or the flat exit surface 16 is then ground and / or polished after processing in the desired shape. In this grinding to obtain the inclined surface 9, a tapered end surface of the GRIN lens 8 is formed, so that two sides of different length are formed. These different sized side lengths lead to a path difference and thus influence the urspürngliche beam shape. To reduce this effect, a relatively low gradient refractive index material may be selected for the lens. The GRIN lens 8 thus produced would then be longer overall without this measure to compensate for the low gradient refractive index.
Vorteilhaft kann die geneigte Oberfläche 9 und/oder die plane Austrittsfläche 16 mit einer Schutzschicht versehen sein. Diese von außen zugänglichen Flächen werden somit z.B. vor Schmutz besonders geschützt.Advantageously, the inclined surface 9 and / or the flat exit surface 16 may be provided with a protective layer. These externally accessible surfaces are thus e.g. Specially protected against dirt.
Übrigens wird der an der Oberfläche des Messobjektes reflektierte Messstrahl wieder durch die Sonde 1 aufgenommen. Typischerweise durchläuft der reflektierte Messstrahl nun den bisherigen Strahlengang in umgekehrter Richtung, d.h. er wird am Ausgang 20 der Sonde 1 wieder in die Sonde 1 eingeführt und verlässt die Sonde 1 am Eingang 10. Die Begriffe „Eingang" und „Ausgang" beziehen sich, wie für einen Fachmann geläufig, nicht auf den reflektierten Messstrahl. Der wieder aus der Sonde 1 herausgeführte Messstrahl wird sodann einer Detektionseinheit zugeführt, an der eine Auswerteeinheit angeschlossen ist. So wird eine Analyse der mit der Sonde 1 beleuchteten Messobjekte ermöglicht.Incidentally, the measurement beam reflected on the surface of the measurement object is picked up again by the probe 1. Typically, the reflected measuring beam now passes through the previous beam path in the opposite direction, i. it is reintroduced into the probe 1 at the exit 20 of the probe 1 and leaves the probe 1 at the entrance 10. The terms "input" and "output" do not refer to the reflected measuring beam as is familiar to a person skilled in the art. The measuring beam fed out again from the probe 1 is then fed to a detection unit to which an evaluation unit is connected. Thus, an analysis of the illuminated with the probe 1 measurement objects is possible.
Alle bisher beschriebenen Ausführungsformen der Sonde 1 sind übrigens geeignet, mit einem an sich bekannten Interferometer verbunden zu werden. Zusammen bilden sie dann eine Vorrichtung zur interferometrischen Messung von Messobjekten. Idealerweise ist das Interferometer mit der Sonde 1 mittels der bereits genannten Lichtleitfaser 11 verbunden. Der Aufbau eines typischen Interferometers wird nicht weiter erläutert, da dieser bereits z.B. in eingangs zitierten Schrift DE 100 57 539 Al ausführlich beschrieben wurde. Es sei nur betont, dass das Interferometer neben einer Detektionseinheit auch eine Auswerteeinheit umfassen kann.Incidentally, all embodiments of the probe 1 described so far are suitable for being connected to a known interferometer. Together they then form a device for the interferometric measurement of measurement objects. Ideally, the interferometer is connected to the probe 1 by means of the already mentioned optical fiber 11. The construction of a typical Interferometers will not be further explained, since this has already been described in detail, for example, in the initially cited document DE 100 57 539 A1. It should only be emphasized that the interferometer can comprise an evaluation unit in addition to a detection unit.
Zusammenfassend wird festgestellt, dass eine optische Sonde 1 beschrieben wurde, bei der die fokussierende Linse 8 mindestens eine gegenüber der Richtung 7 des Eingangsstrahls geneigte Oberfläche 9 aufweist zur Ablenkung des Messstrahls. Hierdurch wird eine separate Ablenkeinheit wie ein Spiegel oder ein Prisma überflüssig. Weiter wurde eine Vorrichtung vorgeschlagen, die ein an sich bekanntes Interferometer und die beschriebene Sonde 1 umfasst. Insgesamt wird hierdurch eine sehr vereinfachte und präzise Herstellung einer optischen Sonde 1 erzielt. In summary, it is stated that an optical probe 1 has been described in which the focusing lens 8 has at least one surface 9 inclined with respect to the direction 7 of the input beam for deflecting the measuring beam. This eliminates the need for a separate deflection unit such as a mirror or prism. Furthermore, a device has been proposed which comprises a per se known interferometer and the probe 1 described. Overall, this achieves a very simplified and precise production of an optical probe 1.
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