DE3613209C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer optischen Oberflächenprofil-
Meßeinrichtung, umfassend ein messendes, lichtprojizierendes
optisches System, das eine Lichtquelle, eine Kollimatorlinse,
einen Polarisationsstrahlteiler, eine 1/4-Wellenplatte und
eine Objektivlinse zur Projektion eines Meßlichtes auf eine
zu messende Oberfläche einschließt; ein Lichtübertragungs
system, welches die Objektivlinse, die 1/4-Wellenplatte, den
Polarisationsstrahlteiler und einen ersten Strahlteiler
einschließt und zur Übertragung des von der gemessenen
Oberfläche reflektierten Lichts dient; ein erstes
Erfassungssystem, das Grenzwinkelprismen und eine Anzahl
von Photosensoren einschließt, die angeordnet sind, das
reflektierte Licht, welches den Polarisationsstrahlteiler
durchlaufen hat und weiterhin vom Strahlteiler geteilt ist,
zu empfangen und ein Ausgangssignal in Abhängigkeit vom
Abstand des zu messenden Teils der Oberfläche von der
Fokusposition in Richtung der optischen Achse zu erzeugen,
und bezieht sich auf eine optische Oberflächenprofil-
Meßeinrichtung zur berührungslosen Messung solcher
Kleinstabstufungen, wie der Oberflächenrauhigkeit oder
Stufenhöhe von Werkstücken.
Mit der Entwicklung der Präzisionsarbeitstechnik haben
Produkte und Teile mit kleinstprofilierter Oberflächen
bearbeitung erheblich zugenommen. Es kann davon ausgegan
gen werden, daß solche Oberflächen von Großintegrationen,
Diffraktionsgittern, optischen Scheiben und Rauhigkeits-
Standardteilen typische Beispiele serienmäßiger Kleinst
profile sind. Auch Stufenhöhen, gebildet durch Ätzung
auf Silizium-Mikroplatten, Querschnitte rillenförmiger
Kerbungen auf Aluminium- und Spiegeloberflächen, erzeugt
durch superpräzise arbeitende Strahlflächen, können als
Kleinstprofile angesehen werden. Beispielsweise hat die
Oberflächenrauhigkeit einer durch Diamantenbohrkronen
superpräzise bearbeiteten Oberfläche Submikrone erreicht.
Auch die Oberflächenrauhigkeit wie von Laserscheiben, Laser
platten, Magnetbändern oder Filmen liegt im selben Bereich.
Solche Oberflächenrauhigkeit und Obflächenstufenhöhe
werden im wesentlichen mit einer Kontaktnadel-Meßeinrichtung
gemessen.
Jedoch werden die meisten dieser Erzeugnisse und Teile
als unmittelbar für den Verkauf vorgesehene Güter
hergestellt, und es ist wünschenswert, wenn die Möglich
keit gegeben ist, solche Kleinstprofile der Oberfläche
ohne Verschrammung derselben zu messen. Weiterhin
werden die Meßergebnisse oft als Bezugsdaten für die
Bearbeitung und Messung im nächsten Stadium oder als
Daten für die Geschäftsabwicklung der Erzeugnisse
benutzt. Um daher solchen Anforderungen zu entsprechen,
werden berührungslose Meßgeräte entwickelt. Als am
praktischsten von ihnen wird eine optische Ausführungs
form angesehen. Verschiedene Typen optischer Meßgeräte
werden in Betracht gezogen. Meßgeräte, die eine Brennpunkt-
Ermittlungsausführung anwenden, sind, als die Möglichkeit
einer Verbesserung der Meßgenauigkeit und einer kleinen
Bauweise aufweisend, zu erwähnen. Zu ihnen gehören
Geräte, welche Grenzwinkelmethoden und Astigmatismus
methoden anwenden.
Zunächst wird als Beispiel ein Gerät, welches die
Grenzwinkelmethode anwendet, in Fig. 1 gezeigt. Hier
wird ein Laserstrahl von einer Laserdiode 1 auf ein
Muster 6 durch eine Kollimator-Linse 2, einen Polarisa
tionsstrahlenteiler 3, eine 1/4-Wellenplatte und eine
Objektivlinse 5 projiziert; der reflektierte Strahl
tritt durch die Objektivlinse 5, die 1/4-Wellenplatte 4,
den Polarisationsstrahlteiler 3 und den Strahlteiler 7 in ein Grenzwinkel
prisma 8 und 9 (Prisma mit Parallelversetzung) ein, und der vom
Grenzwinkelprisma 8 oder 9 reflektierte Strahl tritt
in der Anordnung in zwei Photodioden 10 und 11 oder
12 und 13 ein (Fig. 2A,2B und 2C). Falls sich die
gemessene Oberfläche des Musters 6 in einer Brennpunkt
position der Objektivlinse 5 befindet, wird der von
der gemessenen Oberfläche reflektierte Strahl durch
die Objektivlinse 5 zu einem parallelen Strahl ausgerich
tet und tritt in das Grenzwinkelprisma 8 oder 9 ein.
Zu diesem Zeitpunkt wird, falls das Grenzwinkelprisma
8 oder 9 so eingestellt ist, daß der Einfallstrahl
gerade in der Nähe des Grenzwinkels auftreffend ist,
ein Strahl derselben Lichtstärke die beiden Photodioden
10 und 11 bzw. 12 und 13 erreichen, wie in Fig. 2B
gezeigt ist. Falls die gemessene Oberfläche in einer
Position näher zur Objektivlinse 5 als die Brennpunkt
position ist, wird der reflektierte Strahl durch die
Objektivlinse 5 geleitet, wird dann zu einem zerlegten
Strahl werden und wird auf das Grenzwinkelprisma 8 oder
9 auftreffen. Zu diesem Zeitpunkt wird, da der Einfallwin
kel auf beiden Seiten der optischen Achse unterschiedlich
ist, der Teil des Strahles auf der Seite, die nicht
den Bedingungen der totalen Reflexion entspricht,
das Prisma 8 oder 9 verlassen, aber der Teil des Strahles
auf der Seite, die der totalen Reflexion entspricht,
wird reflektiert und daher wird, wie in Fig. 2A gezeigt,
nur eine kleine Strahlenmenge die Photodiode 10 oder
12 erreichen, aber eine ausreichende Strahlenmenge
wird die Photodiode 11 oder 13 erreichen.
Falls im Gegensatz zum Vorstehenden die gemessene
Oberfläche in einer Position weiter weg von der Objektiv
linse 5 als die Brennpunktposition ist, wie in Fig. 2C
gezeigt, wird eine ausreichende Strahlenmenge die
Photodiode 10 oder 12 erreichen, aber nur eine kleine
Strahlenmenge wird die Photodiode 11 oder 13 erreichen.
Daher wird es möglich sein, wenn das Muster 6 in die
durch die Pfeile in Fig. 1 gekennzeichneten Richtungen
bewegt und abgetastet wird, wobei die Ausgabe-
Differenz zwischen den Dioden 10 und 11 bzw. 12 und
13 abgelesen wird, die Oberflächenrauhigkeit und die
feine Stufenhöhe der gemessenen Oberfläche zu messen.
Als eine Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, welche
die Astigmatismusmethode anwendet, wird als Beispiel
ein Gerät in Fig. 3 gezeigt. In diesem Fall tritt
ein Laserstrahl von einer Laser-Lichtquelle 14 durch
ein Teilfilter 15 in einen Polarisationsstrahlteiler
16 ein und wird dann durch eine 1/4-Wellenplatte 17
und eine Objektivlinse 18 auf ein Muster 19 projiziert;
der reflektierte Strahl tritt durch die Objektivlinse
18, die 1/4-Wellenplatte 17, den Polarisationstrahlteiler
16 und den Strahteiler 20 in eine Zylinderlinse
21 oder 22 ein, und der Strahl, derartig gesammelt,
um durch die Zylinderlinse 21 oder 22 einen Astigmatis
mus zu erzeugen, tritt in einen Detektor 23 oder 24
ein (Fig. 4A, 4B und 4C), welcher aus vier Photodioden
25, 26, 27 und 28 in der Anordnung besteht. In diesem
optischen System wird, da ein Astigmatismus vorhanden
ist, falls ein von der Laserlichtquelle ausgehendes
Punktbild auf die gemessene Oberfläche des Musters
19 einfällt, der Umriß des auf dem Detektor 23 oder
24 gebildeten Punktbildes, nachdem es auf der gemessenen
Oberfläche reflektiert wurde, wie in Fig. 4A,4B und
4C gezeigt, vor oder hinter dem Brennpunkt deformiert.
Wenn das Bild von den Photodioden 25, 26, 27, 28 aufgefangen
wird und als ( V 25 + V 27)-(V 26+V 28) errech
net wird, und während die Werte abgelesen werden und
das Muster 19 in die durch die Pfeile angegebenen
Richtungen bewegt wird, um abgetastet zu werden, ist
es möglich, die Oberflächenrauhigkeit und die feine
Stufenhöhe der gemessenen Oberfläche zu messen, wobei
V 25, V 26, V 27 und V 28 die Ausgabe der Detektoren
25, 26, 27 und 28 darstellen.
Nun kann in einer derartigen optischen Oberflächenpro
fil-Meßeinrichtung, welche die oben erwähnte Grenzwinkel
methode anwendet, ein hohes Auflösungsvermögen von
ungefähr 1 µm beibehalten werden, jedoch ist es
nur in einem Bereich von ungefähr ± 1 µm möglich,
daß eine Linearität zwischen der Stufenänderung und
dem Output gegeben ist. Daher haben sich Probleme
dahingehend ergeben, daß im Fall zu allererst der
Detektorkopf in einem Bereich von nur 2 µm eingestellt
werden muß, daß, falls Ungleichförmigkeiten oder Uneben
heiten von mehr als ± 1 µm auf der Oberfläche des
zu messenden Objektes vorhanden sind, sich die gemessene
Oberfläche außerhalb des Meßbereiches befindet und
nicht automatisch gemessen werden kann, und daß eine
optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, welche
sich der oben erwähnten Astigmatismus-Methode bedient,
einen weiten Meßbereich von mehr als mehreren Zehnteln
von µm hat, jedoch nur ein geringes Auflösungsvermögen
aufweist.
Andererseits gibt es in einer optischen Oberflächenprofil
Meßeinrichtung, welche die oben erwähnte Grenzwinkel
methode als eine Methode zur Erweiterung des Meßbereiches
anwendet, eine Methode, bei welcher die Objektivlinie
durch eine Linse mit einer kleinen numerischen Apertur
(NA) tiefer Fokaltiefe und kleiner Vergrößerung ersetzt
wird. Jedoch wird in einem solchen konventionellen
Objektivlinsen-Austauschsystem, beispielsweise einem
Revolversystem, der Objektivlinsenteil außerordentlich
groß, das Zentrum kann leicht verschoben werden, und
es ist schwierig, den Abgleich in erforderlicher Genauig
keit zu halten. Auch in einem System, welches eine
einzige Objektivlinse austauscht, ist es schwierig,
das Zentrum mit hoher Präzision beizubehalten und
den Abgleich in erforderliche Genauigkeit zu bewahren.
Die Arbeit des Austauschens der Objektivlinse ist
kompliziert. Insbesondere ist es sehr schwierig,
Messungen während der Bearbeitung auszuführen. Außerdem
ist es mühselig, eine Vielzahl von Oberflächenprofil-
Meßvorrichtungen vorzubereiten, die unterschiedlich
im Auflösungsvermögen und im gemessenen Bereich sind und
die Oberflächenprofil-Meßvorrichtung in Reaktion auf das
zu messende Objekt auszutauschen. Auch wenn das gemessene
Objekt dasselbe ist, wird es im wesentlichen unmöglich
sein, dieselbe Stelle zu messen. Der wirtschaftliche Ver
lust ist gegeben.
Weiterhin ergibt sich bei einer solchen optischen Ober
flächenprofil-Meßeinrichtung, welche die oben erwähnte
Grenzwinkelmethode anwendet, das Problem, daß, wenn die
Neigung der gemessenen Oberfläche größer als ein Maximum
von ± 5° ist, die Messung nicht erfolgen kann. Generell
ergibt sich im Falle der Benutzung einer solchen Oberflä
chenprofil-Meßvorrichtung die Notwendigkeit, eine Serie
von Daten aufzunehmen, während die Oberfläche des zu mes
senden Objektes, wie oben beschrieben, kontinuierlich
gemessen wird. Jedoch treten auf der Oberfläche des zu
messenden Objektes immer wiederkehrende Bildungen von
Welligkeit und Vibrationen auf; und auch die Neigung
der zu messenden Oberfläche kann in den meisten Fällen nicht
negiert werden. Probleme haben sich in solchen Fällen auf
grund des Vorstehenden ergeben, nämlich, daß es schwierig ist,
mit der Messung fortzufahren. Weiterhin hat sich ein Problem
ergeben, daß der eingestellte, zulässige Winkelbereich der
gemessenen Oberfläche so gering ist, daß - falls eine solche
Struktur der wie oben erwähnten, gemessenen Oberfläche in
Betracht zu ziehen ist - bei Beginn der Messung ein kom
plizierter Einstellvorgang zu praktizieren ist, und eine
kontinuierliche Messung, wie die Messung während der
Bearbeitung, erschwert wird. Auch in der Messung der Profile
im abgeneigten Teil solcher Muster mit Stufenhöhen, wie bei
Abgußformen hoher Integration und der überwachung des Ober
flächenprofils solcher Werkstücke, die von sich aus einen
geneigten Aufbau haben, wie beispielsweise äußerst präzise
Lager, ergab sich die kontaktfreie, hochsensitive Messung
als Notwendigkeit. Jedoch ergab sich ebenfalls als Problem,
daß konventionelle, optische Oberflächen-Meßeinrichtungen
solch vielfachen Anforderungen nicht nachkommen können.
Es sind neben den bereits erörterten Vorrichtungen
verschiedene weitere Vorschläge bekannt geworden.
So ist eine Vorrichtung zur Fokussierung bzw. Nachführung
einer optischen Scheibe in einem Gerät zur Feststellung
einer Position eines optischen Abtasters vermittels eines
Informationssignales unter Anwendung der optischen Scheibe
bekannt. Eine Fokussierung für die Messung einer oberflä
chigen Rauhigkeit ist jedoch nicht vorgesehen
(US-PS 45 01 493).
Bei einer anderen bekannten Meßeinrichtung wird, um die
Lichtmenge entsprechend dem Umfang eines Musters zu
variieren, die Querschnittsfläche eines Lichtbündels variabel
gestaltet, wobei das auf die zu messende Fläche reflek
tierte Licht regelmäßig verringert wird. Eine Veränderung
des Meßbereiches in Übereinstimmung mit der Veränderung der
numerischen Apertur des auf den Meßpunkt projizierten Licht
bündels gibt es hierbei nicht (DE-OS 28 54 057).
Bei einer weiteren bekannten Meßeinrichtung werden zwei
visuelle Feldbereiche einer Gesamt- und einer lokalen
Veränderung zur Messung verwendet, und es wird aufgrund eines
weiten Bereiches des visuellen Feldes eine Schlitzbild
projektion und -erfassung vorgenommen (US-PS 37 61 179).
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die leicht im Meßbereich eines
Detektorkopfes eingestellt werden kann, während ein hohes
Auflösungsvermögen gewährleistet bleibt und die jeder
zeit selbsttätig die zu messende Oberfläche mißt, unabhängig
vom jeweiligen Oberflächenzustand.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekenn
zeichneten Merkmale gelöst.
Dabei ist eine Anordnung vorgesehen, worin - wie in Fig. 5
gezeigt - eine Oberflächenprofil-Meßeinrichtung mit einem
weiten Meßbereich koaxial mit einer Oberflächenprofil-
Meßeinrichtung mit einem hohen Auflösungsvermögen vor
gesehen ist, so daß derselbe zu messende Abschnitt gleich
zeitig mit einer Vielzahl von Oberflächenprofil-Meßein
richtungen gemessen werden kann, oder, wie in Fig. 9
gezeigt, der Meßbereich der Oberflächenprofil-Meßeinrich
tung mit einem hohen Auflösungsvermögen zeit-aufgeteilt
gestreckt ist, so daß derselbe zu messende Abschnitt gleich
zeitig mit einer Vielzahl von Meßbereichen gemessen werden
kann, und ein Detektorkopf kann durch Benutzung eines Ober
flächenprofil-Auffangsignals im dadurch erhaltenen weiten
Meßbereich eingestellt werden, und die relativen, d. h. die
aufeinander bezogenen Positionen des Detektorkopfes und
eines Objektträgers, der das zu messende Objekt trägt,
werden durch Benutzung besagter Oberflächenprofil-Auf
fangsignale gesteuert. Der Vorteil liegt darin, daß eine
Vielzahl gemessener Werte dadurch gleichzeitig erhalten
wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist im hinteren Teil einer
Objektivlinse eine Einrichtung zur Variierung einer
numerischen Apertur vorgesehen, so daß die numerische
Apertur auf der Eintrittsseite zur Oberfläche des
zu messenden Objektes und das Auflösungsvermögen und
der Meßbereich dadurch nach Belieben eingestellt werden
können. Somit besteht keine Notwendigkeit, eine Vielzahl
von Oberflächenprofil-Meßeinrichtungen für den entspre
chenden Gebrauch separat einzustellen; das zu messende
Objekt kann im wesentlichen gleichzeitig in verschiedenen
Bereichen gemessen werden, und es wird somit ein optisches
Oberflächenprofil-Meßgerät erhalten, das ebenfalls
für Messungen während der Bearbeitung angewandt werden
kann.
Nach einer anderen, bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist eine Lichtempfangsblende
zwischen einem Polarisationsstrahlteiler und einer
Erfassungseinrichtung vorgesehen, und die numerische
Apertur auf der Erfassungsseite wird kleiner als die
numerische Apertur des in die Oberfläche des zu mes
senden Objektes eintretenden Strahles gemacht, so
daß, auch wenn die zu messende Oberfläche geneigt
ist, die festzustellenden Strahlungs
mengen nicht unausgeglichen sein können. Somit können,
sogar falls sich die zu messende Oberfläche zur opti
schen Achse neigt, die gemessenen Ergebnisse beeinflußt
werden. Somit wird eine Oberflächenprofil-Meßeinrichtung
realisiert, welche für die Messung oder Überwachung
von derartigen Oberflächen eingerichtet ist, wie Ober
flächen, die vibrieren, oder Welligkeiten, ein Profil
eines abgeschrägten Abschnittes einer Oberfläche mit
Stufenhöhen, eine asphärische Linsenoberfläche und
Oberflächen höchst präziser Lager aufweisen. Auch
wenn das zu messende Objekt auf einem Objektträger
mehr oder weniger schräg gestellt eingestellt wird,
wird sich im wesentlichen dadurch kaum ein Einfluß
bemerkbar machen. Daher wird es keiner komplizierten
Handhabe bedürfen, das zu messende Objekt einzustellen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachstehend
anhand der
Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigt
Fig. 1 die Ansicht eines optischen Systems eines
Beispiels einer bekannten optischen Oberflächen
profil-Meßeinrichtung, bei der die Grenzwinkelmethode
angewendet wird,
Fig. 2A, 2B und 2C Ansichten, die die Lichtempfangs
stadien auf den Photodioden in Fig. 1 zeigen,
Fig. 3 die Ansicht eines optischen Systems eines
Beispiels einer bekannten optischen Oberflächenprofil-
Meßeinrichtung, bei der die Astigmatismusmethode ange
wendet wird,
Fig. 4A, 4B und 4C Ansichten, die Lichtempfangs
stadien auf den Photodioden in Fig. 3 zeigen,
Fig. 5 eine Ansicht eines optischen Systems einer
ersten Ausführungsform einer optischen Oberflächenprofil-
Meßeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 eine für das optische System gemäß
Fig. 5 verwendete Schaltung,
Fig. 7A, 7B, 7C und 7D Ansichten von von der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhaltenen
Oberflächenprofil-Auffangssignalen,
Fig. 8 eine Ansicht eines optischen Systems einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 eine Ansicht eines optischen Systems einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels
einer in der dritten Ausführungsform verwendeten Strahlen
gangbegrenzungseinrichtung,
Fig. 11 ein Blockschaltbild einer für das optische
System gemäß Fig. 9 verwendeten Schaltung,
Fig. 12 eine Ansicht eines optischen Systems einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht eines Bei
spiels einer in der vierten Ausführungsform verwendeten
Strahlengangbegrenzungseinrichtung,
Fig. 14 eine Grafik, die die Beziehungen zwischen
der Stufenhöhe und dem Output in der vierten Ausfüh
rungsform wiedergibt,
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht eines weiteren
Beispiels einer in der vierten Ausführungsform verwen
deten Strahlengangbegrenzungseinrichtung,
Fig. 16 ein Blockschaltbild eines Signalverarbeitungs
systems, das in der vierten Ausführungsform zusammen
mit der Strahlengangbegrenzungseinrichtung der Fig.
15 verwandt wird,
Fig. 17 eine Tabelle, die die Verbindungen zwischen
der numerischen Apertur und der messenden Lichtfleck-
Größe wiedergibt,
Fig. 18 und 19 perspektivische Ansichten von weite
ren bzw. anderen Beispielen der Strahlengangbegrenzungs
einrichtung,
Fig. 20 eine Ansicht eines optischen Systems einer
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 21 eine Ansicht eines optischen Systems einer
sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 22 eine Ansicht eines optischen Systems einer
siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 23A, 23B und 23C erläuternde Ansichten, die
Variationen des eintretenden Strahls und des reflektier
ten Strahls auf der gemessenen Oberfläche wiedergeben,
Fig. 24 eine Ansicht eines optischen Systems einer
achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 25 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels
einer in der siebenten und achten Ausführungsform
verwendeten Aperturblendeneinrichtung,
Fig. 26 ein Blockschaltbild eines in der achten
Ausführungsform benutzten elektrischen Steuerungskreis
teils und
Fig. 27 eine erläuternde Ansicht, die die durch
die Schrägstellung der gemessenen Oberfläche bewirkte
Verschiebung des reflektierten Strahls wiedergibt.
In folgendem sollen im einzelnen
Ausführungsbeispiele erläutert werden, wobei dieselben
Bezugsziffern für dieselben Teile wie in den voraufer
wähnten konventionellen Beispielen verwendet werden.
Fig. 5 bis 7 zeigen ein optisches System, eine Schaltung
und Stufenhöhenerfassungssignale einer ersten Ausfüh
rungsform einer optischen Oberflächenprofil-Meßeinrich
tung. Danach ist ein Strahlteiler 30 zwischen einem
Polarisationsstrahlteiler 3 und einem Strahlteiler
7 des vorher erwähnten konventionellen Beispiels ange
ordnet, wobei die Grenzwinkelmethode angewandt wird,
so daß ein Teil des von der Oberfläche eines zu messenden
Objektes 6 reflektierten Strahles geführt werden kann
und eine Zylinderlinse 21 ist in der optischen Achse
angeordnet bzw. eine Zylinderlinse 21 wird auf die
optische Achse eingestellt, so daß der Strahl auf
einem viergeteilten Photosensor 23 abgebildet wird.
Dabei sind mit 31 und 32 zwei geteilte Photosensoren
bezeichnet, die jeweils hinter Grenzwinkelprismen
8 und 9 angeordnet sind. Das Output-Signal
des viergeteilten Photosensors 23 gelangt durch einen
Operationsverstärker 33 und einen Kompensations
stromkreis 34 zu einem Servo
kraftverstärker 35, so daß ein Servomotor 37 zur Auf
und Abbewegung eines Objektträgers 36 (in Richtung
der Z-Achse) durch die Ausgabesignale des Verstärkers
35 gesteuert werden kann. Auf der anderen Seite werden
die Ausgabesignale des zweigeteilten Sensors 31 und
32 durch Funktionsverstärkersysteme 38 bzw. 39 in
eine Additionsschaltung 40 und durch
einen Ausgleichs-Schaltkreis 41 an eine Verschiebungs
ausgabeeinrichtung gegeben. Der Objektträger 36 wird
ebenfalls durch ein X-Achsen-Richtungsantriebssystem
43 in X-Achsenrichtung angetrieben und seine Verschiebung
wird durch einen Verschiebungssensor 44 festgestellt
und wird an die Verschiebungsausgabeeinrichtung
übertragen. Nebenbei gesagt stellt das Bezugszeichen
45 einen Detektorkopf einschließlich des optischen
Systems der Fig. 1 dar.
Da die erste Ausführungsform wie oben beschrieben
ausgebildet ist, wird ein Teil des vom Muster 6 reflek
tierten Strahles durch den Strahlteiler 30 nach außen
geführt, wird von der Zylinderlinse 21 auf dem Photosen
sor 23 abgebildet und wird auf der Grundlage des Prinzips
der oben erwähnten Astigmatismusmethode ein Signal
erzeugen. Das vom viergeteilten Photosensor 23 erhaltene
Brennpunktfehlersignal wird durch den Funktionsver
stärker 33 und den Ausgleichs-Schaltkreis 34 verar
beitet und wird in den Kraftverstärker gegeben, und
der Objektträger-Servomotor 37 wird durch das Ausgabe
signal des Kraftverstärkers 35 gesteuert. Daher wird
ein mit der Oberflächenprofil-Meßeinrichtung von hohem
Auflösungsvermögen durch die Grenzwertmethode gemes
senes Oberflächenareal gleichzeitig mit der Oberflä
chenprofil-Meßeinrichtung weiten Meßbereiches durch
die Astigmatismusmethode gemessen. Falls der Detektor
kopf 45 im wesentlichen auf die Zentralposition des
Meßbereiches eingestellt wird, indem das Verschiebungs
feststellungssignal benutzt wird - da der Meßbereich
weit ist - ist es einfach, den Detektorkopf 45 einzu
stellen. Da die relativen, zueinander im Verhältnis
stehenden Positionen des Musters 6 auf dem Objekt
träger 36 und des Detektorkopfes 45 jederzeit innerhalb
des Meßbereiches der Oberflächenprofil-Meßeinrichtung
hohen Auflösungsvermögens durch Rückkopplung des Ver
schiebungsfeststellungssignals gehalten werden, falls
die Messung in Z-Achsenrichtung durch die Grenzwert
methode erfolgt, während der Objektträger 36 in X-
Richtung bewegt wird, wobei die Positionen in der
X-Achsen-Richtung des Objektträgers mit dem Ver
schiebungssensor 44 überwacht werden, ist es sogar
möglich, die Oberfläche eines Musters mit ausgedehnten,
sich langsam ändernden Oberflächenunregelmäßig
keiten mit hohem Auflösungsvermögen automatisch zu
messen.
Es muß nicht besonders erwähnt werden, daß - falls
die Ausgabe des Ausgleichs-Schaltkreises 34 an die
Verschiebungs-Ausgabeeinrichtung 42 gesandt wird,
wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 6 angedeutet -
die Ausbildung großflächiger Unregelmäßigkeiten der
Oberfläche des Musters 6 gleichzeitig ausgegeben werden
kann. Daher werden für das Muster 6, welches Oberflächen
profile, wie in Fig. 7A dargestellt, aufweist, solche
großflächigen Unregelmäßigkeiten, wie in Fig. 7B gezeigt,
vom Ausgleichs-Schaltkreis 34 ausgegeben; der Brennpunkt
wird durch Verwendung dieser Ausgabe automatisch korri
giert, und daher wird die Ausgabe des Ausgleichs-Schalt
kreises 41 ein Signal nur feiner Unregelmäßigkeiten
der Oberfläche des Musters 6 sein, wie in Fig. 7C
dargestellt. Diese beiden Eingaben werden in der Ver
schiebungs-Ausgabeeinrichtung 42 in Höhenlage und
Phase korrigiert und werden addiert, um in Ausgabesignale
umgewandelt zu werden, welche genau die Oberflächensig
nale repräsentieren, wie in Fig. 7D dargestellt, und
werden außerhalb durch solche Einrichtungen wie Zähl
einrichtungs-Anzeige und/oder -Rekorder angegeben.
Die beiden synchronisierten Ausgabesignale können
auch individuell angegeben werden. Es bedarf keiner
Erwähnung, daß nur das in Fig. 7B oder Fig. 7C gezeigte
Signal ausgegeben werden kann. Nebenbei gesagt kann
der Detektorkopf 45 selbst anstatt des Verschiebungs
sensors 44 verwendet werden.
Fig. 8 zeigt ein optisches System einer zweiten Ausfüh
rungsform. Dies ist das gleiche, wie in der ersten
Ausführungsform mit Ausnahme, daß in der ersten Aus
führungsform die Zylinderlinse 21 durch eine abbil
dende Linse 46, der viergeteilte Photosensor 23 durch
ein Halbleiterpositionserfassungselement 47 ersetzt
wird, und daß ein feststehendes Strahlengangbegren
zungsteil 48, welches den Strahl auf die Hälfte be
grenzt, zwischen dem Strahlteiler 30 und der abbilden
den Linse 46 angeordnet ist. Nebenbei gesagt ist die
abbildende Linse 46 vorgesehen, um den Strahl auf
dem Halbleiterpositionserfassungselement abzubil
den. Da diese zweite Ausführungsform, wie oben beschrie
ben, ausgebildet ist, wird der halbe Querschnitt des
seitlich vom Strahlteiler 30 herausgenommenen Strahls
vom Strahlengangbegrenzungsteil 48 abgeschirmt und
der übrigbleibende Strahl wird auf dem Halbleiter
positionserfassungselement 47 abgebildet. Da der übrig
bleibende Strahl ein achsenentfernter Strahl ist,
wird sich seine abbildende Position in Reaktion zur
Position des Musters 6 auf der optischen Achse bewegen.
Der gleiche Effekt wie in der ersten Ausführungsform
wird durch Feststellung dieser Bewegung erhalten. Neben
bei gesagt, kann ein zweigeteilter Photosensor an
stelle des Halbleiterpositionserfassungselementes
47 benutzt werden.
Fig. 9 bis 11 zeigen ein optisches System, Strahlen
gangbegrenzungseinrichtung und Schaltung einer dritten
Ausführungsform. Dieses optische System ist das gleiche
wie in der ersten Ausführungsform mit Ausnahme, daß
in der ersten Ausführungsform die Zylinderlinse 21
durch die abbildende Linse 46 und der viergeteilte
Photosensor 23 durch das Halbleiterpositionserfassungs
element 47 ersetzt wird, und ein verschiebbares Strahlen
gangbegrenzungsteil 49 ist in dem Strahlengang zwischen
der Kollimatorlinse 2 und dem Polarisationsstrahlteiler
3 angeordnet. Viele Arten, die einen Unterbrecher,
wie in Fig. 10 gezeigt, und einen nachstehend beschrie
benen Flüssigkeitskristall-Verschluß und ein nicht
dargestelltes Solenoid verwenden, können für das Strahlen
gangbegrenzungsteil 49 verwendet werden.
Das synchronisierende Signal für das Strahlengang
begrenzungsteil 49 wird von einem Sensor 50 (Fig. 10)
ausgegeben, wird durch eine Korrekturschaltung 51
in die Abtastschaltungen 52, 53 und 54 gegeben, und
die Ausgaben des Funktionsverstärkers 33 und des Funk
tionsverstärkersystems 38 und 39 werden von den Ab
tastschaltungen 52, 53 bzw. 54 abgetastet und werden
weiterhin durch Tiefpaßfilterschaltungen 55,
56 bzw. 57 an den Ausgleichs-Schaltkreis 34 und die
Additionsschaltung 40 zurückgegeben.
Da die dritte Ausführungsform wie oben beschrieben
ausgebildet ist, ist es möglich, wenn das Strah
lengangbegrenzungsteil 49 nicht in den Strahlengang
eingeschoben ist, den gesamten Strahl zu verwenden,
und daher wird die Wirkungsweise die gleiche sein,
wie bei einer gewöhnlichen Oberflächenprofil-Meßein
richtung hohen Auflösungsvermögens. Andererseits wird,
wenn das Strahlengangbegrenzungsteil 49 in den Strahlen
gang eingefahren ist, die Hälfte des Strahles - wie
in Fig. 9 gezeigt - begrenzt werden, nur der halbe
Strahl a wird auf das Muster auftreffen, wird re
flektiert, um als halber Strahl b zurückzukehren,
wird vom Strahlteiler 340 herausgenommen und wird
durch die Wirkung der abbildenden Linse 46 auf dem
Halbleiterpositionserfassungselement (PSD) 47 abgebildet,
und der Brennpunkt wird nach demselben Prinzip wie
bei der automatischen Brennpunktkorrektur durch die
Lichtunterbrechungsmethode festgestellt. Daher können
in dieser Ausführungsform die Wirkungsweise schon
an sich der Oberflächenprofil-Meßeinrichtung hohen
Auflösungsvermögens und die Wirkungsweise der automa
tischen Brennpunktermittlungsvorrichtung, die sich
der Lichtunterbrechungsmethode bedient, zeitaufgeteilt
realisiert werden. Wie es ist, werden das Auflösungsver
mögen und der Meßbereich zeitaufgeteilt variieren.
Daher werden, wie in Fig. 11 gezeigt, Phase und Höhen
lage des Ausgabesignals vom Sensor 50 durch eine
Korrekturschaltung 51 korrigiert, die Signale von
den Funktionsverstärkern 33, 38 und 39 werden von den
Abtastschaltungen 52, 53 bzw. 54 abgetastet und werden
dann durch die Tiefpaßfilter 55, 56 bzw. 57 geleitet,
und zwar zur Zeitmittelung der zeitaufgeteilten Infor
mation. Daher werden, falls der Objektträger langsam
genug in der X-Achsen-Richtung bewegt wird (tatsächlich
wird, falls selbiger nicht langsam bewegt wird, die
Vibration so stark werden, daß kein Nutzen gegeben ist),
die Oberflächenprofil-Meßeinrichtung hohen Auflösungsvermögens
und die Oberflächenprofil-Meßeinrichtung eines weiten
Meßbereichs im wesentlich gleichzeitig bestehen und
als Ergebnis wird die Meßfläche im wesentlichen gleich
zeitig mit zwei Meßbereichen gemessen. Daher wird
es, ebenso wie in der ersten Ausführungsform, einfach
sein, den Detektorkopf innerhalb des Meßbereiches
einzustellen, wodurch der automatische Meßbereich
und die automatische Messung ermöglicht werden. Neben
bei gesagt wird in Fig. 10 das synchronisierende Signal
des Strahlengangbegrenzungsteiles 49
durch den Sensor 50 erfaßt, aber das Strahlengangbe
grenzungsteil 49 kann durch einen Schrittmotor gedreht
werden, um so die Antriebsimpulse des Schrittmotors
in die Korrekturschaltung zu geben, d. h. kann durch
einen Schrittmotor so gedreht werden, um die Antriebs
impulse des Schrittmotors in die Korrekturschaltung
zu geben.
Fig. 12 und 14 zeigen ein optisches System, Strahlengang
begrenzungseinrichtung und Verschiebungsausgaberela
tionen einer vierten Ausführungsform. Dies ist die
gleiche wie die konventionelle Oberflächenprofil-Meß
einrichtung, die mit dem Strahlengangbegrenzungsteil
ausgestattet ist und die Grenzwinkelmethode anwendet,
ausgenommen, daß ein einsetzbares Strahlengangbegren
zungsteil 58 im Strahlenweg zwischen der Kollimatorlinse
2 und dem Polarisationsstrahlteiler 3 angeordnet ist.
Das Strahlengangbegrenzungsteil 58 hat, wie in Fig.
13 gezeigt, eine Zentralöffnung 59, um zu bewirken,
daß der zentrale Teil des gesamten Strahls in einem
konzentrischen Kreis bleibt und die Größe der Zentral
öffnung 59 nach Belieben eingestellt werden kann.
Konkret wird ein Flüssigkeitskristall-Verschluß benutzt,
so daß, wenn Antriebsimpulse ankommen, der andere
Teil als die Zentralöffnung 59 den Strahl abfängt;
wenn aber die Antriebsimpulse nicht ankommen, wird
der gesamte Strahl passieren.
Da die vierte Ausführungsform wie oben beschrieben
ausgebildet ist, wird, wenn die Antriebsimpulse nicht
in das Strahlenwegbegrenzungsteil 58 eingegangen sind
und der gesamte Strahl passiert, dieselbe Funktion
wie bei einer konventionellen Oberflächenprofil-Meßein
richtung ausgeführt. Wenn die Antriebsimpulse in das
Strahlengangbegrenzungsteil 58 eingegeben werden, wird
der Strahldurchmesser begrenzt; als Ergebnis wird
die numerische Apertur der Objektivlinse 5 kleiner,
die Empfindlichkeit zur Verschiebung bzw. Höhenveränderung
wird kleiner, wie in Fig. 14 gezeigt.
Wenn die Antriebsimpulse zeitaufgeteilt eingegeben
und wie in der dritten Ausführungsform verarbeitet
werden, wird der gleiche Effekt wie mit den anderen
bereits beschriebenen Ausführungsformen erzielt.
Fig. 15 und 16 zeigen ein Beispiel, bei dem eine Iris
blende, wie sie bei Kameras od. dgl. verwendet wird,
als Strahlengangbegrenzungsteil 58 entsprechend der
vierten Ausführungsform eingesetzt wird, d. h. nach Fig.
15 ist ein Zahnstangenabschnitt 62 über einen Bereich
auf dem äußeren Umfang eines Drehringes 61 zum Öffnen
und Schließen von Blendenlamellen 60 und
ein Antriebszahnrad 64 vorgesehen, das mit dem Zahnstan
genabschnitt 62 in Eingriff steht und das mit der
Welle eines Kodier-Gleichstrommotors 63 bzw. einer
anderen geeigneten Antriebseinrichtung verbunden ist.
Fig. 16 zeigt ein Signalverarbeitungssystem, welches
dieser Irisblende angepaßt ist. Mit 65 ist eine Meßbe
reichseinstellschaltung, mit 66 eine Steuerschaltung,
mit 67 eine Motorantriebsschaltung, mit 68 eine Blenden
durchmesserfeststellungsschaltung und mit 69 eine
Laserdiodenantriebsschaltung bezeichnet.
Bei dieser Ausführungsform wird, wenn der Meßbereich
durch die Meßbereichseinstellschaltung 65 eingestellt
ist, die Motorantriebsschaltung 67 durch die Steuer
schaltung 66 gesteuert, und der Motor wird angetrieben.
Wenn der Motor angetrieben wird, wird der Drehring
61 durch das Antriebszahnrad 64 und den Zahnstangenab
schnitt 62 gedreht, so daß die Blendenlamellen 60
bewegt werden, um den Blendendurchmesser zu verändern.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Signal vom Kodierteil
des Motors 63 in die Blendendurchmesserfeststellungs
schaltung 68 eingegeben, um den Blendendurchmesser
zu ermitteln. Wenn der Blendendurchmesser mit dem
von der Meßbereichseinstellschaltung 65 eingestellten
Bereich übereinstimmt, wird der Motor 63 durch den
Steuerkreis 66 und die Motorantriebsschaltung 67 ange
halten.
Wenn nun die Blendenlamellen 60 abgeblendet sind,
wird der Strahl nunmehr der Strahl halb b sein (schraf
fierter Teil), dargestellt in Fig. 12. In diesem Stadium
wird die numerische Apertur des in das Muster 6 ein
tretenden Strahles kleiner als die des Strahles a
sein, falls die Blendenlamellen 60 nicht abgeblendet
sind und dies entspricht der kleiner gemachten numeri
schen Apertur. Die Weise, daß - falls die numerische
Apertur kleiner gemacht wurde - der in der Kalkulation
erhaltene Meßbereich sich ausdehnt, wie in Fig. 14
gezeigt, stimmt mit den experimentellen Ergebnissen
überein.
Wenn daher der Blendendurchmesser des Strahlengangbe
grenzungsteils 58 verändert wird, ist es möglich,
den Meßbereich nach Belieben einzustellen. Wenn jedoch
der Meßbereich durch Verkleinerung der numerischen
Apertur ausgedehnt wird, wird sich das Auflösungsver
mögen mit selbiger verringern und - wie in der Tabelle
in Fig. 17 dargestellt - wird sich auch die Größe
des Meßpunktes auf dem Muster 6 vergrößern. Daher
ist es notwendig, den Meßbereich in Übereinstimmung
mit Objekt und Zweck einzustellen. Falls die Blenden
lamellen 60 abgeblendet werden, wird die Strahlmenge
verringert und als Ergebnis wird der Störabstand kleiner
werden. Daher ist es möglich, die Laserdiodenantriebs
schaltung 69 mit dem Steuerkreis 66 zu steuern, indem
das Signal von der Blendendurchmesserfeststellungs
schaltung 68 genutzt wird, um die Laserstrahlmenge
zur Vergrößerung einzustellen, wenn der Blendendurchmes
ser kleiner wird.
Hier kann das Strahlengangbegrenzungsteil 58 weiterhin
nach mannigfaltiger Art eines Revolverblendentyps
ausgebildet sein, worin auf der Peripherie - wie in
Fig. 18 gezeigt - eine Vielzahl von Blenden mit unter
schiedlichen Durchmessern angeordnet ist; weiterhin
auch eine Schaltblende, worin eine Mehrzahl von
Blenden mit unterschiedlichen Durchmessern in einer
Reihe angeordnet sind, wie in Fig. 19 dargestellt,
welche den Strahl begrenzen können. Der Blendendurch
messer wird durch Anwendung des Motors 63 verändert;
es muß jedoch nicht extra erwähnt werden, daß selbiger
auch manuell verändert werden kann.
Das Strahlengangbegrenzungsteil 58 ist zwischen der
Kollimatorlinse 2 und dem Polarisationsstrahlteiler
3 angeordnet, kann aber auch zwischen dem Polarisations
strahlteiler 3 und der Objektivlinse 5 angeordnet
werden. Jedoch wird in einem solchen Fall die effektive
numerische Apertur auch für den reflektierten und
vom Muster 6 zurückkehrenden Strahl verringert, falls
das Muster 6 schräg gestellt ist, der reflektierte
Strahl wird vom Strahlengangbegrenzungsteil beschränkt
und daher wird der Meßbereich enger werden.
Wie sich aus dem Vorangegangenen ergibt, wird sich,
wenn es gewünscht wird, daß ausgedehnte Welligkeit
und Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des zu messenden
Objektes gesehen werden, falls die Öffnung des Strahlen
gangbegrenzungsteiles 58 abgeblendet wird, um die numeri
sche Apertur kleiner zu machen, der Meßbereich ausdehnen
und es wird möglilch sein, das ungefähre Profil der
Oberfläche zu messen. Zu diesem Zeitpunkt wird die
Meßpunktgröße ebenfalls größer werden und es wird
daher möglich, daß eine Messung erfolgt, ohne daß
ein Einfluß geringfügiger Unregelmäßigkeiten, wie z. B.
Staub, auf der Oberfläche gegeben ist. Da weiterhin
nur die numerische Apertur auf der Strahleintrittsseite
zum Muster kleiner gemacht wird, auch wenn das Muster
schräg ist, ist es weniger wahrscheinlich beeinflußt
zu werden, als wenn die numerische Apertur der Objektiv
linse selbst kleiner gemacht wird. Falls die Öffnung
des Strahlengangbegrenzungsteiles 58 geöffnet wird,
um die numerische Apertur zu vergrößern, wird sich
der Meßbereich zusammenziehen, aber das Auflösungs
vermögen wird sich verbessern und daher wird es möglich,
die Einrichtung als die konventionelle Oberflächenprofil-
Meßeinrichtung mit einem hohen Auflösungsvermögen
zu benutzen.
Wenn daher die Öffnung des Strahlengangbegrenzungsteiles
58 richtig eingestellt ist, ist es möglich, eine Oberflä
chenprofil-Meßeinrichtung beliebig von einer Oberflächen
profil-Meßeinrichtung hohen Auflösungsvermögens in
eine Oberflächenprofil-Meßeinrichtung eines weiten
Meßbereiches umzuwandeln, und es ist weiter möglich,
die Arbeitsdurchführung der Oberflächenprofil-Meßeinrichtung
nach Belieben in bezug auf das gemessene Objekt und
den Zweck der Messung einzustellen.
Fig. 20 zeigt eine fünfte Ausführungsform, worin ein
Zoomlinsensystem variablen Brennpunktabstandes ange
ordnet ist, anstatt der Kollimatorlinse 2 und des
Strahlengangbegrenzungsteils 58 in der in Fig. 12 gezeig
ten Ausführungsform. Das Zoomlinsensystem 70 funktioniert
als eine Kollimatorlinse variablen Brennpunktabstandes.
Durch beliebige Abänderungen des Brennpunktabstandes
kann der Laserstrahl in einen solchen Strahl umgewandelt
werden, der irgendeinen Durchmesser hat, beispiels
weise durch das Symbol b (schraffierter Teil) dargestellt.
Das Zoomen kann per Hand oder durch irgendein Elektro
motorsystem erfolgen.
Im Falle dieses Beispiels wird, da nur die numerische
Apertur auf der Strahleingangsseite zum Muster 6 nur
durch Einstellen des Zoomlinsensystems 70 verkleinert
werden kann, derselbe Effekt wie beim Ausführungsbei
spiel in Fig. 12 erhalten und, da die Strahlungsmenge
nicht verringert wird, ergibt sich der Vorteil, daß
der Störabstand konstant gehalten werden kann.
Fig. 21 zeigt eine sechste Ausführungsform, worin
- in Fig. 12 - eine Polarisationsplatte 71 angeordnet
ist, um der Richtung des polarisierten Strahles von
der Laserdiode 1 in der Position des Strahlengangbe
grenzungsteils 58 zu entsprechen, wobei der Polarisations
strahlteiler 3 durch einen nicht Polarisationsstrahl
teiler 72 ersetzt ist. Ferner ist ein nicht vorgesehener
Polarisationsstrahlteiler 73 neu zwischen dem Strahlteiler
72 und dem Strahlteiler 7 vorgesehen, wobei der Strahl
teiler 73, eine neue Polarisationsplatte 74, eine
Kollimatorlinse 75 und eine Laserdiode 76 optisch
in denselben Positionsrelationen mit dem Strahlteiler
72, der Polarisationsplatte 71, der Kollimatorlinse
2 und der Laserdiode 1 angeordnet sind. Jedoch wird
hier, da der Brennpunktabstand der Kollimatorlinse
75 kürzer als der Brennpunktabstand der Kollimatorlinse
2 ausgewählt wird, der Strahl c (schraffierter Teil)
durch die Kollimatorlinse 75 feiner als der Strahl a
sein und die numerische Apertur auf der Strahleintritts
seite wird kleiner sein.
Nebenbei gesagt werden die vom Strahlteiler 72 oder
73 reflektierten Komponenten des vom Muster 6 reflektierten
Strahles zur Seite der Laserdiode 1 oder 76 vordringen;
sie werden jedoch zweimal durch die 1/4-Wellenplatte
4 laufen, bis sich die polarisierte Richtung rechtwink
lig mit der Polarisationsplatte schneidet und werden
daher nicht zur Laserdiode 1 oder 76 zurückkehren,
um dort ein Rauschen hervorzurufen. Der reflektierenden
Oberflächen gibt es so viele, daß insbesondere der
Verlust auf der Strahl-c-Seite groß sein wird, aber
wenn das Reflexionsvermögen der Strahlteiler 72 und
73 nur bei ungefähr 25% liegt, dann wird der Reflexions
verlust auf der Strahl-c-Seite bis zu einem gewissen
Maße verringert. Auch wird der Strahl nicht besonders
abgeschnitten. Falls die Zahl der lichtprojizierenden
Systeme, jeweils aus der Laserdiode, der Kollimator
linse, der Polarisationsplatte und dem Strahlteiler
gebildet, innerhalb des Bereiches liegt, in welchem
der Reflexionsverlust mit der Laserstrahlmenge abgedeckt
werden kann, können zwei oder mehr Lichtprojektions
systeme vorgesehen werden.
Im Falle dieses Beispiels besteht ein Vorteil darin,
daß die Eigenschaften der Oberflächenprofil-Meßein
richtung sofort durch Umschalten variiert werden können,
um nur eine der Laserdioden 1 und 76 zu benutzen.
Wenn weiterhin die Laserdioden 1 und 76 mit Frequenzen
moduliert werden, die hoch genug und entsprechend
unterschiedlich sind oder wechselseitig bei hoher
Geschwindigkeit mit derselben Frequenz beleuchtet
werden, wird es ermöglicht, daß die Oberflächenprofil-
Meßeinrichtung gleichzeitig die Eigenschaften sowohl
von hohem Auflösungsvermögen als auch eines weiten
Meßbereiches hat.
Fig. 22 zeigt ein optisches System einer siebenten
Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist eine
Aperturblende vor ein Erfassungssystem gesetzt, und
die numerische Apertur auf der Erfassungsseite ist
kleiner gemacht als die numerische Apertur des Strahles,
der auf die Oberfläche eines zu messenden Strahles
einfällt, so daß, sogar wenn die Oberfläche des zu
messenden Musters schräg gestellt ist, der festgestellte
Strahlbetrag auf der Lichtempfangsvorrichtung nicht
ungleich ist. In Fig. 22 ist mit 77 eine Lichtquelle,
die aus einem Halbleiterlaser besteht, mit 78 eine
Kollimatorlinse, mit 79 ein Polarisationsstrahlteiler
mit 80 eine 1/4-Wellenplatte, mit 81 eine Objektivlinse,
mit 82 ein Grenzwinkelprisma, mit 83 ein zweigeteilter
Photodetektor und mit 84 eine Aperturblende bezeichnet,
die zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 79 und
einem Brennpunktfehlererfassungssystem 85 einschließlich
des Grenzwinkelprismas 82 und dem zweigeteilten Photode
tektor 85 angeordnet ist, um den von der gemessenen
Oberfläche S reflektierten Strahl zu begrenzen, damit
dieser in einem vorher bestimmten Bereich liegt.
Da die siebente Ausführungsform wie oben beschrieben
ausgebildet ist, wird der von der Lichtquelle 77 ausge
sandte Strahl durch die Kollimatorlinse 78 zu einem
parallelen Strahl gemacht, wird dann durch den Polarisa
tionsstrahlteiler 79 und die 1/4-Wellenplatte 80 laufen
und wird auf der gemessenen Oberfläche durch die Objek
tivlinse 81 konvergiert. Der von der Meßoberfläche
S reflektierte Strahl wird durch die Objektivlinse
81 zu einem parallelen Strahl zurückgeführt,
wird durch die 1/4-Wellenplatte 80 laufen und wird
durch den Polarisationsstrahlteiler 79 zu dem Brennpunkt
fehlererfassungssystem 85 geleitet. In diesem Fall
wird der reflektierte Strahl durch die Aperturblende
84 begrenzt und als Ergebnis wird die numerische Apertur
auf der gemessenen Seite des Erfassungsstrahles begrenzt.
Hier soll die Wirkungsweise der Aperturblende 84 auf
der Grundlage der Fig. 23 im einzelnen erklärt werden.
Fig. 23A zeigt den Zustand, daß die gemessene Oberfläche
S nicht schräg gestellt ist, d. h. den Zustand, in
dem die Senkrechte der gemessenen Oberfläche S mit
der optischen Achse O zusammenfällt. In diesem Fall
fallen der einfallende Strahl Li (dargestellt durch
die ausgezogenen Linien) vor Eintritt in die Objektiv
linse und der reflektierte Strahl Lr (dargestellt
durch die gebrochenen Linien) nach Reflexion von der
gemessenen Oberfläche S und Passieren durch die Objek
tivlinse 81 perfekt miteinander zusammen. Falls anderer
seits die gemessene Oberfläche S in einem Winkel T
zur Horizontalebene geneigt ist, wie in Fig. 23B darge
stellt, wird der reflektierte Strahl Lr als durch
2 R geneigt zum reflektierten Strahl, falls die gemessene
Oberfläche nicht geneigt ist, reflektiert, und der
einfallende Strahl Li vor Eintritt in die Objektivlin
se 81 und der reflektierte Strahl Lr nach Reflexion
von der gemessenen Oberfläche S und Passieren der
Objektivlinse 81 werden nicht miteinander zusammenfallen
und werden im Hinblick auf die optische Achse O asymme
trisch sein, d. h. der reflektierte Strahl, geteilt
durch eine Ebene vertikal zur Papieroberfläche, wobei
die optische Achse inklinierend ist, wird in den reflek
tierten Strahl Lr-a und in den reflektierten Strahl
Lr-b geteilt. Aber im Falle der Fig. 23B ist der
reflektierte Strahl Lr-a größer im Querschnitt
als der reflektierte Strahl Lr-b und daher ist die
Strahlungsmenge auf der Seite des reflektierten Strahles
Lr-a. In Fig. 22 nun, falls die Aperturblende 84
nicht vorgesehen ist, wird, selbst auf dem zweigeteilten
Photodetektor 83, der den reflektierten Strahl Lr
erfaßt, der Photodetektor, welcher das Licht auf der
Seite des reflektierten Strahles Lr-a empfängt,
einen größeren Strahlungsbetrag erhalten als der Photo
detektor, der den Strahl auf der Seite des reflektierten
Strahles Lr-b empfängt und, während sie im selben
Brennpunktzustand sind, werden die beiden Ausgaben
(Outputs) auf dem zweigeteilten Photodetektor 83 ungleich
sein, so daß keine genaue Messung erfolgen kann. Hier
werden, falls die Aperturblende, wie in Fig. 23C gezeigt,
vorgesehen ist, nur die reflektierten Strahlteile
Lr-c und Lr-g gleicher Querschnittsflächen der
reflektierten Strahlen Lr-a und Lr-b, nachdem
sie die Aperturblende 84 passiert haben, den zweigeteil
ten Photodetektor 83 erreichen, so daß dadurch die
Ungleichheit der Strahlungsmengen auf dem zweigeteilten
Photodetektor 83 durch die Neigung der gemessenen
Oberfläche S um den Winkel R durch die Aperturblende
84 perfekt aufgehoben wird. Daher ist, wenn die den
reflektierenden Strahl begrenzende Aperturblende 84
nur der Anordnung der normalen Oberflächenprofil-Meß
einrichtung, die sich der Grenzwinkelmethode bedient,
hinzugefügt wird, eine genaue Messung von hoher Genauig
keit möglich, sogar dann, wenn die gemessene Oberfläche
geneigt ist.
In der oben erwähnten Ausführungsform ist die Apertur
blende 84 zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 79
und dem Brennpunktfehlererfassungssystem 85 angeordnet,
jedoch kann sie auch zwischen das Grenzwinkelprisma
82 und den zweigeteilten Photodetektor 83 in das Brennpunkt
fehlererfassungssystem 85, wie durch strichpunktierte
Linien in Fig. 22 angedeutet, gesetzt werden. Jedoch
wird in diesem Fall die Breite, welche der Verschiebung
in Z-Achsenrichtung oder der Stufenhöhe der gemessenen
Oberfläche S in einem festen Blendendurchmesser entspricht,
um den Betrag kleiner sein, um welchen die Position
der Aperturblende weiterweg von der Objektivlinse
wurde, als im Falle des Ausführungsbeispiels in Fig. 22.
Daher wird im Falle des Ausführungsbeispiels in Fig.
22 die Aperturblende 84 in eine an den Polarisations
strahlteiler 79 angrenzende Position gesetzt, aber,
falls es nicht notwendig ist, einen Austausch oder
eine Blendenkorrektur zu ermöglichen, kann die Apertur
blende 84 auf dem Polarisationsstrahlteiler 79 gesetzt
werden, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet.
Fig. 24 zeigt eine achte Ausführungsform, etwas unterschied
lich zu der in Fig. 22 gezeigten Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform ist ein Nichtpolarisations
strahlteiler 86 zwischen der Aperturblende 84 und
dem Brennpunktfehlererfassungssystem 85 vorgesehen,
so daß ein Teil des reflektierten Strahls durch eine
abbildende Linse 87 auf ein Halbleiter-Positionserfas
sungselement 88 konvergiert wird, und eine solche
Irisblende, wie sie in Kameras od. dgl. verwandt wird,
wird als Aperturblende 84 eingesetzt, so daß der Blenden
durchmesser variabel sein kann.
In Fig. 25 bis 27 ist mit 84 a eine Blendenlamelle, mit
84 b ein Blendenring, der auf seinem äußeren Umfang den
Abschnitt einer der Ringform angepaßten Zahnstange 84 b′
trägt und mit den Blendenlamellen 84 durch einen bekannten
Mechanismus verbunden ist, so daß der Blendendurchmesser
durch Drehung variabel sein kann, mit 89 ein Schrittmotor,
in welchem ein Antriebszahnrad 89 a, welches in die Zahnstange
84 b′ eingreift, an der Rotorwelle befestigt ist, mit
90 eine Positionserfassungsschaltung, die mit dem Halb
leiter-Positionserfassungselement 88 verbunden ist,
mit 91 eine Motorantriebsschaltung, mit 92 eine Blen
dendurchmessererfassungsschaltung, mit 93 eine Steuer
schaltung, mit 94 eine Schaltung zur Einstellung äußerer
Bedingungen, mit 95 ein Speicherkreis und mit
96 eine Halbleiter-Laserantriebsschaltung bezeichnet,
wobei das Symbol D₁ einen Blendendurchmesser der Apertur
blende 84, D₂ einen maximal-effektiven Strahldurchmes
ser des optischen Systems, D₃ einen Strahldurchmesser
des reflektierten Strahls, wenn die gemessene Ober
fläche S geneigt ist, und 0 eine Zentralposition des
Strahldurchmessers D₃ darstellt.
In der achten Ausführungsform wird der von der gemessenen
Oberfläche reflektierte Strahl durch den Polarisations
strahlteiler 79 polarisiert, wird dann durch die Apertur
blende 84 laufen, wobei ein Teil des Strahls durch den
Nichtpolarisationsstrahlteiler 86 nach außen abgeleitet,
in die abbildende Linse 87 eintreten und auf dem Halb
leiter-Positionserfassungselement 88 abgebildet wird.
Nun wird das die Position einstellende Halbleiter-
Positionserfassungselement 88 so eingestellt, daß
das Bild auf dem oben erwähnten Erfassungselement
88 im wesentlichen zur Zentralposition gelangt, falls
die gemessene Oberfläche nicht geneigt ist. Falls
die Ausgabe der Positionserfassungsschaltung 90 zu
diesem Zeitpunkt durch die Steuerschaltung 93 im Speicher
kreis gespeichert ist, wird der bildformende Punkt
auf dem Halbleiter-Positionserfassungselement 88 in
Reaktion auf die Neigung der gemessenen Oberfläche
in jene Richtungen verschoben, wie sie durch Pfeile
in Fig. 24 angedeutet sind. Diese verschobenen Positionen
werden durch die Positionserfassungsschaltung 90 als
ein elektrisches Signal ausgegeben und werden in der
Steuerschaltung 93 mit dem im Speicherkreis 95 gespeicher
ten Ergebnis des Falles, daß die gemessene Oberfläche
S nicht geneigt ist, verglichen und als Ergebnis wird
der Schrittmotor 89 durch die Motorantriebsschaltung
91 angetrieben, um die mit dem Schrittmotor wirksam
verbundene Aperturblende 84 zu öffnen oder zu schließen.
Der Blendendurchmesser der so geöffneten oder geschlossenen
Aperturblende 84 wird jederzeit durch die Blendendurch
messererfassungsschaltung 92 überwacht. Als Ergebnis
wird die Halbleiter-Laserantriebsschaltung 96 durch
die Steuerschaltung 93 und die emittierte Strahlmenge
des Halbleiter-Lasers gesteuert, d. h. die Lichtquelle
77 wird reguliert, so daß - auch wenn der Blendendurchmesser
variiert - der Störabstand nicht verändert wird.
Fig. 27 zeigt die Art des Strahls in der Position
der Aperturblende 84. Das heißt, falls die gemessene
Fläche nicht geneigt ist, wird der von der gemessenen
Oberfläche S reflektierte Strahl zu einem Kreis
mit der optischen Achse 0 als Zentrum, aber - falls
die Oberfläche S geneigt ist - wird das Zentrum 0′
des reflektierten Strahls in eine Position gelangen,
die aus der optischen Achse 0 verschoben ist. Zu diesem
Zeitpunkt, wenn die Aperturblende 84 nicht abgeblendet
ist und die Ausgabe von der Positionserfassungsschaltung
90 mit dem im Speicherkreis 95 gespeicherten Ergebnis
des Falles, daß die gemessene Oberfläche S nicht geneigt
ist, verglichen ist, soll, falls sich eine Differenz
ergibt, die größer ist, als die von der Schaltung 94
zur Einstellung äußerer Bedingungen zwischen ihnen
eingestellte, der Blendendurchmesser der Aperturblende
84 um den von der Schaltung 94 zur Einstellung äußerer
Bedingungen eingestellten, minutiösen Betrag verkleinert
werden. Wenn die Ausgabe von der Positionserfassungsschal
tung 90 wiederum mit dem im Speicherkreis 95 gespeicherten
Inhalt verglichen wird, soll somit, falls die Differenz
zwischen ihnen groß ist, der Blendendurchmesser der
Aperturblende um den oben erwähnten minutiösen Betrag
weiterhin verkleinert werden. Falls diese Prozedur
wiederholt wird, um den Blendendurchmesser der Apertur
blende 84 stufenweise zu verkleinern, wird der Blenden
durchmesser der Aperturblende 84 schließlich eine
Größe D₁ werden, welche im Kern den Strahldurchmesser
D₂ des reflektierten Strahls berührt, wenn die gemessene
Oberfläche geneigt ist, und die Einstellung der Apertur
blende 84 wird in dieser Position enden. Der so erhaltene
Blendendurchmesser D₁ wird zu jedem Zeitpunkt die
Beseitigung des Einflusses der Neigung der gemessenen
Oberfläche S und des Erhaltes der größten numerischen
Apertur zum Ergebnis haben.
Nebenbei gesagt wurden die im Speicherkreis 95 gespeicher
ten Inhalte erklärt als solche der gemessenen Oberfläche,
wenn selbige nicht geneigt ist, aber die im Speicherkreis
95 gespeicherten Inhalte können fortlaufend erneuert
werden, und, wenn die Inhalte nicht länger variieren,
kann das Zusammenziehen des Blendendurchmessers gestoppt
werden. Auch wurde der Fall, daß die Aperturblende
84 als eine Irisblende ausgebildet ist, als ein Beispiel
erläutert, aber die Aperturblende kann als eine Flüssig
kristallblende od. dgl. ausgebildet sein, worin eine
transparente Elektrode konzentrisch-zirkulär angeordnet
ist, wie in Fig. 13 dargestellt.
Somit kann, nach der achten Ausführungsform, der optimale
Blendendurchmesser der Aperturblende 84 automatisch
in Reaktion auf die Neigung der gemessenen Oberfläche
eingestellt werden, und daher kann die Anfangseinstel
lung oder die automatische Einstellung der Messung
automatisiert werden.
Nebenbei gesagt wurden in den oben erwähnten Ausführungsfor
men zwei Oberflächenprofil-Meßeinrichtungen angeordnet,
es können aber drei oder mehr angeordnet werden.
Claims (18)
1. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, umfassend
ein messendes lichtprojizierendes optisches System
(1-5), das eine Lichtquelle (1), eine Kollimatorlinse
(2), einen Polarisationsstrahlteiler (3), eine 1/4-
Wellenplatte (4) und eine Objektivlinse (5) zur Pro
jektion eines Meßlichtes auf eine zu messende Ober
fläche (6) einschließt; ein Lichtübertragungssystem
(3, 4, 5, 7), welches die Objektivlinse, die 1/4-Wellen
platte, den Polarisationsstrahlteiler und einen ersten
Strahlteiler (7) einschließt, und zur Übertragung des
von der gemessenen Oberfläche reflektierten Lichts
dient; ein erstes Erfassungssystem (8, 9, 31, 32), das
Grenzwinkelprismen und eine Anzahl von Photosensoren
(51, 52) einschließt, die angeordnet sind, das reflek
tierte Licht, welches den Polarisationsstrahlteiler
durchlaufen hat und weiterhin vom Strahlteiler geteilt
ist, zu empfangen und ein Ausgangssignal in Abhängig
keit vom Abstand des zu messenden Teils der Oberfläche
von der Fokusposition in Richtung der optischen Achse
zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die optische
Oberflächenprofil-Meßeinrichtung weiterhin ein zweites
Erfassungssystem (30, 21, 23), das einen zweiten Strahl
teiler (30), der in dem Lichtübertragungssystem zwischen
dem Polarisationsstrahlteiler (3) und dem ersten Strahl
teiler (7) in dem Lichtübertragungssystem angeordnet ist,
und einen Photosensor (23) einschließt, der so angeord
net ist, daß das reflektierte Licht empfangen wird, das
durch den Polarisationsstrahlteiler (3) gelaufen ist
und von dem zweiten Strahlteiler (30) reflektiert wurde,
und daß ein Ausgangssignal in Abhängigkeit vom
Abstand des zu messenden Teils der Oberfläche (6) von
der Fokusposition in Richtung der optischen Achse er
zeugt wird, daß das erste Erfassungssystem (8, 9, 31, 32)
als eine erste optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung
hohen Auflösungsvermögens ausgebildet ist, daß das zweite
Erfassungssystem (30, 21, 23) als eine zweite optische Ober
flächenprofil-Meßeinrichtung weiten Meßbereiches ausge
bildet ist, und daß die erste und die zweite optische
Oberflächenprofil-Meßeinrichtung so nebeneinander ange
ordnet sind, daß derselbe Teil auf der zu messenden Ober
fläche (6), der auf der optischen Achse liegt, mit beiden
Oberflächenprofil-Meßeinrichtungen gleichzeitig meßbar
ist.
2. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite optische Ober
flächenprofil-Meßeinrichtung eine Zylinderlinse (21)
und einen viergeteilten Photosensor (23) aufweist.
3. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite optische Ober
flächenprofil-Meßeinrichtung eine abbildende Linse
(46), eine Halbleiter-Positionserfassungsvorrichtung
(47) und ein Strahlengangbegrenzungsteil aufweist,
der zwischen dem Strahlteiler und der abbildenden
Linse angeordnet ist, um den Lichtstrahl zu begrenzen,
insbesondere, um diesen um die Hälfte zu begrenzen.
4. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung einen
Strahlengangbegrenzungsteil (49) aufweist, der in den
Strahlengang einbringbar zwischen der Kollimatorlinse
und dem Polarisationsstrahlteiler angeordnet ist, um,
wenn eingebracht, die Hälfte des Lichtstrahles zu
unterbrechen, und daß, wenn das Strahlengangbegren
zungsteil in Zeitabständen in den Strahlengang
eingebracht wird, der Meßbereich der zweiten optischen
Oberflächenprofil-Meßeinrichtung zeitaufgeteilt
ausgedehnt wird und dadurch derselbe Teil auf der zu
messenden Oberfläche gleichzeitig mit einer Anzahl von
Meßbereichen meßbar ist.
5. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Unterbrecher für den
Strahlengangbegrenzungsteil verwendet wird.
6. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, umfassend
ein messendes lichtprojizierendes optisches System
(1-5), das eine Lichtquelle (1), eine Kollimatorein
richtung (2), einen Polarisationsstrahlteiler (3), eine
1/4-Wellenplatte (4) und eine Objektivlinse (5) zur
Projektion eines Meßlichtes auf eine zu messende
Oberfläche (6) einschließt; ein Lichtübertragungssystem
(3, 4, 5, 7), welches die Objektivlinse, die 1/4-Wellen
platte, den Polarisationsstrahlteiler und einen
Strahlteiler (7) einschließt, um das reflektierte Licht
von der gemessenen Oberfläche zu übertragen; und ein
Erfassungssystem (8, 9, 31, 32), das Grenzwinkelprismen
und eine Mehrzahl von Photosensoren (31, 32)
einschließt, die so angeordnet sind, daß das reflek
tierte Licht, das durch den Strahlteiler geteilt wurde,
empfangen und ein Ausgangssignal in Abhängigkeit vom
Abstand des zu messenden Teils der Oberfläche von der
Fokusposition in Richtung der optischen Achse erzeugt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung
weiterhin eine Strahlengangbegrenzungseinrichtung (58)
umfaßt, die in das messende lichtprojizierende System
eingesetzt ist, um den Durchmesser des in den
Polarisationsstrahlteiler eintretenden Lichtstrahls zu
verändern, und daß derselbe zu messende Teil auf der zu
messenden Oberfläche mit einer Vielzahl von voneinander
unterschiedlichen Meßbereichen meßbar ist, dadurch,
daß der Lichtstrahldurchmesser mittels der Strahlen
gangbegrenzungseinrichtung verändert wird.
7. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengangbegren
zungseinrichtung als Flüssigkristall-Verschluß ausge
bildet ist.
8. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengangbegren
zungseinrichtung als Irisblendeneinrichtung (60-64)
ausgebildet ist.
9. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine
mit der Lichtquelle verbundene Antriebssteuerungsein
richtung umfaßt, durch die, wenn die Strahlengangbe
grenzungseinrichtung bedient wird, um den Lichtstrahl
durchmesser zu verkleinern, die Lichtmenge der Licht
quelle vergrößert wird.
10. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengangbegren
zungseinrichtung als Revolvertypblende ausgebildet ist,
in der eine Anzahl von Öfnungen unterschiedlichen
Durchmessers auf der Peripherie angeordnet ist.
11. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengangbegren
zungseinrichtung als Schaltblende ausgebildet ist, in
der eine Anzahl von Öffnungen unterschiedlichen Durch
messers in Reihe liegend angeordnet sind.
12. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengangbegren
zungseinrichtung eine Zoom-Linse (70) ist.
15. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung, umfassend
ein erstes messendes lichtprojizierendes optisches System
(1, 2, 71, 72, 4, 5), das eine erste Lichtquelle (1), eine
erste Kollimatorlinse (2) und eine Objektivlinse (5)
zur Projektion eines ersten Meßlichtes auf eine zu
messende Oberfläche (6) einschließt; ein Lichtüber
tragungssystem (4, 5, 7, 72, 73), worin die Objektivlinse
und ein Strahlteiler (7) eingeschlossen sind, um das
von der gemessenen Oberfläche reflektierte Licht zu
übertragen, und ferner ein Erfassungssystem (8, 9, 31, 32),
das Grenzwinkelprismen und eine Anzahl von Photo
sensoren (31, 32) einschließt, die so angeordnet sind,
daß das reflektierte Licht, das durch den Strahlteiler
geteilt wurde, empfangen und ein Ausgangssignal in Ab
hängigkeit vom Abstand des zu messenden Teils der
Oberfläche von der Fokusposition in Richtung der
optischen Achse erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung
ferner ein zweites messendes lichtprojizierendes
optisches System (4, 5, 72-76) umfaßt, das eine zweite
Lichtquelle (76), eine zweite Kollimatorlinse (75),
und die Objektivlinse (5) enthält, um ein zweites
Meßlicht auf die zu messende Oberfläche zu proji
zieren, wobei die Brennweite der ersten Kollimator
linse unterschiedlich zur Brennweite der zweiten
Kollimatorlinse ist, um zu ermöglichen, einen selben
Teil auf der zu messenden Oberfläche mit zwei
Meßbereichen zu messen.
14. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
1, gekennzeichnet durch eine Aperturblendeneinrichtung
(84), die in dem Lichtübertragungssystem zwischen dem
Polarisationsstrahlteiler und dem zweiten Strahlteiler
angeordnet ist, um die numerische Apertur auf der
Erfassungsseite kleiner als die numerische Apertur auf
der Projektionsseite zu machen, um damit zu
ermöglichen, daß der Betrag des einfallenden Lichtes
auf den Photosensoren ausbalanciert ist, sogar, wenn
die zu messende Fläche schräg geneigt ist.
15. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aperturblende so
ausgebildet ist, daß sie den Blendendurchmesser zu ver
ändern ermöglicht.
16. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aperturblende auf
der reflektierenden Oberfläche des Polarisationsstrahl
teilers (79) angeordnet ist.
17. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung
ferner eine Positionserfassungsschaltung (90), eine mit
dieser Positionserfassungsschaltung verbundene Steuer
schaltung (93), einen mit der Steuerschaltung
verbundenen Speicherkreis (95), eine mit der Steuer
schaltung verbundene Motorantriebsschaltung (91) und
einen mit der Aperturblendeneinrichtung und der Motor
antriebsschaltung verbundenen Schrittmotor (89) umfaßt,
um den Blendendurchmesser der Aperturblendeneinrichtung
zu verändern, wobei der Blendendurchmesser der Apertur
blendeneinrichtung automatisch reguliert wird, um den
Einfluß der Neigung der gemessenen Oberfläche zu be
seitigen.
18. Optische Oberflächenprofil-Meßeinrichtung nach Anspruch
17, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung
ferner eine zwischen der Steuerschaltung und der Licht
quelle angeordnete Lichtantriebsschaltung (96) umfaßt,
wobei die emittierte Lichtmenge der Lichtquelle auto
matisch in Übereinstimmung mit den Veränderungen des
Blendendurchmessers der Aperturblendeneinrichtung
reguliert wird, um die Lichtmenge auf der gemessenen
Oberfläche konstant zu halten.
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