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Die Erfindung bezieht sich auf eine
interferometrische Messvorrichtung zum Erfassen der Form, der Rauheit
oder des Abstandes der Oberfläche
eines Messobjektes mit einem Modulationsinterferometer, dem von
einer Strahlungsquelle kurzkohärente
Strahlung zugeführt
wird und das einen ersten Strahlteiler zum Aufteilen der zugeführten Strahlung in
einen über
einen ersten Arm geführten
ersten Teilstrahl und einen über
einen zweiten Arm geführten zweiten
Teilstrahl aufweist, von denen der eine gegenüber dem anderen mittels einer
Modulationseinrichtung in seiner Licht-Phase oder Lichtfrequenz verschoben
wird und eine Verzögerungsstrecke durchläuft, und
die anschließend
an einem weiteren Strahlteiler des Modulationsinterferomters vereinigt werden,
mit einer von dem Modulationsinterferometer räumlich getrennten und mit diesem über eine Lichtleitfaseranordnung
gekoppelten oder koppelbaren Messsonde, in der die vereinigten Teilstrahlen
in einen durch eine Sonden-Lichtleitfasereinheit mit einer schrägen objektseitigen
Austrittsfläche
zu der Oberfläche
geführten
Messstrahl und einen Referenzstrahl aufgeteilt und wonach der an
der Oberfläche
reflektierte Messstrahl und der an einer Referenzebene reflektierte
Referenzstrahl überlagert
werden, und mit einer Empfängervorrichtung
und einer Auswerteeinheit zum Umwandeln der ihr zugeleiteten Strahlung
in elektrische Signale und zum Auswerten der Signale auf der Grundlage
einer Phasendifferenz.
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Eine derartige interferometrische
Messeinrichtung ist in der
DE
100 57 539 A1 gezeigt. Bei dieser bekannten Messvorrichtung
ist die interferometrische Messvorrichtung einerseits in ein Modulationsinterferometer
und andererseits in eine Messsonde mit einer weiteren Interferometereinheit
aufgeteilt. In der Messsonde ist eine Sonden-Lichtleitfasereinheit mit
einer objektseitigen Austrittsfläche
vorgesehen, die z.B. abgeschrägt
sein kann. Nähere
Ausführungen
sind diesbezüglich
nicht gemacht. Im Übrigen
arbeitet eine derartige interferometrische Messvorrichtung in der
nachfolgend im Zusammenhang mit der
DE 198 19 762 A1 näher beschriebenen Weise.
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Eine weitere interferometrische Messvorrichtung
ist in der
DE 198
19 762 A1 angegeben. Bei dieser Messvorrichtung ist ein
Teil, das sogenannte Modulationsinterferometer, räumlich von
der eigentlichen Messsonde getrennt und mit dieser optisch über eine
Lichtleitfaseranordnung verbunden, so dass die Messsonde an sich
als relativ einfach aufgebaute, leicht handhabbare Einheit aus geführt werden kann.
Dem Modulationsinterferometer wird eine breitbandige, kurzkohärente Strahlung
zugeführt,
die am Eingang des Modulationsinterferometers mittels eines Strahlteilers
in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, von denen der eine gegenüber dem
anderen mittels einer Modulationseinrichtung, beispielsweise einem akustooptischen
Modulator, in seiner Licht-Phase oder Licht-Frequenz verschoben
wird. Einer der beiden Teilstrahlen durchläuft in dem Modulationsinterferometer
ein Verzögerungselement,
das eine optische Wegdifferenz der beiden Teilstrahlen erzeugt, die
größer ist
als die Kohärenzlänge der
kurzkohärenten
Strahlung. In der Messsonde wird in einem Messzweig bezüglich eines
Referenzzweigs eine weitere optische Wegdifferenz in der Weise erzeugt, dass
die durch das Verzögerungselement
bewirkte Wegdifferenz kompensiert wird und somit eine Interferenz
der von der Referenzebene des Referenzzweigs kommenden Referenzstrahlung
und der von der Objektoberfläche
in dem Messzweig zurückkommenden
Strahlung entsteht, die nachfolgend ausgewertet wird, um die gewünschte Oberflächeneigenschaft
(Form, Rauhigkeit, Abstand) über
eine Phasenauswertung zu ermitteln. In der Messsonde sind der Messzweig
und der Referenzzweig bei einem Ausführungsbeispiel in einem gemeinsamen
Lichtweg (common path) angeordnet, wobei zum Bilden des Messzweiges
und des Referenzzweiges ein teildurchlässiges optisches Element vorgesehen
ist.
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Eine ähnliche interferometrische
Messeinrichtung mit einem derartigen Modulationsferometer und einer
daran über
eine Lichtleitfaseranordnung angeschlossenen Messsonde ist auch
in der
DE 198 08 273
A1 angegeben, wobei mittels einer Empfängervorrichtung in einer Strahlzerlegungs-
und Strahlempfangseinheit eine Aufspaltung der zur Interferenz gebrachten
Strahlung in Strahlungsanteile unterschiedlicher Wellenlängen erfolgt,
um daraus eine synthetische Wellenlänge zu bilden und den Messbereich
(Eindeutigkeitsbereich) zu vergrößern.
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Bei den vorstehend genannten interferometrischen
Messeinrichtungen, die auf dem Prinzip der Heterodyninterferometrie
beruhen, aber die Eigenschaften einer breitbandigen, kurzkohärenten Strahlung
ausnutzen, weist das als Mach-Zehnder-Interferometer ausgebildete
Modulationsinterferometer eine Anordnung klassischer optischer Bauteile
auf, wie eine vor dem eingangsseitigen Strahlteiler liegende Kollimationsoptik,
den eingangsseitigen und ausgangsseitigen Strahlteiler und Umlenkspiegel.
Die Teilstrahlen erfahren dabei mehrere Reflexionen an den Strahlteilerflächen und
an den Spiegeln, bevor sie in die optische Lichtleiterfaseranordnung
eingekoppelt werden. Die optischen Bauelemente müssen mit hoher Genauigkeit
positioniert werden, da jeder Winkelfehler sich bei der Reflexion
doppelt auswirkt. Dabei ist eine dauerhafte Justierung schwer sicher
zu stellen. Auch im Zusammenhang mit der Einfügung einer Glasplatte zum Ausgleich
von optischen Unsymmetrien können
sich zusätzliche
Schwierigkeiten bei der Justierung ergeben. Mit diesen Schwierigkeiten
ist ein aufwendiger Aufbau verbunden, wobei außerdem eine genaue Anpassung
an die Eigenschaften der Messsonde erforderlich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
interferometrische Messeinrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen,
die mit vereinfachtem Aufbau eine möglichst hohe Messgenauigkeit
erreichen lässt.
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Vorteile der
Erfindung
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Hiernach ist vorgesehen, dass der Neigungswinkel der Austrittsfläche gegenüber der
Normalen der optischen Sondenachse mindestens 46° beträgt.
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Mit dieser Ausbildung der Austrittsfläche wird ein
optimales Koppelverhalten bei rechtwinkliger Strahlablenkung in
diesem Übergangsbereich
des zu der Oberfläche
des Messobjektes gelenkten und von dieser zurückkehrenden Messstrahls erreicht,
wodurch die Genauigkeit der Messung insbesondere in unzugänglichen
engen Hohlräumen
wesentlich begünstigt
wird.
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Eine weitere Verbesserung insbesondere
bei nummerischer Apertur der betreffenden Lichtleitfaser von 0,12
wird dadurch erreicht, dass der Neigungswinkel mindestens 48° beträgt.
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Weiterhin werden Störungen dadurch
unterdrückt,
dass eine mantelseitige Umhüllung
eines objektseitigen Endabschnittes der Sonden-Lichtleitfasereinheit
mit einer Antireflexionsbehandlung versehen ist.
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Weitere Möglichkeiten, die Kopplung der Strahlung
zu verbessern, bestehen darin, dass die Austrittsfläche mit
einer Reflexionsbehandlung versehen ist.
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Für
den Aufbau und die Funktion ist eine Ausgestaltung in der Weise
vorteilhaft, dass ein teildurchlässiger
Bereich zwischen einer Sondenfaser und einem Faser abschnitt der
Messsonde mittels einer bezüglich
der optischen Sondenachse unter einem Austrittswinkel schrägen Austrittsfläche einer Sondenfaser
und einer ebenfalls bezüglich
der optischen Sondenachse unter einem Eintrittswinkel schrägen Eintrittsfläche eines
objektseitig folgenden Faserabschnitts gebildet ist, wobei zwischen
der Austrittsfläche
und der Eintrittsfläche
ein keilförmiger Spalt
gebildet ist und wobei die Austrittsfläche und die Eintrittsfläche in gleicher
Richtung bezüglich
der Sondenachse geneigt sind.
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Hierbei bestehen vorteilhafte Maßnahmen darin,
dass der Austrittswinkel und der Eintrittswinkel so gewählt sind,
dass eine Fresnel-Reflexion bewirkt wird.
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Die Strahlungsübertragung für zuverlässige Messergebnisse
wird dadurch begünstigt,
dass der Austrittswinkel α zwischen 5 ° und 8 ° und der Eintrittswinkel zwischen α und
0° beträgt.
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Ein weiterer vorteilhafter Aufbau
besteht darin, dass die Sondenfaser und der Faserabschnitt in einer
röhrchenförmigen Aufnahme
axial ausgerichtet aufgenommen sind, die von einem äußeren Tubus der
Messsonde umgeben ist, dass auf der von dem Messobjekt abgelegenen
Stirnseite der Aufnahme ein die Sondenfaser umgebendes, ebenfalls
zu dem Tubus konzentrisch aufgenommenes Positionierstück vorgesehen
ist und dass der Faserabschnitt in dem objektseitigen, vorderen
Teil der Aufnahme und die Sondenfaser in dem objektabgelegenen,
hinteren Teil der Aufnahme und/oder dem Tubus fixiert ist.
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Ein günstiger Aufbau wird desweiteren
dadurch erreicht, dass der vordere Teil der Aufnahme von dem hinteren
Teil der Aufnahme durch diametral gegenüber liegende Spalte getrennt
ist, wobei der eine Spalt rückseitig
in Verlängerung
der schrägen Austrittsfläche der
Sondenfaser und der andere Spalt vorderseitig in der Verlängerung
der schrägen
Eintrittsfläche
begrenzt sind, dass der vordere Teil und der hintere Teil der Aufnahme
von einem gemeinsamen hülsenförmigen Haltering
umgeben sind, der auf seiner Außenseite
von dem Tubus umgeben ist und dass ein vorderer Abschnitt des Faserabschnittes
gegenüber
dessen hinterem Abschnitt einen geringeren Durchmesser besitzt.
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Zu einem vorteilhaften Aufbau und
einer zuverlässigen
Funktion tragen weiterhin die Maßnahmen bei, dass das Modulationsinterferometer
zumindest teilweise eine polarisationserhaltende lichtleitende Struktur
in Form eines optischen Faserleiters oder einer integrierten Optik
aufweist, wobei die lichtleitende Struktur zumindest eines Arms
aufgetrennt ist.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Gesamtaufbaus einer interferometrischen
Messeinrichtung mit Modulationsinterferometer und Messsonde,
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2 eine
nähere
Ausgestaltung des in 1 gezeigten
Modulationsinterferometers,
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3 die
Messsonde und das Messobjekt in seitlicher Ansicht mit Darstellung
des Strahlungsversatzes,
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4 eine
schematische Darstellung eines Faserteils der Messsonde in seitlicher
Ansicht,
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5 den
vorderen Abschnitt der Messsonde in schematischer seitlicher Darstellung
und
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6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des vorderen Abschnittes der Messsonde in schematischer seitlicher
Darstellung.
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Ausführungsbeispiel
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Wie 1 zeigt,
weist die auf dem Prinzip der Heterodyninterferometrie beruhende
interferometrische Messeinrichtung eine breitbandige, kurzkohärente Lichtquelle 1 auf,
deren Strahlung einem sogenannten Modulationsinterferometer 2 zugeführt wird.
In dem Modulationsinterferometer 2, das in 2 näher
dargestellt ist, wird die Strahlung s(t) an einem ersten Strahlteiler 2.3 in
einen über
einen ersten Arm geführten
ersten Teilstrahl 2.1 mit einer Teilstrahlung s1(t) und einen über einen zweiten Arm geführten zweiten
Teilstrahl 2.1' mit
einer Teil strahlung s2(t) aufgeteilt und
ausgangsseitig an einem weiteren Strahlteiler 2.10 wieder
zusammengeführt
und von dort über
eine Lichtleitfaseranordnung 6 in eine entfernte Messsonde 3 geleitet.
Von der Messsonde 3, die z.B. als Fizeau-Interferomter oder
Mirau-Interferometer aufgebaut ist, wie in den eingangs genannten
Druckschriften näher
erläutert,
gelangt die Strahlung anschließend über eine
weitere Lichtleitfaseranordnung 7 in eine Empfängervorrichtung 4 mit
einer Strahlzerlegungseinheit 4.1 und anschließenden photoelektrischen
Empfängern 4.2,
in denen eine Umwandlung in elektrische Signale erfolgt. In einer anschließenden Auswerteeinheit 5 mit
Phasendetektor 5.1 und Recheneinheit 5.2 werden
dann die mittels der Messsonde 3 aufgenommenen Eigenschaften
der Messoberfläche
(z.B. Rauhigkeit, Form, Abstände)
ermittelt.
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Das Modulationsinterferometer 2 ist
als Mach-Zehnder-Interferometer aufgebaut, wobei die beiden Arme
im Anschluss an den ersten Strahlteiler 2.3 erste bzw.
zweite eingangsseitige Lichtleitfasern 2.11, 2.11' und erste bzw.
zweite ausgangsseitige Lichtleitfasern 2.12, 2.12' aufweisen,
die zu dem weiteren Strahlteiler 2.10 führen. Der erste Strahlteiler 2.3 ist
dabei in einem Faserlichtleiter ausgebildet, mit dem die von der
Lichtquelle 1 kommende Strahlung herangeführt wird.
Am Ausgang des so gebildeten Kopplers werden die Teilstrahlen mittels
linsenartiger Koppelelemente 2.4, 2.4' kollimiert, und
die beiden kollimierten Teilstrahlen durchlaufen eine erste bzw. zweite
Modulationseinheit 2.2, 2.2', beispielsweise in Form eines akustooptischen
Modulators, eines faseroptischen Piezomodulators oder eines thermischen Phasenmodulators,
wobei die Modulationseinheiten 2.2, 2.2' vorteilhaft auch
als integrierte optische Bauteile ausgebildet sein können. Um
die chromatische Dispersion zu korrigie ren, durchläuft zumindest
einer der Teilstrahlen 2.1, 2.1' eine Glasplatte 2.7', die in einer ersten
bzw. zweiten Lichtstrecke 2.5, 2.5' angeordnet ist.
Die Wahl zur Anordnung der Glasplatte 2.7' und/oder auch deren
Dicke bestimmt sich durch Rechnung. Im weiteren Verlauf werden der
erste Teilstrahl 2.1 und der zweite Teilstrahl 2.1' auf ein erstes bzw.
zweites linsenartiges Lichtleitelement 2.6, 2.6' geleitet und in
die erste bzw. zweite ausgangsseitige Lichtleitfaser 2.12, 2.12' eingekoppelt.
Die erste oder die zweite ausgangsseitige Lichtleitfaser 2.12, 2.12' besitzt eine
größere optische
Weglänge
als die andere Lichtleitfaser in dem Ausmaß, dass der optische Wegunterschied ΔL = L2-L1 zwischen den
beiden Armen größer ist
als die Kohärenzlänge der
kurzkohärenten
Strahlung s(t) nach Durchlaufen der Filter 4.3 und 4.3'. Eines der linsenartigen
Koppelelemente 2.4, 2.4' oder der Lichtleitelemente 2.6, 2.6', beispielsweise
das Lichtleitelement 2.6' kann an einer Justiervorrichtung befestigt
sein, mit der die optische Wegdifferenz ΔL von Hand oder mit einem Motor
z.B. unter Benutzung eines Mikrometertisches in der Weise verstellt
werden kann, dass die Wegdifferenz ΔL zwischen den beiden Armen
auf diejenige der Messsonde 3 abgestimmt wird, um mit der
Messsonde 3 eine Interferenz zu bewirken. Die verwendeten
Lichtleitphasern 2.11, 2.11', 2.12, 2.12' sind monomod. Außerdem sind
sie vorteilhafterweise polarisationserhaltend, insbesondere, wenn
die Lichtquelle 1 polarisiert ist und/oder wenn die Modulationseinheiten 2.2, 2.2' aus doppelbrechenden
Kristallen gebildet sind und/oder wenn die Montage an den Koppelstellen keine
befriedigende Stabilität
bezüglich
der Polarisationsrichtungen in den beiden Interferometerarmen ergibt.
Zum Erzielen der optischen Wegdifferenz ist beispielsweise in der
zweiten ausgangsseitigen Lichtleitfaser 2.12' ein optischer
Umweg 2.9' vorgesehen.
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Die zum Aufnehmen der Objektoberfläche dienende
Sonde
3, die beispielsweise als Fizeau-Interferometer oder
Mirau-Interferometer aufgebaut ist, weist einen Referenzzweig mit
einer Referenzebene und einen zu der Objektoberfläche führenden
Messzweig auf, deren optischen Wegdifferenzen so gewählt sind,
dass die in dem Modulationsinterferometer
2 erzeugte optische
Wegdifferenz kompensiert wird, so dass der von der Objektoberfläche kommende
Messstrahl und der von der Referenzebene kommende Referenzstrahl
bei ihrer Überlagerung
interferieren. Die interferierende Strahlung wird zur spektralen
Aufteilung in Anteile unterschiedlicher Wellenlängen der Strahlzerlegungseinheit
4.1 und
anschließend
den zugeordneten photoelektrischen Empfängern
4.2 zugeführt. Aus
der interferierenden Strahlung und den daraus gewonnen elektrischen
Signalen wird durch Auswertung der Phasendifferenzen die gewünschte Oberflächeneigenschaft
mittels des Phasendetektors
5.1 und der anschließenden Recheneinheit
5.2 ermittelt.
Dabei entsteht die ausgewertete Phasendifferenz durch die mit der
ersten und/ oder zweiten Modulationseinheit
2.2,
2.2' erzeugte Frequenzdifferenz,
die entsprechend dem Heterodynverfahren bezogen auf die Grundfrequenz relativ
gering ist. Die Berechnung erfolgt aufgrund der Beziehung:
wobei
φ
o eine Konstante,
Λ = λ
1 ⋅ λ
2 /
(λ
2 – λ
1)
synthetische Wellenlänge
der Messvorrichtung
λ
1 Wellenlänge
an einem ersten photoelektrischen Empfänger
λ
2 Wellenlänge an einem
zweiten photoelektrischen Empfänger
e
Messabstand sind. Daraus wird mittels der Auswerteeinheit
5 der
jeweils erfasste Abstand der Oberfläche an einer Messstelle bestimmt
aus der Beziehung:
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Das Abstandsmaß e wird also bestimmt aus einer
Messung der Phase zwischen zwei elektrischen Signalen, wodurch die
Messung unabhängig von
der durch die Photodioden empfangenen optischen Intensität ist.
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3 zeigt
einen Faserteil der Messsonde, ausgeführt als Mirau-Interferometer
mit einer monomoden Lichtleitfaser, und die Wegverschiebungen der
ankommenden s2(t) und s1(t)
sowie der von der Oberfläche
des Messobjektes 8 und einem teildurchlässigen Bereich 3.3 zwischen
einer. objektseitigen Austrittsfläche 3.31 einer Sondenfaser 3.1 und
einer objektabgelegenen Eintrittsfläche 3.32 eines Faserabschnittes 3.2 zurücklaufenden
Strahlungsanteile r1'(t), r1(t),
r2(t) und r2'(t). Die zurücklaufenden
Strahlungsanteile r1'(t) und r1(t)
ergeben sich dabei aus derjenigen Strahlung s1(t),
die den Zweig des Modulationsinterferometers 2 ohne Umweg
durchlaufen haben, wobei der Strahlungsanteil r1'(t) von dem teildurchlässigen Bereich 3.3 und
der Strahlungsanteil r1(t) von der Oberfläche des
Messobjektes 8 reflektiert werden. Die zurücklaufenden
Strahlungsanteile r2(t) und r2'(t) hingegen ergeben
sich aus derjenigen Strahlung s2(t) des
Modulationsinterferometers 2, die den optischen Umweg durchlaufen
hat, wobei der zurücklaufende
Strahlungsanteil r2(t) an dem teildurchlässigen Bereich 3.3 und
der zurücklaufende
Strahlungsanteil r2'(t) an der Oberfläche des Messobjektes 8 reflektiert
worden ist. Es zeigt sich, dass entsprechend der Kompensation der
in dem Modulationsinterferometer 2 gebildeten Wegdifferenz ΔL durch die Messsonde 3 lediglich
die zurücklaufenden
Strahlungsanteile r1(t) und r2(t)
innerhalb der Kohärenzlänge liegen
und miteinander interferieren.
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Die objektseitige Austrittsfläche 3.4 des
Faserabschnittes 3.2 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 vorzugsweise unter einem
Winkel von 45° bezüglich der
optischen Sondenachse 3.5 geneigt. Auf der Austrittsfläche 3.4 ist
eine reflektierende metallische oder dielektrische Beschichtung
aufgebracht. Die Strahlung wird auf diese Weise im Wesentlichen
rechtwinklig abgelenkt und auf die umgebende Oberfläche des
Objekts gelenkt und die von der Oberfläche reflektierte Strahlung
tritt über
die Austrittsfläche 3.4 wieder
in die Lichtleitfaser ein.
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Wie die 4 bis 6 zeigen,
ist der teildurchlässige
Bereich 3.3 zwischen der Austrittsfläche 3.31 der Sondenfaser 3.1 und
der Eintrittsfläche 3.32 des Faserabschnittes 3.2 durch
eine Neigung der Austrittsfläche 3.31 um
einen Winkel α bezüglich
der Normalen der Sondenachse 3.5 und durch eine Neigung der
Eintrittsfläche 3.32 des
Faserabschnittes 3.2 um einen Winkel β bezüglich der
Normalen der Sondenachse 3.5 gebildet, wobei der Winkel α größer ist
als der Winkel β und sich ein keilförmiger Spalt zwischen der Austrittsfläche 3.31 und
der Eintrittsfläche 3.32 ergibt.
Die Ausrichtung der Neigung bezüglich
der Normalen ist bei der Austrittsfläche 3.31 und der Eintrittsfläche 3.32 im
Längsschnitt
in gleicher Weise zum Objekt hin orientiert. Der Winkel ? der Austrittsfläche 3.31 ist
so gewählt,
dass der Strahlungsstrom der Fresnel-Reflexion auf der Austrittsfläche 3.31 nicht
durch die Sondenfaser 3.1 geführt wird. Für eine monomode Lichtleitfaser
mit einer nummerischen Apertur von 0,12 beträgt der Winkel α vorteilhaft
etwa 6°.
Der Winkel β ist so gewählt,
dass der Strahlungsstrom der Fresnel-Reflexion auf die Eintrittsfläche 3.32 des
Faserabschnittes 3.2 durch die Sondenfaser 3.1 geführt wird,
wobei das Ausmaß des
Strahlungsstromes berücksichtigt
wird, das in die Sondenfaser 3.1 eingekoppelt werden soll.
Wenn der Winkel β gleich 0 ist, beträgt die Kopplungsrate etwa 3,6
%. Wenn der Winkel ß gegen den Winkel ? geht, strebt der
Kopplungsgrad gegen 0. Wenn der Winkel ß gegen den Winkel
? strebt, geht die Transmission für diesen Übergang und eine zurückkehrende
Strahlung gegen 86 %. Ist hingegen der Winkel β gleich
0, beträgt
die Transmission etwa 60 %. Eine nummerische Apertur von 0,12 ergibt
sich z.B. bei einer Wellenlänge
von 1.550 nm und einem Durchmesser von 10,4 μm. Der Winkel ? sollte nicht
kleiner als etwa 5 ° gewählt werden.
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Die Reflexionsbehandlung der Austrittsfläche 3.4 des
Faserabschnittes 3.2 kann verringert oder vermieden werden,
wenn der Austrittswinkel ? zum Erreichen einer Totalreflexion an
der Austrittsfläche 7 vergrößert wird.
Dies ist z.B. bei einer monomoden Lichtleitfaser mit einer nummerischen
Apertur von 0,12 bei einem Austrittswinkel γ oberhalb von
48° der
Fall.
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Auf dem objektseitigen Endbereich
des Faserabschnittes 3.2 kann auf der Außenbehandlung (cladding)
eine Antireflexionsbehandlung 3.22 vorgenommen werden,
um die Empfindlichkeit gegenüber der
Fresnel-Reflexion zu verringern oder der Austrittswinkel γ kann
soweit vergrößert werden,
dass der Strahlungsstrom dieser Reflexion nicht mehr in den Faserabschnitt 3.2 eingekoppelt
wird.
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Wie 5 zeigt,
können
die Sondenfaser 3.1 und der Faserabschnitt 3.2 in
derselben röhrchenartigen
Aufnahme 3.6 aufgenommen und in Kontakt gebracht werden.
Die Aufnahme 3.6 ist die gleiche, wie sie für Verbinder
monomoder Lichtleitfasern verwendet wird. Die Aufnahme 3.6 ist
in einen sie umgebenden Tubus 3.9 der Messsonde 3 eingesetzt.
Im Inneren des Tubus 3.9 befindet sich auf der objektabgelegenen
Stirnseite der Aufnahme 3.6 anschließend ferner ein Positionierstück 7 für die Führung und
Vorjustierung der Sondenfaser 3.1. Der Faserabschnitt 3.2 ist
im Inneren der Aufnahme mittels Klebers 3.8' fixiert, während die
Sondenfaser 3.1 in der Aufnahme 3.6 und/oder dem
Positionierstück 3.7 mittels
Klebers 3.8 fixiert ist.
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Eine andere Vorgehensweise zum Ausrichten
und Festlegen der Sondenfaser 3.1 und des Faserabschnittes 3.2 in
der Sonde 3 ist in 6 gezeigt.
Die Sondenfaser 3.1 wird in einen hinteren Abschnitt 3.6' der röhrchenförmigen Aufnahme 3.6 eingeführt und
die vordere Stirnseite des Aufnahmenabschnittes 3.6' und der Austrittsfläche 3.31 der
Sondenfaser 3.1 werden im gewünschten Winkel poliert, wobei
die vordere Stirnseite im Bereich der vordersten Kante der Sondenfaser 3.1 normal
zur optischen Achse 3.5 der Sondenfaser 3.1 gerichtet
ist. Entsprechend wird die hintere Stirnseite eines vorderen Abschnittes 3.6'' der Aufnahme 3.6 entsprechend
der gewünschten
Eintrittsfläche 3.32 des
Faserabschnittes 3.2 poliert, wobei der an den hintersten
Rand des Faserabschnittes 3.2 angrenzende Bereich der hinteren
Stirnseite des vorderen Abschnittes 3.6'' der
Aufnahme 3.6 normal zur optischen Achse 3.5 der
Sondenfaser 3.1 ausgerichtet ist. Zwischen dem hinteren Abschnitt 3.6' und dem vorderen
Abschnitt 3.6'' der Aufnahme 3.6 ergibt
sich dabei im Längsschnitt
die in 6 gezeigte Anord nung.
Die beiden Abschnitte 3.6' und 3.6'' der
Aufnahme 3.6 werden zueinander mit einem aufgebrachten,
z.B. geschlitzten Haltering 3.10 axial ausgerichtet und
in den Tubus 3.9 eingesetzt. In dem Tubus 3.9 ist
desweiteren wiederum an die hintere Stirnseite der Aufnahme 3.6 angrenzend ein
konzentrisches Positionierstück 3.7 zum
Justieren und Vorfixieren der Sondenfaser 3.1 eingesetzt, wie
bei dem Ausführungsbeispiel
nach 5. Auch die Fixierung
der Sondenfaser 3.1 und des Faserabschnittes 3.2 mittels
Klebers 3.8, 3.8' erfolgt entsprechend dem Ausführungsbeispiel
nach 5, wobei der Faserabschnitt 3.6 in
dem vorderen Abschnitt 3.6" der Aufnahme 3.6 festgelegt
wird.
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Es ist auch möglich, die Abschnitte 3.6' und 3.6'' der Aufnahme 3.6 dadurch
auszurichten, dass sie in ein V-förmiges Profil eingebracht werden.
Dadurch, dass die beiden Abschnitte 3.6', 3.6'' der
Aufnahme 3.6 getrennt eingebracht werden, kann das äußerste Ende
der Messsonde 3 unbeweglich und entsprechend der Eigenschaft
des Messobjektes geändert
werden, wobei dieselbe Sondenfaser 3.1 beibehalten wird.
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Wie die 4 bis 6 desweiteren
zeigen, ist der äußere Abschnitt
des Faserabschnittes 3.2 in seinem Durchmesser reduziert,
so dass er auch in enge Löcher
eines Messobjektes 8 eingeführt werden kann, deren Durchmesser
weniger als 130 μm
beträgt. Üblicherweise
beträgt
der Durchmesser einer monomoden Lichtleitfaser mit Außenbehandlung (cladding)
125 μm.
Der Durchmesser kann mittels chemischer Behandlung mit einer entsprechenden Säure oder
Hitzebehandlung verringert werden, um eine gewünschte Verjüngung 3.21 zu erhalten.
Die antireflektierende Behandlung 3.22 ist dann im Bereich
des Abschnittes geringeren Durchmessers vorgenommen. Auch diese
Maßnahmen
tragen dazu bei, zuverlässige
Messungen auch in engen Vertiefungen eines Messobjektes 8 vornehmen
zu können.