DE10321895B4 - Sensor for detecting the topography with a two-beam interferometer - Google Patents

Sensor for detecting the topography with a two-beam interferometer Download PDF

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Abstract

Sensor zur Erfassung der Topografie mit einem Zweistrahl-Interferometer, mit einer Lichtquelle (1), mit einem Strahlteiler (3) zur Teilung des Lichts in einen Objekt- und einen Referenzstrahlengang, mit einem Prüfobjektiv (5) im Objektstrahlengang zur Beleuchtung und Abbildung des Objektes (6), mit einer Kamera (15) und mit einem brechkraftvariablen, abbildenden System (4), dessen Brechkraftvariabilität die Adaption von Tiefenmessbereich und Tiefenauflösung des Sensors ermöglicht, gekennzeichnet dadurch, dass das brechkraftvariable, abbildende System (4) zumindest näherungsweise mit einem seiner Hauptpunkte (H') in der Brennebene F2 des Prüfobjektivs (5), welche dem Objekt abgewandt ist, angeordnet ist.Sensor for detecting the topography with a two-beam interferometer, with a light source (1), with a beam splitter (3) for splitting the light into an object and a reference beam path, with a test objective (5) in the object beam path for illumination and imaging of the object (6), with a camera (15) and with a refractive power variable, imaging system (4) whose refractive power variability allows the adaptation of depth measurement range and depth resolution of the sensor, characterized in that the refractive power variable, imaging system (4) at least approximately with one of his Principal points (H ') in the focal plane F2 of the Prüfobjektivs (5), which faces away from the object, is arranged.

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Description

Stand der TechnikState of the art

Das sequenzielle Aufnehmen von Daten aus verschiedenen Tiefen des Objektraumes mittels Durchfokussierung spielt bei der mikroskopischen Weißlicht-Interferometrie bekannterweise eine funktionstragende Rolle. Dazu finden sich Hinweise in den folgenden Schriften:

  • [1.] Balasubramanian N: Optical system for surface topography measurement. US Patent. No. 4.340.306 (1982),
  • [2.] Kino GS, Chim S: Mirau correlation microscope. Appl. Opt. 29 (1990) 3775–3783,
  • [3.] Byron SL, Timothy CS: Profilometry with a coherence scanning microscope. Appl. Opt. 29 (1990) 3784–3788,
  • [4.] Dresel Th, Häusler G, Venzke H: Three-dimensional sensing of rough sufaces by coherence radar. Appl. Opt. 31 (1992) 919–925,
  • [5.] Deck L, de Groot P: High-speed noncontact profiler based an scanning White-light interferometry. Appl. Opt. 33 (1994) 7334–7338,
  • [6.] Windecker R, Haible P, Tiziani H J: Fast coherence scanning interferometry for measuring smooth, rough and spherical surfaces. J. Modern Optics 42 (1995) 2059–2069.
The sequential recording of data from different depths of the object space by means of focussing is known to play a functional role in microscopic white light interferometry. There are hints in the following writings:
  • [1.] Balasubramanian N: Optical system for surface topography measurement. US patent. No. 4340306 (1982)
  • [2.] Cinema GS, Chim S: Mirau correlation microscope. Appl. Opt. 29 (1990) 3775-3783,
  • [3.] Byron SL, Timothy CS: Profilometry with a coherence scanning microscope. Appl. Opt. 29 (1990) 3784-3788,
  • [4.] Dresel Th, Häusler G, Venzke H: Three-dimensional sensing of rough sufaces by coherence radar. Appl. Opt. 31 (1992) 919-925,
  • [5.] Deck L, de Groot P: High-speed noncontact profiler based on scanning White-light interferometry. Appl. Opt. 33 (1994) 7334-7338,
  • [6.] Windecker R, Haible P, Tiziani HJ: Fast coherence scanning interferometry for measuring smooth, rough and spherical surfaces. J. Modern Optics 42 (1995) 2059-2069.

Es ist jedoch bei der mikroskopischen Weißlicht-Interferometrie von Vorteil, die Informationen über das Objekt ohne das Bewegen von mechanischen Teilen zu gewinnen. Ein erster Ansatz findet sich bei Hege G: Speckleverfahren zur Abstandsmessung. Dissertation, in Berichte aus dem Institut für Technische Optik. Vol. 4. 1984, S. 20–25 [7]. Jedoch gibt es hierbei nur eine einzige Schärfeebene, so dass es bei Objekten mit einer gewissen Tiefenausdehnung Probleme mit der Schärfe geben kann.It However, in microscopic white light interferometry of Advantage, the information about to gain the object without moving mechanical parts. A first approach is found in Hege G: Speckleverfahren for distance measurement. Dissertation, in reports from the Institute of Technical Optics. Vol. 4. 1984, pp. 20-25 [7]. However, there is only one level of sharpness, so it's on objects give some sharpness problems with a certain depth can.

Eine Möglichkeit bei der mikroskopischen Weißlicht-Interferometrie ohne das Bewegen von mechanischen Teilen zu fokussieren, wurde mit der Wavelength-to-depth-encoding-Technik von G. Li, P. -Ch. Sun, P. C. Lin und Y. Fainman in Optics Letters 15. Okt. 2000, Vol. 25, No. 20, S. 1505 bis 1507 mit einer diffraktiven Linse im Objektstrahlengang in Verbindung mit einem durchstimmbaren Laser vorgeschlagen [8]. Hierbei gibt es jedoch noch Verbesserungspotenzial hinsichtlich der erreichbaren Tiefenmessgenauigkeit, da nur die vergleichsweise breite Kohärenzfunktion ausgewertet wird. Außerdem ist der hierbei verwendete Messaufbau noch insgesamt recht aufwendig. Durch die Variation der Brennweite eines Objektivs im Objektstrahlengang zur Durchfokussierung ändert sich auch der Abbildungsmaßstab, da ein Farbvergrößerungsfehler bei der Abbildung des Objektes besteht. Dies kann für die hochauflösende 3D-Topometrie ein Problem darstellen.A possibility in microscopic white light interferometry without focusing on moving mechanical parts, was with the wavelength-to-depth-encoding technique of G. Li, P.-Ch. Sun, P.C. Lin and Y. Fainman in Optics Letters Oct. 15, 2000, Vol. No. 20, p 1505 to 1507 with a diffractive lens in the object beam path proposed in conjunction with a tunable laser [8]. However, there is room for improvement regarding this the achievable depth measurement accuracy, since only the comparatively broad coherence function is evaluated. Furthermore the measurement setup used here is still quite complicated on the whole. By varying the focal length of a lens in the object beam path to focussing changes also the magnification, because a color magnification error in the picture of the object. This can be for the high-resolution 3D topometry a problem.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Das Ziel besteht in einer weiteren Verbesserung der erreichbaren Tiefenmessgenauigkeit und der lateralen Messgenauigkeit bei der mikroskopischen Weißlicht-Interferometrie mit einem vergleichsweise kostengünstigen Sensoraufbau. Dabei werden vor allem erfinderische Ansätze beschrieben, bei denen entweder mit dem sequenziellen Aufnehmen von Daten aus verschiedenen Tiefen des Objektraumes mittels Durchfokussierung, oder durch die simultane Aufnahme von Daten, Informationen aus verschiedenen Tiefen des Objektraumes gewonnen werden. Letzteres führt zu einer hochdynamischen Messtechnik. Es soll erfindungsgemäß anstelle eines durchstimmbaren Lasers auch eine vergleichsweise kostengünstige Weißlichtquelle zur Beleuchtung eingesetzt werden können.The The goal is to further improve the achievable depth measurement accuracy and the lateral measurement accuracy in microscopic white light interferometry with a comparatively inexpensive sensor structure. It will be especially described inventive approaches at either with the sequential recording of data from different Depths of the object space by focussing, or by the simultaneous Recording of data, information from different depths of the object space be won. The latter leads to a highly dynamic measurement technology. It is intended according to the invention instead a tunable laser also a comparatively inexpensive white light source can be used for lighting.

Damit ist im besonderen die Aufgabe zu lösen, die laterale Messgenauigkeit zu verbessern, indem der laterale Abbildungsmaßstab durch das Verändern der Lichtwellenlänge unbeeinflusst bleibt, also kein Farbvergrößerungsfehler, auch als chromatische Queraberration bekannt, bei der Abbildung des Objektes besteht. Weiterhin sollen beim optischen Antasten der Objektoberfläche in verschiedenen Tiefen des Objektraumes Signale ohne das mechanische Bewegen von Komponenten mittels eines mikroskopischen Weißlicht-Interferometers erzeugt werden können. Die dabei gewonnenen Signale sollen eine sinnvolle Auswertung der Phaseninformation gestatten.In order to In particular, the task is to solve the lateral measuring accuracy to improve by the lateral magnification by changing the Light wavelength is unaffected, so no color magnification error, even as a chromatic Queraberration known in the image of the object exists. Furthermore, the optical surface of the object surface in different Depths of the object space Signals without the mechanical moving of Components are generated by means of a microscopic white light interferometer can. The signals obtained should be a useful evaluation of the Allow phase information.

Es wird beim erfinderischen Sensor zur Erfassung der Topografie davon ausgegangen, dass dem zu prüfenden Objekt, in allen hier betrachteten Fällen, ein einziges Prüfobjektiv direkt zugeordnet ist. Dieses dient sowohl stets der Beleuchtung der Objektoberfläche als auch der Abbildung der Objektoberfläche.It becomes in the inventive sensor for detecting the topography of it assumed that to be tested Object, in all cases considered here, a single test objective is assigned directly. This always serves the lighting the object surface as well as the image of the object surface.

Es kann eine spektral breitbandige Quelle elektromagnetischer Strahlung im DUV-, im UV-, im VIS-, im NIR- oder im MIR- oder auch im FIR-Bereich im Sensor angeordnet sein. Es kann also auch eine Weißlichtquelle im sichtbaren Spektralbereich mit einem Anteil im NW- oder UV-Bereich eingesetzt werden. Möglich ist aber auch der Einsatz eines durchstimmbaren Lasers, beispielsweise ein Ti:Sapphir Laser oder ein Multiwellenlängen-Laser mit Frequenzkamm-Charakteritik.It can be a spectrally broadband source of electromagnetic radiation in the DUV, in the UV, in the VIS, in the NIR or in the MIR or also in the FIR range in the Sensor be arranged. So it can also be a white light source in the visible spectral range with a share in the NW or UV range be used. Possible but is also the use of a tunable laser, for example a Ti: sapphire laser or a multi-wavelength laser with frequency comb characteristics.

Die zu messende Objektoberfläche ist beim optischen Antasten derselben zumindest näherungsweise und mindestens zu einem Teil in der Brennebene des Prüfobjektivs angeordnet.The Object surface to be measured is at least approximately at the optical probing of the same and at least part of it in the focal plane of the test objective arranged.

Bei einem Sensor zur Erfassung der Topografie mit einem Zweistrahl-Interferometer mit einem Strahlteiler mit einem Objekt- und einem Referenzstrahlengang mit mindestens einem einzigen Objektiv, dem Prüfobjektiv, zur Beleuchtung und Abbildung des Objektes und einer Kamera ist in der Brennebene FPP des Prüfobjektivs, welche dem Objekt abgewandt ist, ein brechkraftvariables, abbildendes System, dessen Brechkraftvariabilität die Adaption von Tiefenmessbereich und Tiefenauflösung des Sensors ermöglicht, zumindest näherungsweise mit einem seiner Hauptpunkte (H') angeordnet. Weiterhin kann im Sensor zur Erfassung der Topografie das brechkraftvariable, abbildende System vorzugsweise chromatisch ausgebildet sein. Das bedeutet, die Brennweite dieses abbildenden Systems ist von der Wellenlänge der eintretenden elektromagnetischen Strahlung abhängig, wobei in der Regel Licht im sichtbaren, im nahen IR- oder UV-Bereich eingesetzt wird. Die Brennebene FPP dieses Prüfobjektivs kann mit der Brennebene eines ersten Objektivs zusammenfallen, so dass dabei eine afokale Abbildungsstufe gebildet ist. Damit ist auch die Lage der Schärfeebene dieser Abbildungsstufe im Objektraum von der verwendeten Lichtwellenlänge abhängig.In a sensor for detecting the topography with a two-beam interferometer with a Beam splitter with an object and a reference beam path with at least a single lens, the test object, for illumination and imaging of the object and a camera is in the focal plane FPP of the test object, which faces away from the object, a refractive power variable, imaging system, the refractive power variability of the adaptation of depth measuring range and depth resolution of the sensor, at least approximately arranged with one of its main points (H '). Furthermore, in the sensor for detecting the topography, the refractive-power-variable, imaging system may preferably be of chromatic design. That is, the focal length of this imaging system is dependent upon the wavelength of the incoming electromagnetic radiation, typically employing light in the visible, near IR or UV range. The focal plane FPP of this test objective can coincide with the focal plane of a first objective, so that an afocal imaging stage is formed. Thus, the position of the focal plane of this imaging stage in the object space is dependent on the wavelength of light used.

Durch die Anordnung des brechkraftvariablen, abbildenden Systems in der gemeinsamen Brennebene der afokalen Abbildungsstufe ist der Farbvergrößerungsfehler zumindest näherungsweise null.By the arrangement of the refractive power variable, imaging system in the common focal plane of the afocal imaging stage is the color magnification error at least approximately zero.

Weiterhin wird ein Sensor zur Erfassung der Topografie vorgeschlagen, bei dem der Referenzstrahlengang des Zweistrahl-Interferometers zumindest näherungsweise so ausgebildet ist, so dass in demselben kein Farbvergrößerungsfehler besteht. Dies ist durch den Einsatz von Planparallelplatten und durch chromatisch vollständig korrigierte Mikroskopobjektive möglich. So kann für das Licht aller Wellenlängen eine kontrastreiche Interferenz in der Detektionsebene auftreten, da hierbei das Licht aller Wellenlängen im Referenzstrahlengang in gleicher Weise auf einen Referenzspiegel abgebildet werden kann. Durch den Farblängseffekt des brechkraftvariablen, abbildenden Systems im Objektstrahlengang sind die Wellen unterschiedlicher Lichtwellenlänge in der Detektionsebene der Interferenz dagegen nicht mehr in Phase und so ergibt sich über der Wellenlänge ein Signalverlauf, der einem Weißlichtinterferogramm sehr ähnlich ist. Dabei kann die Wellenlänge der Lichtquelle auch gescannt werden, beispielsweise bei Verwendung einer durchstimmbaren Lasers. In diesem Fall kann eine grauwertempfindliche Kamera eingesetzt werden. Bei Verwendung einer Weißlichtquelle muss vor der Detektion eine spektrale Aufspaltung des Lichtes vorgenommen werden. Den einfachsten Fall der spektralen Aufspaltung stellt hier die Verwendung einer handelsüblichen Farbkamera dar. Jedoch sind die drei Farbkanäle in der Regel bei weitem nicht ausreichend. Deshalb wird bei Anwendung einer Weißlichtquelle vorzugsweise ein Spektrometer der grauwertempfindlichen Kamera vorgeordnet. Bei Verwendung eines Multiwellenlängenlasers mit einer Frequenzkamm-Charakteristik kann auch ein größerer optischer Gangunterschied zwischen den beiden Armen des Interferometers zugelassen werden, da so eine Austastung vorgenommen wird, die in der Art einer stroboskopischen Austastung vergleichbar ist. Bei sorgfältiger Abstimmung des optischen Gangunterschiedes zum Frequenzabstand der einzelnen, schmalbandigen Laserlinien unter Berücksichtigung der Dispersion im Interferometer kann so ein dem Weißlichtinterferogramm ähnliches Signal erzeugt werden. Die Auswertung kann auf den bekannten Weißlicht-Auswerte-Algorithmen basieren.Farther a sensor for detecting the topography is proposed in the reference beam path of the two-beam interferometer at least approximately is formed so that in the same no color magnification error consists. This is due to the use of plane parallel plates and by chromatic completely corrected microscope lenses possible. So can for the light of all wavelengths a high-contrast interference occur in the detection plane because here the light of all wavelengths in the reference beam path can be mapped to a reference mirror in the same way. Due to the color longitudinal effect of the refractive power variable, imaging system in the object beam path the waves of different wavelengths of light in the detection plane the interference on the other hand is no longer in phase and thus results over the wavelength a waveform very similar to a white-light interferogram. The wavelength of the Light source can also be scanned, for example when using a tunable laser. In this case, a greyish-sensitive Camera to be used. When using a white light source must be made before the detection of a spectral splitting of the light become. The simplest case of spectral splitting is here the use of a commercial However, the three color channels are usually by far unsatisfactory. Therefore, when using a white light source preferably a spectrometer of the gray value sensitive camera upstream. When using a multi-wavelength laser with a frequency comb characteristic can also a larger optical Gap difference between the two arms of the interferometer allowed because such a blanking is made, which is in the manner of a stroboscopic blanking is comparable. With careful coordination of the optical path difference to the frequency spacing of the individual, narrow-band Considering laser lines The dispersion in the interferometer can thus be similar to the white light interferogram Signal are generated. The evaluation can be based on the known white light evaluation algorithms.

Weiterhin wird ein Sensor zur Erfassung der Topografie vorgeschlagen, bei dem das Zweistrahl-Interferometer ein Linnik-Interferometer ist, dessen Objektiv im Referenzstrahlengang achromatisch ausgebildet ist, so dass im Referenzstrahlengang kein Farbvergrößerungsfehler besteht. So ist die Voraussetzung erfüllt, um für Licht verschiedener Wellenlängen Interferenzen in der Ebene der Kamera beobachten zu können.Farther a sensor for detecting the topography is proposed in the two-beam interferometer is a Linnik interferometer whose lens is in the reference beam path achromatisch is formed, so that in the reference beam path no Chromatic difference of magnification consists. Thus, the requirement is met to interfere with light of different wavelengths to be able to observe in the plane of the camera.

Weiterhin wird ein Sensor zur Erfassung der Topografie vorgeschlagen, bei dem das Zweistrahl-Interferometer ein Linnik-Interferometer ist, bei dem das brechkraftvariable, abbildende System im Objektstrahlengang und im Referenzstrahlengang ein Planparallelplatten-Kompensationssystem angeordnet ist, welches den gleichen Farblängsfehler wie das brechkraftvariable, abbildende System im Objektstrahlengang besitzt. So besteht bei entsprechender Justierung des Referenzarms und bei baugleichen Objektiven im Referenz- und im Objektstrahlengang und beim scharfen Abbilden eines Objektpunktes die Voraussetzung, dass kontrastreiche Interferenzen für Licht innerhalb eines begrenzten Spektralbereiches bei der Abbildung dieses Punktes in die Kameraebene auftreten.Farther a sensor for detecting the topography is proposed in the two-beam interferometer a Linnik interferometer is at which the refractive power variable, imaging System in the object beam path and in the reference beam path a plane parallel plate compensation system which has the same color longitudinal error as the refractive power variable, has imaging system in the object beam path. So insists corresponding adjustment of the reference arm and with identical lenses in the reference and object beam paths and in sharp imaging of an object point the requirement that high-contrast interference for light within a limited spectral range while mapping this Point in the camera level occur.

Es ist aber auch möglich, dass bei einem Sensor zur Erfassung der Topografie das Zweistrahl-Interferometer ein Linnik-Interferometer ist, bei dem das brechkraftvariable, abbildende System im Objektstrahlengang und im Referenzstrahlengang ein Planparallelplatten-Kompensationssystem angeordnet ist, welches einen speziell angepassten Farblängsfehler besitzt, um die Tiefenempfindlichkeit des Sensors skalieren zu können. So kann dem Signal in der Form eines Weißlichtinterferogramms zusätzlich ein gewünschter Phasengang über der Wellenlänge aufgeprägt werden.It but it is also possible that in a sensor for detecting the topography, the two-beam interferometer a Linnik interferometer is at which the refractive power variable, imaging System in the object beam path and in the reference beam path a plane parallel plate compensation system is arranged, which is a specially adapted longitudinal chromatic aberration to scale the depth sensitivity of the sensor. So may additionally input the signal in the form of a white light interferogram desired Phase transition over the wavelength imprinted become.

Weiterhin ist es auch möglich, dass das Zweistrahl-Interferometer ein Linnik-Interferometer nach DE 39 02 591 A1 oder US 4 983 042 ist, das mit einem Tripelreflektor im Referenzstrahlengang modifiziert ist. Dies erfordert jedoch in der Regel wegen des hierbei gegebenen größeren optischen Gangunterschiedes im Interferometer und/oder der Dispersion des Glaswerkstoffes eine höhere spektrale Aufspaltung als beim klassischen Linnik-Interferometer mit einem Objektiv im Referenzstrahlengang. Sehr vorteilhaft beim Einsatz dieser Linnik-Anordnung mit einem Tripelreflektor ist die Verwendung von modernen Multiwellenlängen-Lasern mit einer Frequenzkamm-Charakteristik als Lichtquelle. Bei entsprechender Dimensionierung des Interferometers und des Frequenzabstandes der einzelnen Laserlinien und Auslegung der spektralen Auflösung des Spektrometers kann durch Austastung ein gut auswertbares Signal in der Form eines Weißlicht-Interferogramms über der Wellenlänge gewonnen werden.Furthermore, it is also possible that the two-beam interferometer after a Linnik interferometer DE 39 02 591 A1 or US 4,983,042 is that is modified with a triple reflector in the reference beam path. However, this usually requires because the here given greater optical path difference in the interferometer and / or the dispersion of the glass material, a higher spectral splitting than the classic Linnik interferometer with a lens in the reference beam path. Very advantageous in the use of this Linnik arrangement with a triple reflector is the use of modern multi-wavelength lasers with a frequency comb characteristic as a light source. With appropriate dimensioning of the interferometer and the frequency spacing of the individual laser lines and interpretation of the spectral resolution of the spectrometer can be obtained by blanking a well evaluable signal in the form of a white light interferogram over the wavelength.

Weiterhin wird ein Sensor zur Erfassung der Topografie vorgeschlagen, bei dem das Zweistrahl-Interferometer ein Michelson-Interferometer oder Mirau-Interferometer ist, bei dem im Referenzstrahlengang ein zweites brechkraftvariables, abbildendes System (S), jedoch mit entgegengesetzter Brechkraft angeordnet ist, so dass der Farbvergrößerungsfehler und der Farblängsfehler des ersten brechkraftvariablen, abbildenden Systems zumindest näherungsweise kompensiert sind und so auf dem Referenzspiegel das Licht aller Wellenlängen stets in gleicher Art und Weise fokussiert ist.Farther a sensor for detecting the topography is proposed in the two-beam interferometer a Michelson interferometer or Mirau interferometer is included in the reference beam path, a second refractive power variable, imaging System (S), but arranged with opposite refractive power, so that the color magnification error and the color longitudinal error of the first refractive power variable, imaging system at least approximately are compensated and so on the reference mirror the light of all wavelength always focused in the same way.

Weiterhin wird ein Sensor zur Erfassung der Topografie vorgeschlagen, bei dem das Zweistrahl-Interferometer ein Michelson-Interferometer oder Mirau-Interferometer ist, bei dem im Referenzstrahlengang eine Planparallelplattenanordnung (PP) mit mindestens einer Planparallelplatte aus dispersivem Material angeordnet ist, so dass der Farblängsfehler des ersten brechkraftvariablen, abbildenden Systems im Referenzstrahlengang zumindest näherungsweise kompensiert ist und so auf dem Referenzspiegel das Licht aller Wellenlängen stets in gleicher Art und Weise fokussiert ist. Dabei ist vorzugsweise im Objektstrahlengang eine Planparallelplattenanordnung mit zumindest näherungsweise gleicher mittlerer optischer Dicke mit mindestens einer Planparallelplatte aus dispersivem Material angeordnet, wobei die Dispersion dieser Planparallelplattenanordnung deutlich verschieden ist. Beispielsweise kann die Dispersion deutlich kleiner sein. So wird ein durch das brechkraftvariable System in der Brennebene des Prüfobjektivs positiver Farblängsfehler durch eine Planparallelplatte aus vergleichsweise schwach dispersivem Material nur etwas abgeschwächt, so dass im Objektstrahlengang noch ein gewünschter Farblängsfehler zur chromatisch bedingten Durchfokussierung erhalten bleibt. Dagegen ist im Referenzstrahlengang eine Planparallelplatte aus hoch dispersivem Material angeordnet, die den Farblängsfehler im Referenzstrahlengang vollständig kompensiert. Dabei kann ein zusätzlicher Phasengang über der Wellenlänge entstehen, der das Weißlichtsignal deformiert und auch als Chirping bekannt ist. Dieser Chirping-Effekt muss numerisch korrigiert werden.Farther a sensor for detecting the topography is proposed in the two-beam interferometer a Michelson interferometer or Mirau interferometer is included in the reference beam path a plane parallel plate arrangement (PP) with at least one plane parallel plate of dispersive material is arranged so that the longitudinal chromatic aberration of the first refractive power variable, imaging system in the reference beam path at least approximately is compensated and so on the reference mirror the light of all wavelengths always is focused in the same way. It is preferable in the object beam path a plane parallel plate arrangement with at least approximately the same average optical thickness with at least one plane parallel plate arranged of dispersive material, the dispersion of this Planparallelplatteanordnung is significantly different. For example the dispersion can be significantly smaller. So one becomes through the refractive power variable system in the focal plane of the test objective positive longitudinal chromatic aberration a plane parallel plate of comparatively weakly dispersive Material only slightly weakened, so that in the object beam path nor a desired longitudinal chromatic aberration remains to chromatic conditional focussing. On the other hand is in the reference beam path a plane parallel plate of highly dispersive Material arranged that the color longitudinal error in the reference beam path completely compensated. It can be an additional Phase transition over the wavelength arise, the white light signal deformed and also known as Chirping. This chirping effect must be corrected numerically.

Bisher wurden nur Sensoren betrachtet, bei dem die Brechkraft des brechkraftvariablen, abbildenden Systems von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes abhing. Bei einem Sensor zur Erfassung der Topografie kann das brechkraftvariable, abbildende System aber auch mit einer in ihrer Struktur elektronisch steuerbaren, diffraktiven Komponente ausgebildet sein. So ist die Brechkraft des diffraktiven, brechkraftvariablen, abbildenden Systems in Abhängigkeit von der Struktur der elektronisch steuerbaren Komponente veränderbar. Hier kann auch eine monochromatische Lichtquelle verwendet werden, da die Brechkraftvariation in diesem Fall nicht über die Lichtwellenlänge erfolgt. Andererseits kann auch bei einer Weißlichtquelle ein diffraktives, brechkraftvariables, abbildendes System angeordnet sein, bei dem der Tiefenmessbereich und die Tiefenauflösung des Sensors über die Anpassung einer diffraktiven Linse an die Messaufgabe adaptiert werden.So far only sensors were considered in which the refractive power of the refractive power variable, imaging system of the wavelength of the light used depended. In a sensor for detecting the topography, the refractive power variable, imaging system but also with one in their structure electronically be designed controllable, diffractive component. That's how it is Refractive power of the diffractive, refractive power variable, imaging system dependent on changeable by the structure of the electronically controllable component. Here also a monochromatic light source can be used since the refractive power variation in this case does not take place over the wavelength of light. On the other hand, even with a white light source, a diffractive, be arranged kraftkraftvariables, imaging system, in which the depth measuring range and the depth resolution of the sensor over the Adaptation of a diffractive lens adapted to the measurement task become.

Beim Aufbau des brechkraftvariablen, abbildenden Systems als ein elektronisch steuerbares System können LCDs, LCOS-Displays oder DMDs eingesetzt werden. So kann die Brechkraft in Abhängigkeit von der Struktur eines elektronisch steuerbaren Arrays gezielt geändert werden.At the Construction of the refractive power variable, imaging system as an electronic controllable system can LCDs, LCOS displays or DMDs. So can the refractive power dependent on be selectively changed by the structure of an electronically controllable array.

Weiterhin ist es bei einem Sensor zur Erfassung der Topografie von Vorteil, wenn vorzugsweise der Hauptpunkt (H') des brechkraftvariablen, abbildenden Systems zumindest näherungsweise mit dem Pupillenzentrum PZD im Abbildungsstrahlengang zusammenfällt. In diesem Fall erfolgt beim Durchfokussieren kein laterales Auswandern des Bildes in der Kameraebene.Farther is it advantageous for a topography sensor to if preferably the main point (H ') of the refractive power variable, imaging Systems at least approximately coincides with the pupil center PZD in the imaging beam path. In In this case, there is no lateral migration when focussing of the picture in the camera level.

Weiterhin ist bei einem Sensor zur Erfassung der Topografie von Vorteil, wenn sich zumindest näherungsweise für mindestens eine Wellenlänge des Lichtes der Betrag der Brechkraft des brechkraftvariablen, abbildenden Systems zu null ergibt. So kann ein Prüfobjektiv eingesetzt werden, welches nach Unendlich korrigiert ist. Diese Objektive stehen kostengünstig und in großer Vielfalt zur Verfügung. Um eine Brechkraft des brechkraftvariablen, abbildenden Systems von null zu erreichen, kann bei einem Sensor zur Erfassung der Topografie das brechkraftvariable abbildende System vorzugsweise aus zwei Hauptkomponenten bestehen, die für eine einzige Lichtwellenlänge zumindest näherungsweise in der Brechkraft entgegengesetzt sind.Farther is an advantage for a topography sensor when at least approximately for at least a wavelength of light the amount of refractive power of the refractive power variable, imaging Systems to zero results. So a test lens can be used, which is corrected to infinity. These lenses are inexpensive and in big Diversity available. To a refractive power of the refractive power variable, imaging system reaching zero can be done with a sensor to capture the topography the refractive power variable imaging system preferably consists of two main components exist for a single wavelength of light at least approximately are opposite in refractive power.

Vorzugsweise ist dabei mindestens eines dieser Teilsysteme chromatisch ausgebildet. Vorzugsweise ist dieses System dann diffraktiv oder zumindest teilweise diffraktiv ausgebildet. Es können aber auch beide Systeme chromatisch ausgebildet sein. Das zweite System kann dispersiv ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das brechkraftvariable Abbildungssystem ein fokussierendes oder divergierendes System, in jedem Fall ein System mit Zoom-Eigenschaften und vorzugsweise rotationssymmetrisch in seiner Struktur und in seiner Funktion.Preferably, at least one of these subsystems is formed chromatically. Preferably, this system is then designed diffractive or at least partially diffractive. It can but also be chromatically formed both systems. The second system may be designed to be dispersive. Preferably, the refractive power variable imaging system is a focusing or diverging system, in each case a system having zoom characteristics and preferably rotationally symmetric in structure and function.

Weiterhin kann bei einem Sensor zur Erfassung der Topografie mit Vorteil die Kamera als farbsensitive Kamera ausgebildet sein. Dabei kann die Kamera auch mehr als drei spektrale Kanäle aufweisen, beispielsweise auch acht spektrale Kanäle. So kann bei a priori-Kenntnissen über die auftretende Signalform, beispielsweise der mittleren Welligkeit im Signal über der Lichtwellenlänge der Schwerpunkt der Einhüllenden und die Phase am Schwerpunkt des Signals bestimmt werden. Die dazu notwendigen Auswertemethoden wurden bereits in Applied Optics, Vol. 39, No. 8, 10. März 2000, Seite 1290 bis 1295 [9] sowie in Fringe'01: Proceedings of the 4th International Workshop an Automatic Processing of Fringe Patterns, Elsevier 2001, S. 173–180 unter „Generalized Signal Evaluation for White-light interferometry and Scanning fringe projection” [10] oder im Fachaufsatz ”Signalverarbeitung bei tiefen-scannenden 3D-Sensoren für neue industrielle Anwendungen” in der Fachzeitschrift Technisches Messen 69 (2002) 5 [11] dargestellt. Eine derartige Kamera kann zum Beispiel mit vier Sensor-Chips und einer Strahlteileranordnung mit insgesamt vier Köstersprismen und vier angepassten Farbteilern aufgebaut werden, wobei jeder der vier Sensor-Chip zwei nebeneinanderliegende Bilder unterschiedlicher Schwerpunktwellenlänge aufnimmt.Farther can with a sensor for detecting the topography with advantage Camera be designed as a color-sensitive camera. This can be the camera also more than three spectral channels have, for example, eight spectral channels. So can with a priori knowledge of the occurring waveform, such as the mean ripple in the signal above the wavelength of light the focus of the envelope and determine the phase at the center of gravity of the signal. The to The necessary evaluation methods have already been used in Applied Optics, Vol. 39, No. 8, 10th of March 2000, pages 1290 to 1295 [9] as well as in Fringe'01: Proceedings of the 4th International Workshop on Automatic Processing of Fringe Patterns, Elsevier 2001, P. 173-180 under "Generalized Signal Evaluation for White-light Interferometry and Scanning Fringe projection "[10] or in the technical essay "Signal Processing Deep-Scanning 3D Sensors for New Industrial Applications " Technical Journal Technical Fairs 69 (2002) 5 [11]. Such a camera can, for example, with four sensor chips and a beam splitter arrangement with a total of four spoiler prisms and four matched Color dividers are built, with each of the four sensor chip two takes adjacent pictures of different centroid wavelengths.

Wenn die spektrale Aufspaltung in acht spektrale Kanäle – besonders wenn ein größerer Tiefenmessbereich gewünscht ist – aus Gründen der Tiefenmessgenauigkeit nicht ausreicht, kann bei einem Sensor zur Erfassung der Topografie die Kamera auch als monochrome Kamera ausgebildet sein. Die Beleuchtung der Oberfläche des Objektes erfolgt dann mit einem schmalen Lichtband. Dann ist dieser Kamera ein Spektrometermodul mit einem Eingangsspalt vorgeordnet, auf welches das Lichtband abgebildet wird. Dieses Spektrometermodul mit interner Abbildungsstufe kann beispielsweise 100 spektrale Kanäle aufweisen, indem die spektrale Zerlegung des Lichtes auf 100 Pixel und senkrecht zur Ausbildung des Lichtbandbildes auf der Kamerafläche erfolgt. Betrachtet man einen spektralen Bereich von 200 nm von etwa 450 bis 650 nm, so beträgt die spektrale Auflösung 2 nm. Vorteilhaft ist, wenn dem Pixel-Pitch etwa ein achtel Streifen entspricht. Wenn ein optischer Gangunterschied von etwa 25 Wellenlangen ausgewertet wird, entspricht das also etwa einem Tiefenmessbereich von etwa +/– 3 μm. Das Spektrometermodul kann dabei als Geradsichtkeil oder als Gitterspektrometer geringer Auflösung ausgebildet sein.If the spectral splitting into eight spectral channels - especially if a larger depth measuring range required is - off establish the depth measurement accuracy is insufficient, can with a sensor to capture the topography the camera also as a monochrome camera be educated. The illumination of the surface of the object then takes place with a narrow band of light. Then this camera is a spectrometer module preceded by an entrance slit onto which the light band is imaged becomes. This spectrometer module with internal imaging stage can for example, 100 spectral channels exhibit by the spectral decomposition of the light on 100 pixels and perpendicular to the formation of the light band image on the camera surface. Considering a spectral range of 200 nm of about 450 to 650 nm, so is the spectral resolution 2 nm. It is advantageous if the pixel pitch about an eighth strip equivalent. If an optical retardation of about 25 wavelengths is evaluated, so that corresponds approximately to a depth measuring range of about +/- 3 microns. The spectrometer module can be smaller than Geradsichtkeil or as a grating spectrometer resolution be educated.

Weiterhin ist es auch möglich, dass bei einem Sensor zur Erfassung der Topografie als Lichtquelle ein Multiwellenlängen-Laser (MLL) mit einer Frequenzkamm-Charakteristik. eingesetzt wird, wobei dieser in der Regel weit mehr als 10 einzelne Wellenlängen aufweist.Farther it is also possible that with a sensor for detecting the topography as a light source a multi-wavelength laser (MLL) with a frequency comb characteristic. is used, wherein this usually has far more than 10 individual wavelengths.

Beschreibung der FigurDescription of the figure

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Figur beschrieben.The Invention will be described by way of example with reference to FIG.

In der Figur wird die Wirkung einer brechkraftvariablen, abbildenden Komponente in einem modifizierten Linnik-Interferenz-Mikroskop dargestellt. Dabei besteht beim Einsatz eines Linnik-Interferometers der Vorteil, dass hierbei eine vergleichsweise große Apertur, z. B. NA = 0,9, erreichbar ist. Das von einer spaltförmigen Weißlichtlichtquelle 1 ausgehende Licht, wobei der Spalt hier quer zur Zeichenebene positioniert ist, gelangt in ein Kollimatorobjektiv 2. Dabei kann die Lichtquelle aus einer üblichen Weißlichtquelle bestehen, der ein Spalt nachgeordnet ist.In the figure, the effect of a refractive power variable imaging component in a modified Linnik interference microscope is shown. In this case, when using a Linnik interferometer has the advantage that in this case a comparatively large aperture, z. B. NA = 0.9, is achievable. That of a slit-shaped white light source 1 Outgoing light, the gap is here positioned transversely to the plane, enters a collimator lens 2 , In this case, the light source consist of a conventional white light source, which is arranged downstream of a gap.

Nach dem Kollimatorobjektiv 2 wird das Lichtbündel am Strahlteiler 3 in einen Referenz- und in einen Objektstrahlengang aufgespaltet. Das am Strahlteiler 3 reflektierte Licht tritt in den Objektstrahlengang ein, gelangt in der Brennebene des Prüfobjektivs 5 auf das brechkraftvariable, abbildende System 4, welches hier als chromatisches System ausgebildet ist. Es besteht aus einer dispersiven Zerstreuungslinse und einer diffraktiven Linse, die hier als Sammellinse wirkt. Die Dimensionierung ist dabei so ausgefürt, dass das brechkraftvariable, abbildende System bei blauem Licht lichtstreuend und bei rotem Licht lichtsammelnd wirkt. Die Hauptebene H'4 des brechkraftvariablen, abbildenden Systems 4 koinzidiert mit der Brennebene, welche den Brennpunkt F1' des Kollimatorobjektivs 2 und den Brennpunkt F2 des Prüfobjektivs 5 enthält. Bei einer kürzeren Wellenlänge des Lichtes, hier bei blauem Licht, ist die Brechkraft des brechkraftvariablen, abbildenden Systems 4 negativ und bei rotem Licht ist die Brechkraft desselben stets positiv. So erfolgt in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge in unterschiedlichen Tiefen des Objektraumes die Abbildung der spaltförmigen Weißlichtlichtquelle 1. Für eine Wellenlänge der Weißlichtlichtquelle 1 erfolgt in einem betrachteten Objektpunkt O eine scharfe Abbildung eines leuchtenden Punktes Q der Weißlichtlichtquelle 1, so dass der Bildpunkt Q' und der Objektpunkt O zusammenfallen. Das kollimierte Licht im Referenzarm des modifizierten Linnik-Interferenz-Mikroskops durchsetzt ein Planparallelplatten-Kompensationssystem 7, welches zumindest näherungsweise den gleichen Farblängsfehler wie das brechkraftvariable, abbildende System 4 im Objektstrahlengang besitzt. Das nachfolgende mikroskopische Standardobjektiv 8 mit dem Brennpunkt F3 ist baugleich mit dem Prüfobjektiv 5. Auf dem Referenzspiegel 9 mit einer Reflektivität von etwa 10% entsteht das Bild der Weißlichtlichtquelle 1 und zwar gleichzeitig für das Licht aller Farben. So entsteht auf dem Referenzspiegel 9 ein Bild eines leuchtenden Punktes Q'' der Weißlichtlichtquelle 1 in genau der Farbe, für die der Objektpunkt O mit einem scharfen Bild eines Lichtquellenpunktes Q' beleuchtet wird. Im Objektstrahlengang passiert das vom Objektpunkt O rückgestreute Licht wieder das Prüfobjektiv 5, das brechkraftvariable, abbildende System 4 und den Strahlteiler 3. Im Referenzstrahlengang wird das Licht reflektiert, und auch das des Bildes Q'', und das Lichtbündel passiert das mikroskopische Standardobjektiv 8 und das Planparallelplatten-Kompensationssystem 7. Das Lichtbündel wird am Strahlteiler 3 reflektiert. Das Tubusobjektiv 10 bildet die Lichtbündel auf einen Spektrometerspalt 11 ab. Die von den beiden Lichtquellenpunkten Q' und Q'' stammenden blauen Lichtbündel gelangen nach Passieren der Abbildungsstufe, die aus den Objektiven 12 und 14 besteht, und nach dem Passieren des lichtzerlegenden Doppelkeils 13, bestehend aus einem dispersiv wirkenden Keil und einem diffraktivem Element, auf einen Bereich der Sensor-Chips der Kamera 15, wo es zwischen den beiden blauen Lichtbündeln zur Interferenz kommt. Die Lichtbündel benachbarter Lichtwellenlängen bilden mit den betrachteten blauen Lichtbündeln ein Signal, welches einem Weißlichtinterferogramm zumindest näherungsweise ähnlich sieht. Dabei soll die Asymmetrie Δx, die durch die effektiven Lagen der Brennpunkte F2 und F3 vorgegeben ist, wobei die axiale Verschiebung durch das brechkraftvariable, abbildende System 4 und Planparallelplatten-Kompensationssystem 7 eingerechnet ist, im Strahlengang null sein. Dabei werden die Brennpunkte F2 und F3 vom Strahlteiler aus betrachtet.After the collimator lens 2 becomes the light beam at the beam splitter 3 split into a reference and an object beam path. The at the beam splitter 3 reflected light enters the object beam path, enters the focal plane of the test objective 5 on the refractive power variable, imaging system 4 , which is designed here as a chromatic system. It consists of a dispersive diverging lens and a diffractive lens, which acts as a convergent lens. The dimensioning is designed so that the refractive power variable, imaging system in a blue light diffuses light and in red light collects light. The main plane H'4 of the refractive power variable, imaging system 4 coincides with the focal plane representing the focal point F1 'of the collimator lens 2 and the focal point F2 of the test objective 5 contains. At a shorter wavelength of light, here in blue light, is the refractive power of the refractive power variable imaging system 4 negative and in red light its refractive power is always positive. Thus, depending on the wavelength of light in different depths of the object space, the image of the slit-shaped white light light source takes place 1 , For a wavelength of the white light source 1 a sharp image of a luminous point Q of the white light source takes place in a considered object point O. 1 such that the pixel Q 'and the object point O coincide. The collimated light in the reference arm of the modified Linnik interference microscope passes through a plane parallel plate compensation system 7 , which at least approximately the same color longitudinal error as the refractive power variable map en System 4 possesses in the object beam path. The following microscopic standard objective 8th with focus F3 is identical to the test lens 5 , On the reference mirror 9 with a reflectivity of about 10%, the image of the white light source arises 1 at the same time for the light of all colors. So arises on the reference mirror 9 an image of a luminous point Q '' of the white light source 1 in exactly the color for which the object point O is illuminated with a sharp image of a light source point Q '. In the object beam path, the backscattered light from the object point O again passes the test objective 5 , the refractive power variable, imaging system 4 and the beam splitter 3 , In the reference beam path, the light is reflected, and also that of the image Q ", and the light beam passes through the standard microscope objective 8th and the plane parallel plate compensation system 7 , The light beam is at the beam splitter 3 reflected. The tube lens 10 forms the light bundles on a spectrometer gap 11 from. The blue light beams originating from the two light source points Q 'and Q''pass after passing through the imaging stage, which originates from the objectives 12 and 14 and after passing the light-decomposing double wedge 13 consisting of a dispersively acting wedge and a diffractive element, on a portion of the sensor chips of the camera 15 where there is interference between the two blue light bundles. The light bundles of adjacent light wavelengths form a signal with the considered blue light bundles, which at least approximately looks similar to a white light interferogram. In this case, the asymmetry Δx, which is determined by the effective positions of the foci F2 and F3, wherein the axial displacement by the refractive power variable, imaging system 4 and plane parallel plate compensation system 7 is included in the beam path zero. The focal points F2 and F3 are viewed from the beam splitter.

Dieses Signal, welches einem Weißlichtinterferogramm zumindest näherungsweise ähnlich sieht, wird auf der Grundlage der bekannten Algorithmen ausgewertet, wobei gegebenenfalls Anpassungen vorzunehmen sind, da es Nichtlinearitäten im Signal geben kann. Mit dieser Anordnung kann das Mikroprofil in einem Zeilenschnitt durch die Aufnahme eines einzigen Bildes mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit ermittelt werden.This Signal indicating a white light interferogram looks at least approximately similar, is evaluated on the basis of the known algorithms, where appropriate Adjustments are to be made because there are nonlinearities in the signal can. With this arrangement, the micro-profile in a line cut by taking a single picture at high speed and accuracy are determined.

Claims (15)

Sensor zur Erfassung der Topografie mit einem Zweistrahl-Interferometer, mit einer Lichtquelle (1), mit einem Strahlteiler (3) zur Teilung des Lichts in einen Objekt- und einen Referenzstrahlengang, mit einem Prüfobjektiv (5) im Objektstrahlengang zur Beleuchtung und Abbildung des Objektes (6), mit einer Kamera (15) und mit einem brechkraftvariablen, abbildenden System (4), dessen Brechkraftvariabilität die Adaption von Tiefenmessbereich und Tiefenauflösung des Sensors ermöglicht, gekennzeichnet dadurch, dass das brechkraftvariable, abbildende System (4) zumindest näherungsweise mit einem seiner Hauptpunkte (H') in der Brennebene F2 des Prüfobjektivs (5), welche dem Objekt abgewandt ist, angeordnet ist.Sensor for detecting the topography with a two-beam interferometer, with a light source ( 1 ), with a beam splitter ( 3 ) for splitting the light into an object and a reference beam path, with a test objective ( 5 ) in the object beam path for illumination and imaging of the object ( 6 ), with a camera ( 15 ) and with a refractive power variable, imaging system ( 4 ) whose refractive index variability enables the adaptation of the depth measuring range and depth resolution of the sensor, characterized in that the refractive power variable imaging system ( 4 ) at least approximately with one of its main points (H ') in the focal plane F2 of the test objective ( 5 ), which faces away from the object, is arranged. Sensor zur Erfassung der Topografie nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das brechkraftvariable, abbildende System (4) chromatisch ausgebildet ist, so dass die Brennweite desselben von der Wellenlänge der eintretenden elektromagnetischen Strahlung abhängig ist.Sensor for detecting the topography according to claim 1, characterized in that the refractive power variable, imaging system ( 4 ) is formed chromatically, so that the focal length thereof is dependent on the wavelength of the incoming electromagnetic radiation. Sensor zur Erfassung der Topografie nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass der Referenzstrahlengang des Zweistrahl-Interferometers zumindest näherungsweise achromatisch ausgebildet ist, so dass in demselben kein Farbvergrößerungsfehler besteht.Sensor for detecting the topography according to claim 2, characterized in that the reference beam path of the two-beam interferometer at least approximately achromatisch is formed, so that in the same no color magnification error consists. Sensor zur Erfassung der Topografie nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass das Zweistrahl-Interferometer ein Linnik-Interferometer ist, dessen Objektiv (8) im Referenzstrahlengang achromatisch ausgebildet ist, so dass im Referenzstrahlengang kein Farbvergrößerungsfehler besteht.Sensor for detecting the topography according to claim 3, characterized in that the two-beam interferometer is a Linnik interferometer whose lens ( 8th ) is formed achromatisch in the reference beam path, so that there is no color magnification error in the reference beam path. Sensor zur Erfassung der Topografie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass das Zweistrahl-Interferometer ein Linnik-Interferometer ist, bei dem das brechkraftvariable, abbildende System im Objektstrahlengang und im Referenzstrahlengang ein Planparallelplatten-Kompensationssystem (7) angeordnet ist, welches zumindest näherungsweise den gleichen Farblängsfehler wie das brechkraftvariable, abbildende System (4) im Objektstrahlengang besitzt.Sensor for detecting the topography according to one of claims 1 to 4, characterized in that the two-beam interferometer is a Linnik interferometer, wherein the refractive power variable, imaging system in the object beam path and in the reference beam path, a plane parallel plate compensation system ( 7 ), which has at least approximately the same color longitudinal error as the refractive-power-variable, imaging system ( 4 ) has in the object beam path. Sensor zur Erfassung der Topografie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass das Zweistrahl-Interferometer ein Linnik-Interferometer ist, bei dem das brechkraftvariable, abbildende System im Objektstrahlengang und im Referenzstrahlengang ein Planparallelplatten-Kompensationssystem (7) angeordnet ist, welches einen speziell angepassten Farblängsfehler besitzt.Sensor for detecting the topography according to one of claims 1 to 4, characterized in that the two-beam interferometer is a Linnik interferometer, wherein the refractive power variable, imaging system in the object beam path and in the reference beam path, a plane parallel plate compensation system ( 7 ), which has a specially adapted chromatic aberration. Sensor zur Erfassung der Topografie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass das Zweistrahl-Interferometer ein Linnik-Interferometer ist, das mit einem Tripelreflektor (T) im Referenzstrahlengang modifiziert ist.Sensor for detecting the topography according to one of claims 1 to 6, characterized in that the two-beam interferometer is a Linnik interferometer with a triple reflector (T) modified in the reference beam path. Sensor zur Erfassung der Topografie nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass das Zweistrahl-Interferometer ein Michelson-Interferometer oder Mirau-Interferometer ist, bei dem im Referenzstrahlengang ein zweites brechkraftvariables, abbildendes System (S), jedoch mit entgegengesetzter Brechkraft angeordnet ist, so dass der Farbvergrößerungsfehler und der Farblängsfehler des ersten brechkraftvariablen, abbildenden Systems (4) zumindest näherungsweise kompensiert ist und so auf dem Referenzspiegel (9) das Licht aller Wellenlängen stets in gleicher Art und Weise fokussiert ist.Sensor for detecting the topography according to claim 2, characterized in that the two-beam interferometer is a Michelson interferometer or Mirau interferometer, wherein in the reference A second refractive power variable, imaging system (S), but arranged with opposite refractive power, so that the color magnification error and the longitudinal chromatic aberration of the first refractive power variable imaging system ( 4 ) is at least approximately compensated and so on the reference mirror ( 9 ) the light of all wavelengths is always focused in the same way. Sensor zur Erfassung der Topografie nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass das Zweistrahl-Interferometer ein Michelson-Interferometer oder Mirau-Interferometer ist, bei dem im Referenzstrahlengang eine Planparallelplattenanordnung (PP) mit mindestens einer Planparallelplatte aus dispersivem Material angeordnet ist, so dass der Farblängsfehler des ersten brechkraftvariablen, abbildenden Systems im Referenzstrahlengang zumindest näherungsweise kompensiert ist.Sensor for detecting the topography according to claim 2, characterized in that the two-beam interferometer a Michelson interferometer or Mirau interferometer is at the in the reference beam path a plane parallel plate assembly (PP) with arranged at least one plane parallel plate of dispersive material is, so the color longitudinal error of the first refractive power variable, imaging system in the reference beam path at least approximately is compensated. Sensor zur Erfassung der Topografie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, dass das brechkraftvariable, abbildende System (9) mit einer in ihrer Struktur elektronisch steuerbaren, diffraktiven Komponente ausgebildet ist und so die Brechkraft des brechkraftvariablen, abbildenden Systems (4) in Abhängigkeit von der Struktur der elektronisch steuerbaren Komponente veränderbar ist.A topographic detection sensor according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the refractive power variable imaging system ( 9 ) is formed with a structurally electronically controllable, diffractive component and thus the refractive power of the refractive power variable, imaging system ( 4 ) is variable depending on the structure of the electronically controllable component. Sensor zur Erfassung der Topografie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass der Hauptpunkt (H') des brechkraftvariablen, abbildenden Systems (4) zumindest näherungsweise mit dem Pupillenzentrum PZD im Abbildungsstrahlengang zusammenfällt. 12 Sensor zur Erfassung der Topografie nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, dass sich zumindest näherungsweise für mindestens eine Wellenlänge des Lichtes der Betrag der Brechkraft des brechkraftvariablen, abbildenden Systems (4) zu null ergibt.Topographically detecting sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that the main point (H ') of the refractive power variable imaging system ( 4 ) coincides at least approximately with the pupil center PZD in the imaging beam path. 12 sensor for detecting the topography according to one of claims 1 to 11, characterized in that at least approximately for at least one wavelength of the light, the amount of refractive power of the refractive power variable, imaging system ( 4 ) to zero. Sensor zur Erfassung der Topografie nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass das brechkraftvariable, abbildende System (4) aus zwei Hauptkomponenten besteht, die für eine einzige Lichtwellenlänge zumindest näherungsweise in der Brechkraft entgegengesetzt sind.A topographically detecting sensor according to claim 12, characterized in that the refractive power variable imaging system ( 4 ) consists of two main components, which are at least approximately opposite in refractive power for a single wavelength of light. Sensor zur Erfassung der Topografie nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, dass die Kamera als farbsensitive Kamera ausgebildet ist.Sensor for detecting the topography according to one of claims 1 to 13, characterized in that the camera as a color-sensitive Camera is formed. Sensor zur Erfassung der Topografie nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, dass die Kamera als monochrome Kamera ausgebildet ist und dieser Kamera ein Spektrometermodul (13) vorgeordnet ist.Sensor for detecting the topography according to one of claims 1 to 13, characterized in that the camera is designed as a monochrome camera and this camera is a spectrometer module ( 13 ) is arranged upstream. Sensor zur Erfassung der Topografie nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet dadurch, dass als Lichtquelle ein Multiwellenlängen-Laser (MLL) mit einer Frequenzkamm-Charakteristik. eingesetzt wird, der mindestens in drei verschiedene Wellenlängen aufweist.Sensor for detecting the topography according to one of claims 1 to 15, characterized in that the light source is a multi-wavelength laser (MLL) with a frequency comb characteristic. is used, the has at least three different wavelengths.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005042733B3 (en) * 2005-09-05 2007-01-25 Universität Stuttgart Interferometric method e.g. for recording of separation and form and optical coherence tomography (OCT), involves having multi-wavelength source or tunable source and imaging on receiver by focusing systems
WO2006042696A1 (en) * 2004-10-20 2006-04-27 Universität Stuttgart Interferometric method and arrangement
DE102006007170B4 (en) * 2006-02-08 2009-06-10 Sirona Dental Systems Gmbh Method and arrangement for fast and robust chromatic confocal 3D metrology
DE102006023887B3 (en) * 2006-05-16 2007-08-23 Universität Stuttgart Transmitted-light microscopy method involves sequentially separating the pictures in light dispersion direction with poly-chromatic source of light to time point or with wavelength-variable source of light
DE102008020902B4 (en) 2008-04-18 2010-07-29 Universität Stuttgart Arrangement and method for confocal spectral two-beam interferometry
DE102008062879B4 (en) * 2008-10-10 2010-10-28 Universität Stuttgart Method and arrangement for scalable interferometry
US8934104B2 (en) 2010-01-22 2015-01-13 Universitaet Stuttgart Method and arrangement for robust interferometry for detecting a feature of an object
CN105051485B (en) 2013-01-23 2018-05-04 鲁道夫科技公司 Characterize TSV micro manufacturing processes and products thereof
WO2019120470A1 (en) 2017-12-18 2019-06-27 Universität Stuttgart Method and assembly for chromatic confocal spectral interferometry or spectral domain oct

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4340306A (en) * 1980-02-04 1982-07-20 Balasubramanian N Optical system for surface topography measurement
DE3902591A1 (en) * 1988-02-10 1989-08-24 Akad Wissenschaften Ddr METHOD AND ARRANGEMENT FOR MEASURING THE MICROFORM OF TECHNICAL SURFACES

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4340306A (en) * 1980-02-04 1982-07-20 Balasubramanian N Optical system for surface topography measurement
DE3902591A1 (en) * 1988-02-10 1989-08-24 Akad Wissenschaften Ddr METHOD AND ARRANGEMENT FOR MEASURING THE MICROFORM OF TECHNICAL SURFACES
US4983042A (en) * 1988-02-10 1991-01-08 Akademie Der Wissenschaften Der Ddr Method and system for measuring the microstructure of surfaces

Non-Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Byron SL, Timothy CS: Profilometry with a coherence scanning microscope, in: Appl. Opt. 29 (1990) 3784-3788 *
Deck L, de Groot P: High-speed noncontact profiler based on scanning white-light interferometry, in: Appl. Opt. 33 (1994) 7334-7338 *
Dresel Th, Häusler G, Venzke H: Three-dimensional sensing of rough sufaces by coherence radar, in: Appl. Opt. 31 (1992) 919- 925 *
G.Hege: Speckleverfahren zur Abstandsmessung, Dissertation, Universität Stuttgart, Stuttgart, 1984, S. 20-25 *
G.Li, P.-C.Sun, P.C.Lin, Y.Fainmann: Interference microscopy for three-dimensional imaging with wavelength-to-depth encoding, in: Optics Letters, Vol. 25, No. 20, 2000, S. 1505-1507 *
G.Li, P.-C.Sun, P.C.Lin, Y.Fainmann: Interference microscopy for three-dimensional imaging with wavelength-to-depth encoding, in: Optics Letters, Vol. 25, No. 20, 2000, S. 1505-1507 Kino GS, Chim S: Mirau correlation microscope, in: Appl. Opt. 29 (1990) 3775-3783 Byron SL, Timothy CS: Profilometry with a coherence scanning microscope, in: Appl. Opt. 29 (1990) 3784-3788 Dresel Th, Häusler G, Venzke H: Three-dimensional sensing of rough sufaces by coherence radar, in: Appl. Opt. 31 (1992) 919- 925 Deck L, de Groot P: High-speed noncontact profiler based on scanning white-light interferometry, in: Appl. Opt. 33 (1994) 7334-7338 Windecker R, Haible P, Tiziani H J: Fast coherence scanning interferometry for measuring smooth, rough and spherical surfaces , in: Modern Optics 42 (1995) 2059-2069 G.Hege: Speckleverfahren zur Abstandsmessung, Dissertation, Universität Stuttgart, Stuttgart, 1984, S. 20-25 R.Windecker, K.Körner, M.Fleischer, H.J.Tiziani, "Signalverarbeitung bei tiefenscannenden 3D
Kino GS, Chim S: Mirau correlation microscope, in: Appl. Opt. 29 (1990) 3775-3783 *
M.Fleischer, R.Windecker, H.J.Tiziani, "Fast algorithms for data reduction in modern optical three-dimensional profile measurement systems with MMX technology", Appl. Opt., Vol. 39, No. 8, S. 1290 -1297 (2000) *
R.Windecker, K.Körner, M.Fleischer, H.J.Tiziani, "Signalverarbeitung bei tiefenscannenden 3D-Sensoren für neue industrielle Anwendungen", Technisches Messen 69, S. 251-257, Oldenbourg Verlag (2002) *
R.Windecker, K.Körner, M.Fleischer, U.Droste, H.J.Tiziani, "Generalized Signal Evaluation for White-light interferometry and Scanning fringe projection" Fringe 2001, The 4th Internat. Workshop on Automatic Processing of Fringe Patterns, S. 173-180 (2001) *
Windecker R, Haible P, Tiziani H J: Fast coherence scanning interferometry for measuring smooth, rough and spherical surfaces , in: Modern Optics 42 (1995) 2059-2069 *

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