JPH116720A - 干渉測定装置 - Google Patents
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- JPH116720A JPH116720A JP10142729A JP14272998A JPH116720A JP H116720 A JPH116720 A JP H116720A JP 10142729 A JP10142729 A JP 10142729A JP 14272998 A JP14272998 A JP 14272998A JP H116720 A JPH116720 A JP H116720A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の干渉測
定装置を提供して、例えば測定対象物の中空室も正確に
完全に測定できるようにすることである。 【解決手段】 この課題は本発明により、第１の部分ビ
ームは別のビームスプリッタにより少なくとも２つの更
なる部分ビームに分割され、１つの更なる部分ビームは
基準部分ビームとして、前記別のビームスプリッタから
所定の距離をおいて設けられる基準反射鏡へ案内され、
少なくとも１つの別の更なる部分ビームは測定部分ビー
ムとして測定対象物のそれぞれの測定点へ偏向され、基
準部分ビームおよび少なくとも１つの測定部分ビームの
複数の干渉最大値はフォト検出装置および制御評価装置
により個々に検出されることにより解決される。
定装置を提供して、例えば測定対象物の中空室も正確に
完全に測定できるようにすることである。 【解決手段】 この課題は本発明により、第１の部分ビ
ームは別のビームスプリッタにより少なくとも２つの更
なる部分ビームに分割され、１つの更なる部分ビームは
基準部分ビームとして、前記別のビームスプリッタから
所定の距離をおいて設けられる基準反射鏡へ案内され、
少なくとも１つの別の更なる部分ビームは測定部分ビー
ムとして測定対象物のそれぞれの測定点へ偏向され、基
準部分ビームおよび少なくとも１つの測定部分ビームの
複数の干渉最大値はフォト検出装置および制御評価装置
により個々に検出されることにより解決される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビーム発生ユニッ
トと、第１のビームスプリッタと、光路変更装置と、重
畳エレメントと、フォト検出装置と、制御評価装置とを
有し、前記ビーム発生ユニットは短コヒーレントなビー
ムを送出し、前記第１のビームスプリッタは第１の部分
ビームおよび第２の部分ビームを形成し、前記光路変更
装置は光路を周期的に変化させるための反射エレメント
を有し、前記第１の部分ビームは測定すべき表面へ配向
され、前記第２の部分ビームは前記光路変更装置へ配向
され、前記重畳エレメントは表面および装置から入射し
たビームを干渉させ、前記フォト検出装置は干渉された
ビームを受信し、かつ対応する電気信号を制御評価装置
に送出する、測定対象物での粗い表面の形状を測定する
ための干渉測定装置に関する。
トと、第１のビームスプリッタと、光路変更装置と、重
畳エレメントと、フォト検出装置と、制御評価装置とを
有し、前記ビーム発生ユニットは短コヒーレントなビー
ムを送出し、前記第１のビームスプリッタは第１の部分
ビームおよび第２の部分ビームを形成し、前記光路変更
装置は光路を周期的に変化させるための反射エレメント
を有し、前記第１の部分ビームは測定すべき表面へ配向
され、前記第２の部分ビームは前記光路変更装置へ配向
され、前記重畳エレメントは表面および装置から入射し
たビームを干渉させ、前記フォト検出装置は干渉された
ビームを受信し、かつ対応する電気信号を制御評価装置
に送出する、測定対象物での粗い表面の形状を測定する
ための干渉測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の干渉測定装置は刊行物 T.Drese
l, G.Haeusler, H.Venzke “Three-Dimensional sensin
g of rough surfaces by coherence radar”, App.Op
t.,Vol.3, No.7, 01.03.1992 に公知の技術として記載
されている。この刊行物では短コヒーレントな光を発生
する光源およびピエゾ作動される反射鏡を有する、粗い
表面の形状を測定するための干渉計が紹介されている。
この測定のための装置では、光波の形の、測定対象物か
ら反射して戻ってくる第１の部分ビームが基準波の形の
第２の部分ビームと重畳される。２つの光波はきわめて
短いコヒーレンス長（数μｍ）を有し、そのため干渉コ
ントラストは光路差がゼロである場合に最大値に達す
る。基準波の光路を変更するために、ピエゾ作動される
反射鏡の形の反射エレメントが設けられている。ピエゾ
作動される反射鏡の位置を干渉の最大状態の発生時間と
比較することにより、測定対象物への距離を求めること
ができる。ただしこの種の測定のための装置を実際に適
用する場合の取扱いは簡単でないことが多い。
l, G.Haeusler, H.Venzke “Three-Dimensional sensin
g of rough surfaces by coherence radar”, App.Op
t.,Vol.3, No.7, 01.03.1992 に公知の技術として記載
されている。この刊行物では短コヒーレントな光を発生
する光源およびピエゾ作動される反射鏡を有する、粗い
表面の形状を測定するための干渉計が紹介されている。
この測定のための装置では、光波の形の、測定対象物か
ら反射して戻ってくる第１の部分ビームが基準波の形の
第２の部分ビームと重畳される。２つの光波はきわめて
短いコヒーレンス長（数μｍ）を有し、そのため干渉コ
ントラストは光路差がゼロである場合に最大値に達す
る。基準波の光路を変更するために、ピエゾ作動される
反射鏡の形の反射エレメントが設けられている。ピエゾ
作動される反射鏡の位置を干渉の最大状態の発生時間と
比較することにより、測定対象物への距離を求めること
ができる。ただしこの種の測定のための装置を実際に適
用する場合の取扱いは簡単でないことが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式の干渉測定装置を提供して、例えば測定対
象物の中空室も正確に完全に測定できるようにすること
である。
に述べた形式の干渉測定装置を提供して、例えば測定対
象物の中空室も正確に完全に測定できるようにすること
である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、第１の部分ビームは少なくとも１つの別のビームス
プリッタにより少なくとも２つの更なる部分ビームに分
割され、１つの更なる部分ビームは基準部分ビームとし
て、前記別のビームスプリッタから所定の距離をおいて
設けられる基準反射鏡へ案内され、少なくとも１つの別
の更なる部分ビームは測定部分ビームとして測定対象物
のそれぞれの測定点へ偏向され、基準部分ビームおよび
少なくとも１つの測定部分ビームの複数の干渉最大値は
フォト検出装置および制御評価装置により個々に検出さ
れることにより解決される。
り、第１の部分ビームは少なくとも１つの別のビームス
プリッタにより少なくとも２つの更なる部分ビームに分
割され、１つの更なる部分ビームは基準部分ビームとし
て、前記別のビームスプリッタから所定の距離をおいて
設けられる基準反射鏡へ案内され、少なくとも１つの別
の更なる部分ビームは測定部分ビームとして測定対象物
のそれぞれの測定点へ偏向され、基準部分ビームおよび
少なくとも１つの測定部分ビームの複数の干渉最大値は
フォト検出装置および制御評価装置により個々に検出さ
れることにより解決される。
【０００５】
【発明の実施の形態】第１の部分ビームが基準部分ビー
ムと少なくとも１つの測定部分ビームとに分割され、そ
れぞれの基準最大値が検出されることにより、少なくと
も１つの測定点に対して付加的な基準値が得られる。こ
の基準値により比較的簡単な手段で測定対象物での接近
の困難な個所における形状測定も可能となる。
ムと少なくとも１つの測定部分ビームとに分割され、そ
れぞれの基準最大値が検出されることにより、少なくと
も１つの測定点に対して付加的な基準値が得られる。こ
の基準値により比較的簡単な手段で測定対象物での接近
の困難な個所における形状測定も可能となる。
【０００６】有利には基準部分ビームおよび少なくとも
１つの測定部分ビームの複数の干渉最大値は、時間のず
れおよび／または相互に異なるビームの識別により個別
化される。この手段により、基準部分ビームの干渉最大
値と少なくとも１つの測定部分ビームの干渉最大値とを
簡単な手段で分離する際に正確な検出と評価とが可能で
ある。
１つの測定部分ビームの複数の干渉最大値は、時間のず
れおよび／または相互に異なるビームの識別により個別
化される。この手段により、基準部分ビームの干渉最大
値と少なくとも１つの測定部分ビームの干渉最大値とを
簡単な手段で分離する際に正確な検出と評価とが可能で
ある。
【０００７】前記別のビームスプリッタのうち１つは偏
光ビームスプリッタであり、基準部分ビームと偏光ビー
ムスプリッタにより分離された測定部分ビームとは相互
に異なって偏光され、基準部分ビームおよび該基準部分
ビームとは異なって偏光された測定部分ビームはフォト
検出装置の異なるフォト検出器へ案内されるように設け
られる場合に、基準部分ビームおよび少なくとも１つの
偏光された測定部分ビームを一義的に、簡単な手段で個
々に検出可能である。
光ビームスプリッタであり、基準部分ビームと偏光ビー
ムスプリッタにより分離された測定部分ビームとは相互
に異なって偏光され、基準部分ビームおよび該基準部分
ビームとは異なって偏光された測定部分ビームはフォト
検出装置の異なるフォト検出器へ案内されるように設け
られる場合に、基準部分ビームおよび少なくとも１つの
偏光された測定部分ビームを一義的に、簡単な手段で個
々に検出可能である。
【０００８】装置の取扱いは、少なくとも１つのビーム
スプリッタおよび基準反射鏡は共通の測定センサ内に設
けられ、測定センサに共通の光入射面、光出射面、およ
びフォーカシングレンズが設けられ、測定センサに少な
くとも１つの測定部分ビームの出射および入射のための
ウィンドウが設けられることにより簡単化される。この
構成では調整作業が省略され、装置は測定ヘッドを所定
の位置に固定する構成により簡単化される。
スプリッタおよび基準反射鏡は共通の測定センサ内に設
けられ、測定センサに共通の光入射面、光出射面、およ
びフォーカシングレンズが設けられ、測定センサに少な
くとも１つの測定部分ビームの出射および入射のための
ウィンドウが設けられることにより簡単化される。この
構成では調整作業が省略され、装置は測定ヘッドを所定
の位置に固定する構成により簡単化される。
【０００９】装置の構成と評価の単純化のための別の手
段は、光路変更装置が第２の部分ビームのビーム路内
に、この部分ビームの光路を変更するために設けられた
音響光学偏向装置を有し、音響光学偏向装置は少なくと
も２つの音響光学偏向器と、これらの偏向器の後方に位
置固定されて設けられる反射エレメントを有し、音響光
学偏向器は周波数変調されて制御され、音響光学偏向器
は入射する第２の部分ビームおよび反射エレメントに関
して次のように設けられる、すなわち重畳エレメントへ
案内される第２の部分ビームが音響光学偏向器内の偏向
により光路を変更することにより得られる。この場合に
有利には、第１の偏向器は入射する部分ビームを、周波
数に依存して時間的に変化する角度だけ偏向させ、第２
の偏向器は偏向された角度を元に戻し、第２の部分ビー
ムが再び第１の偏向器への入射方向で平行に移動されて
さらに進むようにし、反射エレメントは回折格子として
構成され、回折格子は第２の偏向器から入射した部分ビ
ームを基準として斜めに配向され、この部分ビームは入
射方向に戻される。
段は、光路変更装置が第２の部分ビームのビーム路内
に、この部分ビームの光路を変更するために設けられた
音響光学偏向装置を有し、音響光学偏向装置は少なくと
も２つの音響光学偏向器と、これらの偏向器の後方に位
置固定されて設けられる反射エレメントを有し、音響光
学偏向器は周波数変調されて制御され、音響光学偏向器
は入射する第２の部分ビームおよび反射エレメントに関
して次のように設けられる、すなわち重畳エレメントへ
案内される第２の部分ビームが音響光学偏向器内の偏向
により光路を変更することにより得られる。この場合に
有利には、第１の偏向器は入射する部分ビームを、周波
数に依存して時間的に変化する角度だけ偏向させ、第２
の偏向器は偏向された角度を元に戻し、第２の部分ビー
ムが再び第１の偏向器への入射方向で平行に移動されて
さらに進むようにし、反射エレメントは回折格子として
構成され、回折格子は第２の偏向器から入射した部分ビ
ームを基準として斜めに配向され、この部分ビームは入
射方向に戻される。
【００１０】干渉最大値の評価は例えば、相互に干渉す
る２つの部分ビーム間の周波数シフトを行う周波数シフ
ト装置が第１の部分ビームのビーム路および／または第
２の部分ビームのビーム路に設けられることにより正確
に行われる。この場合に簡単化のために、２つの偏向器
の搬送周波数は共通の制御評価装置により変調されるよ
うに構成してもよい。
る２つの部分ビーム間の周波数シフトを行う周波数シフ
ト装置が第１の部分ビームのビーム路および／または第
２の部分ビームのビーム路に設けられることにより正確
に行われる。この場合に簡単化のために、２つの偏向器
の搬送周波数は共通の制御評価装置により変調されるよ
うに構成してもよい。
【００１１】簡単で正確な干渉最大値の評価は、周波数
シフト装置が変調器駆動装置により制御される音響光学
変調器として構成され、この周波数シフト装置が第１の
部分ビームのビーム路内で第１のビームスプリッタと測
定対象物との間に設けられるように構成することもでき
る。
シフト装置が変調器駆動装置により制御される音響光学
変調器として構成され、この周波数シフト装置が第１の
部分ビームのビーム路内で第１のビームスプリッタと測
定対象物との間に設けられるように構成することもでき
る。
【００１２】
【実施例】本発明を以下に実施例により図に則して詳細
に説明する。
に説明する。
【００１３】短コヒーレントなビームを発生するビーム
発生ユニットから発生され、コリメータ２によりコリメ
ートされるビームは第１のビームスプリッタＳＴ１にお
いて、第１の部分ビーム３および第２の部分ビーム４に
分割される。前記ビーム発生ユニットは光源であり、例
えばレーザダイオードである。第１の部分ビーム３は測
定センサ５へ案内される。第２の部分ビーム４は反射鏡
ＳＰ１および補正格子２１を介して２つの音響光学偏向
器８、９を通過する。前記補正格子により角度の偏差お
よび空間的な非干渉性が補正される。前記２つの音響光
学偏向器は、共通の偏向器駆動器１２により周波数変調
されて制御される。
発生ユニットから発生され、コリメータ２によりコリメ
ートされるビームは第１のビームスプリッタＳＴ１にお
いて、第１の部分ビーム３および第２の部分ビーム４に
分割される。前記ビーム発生ユニットは光源であり、例
えばレーザダイオードである。第１の部分ビーム３は測
定センサ５へ案内される。第２の部分ビーム４は反射鏡
ＳＰ１および補正格子２１を介して２つの音響光学偏向
器８、９を通過する。前記補正格子により角度の偏差お
よび空間的な非干渉性が補正される。前記２つの音響光
学偏向器は、共通の偏向器駆動器１２により周波数変調
されて制御される。
【００１４】周波数変調により第２の部分ビーム４の偏
向角は第１の音響光学偏向器８において角度αだけ変化
させられる。続いて第２の音響光学偏向器９において第
２の部分ビーム４は、第１の音響光学偏向器８へ入射し
てきた方向へ再び偏向される。この手段により第２の音
響光学偏向器９から出射する第２の部分ビーム４の平行
移動が生じる。この第２の部分ビームは続いて回折格子
１０の形の反射エレメントを照射する。回折格子１０は
所定の角度で傾いて構成されるため、回折して戻る第２
の部分ビーム４が平行移動に無関係に、干渉測定装置に
おいて、回折格子１０に光学的に平行に設けられた補正
格子２１を介して第１のビームスプリッタＳＴ１へ戻
り、かつこのビームスプリッタにおいて戻ってきた第１
の部分ビーム３と重畳され、これとの干渉を生じさせ
る。２つの部分ビーム３、４が同じ光学的区間を進む場
合には、干渉コントラストは最大となる。
向角は第１の音響光学偏向器８において角度αだけ変化
させられる。続いて第２の音響光学偏向器９において第
２の部分ビーム４は、第１の音響光学偏向器８へ入射し
てきた方向へ再び偏向される。この手段により第２の音
響光学偏向器９から出射する第２の部分ビーム４の平行
移動が生じる。この第２の部分ビームは続いて回折格子
１０の形の反射エレメントを照射する。回折格子１０は
所定の角度で傾いて構成されるため、回折して戻る第２
の部分ビーム４が平行移動に無関係に、干渉測定装置に
おいて、回折格子１０に光学的に平行に設けられた補正
格子２１を介して第１のビームスプリッタＳＴ１へ戻
り、かつこのビームスプリッタにおいて戻ってきた第１
の部分ビーム３と重畳され、これとの干渉を生じさせ
る。２つの部分ビーム３、４が同じ光学的区間を進む場
合には、干渉コントラストは最大となる。
【００１５】２つの音響光学偏向器８、９は、第１の偏
向器８の角度の偏向が第２の偏向器９において元に戻さ
れ、第２の部分ビームが光路の変化ｄにより平行にのみ
シフトされるように構成されているので、第２の部分ビ
ーム４の光路または光学的区間（走向時間）は変調され
る。２つのビーム３、４の光路差がゼロである場合に
は、干渉ビームのビーム路内に設けられたフォト検出装
置のフォト検出器１１.１または１１.２も干渉の最大値
をとる。干渉が最大ないしフォト検出器１１.１、１１.
２の信号が最大の時点と偏向器駆動器１２の瞬時周波数
とを制御評価装置１４において比較することにより、測
定対象物７の測定点７.１または７.２までの距離を正確
に求めることができる。
向器８の角度の偏向が第２の偏向器９において元に戻さ
れ、第２の部分ビームが光路の変化ｄにより平行にのみ
シフトされるように構成されているので、第２の部分ビ
ーム４の光路または光学的区間（走向時間）は変調され
る。２つのビーム３、４の光路差がゼロである場合に
は、干渉ビームのビーム路内に設けられたフォト検出装
置のフォト検出器１１.１または１１.２も干渉の最大値
をとる。干渉が最大ないしフォト検出器１１.１、１１.
２の信号が最大の時点と偏向器駆動器１２の瞬時周波数
とを制御評価装置１４において比較することにより、測
定対象物７の測定点７.１または７.２までの距離を正確
に求めることができる。
【００１６】干渉の最大値を正確に求めるために、ヘテ
ロダイン干渉法による評価が行われる。このために２つ
の音響光学偏向器８、９は偏向器駆動装置１２の第１の
駆動器１２.１および第２の駆動器１２.２により、わず
かに異なる搬送周波数によって制御される。この場合に
周波数の差は例えば搬送周波数が数１０ＭＨｚである場
合に０.５ＭＨｚである。これにより第２の部分ビーム
４は搬送周波数の差の２倍に対応する周波数シフト、す
なわち例えば１ＭＨｚの周波数シフトを有する。２つの
搬送周波数は制御評価装置１４により変調されており、
これらの搬送周波数は干渉の最大値の評価にも使用され
る。２つの偏向器８、９をわずかに異なる搬送周波数で
制御することにより、第２の部分ビーム４の光路（走向
時間）の変調が行われる。ヘテロダイン干渉信号が最大
となる時点と、例えば制御評価装置１４の瞬時周波数と
を比較することにより、測定点７.１、７.２への距離が
求められる。
ロダイン干渉法による評価が行われる。このために２つ
の音響光学偏向器８、９は偏向器駆動装置１２の第１の
駆動器１２.１および第２の駆動器１２.２により、わず
かに異なる搬送周波数によって制御される。この場合に
周波数の差は例えば搬送周波数が数１０ＭＨｚである場
合に０.５ＭＨｚである。これにより第２の部分ビーム
４は搬送周波数の差の２倍に対応する周波数シフト、す
なわち例えば１ＭＨｚの周波数シフトを有する。２つの
搬送周波数は制御評価装置１４により変調されており、
これらの搬送周波数は干渉の最大値の評価にも使用され
る。２つの偏向器８、９をわずかに異なる搬送周波数で
制御することにより、第２の部分ビーム４の光路（走向
時間）の変調が行われる。ヘテロダイン干渉信号が最大
となる時点と、例えば制御評価装置１４の瞬時周波数と
を比較することにより、測定点７.１、７.２への距離が
求められる。
【００１７】測定対象物７の中空室内の測定点７.１、
７.２を検出するために、第１の部分ビーム３はフォー
カシングレンズ６を介して管状の測定センサ５へ案内さ
れ、ダブルビームスプリッタ１５へ配向される。このダ
ブルビームスプリッタは第１の分割面１６および第２の
分割面１７を有する。第１の分割面１６で第１の部分ビ
ーム３は２つの成分、すなわち測定部分ビームの形の第
１の更なる部分ビーム１８と、基準部分ビームの形の第
２の更なる部分ビーム１９とに分割される。第１の更な
る部分ビーム１８および第２の更なる部分ビーム１９
は、偏光作用を生じさせる第１の分割面１６を介して相
互に垂直に偏光される。第２の分割面１７では、第１の
分割面１６を通って進み、基準部分ビーム１９を形成す
る部分ビームから、第３の更なる部分ビーム２０が測定
部分ビームとして、基準部分ビーム１９と同様に分割さ
れる。基準部分ビーム１９はダブルビームスプリッタ１
５を通って直進し、基準反射鏡１３でフォーカシングさ
れる。またこの基準部分ビーム１９は戻り方向に反射し
てフォーカシングレンズ６を通過した後、第１の更なる
部分ビーム１８および第３の更なる部分ビーム２０と同
様に、重畳エレメントとして作用する第１のビームスプ
リッタＳＴ１を照射する。さらにこの基準部分ビーム１
９は第２の部分ビーム４との干渉を生じさせる。
７.２を検出するために、第１の部分ビーム３はフォー
カシングレンズ６を介して管状の測定センサ５へ案内さ
れ、ダブルビームスプリッタ１５へ配向される。このダ
ブルビームスプリッタは第１の分割面１６および第２の
分割面１７を有する。第１の分割面１６で第１の部分ビ
ーム３は２つの成分、すなわち測定部分ビームの形の第
１の更なる部分ビーム１８と、基準部分ビームの形の第
２の更なる部分ビーム１９とに分割される。第１の更な
る部分ビーム１８および第２の更なる部分ビーム１９
は、偏光作用を生じさせる第１の分割面１６を介して相
互に垂直に偏光される。第２の分割面１７では、第１の
分割面１６を通って進み、基準部分ビーム１９を形成す
る部分ビームから、第３の更なる部分ビーム２０が測定
部分ビームとして、基準部分ビーム１９と同様に分割さ
れる。基準部分ビーム１９はダブルビームスプリッタ１
５を通って直進し、基準反射鏡１３でフォーカシングさ
れる。またこの基準部分ビーム１９は戻り方向に反射し
てフォーカシングレンズ６を通過した後、第１の更なる
部分ビーム１８および第３の更なる部分ビーム２０と同
様に、重畳エレメントとして作用する第１のビームスプ
リッタＳＴ１を照射する。さらにこの基準部分ビーム１
９は第２の部分ビーム４との干渉を生じさせる。
【００１８】基準部分ビーム１９は第１のビームスプリ
ッタＳＴ１から、偏光面で阻止作用する別のビームスプ
リッタＳＴ２および別の反射鏡ＳＰ２を介して第２のフ
ォト検出器１１.２へ達する。第１の測定点７.１により
後方散乱されたビームは、第１の分割面１６での反射の
後に第１のビームスプリッタＳＴ１、および偏光面に対
して透過性を有する別のビームスプリッタＳＴ２を介し
て第１のフォト検出器１１.１へ達する。一方第３の更
なる部分ビーム２０すなわち測定部分ビームは、第２の
測定点７.２により後方散乱され、同様に第２のフォト
検出器１１.２を照射する。基準部分ビーム１９も測定
部分ビーム１８、２０も戻ってくる第２の部分ビーム４
との干渉を生じさせるので、フォト検出器はそのつど電
気信号（エコー）を送出する。これらの信号の交流成分
はそれぞれ３つの干渉が最大となる場合に最大値に達す
る。図２においては、第１の測定点７.１からのエコー
Ｅ1、基準部分ビーム１９のエコー、および第２の測定
点７.２からのエコーの形で得られた複数の信号が時間
に関して２つのフォト検出器１１.１、１１.２の後方で
分離されて示されている。
ッタＳＴ１から、偏光面で阻止作用する別のビームスプ
リッタＳＴ２および別の反射鏡ＳＰ２を介して第２のフ
ォト検出器１１.２へ達する。第１の測定点７.１により
後方散乱されたビームは、第１の分割面１６での反射の
後に第１のビームスプリッタＳＴ１、および偏光面に対
して透過性を有する別のビームスプリッタＳＴ２を介し
て第１のフォト検出器１１.１へ達する。一方第３の更
なる部分ビーム２０すなわち測定部分ビームは、第２の
測定点７.２により後方散乱され、同様に第２のフォト
検出器１１.２を照射する。基準部分ビーム１９も測定
部分ビーム１８、２０も戻ってくる第２の部分ビーム４
との干渉を生じさせるので、フォト検出器はそのつど電
気信号（エコー）を送出する。これらの信号の交流成分
はそれぞれ３つの干渉が最大となる場合に最大値に達す
る。図２においては、第１の測定点７.１からのエコー
Ｅ1、基準部分ビーム１９のエコー、および第２の測定
点７.２からのエコーの形で得られた複数の信号が時間
に関して２つのフォト検出器１１.１、１１.２の後方で
分離されて示されている。
【００１９】測定対象物７に対する測定装置例えば測定
センサ５をエタロンを用いて較正することができる。こ
のためには測定センサ５が既知の直径Ｌ0を有するエタ
ロンへ挿入され、測定点７.１からのエコーＥ1の最大値
と基準反射鏡１３からのエコーＥRの最大値との間の時
間差がゼロとなるように位置ぎめされる。このことは図
２に示されている。この位置において、基準反射鏡１３
のエコーＥRの最大値と測定点７.２のエコーＥ2の最大
値との間の時間差Ｔ0が測定され、この時間差Ｔ0は対応
する基準路Ｌ1へ換算される。測定センサ５の配置は有
利には、全ての測定対象物７に対して基準路Ｌ1が決し
てゼロにならないように定められる。直径Ｌ0および基
準路Ｌ1は系の較正量であり、未知の直径ＬXは関係式 ＬX＝Ｌ0−Ｌ1＋ΔＬM1ＬR＋ΔＬM2ＬR により求められる。この場合にΔＬM1ＬRは測定対象物
７の第１の測定点７.１と基準反射鏡１３との間の測定
された光路差であり、ΔＬM2ＬRは測定対象物７の第２
の測定点７.２と基準反射鏡１３との間の測定された光
路差である。
センサ５をエタロンを用いて較正することができる。こ
のためには測定センサ５が既知の直径Ｌ0を有するエタ
ロンへ挿入され、測定点７.１からのエコーＥ1の最大値
と基準反射鏡１３からのエコーＥRの最大値との間の時
間差がゼロとなるように位置ぎめされる。このことは図
２に示されている。この位置において、基準反射鏡１３
のエコーＥRの最大値と測定点７.２のエコーＥ2の最大
値との間の時間差Ｔ0が測定され、この時間差Ｔ0は対応
する基準路Ｌ1へ換算される。測定センサ５の配置は有
利には、全ての測定対象物７に対して基準路Ｌ1が決し
てゼロにならないように定められる。直径Ｌ0および基
準路Ｌ1は系の較正量であり、未知の直径ＬXは関係式 ＬX＝Ｌ0−Ｌ1＋ΔＬM1ＬR＋ΔＬM2ＬR により求められる。この場合にΔＬM1ＬRは測定対象物
７の第１の測定点７.１と基準反射鏡１３との間の測定
された光路差であり、ΔＬM2ＬRは測定対象物７の第２
の測定点７.２と基準反射鏡１３との間の測定された光
路差である。
【００２０】測定すべき測定対象物７で直径が未知の場
合には、一方では第１の測定点７.１のエコーＥ1および
基準反射鏡１３のエコーＥR間の時間のずれから、他方
では第２の測定点７.２のエコーＥ2から基準反射鏡１３
のエコーＥRへの距離の差から、形状の偏差をきわめて
正確に（数ｎｍの領域で）測定することができる。
合には、一方では第１の測定点７.１のエコーＥ1および
基準反射鏡１３のエコーＥR間の時間のずれから、他方
では第２の測定点７.２のエコーＥ2から基準反射鏡１３
のエコーＥRへの距離の差から、形状の偏差をきわめて
正確に（数ｎｍの領域で）測定することができる。
【図１】干渉の最大値を検出するための干渉測定装置の
構成の概略図である。
構成の概略図である。
【図２】図１に示される干渉測定装置の信号特性の図で
ある。
ある。
１ 光源 ２ コリメータ ３、４ 部分ビーム ５ 測定センサ ６ フォーカシングレンズ ７ 測定対象物 ８、９ 偏向器 １０ 回折格子 １１ フォト検出器 １２ 偏向器駆動装置 １３ 基準反射鏡 １４ 制御評価装置 １８、１９、２０ 更なる部分ビーム ２１ 補正格子 ＳＴ１、ＳＴ２ ビームスプリッタ ＳＰ１、ＳＰ２ 反射鏡
Claims (10)
- 【請求項１】 ビーム発生ユニットと、第１のビームス
プリッタと、光路変更装置と、重畳エレメントと、フォ
ト検出装置と、制御評価装置とを有し、 前記ビーム発生ユニットは短コヒーレントなビームを送
出し、前記第１のビームスプリッタは第１の部分ビーム
および第２の部分ビームを形成し、前記光路変更装置は
光路を周期的に変化させるための反射エレメントを有
し、前記第１の部分ビームは測定すべき表面へ配向さ
れ、前記第２の部分ビームは前記光路変更装置へ配向さ
れ、前記重畳エレメントは表面および装置から入射した
ビームを干渉させ、前記フォト検出装置は干渉されたビ
ームを受信し、かつ対応する電気信号を制御評価装置に
送出する、測定対象物での粗い表面の形状を測定するた
めの干渉測定装置において、 第１の部分ビーム（３）は少なくとも１つの別のビーム
スプリッタ（１６、１７）により少なくとも２つの更な
る部分ビーム（１８、１９、２０）に分割され、 １つの更なる部分ビームは基準部分ビーム（１９）とし
て、前記別のビームスプリッタ（１６、１７）から所定
の距離をおいて設けられる基準反射鏡（１３）へ案内さ
れ、少なくとも１つの別の更なる部分ビームは測定部分
ビーム（１８、２０）として測定対象物（７）のそれぞ
れの測定点（ＭＰ１、ＭＰ２）へ偏向され、 基準部分ビーム（１９）および少なくとも１つの測定部
分ビーム（１８、２０）の複数の干渉最大値（ＥR、
Ｅ1、Ｅ2）はフォト検出装置（１１.１、１１.２）およ
び制御評価装置（１４）により個々に検出される、こと
を特徴とする測定対象物での粗い表面の形状を測定する
ための干渉測定装置。 - 【請求項２】 基準部分ビーム（１９）および少なくと
も１つの測定部分ビーム（１８、２０）の複数の干渉最
大値（ＥR、Ｅ1、Ｅ2）は、時間のずれおよび／または
相互に異なるビームの識別により個別化される、請求項
１記載の装置。 - 【請求項３】 前記別のビームスプリッタ（１６、１
７）のうち１つは偏光ビームスプリッタであり、基準部
分ビーム（１９）と偏光ビームスプリッタ（１６）によ
り分離された測定部分ビーム（１８）とは相互に異なっ
て偏光され、基準部分ビーム（１９）および該基準部分
ビームとは異なって偏光された測定部分ビーム（１８）
はフォト検出装置（１１）の異なるフォト検出器（１
１.１、１１.２）へ案内される、請求項１または２記載
の装置。 - 【請求項４】 少なくとも１つのビームスプリッタ（１
６、１７）および基準反射鏡（１３）は共通の測定セン
サ内に設けられ、該測定センサに共通の光入射面、光出
射面、およびフォーカシングレンズ（６）が設けられ、
該測定センサに少なくとも１つの測定部分ビーム（１
８、２０）の出射および入射のためのウィンドウが設け
られる、請求項１から３までのいずれか１項記載の装
置。 - 【請求項５】 光路変更装置は第２の部分ビーム（４）
のビーム路内に、該部分ビームの光路を変更するために
設けられる音響光学偏向装置を有し、該音響光学偏向装
置は少なくとも２つの音響光学偏向器（８、９）と、該
偏向器の後方に位置固定されて設けられる反射エレメン
ト（１０）とを有し、音響光学偏向器（８、９）は周波
数変調されて制御され、該偏向器（８、９）は入射する
第２の部分ビーム（４）および反射エレメント（１０）
に関して次のように設けられる、すなわち重畳エレメン
ト（ＳＴ１、ＳＴ４）へ案内される第２の部分ビーム
（４）は音響光学偏向器（８、９）内の偏向（α）によ
り光路を変更される、請求項１から４までのいずれか１
項記載の装置。 - 【請求項６】 第１の偏向器（８）は入射する部分ビー
ムを、周波数に依存して時間的に変化する角度だけ偏向
させ、第２の偏向器（９）は偏向された角度を元に戻
し、第２の部分ビーム（４）が再び第１の偏向器（８）
への入射方向で平行に移動されてさらに進むようにし、
反射エレメントは回折格子（１０）として構成され、該
回折格子は第２の偏向器（９）から入射した部分ビーム
を基準として斜めに配向され、該部分ビームは入射方向
に戻される、請求項５記載の装置。 - 【請求項７】 相互に干渉する２つの部分ビーム（３、
４）間の周波数シフトを行う周波数シフト装置が、第１
の部分ビーム（３）のビーム路および／または第２の部
分ビーム（４）のビーム路に設けられる、請求項１から
６までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項８】 ２つの偏向器（８、９）はわずかに異な
る搬送周波数で２つの偏向器駆動器（１２.１、１２.
２）により制御され、第２の部分ビーム（４）は周波数
シフトされる、請求項５から７のいずれか１項記載の装
置。 - 【請求項９】 ２つの偏向器（８、９）の搬送周波数は
共通の制御評価装置（１４）により変調される、請求項
８記載の装置。 - 【請求項１０】 前記周波数シフト装置が変調器駆動装
置により制御される音響光学変調器として構成され、該
周波数シフト装置は第１の部分ビーム（３）のビーム路
内で第１のビームスプリッタ（ＳＴ１）と測定対象物
（７）との間に設けられる、請求項１から７のいずれか
１項記載の装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19721843A DE19721843C1 (de) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | Interferometrische Meßvorrichtung |
| DE19721843.1 | 1997-05-26 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH116720A true JPH116720A (ja) | 1999-01-12 |
| JP4199848B2 JP4199848B2 (ja) | 2008-12-24 |
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ID=7830442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14272998A Expired - Fee Related JP4199848B2 (ja) | 1997-05-26 | 1998-05-25 | 干渉測定装置 |
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|---|---|
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| JP (1) | JP4199848B2 (ja) |
| DE (1) | DE19721843C1 (ja) |
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| DE10047495B4 (de) * | 1999-10-09 | 2005-06-09 | Robert Bosch Gmbh | Interferometrische Messvorrichtung zur Formvermessung |
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- 1997-05-26 DE DE19721843A patent/DE19721843C1/de not_active Expired - Fee Related
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- 1998-05-25 JP JP14272998A patent/JP4199848B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1998-05-26 GB GB9811285A patent/GB2325738B/en not_active Expired - Fee Related
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| US5933237A (en) | 1999-08-03 |
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