DE10317826B4

DE10317826B4 - Method and device for interferometric measurement

Info

Publication number: DE10317826B4
Application number: DE10317826A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Depiereux; Christof Dipl.-Ing. Bosbach; Berthold Dr.-Ing. Michelt
Original assignee: Jurca Optoelektronik & Co GmbH; Jurca Optoelektronik & Co KG GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fionec GmbH
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: DE10317826A1

Abstract

Verfahren zur interterometrischen Messung, bei dem
a) mittels einer ersten Interferometereinheit (7) ein Quellstrahl einer kurzkohärentes oder inkohärentes Licht emittierenden Lichtquelle (1) in einen Referenzlichtstrahl und einen Messlichtstrahl aufgeteilt wird,
b) Referenzlichtstrahl und Messlichtstrahl in einer zweiten Interferometereinheit (10) jeweils in zwei Teilstrahlen aufgeteilt werden,
c) einer der Referenzlichtteilstrahlen und einer der Messlichtteilstrahlen einen ersten Strahlengang (12) durchlaufen und dabei an einem mindestens ein Messstufenfeld (22) aufweisenden Stufenkörper (16) reflektiert werden, wobei die optische Wegstrecke im ersten Strahlengang (12) vom Ort der Reflexion auf dem Stufenkörper (16) abhängt,
d) der andere Referenzteilstrahl und der andere Messlichtteilstrahl einen zweiten Strahlengang (11) der zweiten Interterometereinheit durchlaufen,
e) sämtliche Teilstrahlen einem Detektor (15) zugeführt werden, der sich am Ende einer beiden Strahlengängen (11, 12) gemeinsamen Interferenzstrecke (17) befindet,
f) die Stufen (18) des mindestens einen Messstufenfeldes (22) optisch auf ein Bildsensorfeld des Detektors (15) abgebildet werden, und...Method for interterometric measurement, in which
a) a source beam of a short-coherent or incoherent light-emitting light source (1) is split into a reference light beam and a measurement light beam by means of a first interferometer unit (7),
b) the reference light beam and the measuring light beam in a second interferometer unit (10) are each divided into two partial beams,
c) one of the reference partial light beams and one of the measuring partial light beams pass through a first beam path (12) and are reflected on a step body (16) having at least one measuring stage field (22), wherein the optical path in the first beam path (12) depends on the location of the reflection on the Step body (16) depends,
d) the other reference sub-beam and the other measuring light sub-beam pass through a second beam path (11) of the second interferometer unit,
e) all sub-beams are fed to a detector (15) which is located at the end of a two beam paths (11, 12) common interference path (17),
f) the steps (18) of the at least one measuring stage field (22) are optically imaged onto an image sensor field of the detector (15), and

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur interferometrischen Messung, bei dem

a) mittels einer ersten Interferometereinheit ein Quellstrahl einer kurzkohärentes oder inkohärentes Licht emittierenden Lichtquelle in einen Referenzlichtstrahl und einen Messlichtstrahl aufgeteilt wird,
b) Referenzlichtstrahl und Messlichtstrahl in einer zweiten Interferometereinheit jeweils in zwei Teilstrahlen aufgeteilt werden,
c) einer der Referenzlichtteilstrahlen und einer der Messlichtteilstrahlen einen ersten Strahlengang durchlaufen und dabei an einem mindestens ein Messstufenfeld aufweisenden Stufenkörper reflektiert werden, wobei die optische Wegstrecke im ersten Strahlengang vom Ort der Reflexion auf dem Stufenkörper abhängt,
d) der andere Referenzteilstrahl und der andere Messlichtteilstrahl einen zweiten Strahlengang der zweiten Interferometereinheit durchlaufen,
e) sämtliche Teilstrahlen einem Detektor zugeführt werden, der sich am Ende einer beiden Strahlengängen gemeinsamen Interferenzstrecke befindet,
f) die Stufen des mindestens einen Messstufenfeldes optisch auf ein Bildsensorfeld des Detektors abgebildet werden, und
g) die Position der Abbildung von einer zwischen Referenzlichtstrahl und Messlichtstrahl auftretenden Messinterferenz in der Abbildung des Messstufenfeldes auf dem Detektor zur Messung herangezogen wird.

The invention relates to a method for interferometric measurement, in which

a) a source beam of a short-coherent or incoherent light-emitting light source is split into a reference light beam and a measurement light beam by means of a first interferometer unit,
b) the reference light beam and the measuring light beam are each split into two sub-beams in a second interferometer unit,
c) one of the reference partial light beams and one of the partial measurement light beams pass through a first beam path and are reflected on a step body having at least one measuring stage field, the optical path in the first beam path depending on the location of the reflection on the step body,
d) the other reference sub-beam and the other measuring light sub-beam pass through a second beam path of the second interferometer unit,
e) all sub-beams are fed to a detector which is located at the end of a common path of interference between both beam paths,
f) the steps of the at least one measurement stage field are optically imaged onto an image sensor field of the detector, and
g) the position of the image of a measurement interference occurring between the reference light beam and the measurement light beam in the image of the measurement step field on the detector is used for the measurement.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur interferometrischen Messung, umfassend

a) eine kurzkohärentes oder inkohärentes Licht emittierende Lichtquelle,
b) eine einen Quellstrahl der Lichtquelle in einen Referenzlichtstrahl und einen Restlichtstrahl aufteilende erste Interferometereinheit,
c) eine zweite Interferometereinheit mit aa) Mitteln zur Aufteilung des jeweils in die zweite Interferometereinheit eintretenden Referenzlichtstrahls und Messlichtstrahls in jeweils zwei Teilstrahlen, von denen einer einen ersten Strahlengang und der andere einen zweiten Strahlengang durchläuft, bb) einem im ersten Strahlengang angeordneten, mindestens ein Messstufenfeld aufweisenden Stufenkörper, wobei die optische Wegstrecke im ersten Strahlengang vom Ort der Reflexion auf dem Stufenkörper abhängt, und cc) eine dem ersten Strahlengang und zweiten Strahlengang gemeinsame Interferenzstrecke, auf der Messlichtstrahl und Referenzlichtstrahl überlagert sind,
d) einen Detektor mit einem zur ortsaufgelösten Detektion einer in der Interferenzstrecke gegebenen Interferenz geeigneten Bildsensorfeld, und
e) Mittel zur optischen Abbildung der Stufen des Stufenkörpers auf das Bildsensorfeld.

Furthermore, the invention relates to a device for interferometric measurement, comprising

a) a short-coherent or incoherent light-emitting light source,
b) a first interferometer unit dividing a source beam of the light source into a reference light beam and a residual light beam,
c) a second interferometer unit with aa) means for dividing the respectively entering into the second interferometer unit reference light beam and measuring light beam in two partial beams, one of which passes through a first beam path and the other a second beam path, bb) arranged in the first beam path, at least one Stepped body having step level field, wherein the optical path in the first beam path depends on the location of the reflection on the step body, and cc) an interference path common to the first beam path and the second beam path, are superimposed on the measuring light beam and reference light beam,
d) a detector with an image sensor field suitable for spatially resolved detection of interference in the interference path, and
e) means for optical imaging of the steps of the step body on the image sensor array.

Ein zur absoluten Abstandsmessung vorgesehenes interferometrisches Verfahren sowie eine interferometrische Messvorrichtung der vorgenannten Art sind aus der DE 19520305 A1 bekannt. Danach wird der Messlichtstrahl an einem Messobjekt reflektiert, das sich in einem bestimmten, zu ermittelnden Abstand zu einem Referenzobjekt, nämlich einem Strahlteiler der ersten Interferometereinheit, befindet. Dieser Abstand erzeugt zwischen Referenzlichtstrahl und Messlichtstrahl einen optischen Wegstreckenunterschied, der dem doppelten zu ermittelnden Abstand entspricht. Referenzlichtstrahl und Messlichtstrahl werden der zweiten Interferometereinheit zugeführt. Aufgrund der unterschiedlichen Längen von optischen Wegen im ersten Strahlengang und im zweiten Strahlengang der zweiten Interferometereinheit wird dort der in der ersten Interferometereinheit erzeugte Wegstreckenunterschied zwischen einem Anteil des Referenzlichtstrahls und dem Messlichtstrahl ausgeglichen, so dass diese in der zweiten Interferometereinheit miteinander interferieren können. Aufgrund der kurzen Kohärenzlänge des eingesetzten Lichts interferiert lediglich der Anteil des Referenzlichtstrahls mit dem Messlichtstrahl, der an dem die geeignete optische Wegstrecke erzeugenden Ort am Stufenkörper reflektiert wurde. Die Messinterferenz wird zusammen mit der Reflexions fläche des Stufenkörpers in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene optisch auf das Bildsensorfeld des Detektors abgebildet. In dieser Abbildung kann die die Messinterferenz erzeugende Reflexionsstelle am Stufenkörper ermittelt und hieraus sowie aus den bekannten optischen Wegstreckenlängen unmittelbar auf den zu bestimmenden Abstand geschlossen werden.An intended for absolute distance measurement interferometric method and an interferometric measuring device of the aforementioned type are known from DE 19520305 A1 known. Thereafter, the measurement light beam is reflected at a measurement object which is located at a specific distance to be determined from a reference object, namely a beam splitter of the first interferometer unit. This distance creates an optical path difference between the reference light beam and the measuring light beam, which corresponds to twice the distance to be determined. Reference light beam and measuring light beam are supplied to the second interferometer unit. Due to the different lengths of optical paths in the first beam path and in the second beam path of the second interferometer unit, the path difference between a portion of the reference light beam and the measurement light beam generated in the first interferometer unit is compensated there, so that these can interfere with one another in the second interferometer unit. Due to the short coherence length of the light used, only the fraction of the reference light beam interferes with the measurement light beam which has been reflected at the stage which generates the suitable optical path on the step body. The measurement interference is optically imaged onto the image sensor array of the detector together with the reflection surface of the step body in a plane perpendicular to the optical axis. In this figure, the reflection point generating the measurement interference can be determined on the step body and be deduced therefrom and from the known optical path lengths directly to the distance to be determined.

Für eine Abstandsmessung ist eine Kalibrierung der zweiten Interterometereinheit erforderlich. Es ist bekannt, zum Kalibrieren eines Interferometers die optischen Wegstrecken im Interferenzlichtstrahlengang oder Messlichtstrahlengang durch Verfahren bestimmter optischer Elemente mittels Verfahrtischen zu verändern. Derartige Kalibriervorgänge sind grundsätzlich fehlerbehaftet. Zudem müssen die Kalibriervorgänge zur Überprüfung des Zustands der zweiten Interferometereinheit ständig wiederholt werden. Während der Kalibriervorgänge gemäß dem Stand der Technik sind in der Regel Abstandsmessungen nicht möglich.For a distance measurement a calibration of the second interferometer unit is required. It It is known to calibrate an interferometer, the optical Routes in the interference light beam path or measuring light beam path by moving certain optical elements by means of traversing tables to change. Such calibration procedures are in principle faulty. In addition, must the calibration procedures to review the State of the second interferometer unit are constantly repeated. During the All calibration procedures according to the state The technique usually distance measurements are not possible.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem bzw. bei der das Kalibrieren zeitgleich mit Messungen von Abständen und außerdem mit hoher Präzision und geringem Zeitaufwand durchgeführt werden kann.It is now the object of the present invention tion to provide a method and an apparatus of the type mentioned, in which or in which the calibration can be carried out simultaneously with measurements of distances and also with high precision and little time.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass

a) der Stufenkörper zusätzlich zum Messstufenfeld mit einer Kalibrierstufe versehen ist und derart angeordnet wird, dass eine durch Reflexion an der Reflexionsfläche einer Kalibrierstufe erzeugte optische Kalibrierwegstrecke im ersten Strahlengang mit der optischen Wegstrecke im zweiten Strahlengang exakt übereinstimmt,
b) die Kalibrierstufe ebenfalls optisch auf das Bildsensorfeld des Detektors abgebildet wird, und
c) die durch die jeweilige Überlagerung der Referenzlichtteilstrahlen und Messlichtteilstrahlen beim Durchlaufen der Kalibrierwegstrecke und des zweiten Strahlenganges in der Interferenzstrecke erzeugten Kalibrierinterferenzen zur Überprüfung der Position des Stufenkörpers festgestellt werden.

This object is achieved by a method of the type mentioned in that

a) the step body is provided in addition to the measuring stage field with a calibration stage and is arranged such that a generated by reflection on the reflection surface of a Kalibrierstufe optical Kalibrierwegstrecke in the first beam path exactly matches the optical path in the second beam path,
b) the calibration stage is also optically imaged onto the image sensor array of the detector, and
c) the calibration interferences generated by the respective superimposition of the reference light sub-beams and measuring light sub-beams when passing through the calibration path and the second beam path in the interference path to check the position of the step body are determined.

Bei Übereinstimmung der Kalibrierwegstrecke mit der des zweiten Strahlengangs wird in der zweiten Interferometereinheit auch mit kurzkohärentem Licht stets eine Interferenz, die Kalibrierinterferenz, erzeugt, nämlich jeweils zwischen den beiden Referenzlichtstrahlen und zwischen den beiden Messlichtstrahlen, da jeweils ein Anteil der den ersten Strahlengang durchlaufenden Teilstrahlen an der Kalibrierstufe reflektiert wird. Wird eine solche Kalibrierinterferenz detektiert, steht fest, dass der Stufenkörper korrekt innerhalb des zweiten Messinterferometers positioniert ist. Aus der bekannten Geometrie des Stufenkörpers sowie aus der Position der weiteren, zwischen Messlichtstrahl und Referenzlichtstrahl erzeugten Messinterferenz im Bereich der Messstufen kann dann direkt der zu messende Abstand ermittelt werden.With agreement the Kalibrierwegstrecke with the second beam path is in the second interferometer unit also with short coherent light always generates an interference, the calibration interference, respectively between the two reference light beams and between the two measuring light beams, since in each case a portion of the first beam path passing Partial beams is reflected at the calibration stage. Will one Calibration detected interference, it is clear that the step body is correct is positioned within the second measuring interferometer. Out the known geometry of the step body and from the position the other, generated between measuring light beam and reference light beam Messinterferenz in the range of the measuring stages can then directly to measuring distance are determined.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass genau ein Messstufenfeld vorgesehen wird, wobei der Abstand der Reflexionsfläche der Kalibrierstufe zum Messstufenfeld ein Mehrfaches der Messstufenhöhe beträgt. Der Abstand der Reflexionsfläche der Kalibrierstufe zum Messstufenfeld bestimmt den Abstand des Messbereiches vom Referenzobjekt. Überragt die Kalibrierstufe das Messstufenfeld, ist die optische Wegstrecke im ersten Strahlengang für den Anteil Teilstrahlen, die am Messstufenfeld reflektiert werden, länger als die optische Wegstrecke im zweiten Strahlengang der zweiten Interferometereinheit. In diesem Fall erzeugen der den ersten Strahlengang durchlaufende Teilstrahl des Referenzlichtstrahls sowie der den zweiten Strahlengang durchlaufende Teilstrahl des Messlichtstrahls die Messinterferenz. Bei genau einem Messstufenfeld werden auf das Bildsensorfeld des Detektors somit gleichzeitig die Kalibrierinterferenz sowie die eine Messinterferenz abgebildet. Alternativ hierzu kann die Kalibrierstufe auch deutlich hinter dem Messstufenfeld zurückliegen. In diesem Fall wird die optische Wegstrecke im ersten Strahlengang für den Anteil der Teilstrahlen, die am Messstufenfeld reflektiert werden, kürzer als die optische Wegstrecke im zweiten Strahlengang. Die Messinterferenz wird in diesem Fall also von dem den ersten Strahlengang durchlaufenden Teilstrahl des Messlichtstrahls und dem den zweiten Strahlengang durchlaufenden Teilstrahl des Referenzlichtstrahls erzeugt.The inventive method can also be done that way be provided that exactly one measuring stage field, wherein the Distance of the reflection surface the calibration level for the measuring step field is a multiple of the measuring step height. Of the Distance of the reflection surface The calibration level for the measuring step field determines the distance of the measuring range from the reference object. Dominated the calibration stage is the measurement stage field, is the optical path in the first beam path for the proportion of partial beams that are reflected at the measuring stage field, longer than the optical path in the second beam path of the second interferometer unit. In this case, generate the partial beam passing through the first beam path the reference light beam and the second beam path passing through Partial beam of the measurement light beam the measurement interference. At exactly one Measurement stage field are thus on the image sensor array of the detector simultaneously the calibration interference and the one measurement interference displayed. Alternatively, the calibration can also be clearly behind lie behind the measuring stage field. In this case, the optical path in the first beam path for the Proportion of partial beams that are reflected at the measuring field, shorter as the optical path in the second beam path. The measurement interference In this case, therefore, it will pass from the first beam path Partial beam of the measuring light beam and the second beam path passing through Partial beam of the reference light beam generated.

Schließlich ist auch denkbar, dass die Kalibrierstufe z. B. in der Mitte des Stufenkörpers angeordnet ist und zwei Messstufenfelder vorgesehen sind, eines, welches gegenüber der Kalibrierstufe eine bestimmte Wegstrecke vorsteht und ein zweites, welches gegenüber der Kalibrierstufe um eine entsprechende Wegstrecke zurückspringt. In diesem Fall werden auf dem Bildsensorfeld des Detektors zwei Messinterferenzen und die Kalibrierinterferenz abgebildet, was die Messsicherheit erhöhen kann.Finally is also conceivable that the calibration z. B. arranged in the middle of the stage body and two measuring stage fields are provided, one which is opposite to the Calibration stage protrudes a certain distance and a second, which opposite the calibration stage jumps back by a corresponding distance. In this case, two measurement interferences will appear on the image sensor array of the detector and the calibration interference mapped what the measurement confidence increase can.

Ist die Reflexionsfläche der Kalibrierstufe genau senkrecht zur optischen Achse des ersten Strahlenganges, kommt die Kalibrierinterferenz tatsächlich nur zustande, wenn der Stufenkörper in der geeigneten Position steht und müsste bei fehlender Kalibrierinterferenz entsprechend nachjustiert werden. Aufgrund dessen kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren so auszuführen, dass der Stufenkörper derart angeordnet wird, dass die Flächennormale der Reflexionsfläche zumindest der Kalibrierstufe zur optischen Achse des ersten Strahlenganges geneigt ist, und die Position der Kalibrierinterferenzen in der Abbildung der Reflexionsfläche der Kalibrierstufe auf dem Detektor festgestellt und zur Kalibrierung des Messergebnisses verwendet wird.is the reflection surface the calibration step exactly perpendicular to the optical axis of the first Beam path, the calibration interference actually comes only when the stage body is in the appropriate position and would have to in the absence of calibration interference be readjusted accordingly. Because of that, it can be beneficial be, the inventive method to do so that the step body is arranged such that the surface normal of the reflection surface at least the calibration stage to the optical axis of the first beam path is inclined, and the position of the calibration interference in the Illustration of the reflection surface the calibration level detected on the detector and for calibration the measurement result is used.

Bei einer geeigneten Ausdehnung der Kalibrierstufe senkrecht zur Kippachse ist für die Position des Stufenkörpers in der zweiten Interferometereinheit ein entsprechender Spielraum gegeben. Mit dem Detektor kann festgestellt werden, von welchem Ort auf der Kalibrierstufe die die Kalibrierinterferenz erzeugende Reflexion ausgeht. Bei Positionsverschiebungen aufgrund mechanischer Einwirkungen und/oder Wärmeausdehnungseffekten kann sich diese Stelle auf der Kalibrierstufe verschieben. Diese Verschiebung wird festgestellt und für die Berechnung des zu messenden Abstands berücksichtigt. Eine Positionsanpassung durch mechanisches Verschieben des Stufenkörpers ist somit überflüssig. Da sowohl die Kalibrierinterferenz als auch die Messinterferenz zwischen Messlichtlichtstrahl und Referenzlichtstrahl gleichzeitig ausgewertet werden können, ist eine laufende Kalibrierung während der Messung möglich. Gesonderte Kalibriervorgänge können vollständig entfallen.With a suitable extension of the calibration step perpendicular to the tilt axis, a corresponding clearance is given for the position of the step body in the second interferometer unit. The detector can be used to determine from which location on the calibration stage the reflection generating the calibration interference originates. In the case of positional shifts due to mechanical effects and / or thermal expansion effects, this point may shift on the calibration stage. This shift is detected and taken into account for the calculation of the distance to be measured. A position adjustment by mechanical displacement of the step body is thus superfluous. Since both the calibration interference and the measurement interference between the measuring light beam and the reference light beam can be evaluated simultaneously A continuous calibration is possible during the measurement. Separate calibration procedures can be completely eliminated.

Sind die Stufen des mindestens einen Messfeldes zur Kalibrierstufe parallel, sind bei geneigter Kalibrierstufe die Messstufen in gleicher Weise geneigt. Die Neigung zur optischen Achse wird in der Regel abhängig von den Stufenhöhen so gewählt, dass ein kontinuierlicher Messbereich abgedeckt wird.are the steps of the at least one measuring field parallel to the calibration stage, If the calibration level is inclined, the measuring stages are the same inclined. The inclination to the optical axis is usually dependent on the step heights chosen so that a continuous measuring range is covered.

Alternativ oder auch zusätzlich zur Verkippung kann die Kalibrierstufe und können auch die Messstufen in sich nochmals gestuft sein, wobei die Richtung dieser Unterstufung senkrecht zu der der Hauptstufung ist. In diesem Fall bestehen die Reflexionsflächen der Messstufen und/oder der Kalibrierstufe aus jeweils mehreren Einzelflächen, die sich durch die nochmalige Stufung jeder Stufe ergeben.alternative or in addition For tilting, the calibration level and can also be used to measure in be re-graded, with the direction of this subcategory perpendicular to that of the main grading. In this case, the reflective surfaces of the measuring stages and / or the calibration stage of a plurality of each Individual areas, which result from the repeated grading of each stage.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass die Kalibrierstufe und/oder die Stufen des Messstufenfeldes einzeln und jeweils mittels separater optischer Mittel auf jeweils eine oder zwei zueinander benachbarte Bildsensorzeilen abgebildet werden. Hierzu kann es vorteilhaft sein, als separate optische Mittel Stablinsen zu verwenden. Schließlich kann es auch vorteilhaft sein, nur die Bildsensorzeilen auszulesen, auf die Stufen des Stufenkörpers abgebildet werden. Die Verwendung von Stablinsen hat den Vorteil, dass die Abbildung der einzelnen Stufen auf den Bildsensorzeilen mit erhöhter Intensität erfolgt. Zudem brauchen nur die Bildsensorzeilen ausgelesen werden, auf denen Stufen des Messstufenfeldes abgebildet sind, wodurch sich die Messgeschwindigkeit deutlich erhöhen lässt. Zudem könnte es sinnvoll sein, die Reihenfolge der Auslesung der einzelnen Bildsensorzeilen abhängig vom erwarteten Messergebnis zu machen. Wird z. B. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein sich in eine bestimmte Richtung laufend ändernder Abstand durch eine Vielzahl von Messungen kontrolliert, so könnte anhand der jüngsten Messergebnisse eine Tendenz festgestellt werden, aus der für die nächste zukünftige Messung ein zu erwartendes Messergebnis abgeleitet werden kann. Das erwartete Messergebnis könnte dann zum Festlegen der Bildsensorzeile dienen, die als erstes ausgelesen wird. Solange keine Messinterferenz festgestellt wird, werden anschließend die benachbarten Bildsensorzeilen ausgelesen. Ständig ausgelesen wird hingegen die Bildsensorzeile, auf die die Kalibrierstufe und die Kalibrierinterferenz abgebildet sind.Farther can the inventive method so executed be that the calibration stage and / or the stages of the measuring stage field individually and in each case by means of separate optical means on each one or two adjacent image sensor lines mapped become. For this purpose, it may be advantageous as a separate optical means Rod lenses to use. After all it may also be advantageous to read only the image sensor lines, on the steps of the stage body be imaged. The use of rod lenses has the advantage that the image of each step on the image sensor lines with elevated intensity he follows. In addition, only the image sensor lines need to be read out which levels of the measuring stage field are mapped, resulting in significantly increases the measuring speed. It could also make sense, the order of reading the individual image sensor lines dependent to make the expected measurement result. If z. B. with the method according to the invention a distance constantly changing in a certain direction by one Controlled variety of measurements, so could from the recent measurement results a tendency to be determined from which to expect for the next future measurement Measurement result can be derived. The expected measurement result could then serve to set the image sensor line, which is read out first. As long as no measurement interference is detected, then the read out from adjacent image sensor lines. Constantly read out, however the image sensor line to which the calibration level and the calibration interference are shown.

Die oben erwähnte Aufgabe wird des weiteren durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die sich dadurch kennzeichnet, dass eine Kalibrierstufe des Stufenkörpers zusätzlich zu dessen Messstufenfeld eine Kalibrierwegstrecke im ersten Strahlengang der zweiten Interferometereinheit bestimmt, deren Länge mit der optischen Wegstrecke im zweiten Strahlengang exakt übereinstimmt, und die Mittel umfasst, um Kalibrierinterferenzen zur Überprüfung der Position des Stufenkörpers festzustellen.The mentioned above The object is further by a device of the type mentioned solved, which is characterized in that a calibration stage of the stage body in addition to whose measuring stage field a Kalibrierwegstrecke in the first beam path the second interferometer unit determined whose length with the optical path in the second beam exactly matches, and the means comprises calibration interference for checking the Position of the step body determine.

Es kann vorteilhaft sein, die erfindungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, dass der Stufenkörper derart angeordnet ist, dass die Flächennormale der Reflexionsfläche zumindest der Kalibrierstufe zur optischen Achse des ersten Strahlenganges geneigt ist.It may be advantageous to design the device according to the invention in such a way that the step body is arranged such that the surface normal of the reflection surface at least the calibration stage to the optical axis of the first beam path is inclined.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die erfindungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, dass die zweite Interferometereinheit ein Michelson-Interferometer umfasst und der Stufenkörper ein Spiegel mit gestufter Reflexionsfläche ist.Farther it may be advantageous to design the device according to the invention in such a way that the second interferometer unit is a Michelson interferometer includes and the step body a mirror with stepped reflection surface is.

Der Stufenkörper kann alternativ auch ein transparenter Körper sein, bei dem die Reflexionsflächen der Stufen des mindestens einen Messfeldes sowie der Kalibrierstufe als Strahlteiler fungieren. In diesem Falle würde es sich bei der zweiten Interferometereinheit auch nicht um ein Michelson-Interferometer handeln. Die zweite Interferometereinheit könnte dann aus im Strahlengang aufeinander folgend einer planen Strahlteilerplatte und dem teiltransparenten Stufenkörper gebildet sein, an die sich im Strahlenverlauf die Detektoroptik und der Detektor anschließen, wie dies in der DE 19520305 A1 verwirklicht ist.Alternatively, the step body can also be a transparent body, in which the reflection surfaces of the steps of the at least one measuring field and of the calibration stage function as a beam splitter. In this case, the second interferometer unit would also not be a Michelson interferometer. The second interferometer unit could then be formed in the beam path successively to a plane beam splitter plate and the partially transparent step body, to which the detector optics and the detector are connected in the beam path, as described in US Pat DE 19520305 A1 is realized.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch Topographien und Tiefenprofile gemessen werden. Für Topographien können ein oder mehrere Messlichtstrahlen die Oberfläche eines Messgeräts abrastern. Die für jeden Rasterpunkt erfindungsgemäß festgestellten Abstände können dann zur Topographieermittlung verwendet werden.With the method according to the invention and the device according to the invention can also topographies and depth profiles are measured. For topographies can one or more measuring light beams scanned the surface of a measuring device. The for each grid point inventively found distances can then used for topography determination.

Tiefenprofile können an teiltransparenten Messobjekten festgestellt werden, z. B. wenn die Messlichtstrahlen an im Messobjekt gegebenen Grenzflächen (teil)reflektiert werden. Verschiedene, in Richtung des Messstrahls gesehen hintereinander liegende und den Messstrahl (teil)reflektierende Grenzflächen erzeugen Messinterferenzen, die in ihrer Abbildung im Bildsensorfeld unterschiedlichen Stufen des Stufenkörpers zuzuordnen sind, woraus der Abstand der Grenzflächen zueinander und damit ein Tiefenprofil ermittelbar ist.depth profiles can be found on partially transparent measurement objects, z. For example the measuring light beams reflected (part) given in the measuring object boundary surfaces become. Various, one behind the other, as seen in the direction of the measuring beam and the measurement beam (part) reflecting interfaces generate measurement interference, the different levels in their image in the image sensor field of the step body are assigned, from which the distance of the interfaces to each other and thus a Depth profile can be determined.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht auf die Messung von Abständen, Topographien oder Tiefenprofilen eingeschränkt. Es könnte als erste Interferometereinheit beispielsweise eine Glasfasereinheit herangezogen werden, bei der das Quelllicht zunächst in eine Lichtfaser eingekoppelt und anschließend auf zwei Lichtfaserstränge aufgeteilt wird. Durchlaufen beide Lichtfaserstränge unterschiedliche, z. B. die Lichtgeschwindigkeit in den Fasern beeinflussende Umgebungsbedingungen, könnten mit Hilfe der zweiten Interferometereinheit Laufzeitunterschiede festgestellt werden, die Rückschlüsse auf die Umgebungsbedingungen zulassen.The device according to the invention is not limited to the measurement of distances, topographies or depth profiles. It could be used as a first interferometer unit, for example, a glass fiber unit, in which the source light first coupled into an optical fiber and then split into two light fiber strands. Pass through both light fiber strands different, z. As the speed of light in the fibers affecting ambient conditions, with the help of the second interferometer unit running time differences could be determined that allow conclusions about the environmental conditions.

Weitere Ausbildungsbeispiele sind durch die Ansprüche 10 bis 12 gegeben.Further Training examples are given by the claims 10 to 12.

Im Folgenden wird eine vorteilhafte Ausbildungsform der Erfindung anhand von Figuren dargestellt.in the Below is an advantageous embodiment of the invention based represented by figures.

Es zeigt schematisch:It shows schematically:

1: eine Messvorrichtung zur Bestimmung eines Absolutabstandes, 1 a measuring device for determining an absolute distance,

2: in stark vergrößerter Wiedergabe einen Stufenspiegel in Schrägaufsicht, 2 : in a greatly enlarged reproduction a step level in oblique view,

3: ein Gehäuse und eine Gehäusehalterung für eine Detektoroptik, 3 a housing and a housing holder for a detector optics,

4: einen seitlichen Schnitt durch die Detektoroptik mit Gehäuse und Gehäusehalterung und 4 : a lateral section through the detector optics with housing and housing holder and

5: eine geschnittene Schrägaufsicht auf das Gehäuse mit Stablinsen. 5 : a cut oblique view of the housing with rod lenses.

Die Messvorrichtung gemäß 1 umfasst eine Lichtquelle 1, deren kurzkohärentes Quelllicht in eine Lichtleitfaser 2 eingekoppelt wird. Die Lichtleitfaser 2 endet in einer Austrittslinse 3, aus der ein Teil des Quelllichts in Richtung auf ein Messobjekt 4 austritt. Ein anderer Anteil des Quelllichts wird an der Austrittsfläche 5 der Austrittslinse 3 reflektiert und in eine rückführende Lichtleitfaser 6 eingekoppelt. Des Weiteren wird ein Teil des vom Messobjekt 4 reflektierten Quelllichts über die Austrttslinse 3 in die rückführende Lichtleitfaser 6 eingekoppelt. Die hinführende Lichtleitfaser 2, die rückführende Lichtleitfaser 6, die Austrittslinse 3 sowie das Messobjekt stellen eine erste Interfero metereinheit 7 in Form eines Fabry-Perot-Interferometers dar, in der das Quelllicht der Lichtquelle 1 an der Austrittsfläche 5 der Austrittslinse 3 in zwei Strahlanteile aufgespalten wird. Der von der Austrittsfläche 5 unmittelbar zurück in die rückführende Lichtleitfaser 6 reflektierte Anteil wird im Folgenden als Referenzlichtstrahl bezeichnet, der vom Messobjekt 4 reflektierte und über die Austrittslinse 3 in die rückführende Lichtleitfaser 6 eingekoppelte Anteil als Messlichtstrahl. Der Messlichtstrahl läuft somit dem Referenzlichtstrahl in der rückführenden Lichtleitfaser in einem Abstand hinterher, der dem Zweifachen des Abstands zwischen der Austrittsfläche 5 und der reflektierenden Oberfläche des Messobjekts 4 entspricht. Die rückführende Lichtleitfaser 6 endet in einer Aufweitungsoptik 8, die den Messlichtstrahl und den Referenzlichtstrahl auf einen Strahlteiler 9 einer als Michelson-Interferometer ausgebildeten zweiten Interferometereinheit 10, der Empfängerinterferometereinheit, gibt. Der Strahlteiler teilt sowohl den Referenzlichtstrahl als auch den Messlichtstrahl in jeweils zwei Teilstrahlen auf. In der zweiten Interferometereinheit 10 sind ein erster Strahlengang 12 und ein zweiter Strahlengang 11 definiert, die beide beim Eintritt in die zweite Interferometereinheit 10 beginnen. Im zweiten Strahlengang 11 wird die durch den Strahlteiler 9 hindurchtretende Strahlung zunächst an einem planen Spiegel 13 reflektiert und über den Strahlteiler 9 und eine Detektoroptik 14 auf einen Detektor 15 gegeben, der ein hier nicht im Detail dargestelltes Bildsensorarray einer Digitalkamera, z. B. einer CCD-Kamera oder CMOS-Kamera umfasst. Im ersten Strahlengang 12 trifft das aus der Aufweitungsoptik 8 austretende und vom Strahlteiler 9 reflektierte Licht auf einen Stufenspiegel 16, der in 2 vergrößert in Schrägaufsicht dargestellt ist. Vom Stufenspiegel 16 wird die Strahlung reflektiert und durch den Strahlteiler 9 hindurchtretend über die Detektoroptik 14 auf den Detektor 15 gegeben. Dabei wird der Stufenspiegel 16 auf dem Bildsensorarray des Detektors 15 optisch abgebildet. Zweiter Strahlengang 11 und erster Strahlengang 12 enden beide auf dem Bildsensorarray.The measuring device according to 1 includes a light source 1 , whose short-coherent source light into an optical fiber 2 is coupled. The optical fiber 2 ends in an exit lens 3 , from which part of the source light is directed towards a measuring object 4 exit. Another portion of the source light is at the exit surface 5 the exit lens 3 reflected and into a returning optical fiber 6 coupled. Furthermore, a part of the object to be measured becomes 4 reflected source light via the exit lens 3 in the returning optical fiber 6 coupled. The leading optical fiber 2 , the returning optical fiber 6 , the exit lens 3 as well as the test object provide a first interferometer unit 7 in the form of a Fabry-Perot interferometer, in which the source light of the light source 1 at the exit surface 5 the exit lens 3 split into two beam portions. The from the exit surface 5 directly back into the returning optical fiber 6 reflected portion is hereinafter referred to as the reference light beam, the object to be measured 4 reflected and over the exit lens 3 in the returning optical fiber 6 coupled portion as measuring light beam. The measuring light beam thus trails behind the reference light beam in the returning optical fiber at a distance which is twice the distance between the exit surface 5 and the reflective surface of the measurement object 4 equivalent. The returning optical fiber 6 ends in a widening look 8th , the measuring light beam and the reference light beam on a beam splitter 9 a second interferometer unit designed as a Michelson interferometer 10 giving receiver interferometer unit. The beam splitter splits both the reference light beam and the measuring light beam into two partial beams each. In the second interferometer unit 10 are a first ray path 12 and a second beam path 11 defined, both when entering the second interferometer unit 10 kick off. In the second beam path 11 which is through the beam splitter 9 passing radiation first on a plane mirror 13 reflected and over the beam splitter 9 and a detector optics 14 on a detector 15 given that a not shown here in detail image sensor array of a digital camera, z. B. a CCD camera or CMOS camera includes. In the first ray path 12 this is true of the expansion optics 8th exiting and from the beam splitter 9 reflected light on a level mirror 16 who in 2 enlarged in oblique view is shown. From the level mirror 16 the radiation is reflected and through the beam splitter 9 passing through the detector optics 14 on the detector 15 given. This is the level mirror 16 on the image sensor array of the detector 15 optically imaged. Second ray path 11 and first ray path 12 both end up on the image sensor array.

Die optische Wegstrecke im ersten Strahlengang 12 hängt davon ab, an welchem Ort am Stufenspiegel 16 das Licht reflektiert wird. Die Abstände des planen Spiegels 13 vom Strahlteiler 9 und des Stufenspiegels 16 vom Strahlteiler 9 sind so gewählt, dass der durch die erste Interferometereinheit 7 erzeugte Unterschied in der optischen Wegstrecke zwischen Messlichtstrahl und Referenzlichtstrahl in etwa ausgeglichen ist, wenn einer der Referenzlichtteilstrahlen den ersten Strahlengang 12 und einer der Messlichtteilstrahlen den zweiten Strahlengang 11 durchläuft. In diesem Fall kann es auf einer dem ersten Strahlengang 12 und dem zweiten Strahlengang 11 gemeinsamen Interferenzstrecke 17 zu Messinterferenzen zwischen diesem Referenzlichtteilstrahl und diesem Messlichtteilstrahl kommen. Die Messinterferenz wird jedoch nur von dem Anteil des Referenzlichtteilstrahls erzeugt, für den bei der gegebenen kurzen Kohärenzlänge des eingesetzten Lichts der Ausgleich des in der ersten Interferometereinheit 7 erzeugten Wegunterschiedes zum Messlichtstrahl hinreichend genau ist. Dies gilt in der Regel nur für einen auf einer bestimmten Messstufe 18 reflektierten Anteil. Da sowohl die Messinterferenz als auch der Stufenspiegel 16 im Detektor 15 optisch abgebildet werden, kann festgestellt werden, welche Messstufe 18 die Interferenz erzeugt. Aus den bekannten geometrischen Gegebenheiten kann dann unmittelbar auf den zu bestimmenden Abstand zwischen der Austrittsfläche 5 in der ersten Interferometereinheit 7 und der reflektierenden Oberfläche des Messobjekts 4 geschlossen werden.The optical path in the first beam path 12 Depends on where on the level mirror 16 the light is reflected. The distances of the plane mirror 13 from the beam splitter 9 and the level mirror 16 from the beam splitter 9 are chosen so that by the first interferometer unit 7 produced difference in the optical path between the measuring light beam and reference light beam is approximately balanced when one of the reference partial light beams the first beam path 12 and one of the measurement light sub-beams the second beam path 11 passes. In this case, it may be on a first ray path 12 and the second beam path 11 common interference link 17 to measurement interference between this reference partial light beam and this measuring light partial beam come. However, the measurement interference is only generated by the proportion of the reference light sub-beam, for which, given the short coherence length of the light used, the compensation of the in the first interferometer unit 7 caused path difference to the measuring light beam is sufficiently accurate. This usually only applies to one at a certain measuring level 18 reflected proportion. Because both the measurement interference and the level mirror 16 in the detector 15 can be optically imaged, it can be determined which measurement level 18 generates the interference. From the known geometric conditions can then directly to the determined distance between the exit surface 5 in the first interferometer unit 7 and the reflective surface of the measurement object 4 getting closed.

Um eine eindeutige Aussage zum zu bestimmenden Abstand machen zu können, ist eine Kalibrierung der zweiten Interferometereinheit 10 notwendig. Hierzu ist am Stufenspiegel 16 eine Kalibrierstufe 19 vorgesehen. Die Kalibrierstufe 19 erzeugt im ersten Strahlengang 12 eine Kalibrierwegstrecke, welche die kürzeste optische Wegstrecke im ersten Strahlengang 12 ist. Der Stufenspiegel 16 und der plane Spiegel 13 werden so platziert, dass der Abstand der Reflexionsfläche 20 der Kalibrierstufe 19 vom Strahlteiler 9 möglichst exakt mit dem Abstand des planen Spiegels 13 vom Strahlteiler 9 übereinstimmt. Sowohl die beiden am Strahlteiler 9 erzeugten Teilstrahlen des Messlichtstrahls als auch die des Referenzlichtstrahls interferieren bei hinreichend genauer Übereinstimmung der vorgenannten Abstände in der Interferenzstrecke 17 miteinander. Diese von der Kalibrierstufe 20 erzeugte Kalibrierinterferenz bestätigt somit die gewünschten geometrischen Verhältnisse. Aus der bekannten Höhe der Kalibrierstufe 19 und den bekannten Stufenhöhen der Messstufen 18 lässt sich aus der Position der in der Interferenzstrecke 17 erzeugten Messinterferenz in der Abbildung im Detektor 15 der optische Wegstreckenunterschied zwischen dem interferierenden Anteil des Referenzlichtstrahls und dem Messlichtstrahl und damit der zu messende Abstand ermitteln.To be able to make a clear statement about the distance to be determined, is a calibration of the second interferometer unit 10 necessary. This is on the level mirror 16 a calibration stage 19 intended. The calibration stage 19 generated in the first beam path 12 a Kalibrierwegstrecke, which is the shortest optical path in the first beam path 12 is. The level mirror 16 and the plane mirror 13 are placed so that the distance of the reflection surface 20 the calibration stage 19 from the beam splitter 9 as exactly as possible with the distance of the plane mirror 13 from the beam splitter 9 matches. Both the two at the beam splitter 9 generated partial beams of the measuring light beam as well as the reference light beam interfere with sufficiently accurate agreement of the aforementioned distances in the interference path 17 together. This from the calibration stage 20 generated calibration interference thus confirms the desired geometric relationships. From the known height of the calibration stage 19 and the known step heights of the measuring stages 18 can be determined from the position of the in the interference path 17 generated measurement interference in the image in the detector 15 the optical path difference between the interfering portion of the reference light beam and the measuring light beam and thus determine the distance to be measured.

Es ist vorteilhaft, den Stufenspiegel 16 um eine zur optischen Achse des ersten Strahlenganges 12 sowie zur Flächennormalen der Spiegelflächen des Stufenspiegels 16 senkrechten Kippachse 21 zu neigen. Aufgrund der gegebenen Breite der Kalibrierstufe 19 wird mit der Neigung aus der Kalibrierwegstrecke ein Kalibrierbereich. Somit können aufgrund mechanischer oder thermischer Einflüsse erzeugte Verschiebungen des Stufenspiegels 16 festgestellt werden, in dem sich die Kalibrierinterferenz in der optischen Abbildung im Detektor 15 auf der Reflexionsfläche 20 der Kalibrierstufe 19 verschiebt. Bei Annäherung des Stufenspiegels 16 an den Strahlteiler 9 würde sich die Kalibrierinterferenz zu dem aufgrund der Neigung vom Strahlteiler 9 weiter entfernten Ende der Reflexionsfläche 20 hin verschieben. Wird eine solche Verschiebung festgestellt, braucht der Stufenspiegel 16 nicht mit mechanischen Hilfsmitteln neu positioniert zu werden. Vielmehr kann die Verschiebung mittels der Bildverarbeitung festgestellt und in die Berechnung des zu bestimmenden Messabstands eingearbeitet werden. Somit ist es möglich, selbst während einer Messung entstehende Verschiebungen oder Positionsänderungen des Stufenspiegels 16 festzustellen und für die Ermittlung des Messergebnisses zu berücksichtigen.It is beneficial to the level mirror 16 one to the optical axis of the first beam path 12 and to the surface normal of the mirror surfaces of the level mirror 16 vertical tilt axis 21 to tilt. Due to the given width of the calibration stage 19 becomes a calibration range with the inclination from the calibration path. Thus, due to mechanical or thermal influences generated shifts of the level mirror 16 in which the calibration interference in the optical image in the detector 15 on the reflection surface 20 the calibration stage 19 shifts. When approaching the level mirror 16 to the beam splitter 9 the calibration interference would be due to the slope of the beam splitter 9 further away end of the reflection surface 20 move back. If such a shift is detected, the level mirror needs 16 not to be repositioned with mechanical aids. Rather, the shift can be detected by means of image processing and incorporated into the calculation of the measuring distance to be determined. Thus, it is possible, even during a measurement resulting displacements or changes in position of the level mirror 16 determine and account for the determination of the measurement result.

Überdies erzeugt die Neigung des Stufenspiegels 16 einen kontinuierlichen Messbereich für die Abstandsmessung, da die Neigung derart gewählt ist, dass sich die Messinterferenz bei sich veränderndem Messabstand entlang der für die Messinterferenz verantwortlichen Messstufe 18 verschiebt und vor Verlassen dieser bestimmten Messstufe 18 bereits auf einer der benachbarten Messstufen 18 erscheint. Die Höhe der Kalibrierstufe 19 ist so zu wählen, dass der Abstand der Reflexionsfläche 20 von der Mitte des Stufenfeldes 22 dem mittleren Messabstand zwischen Austrittsfläche 5 der Austrittslinse 3 in der ersten Interferometereinheit 7 und der reflektierenden Oberfläche des Messobjekts 4 entspricht. Die Längsausdehnung des Stufenfeldes 22 stellt dann den Messbereich 23 dar.Moreover, the inclination of the level mirror creates 16 a continuous measuring range for the distance measurement, since the inclination is selected such that the measuring interference with changing measuring distance along the measuring stage responsible for the measurement interference 18 shifts and before leaving that particular measurement level 18 already on one of the adjacent measuring stages 18 appears. The height of the calibration stage 19 is to be chosen such that the distance of the reflection surface 20 from the middle of the step field 22 the mean measuring distance between the exit surface 5 the exit lens 3 in the first interferometer unit 7 and the reflective surface of the measurement object 4 equivalent. The longitudinal extent of the step field 22 then sets the measuring range 23 represents.

In den 3 bis 5 ist die Detektoroptik 14 näher erläutert.In the 3 to 5 is the detector optics 14 explained in more detail.

In 3 ist der Detektor 15 abgebildet, der sich dort auf einer in 1 nicht gezeigten Platine 35 befindet. Auf der Platine 35 ist mittels in Schraublöchern 36 versenkten, hier nicht dargestellten Schrauben eine Gehäusehalterung 37 fixiert. Ein Gehäuse 38 ist in einer zylindrischen Durchführung der Gehäusehalterung 37 in Richtung senkrecht zur Platine 35 geführt. Das Gehäuse 38 kann mittels einer Fixierungsschraube 39 fixiert werden.In 3 is the detector 15 pictured there on an in 1 not shown board 35 located. On the board 35 is by means of screw holes 36 recessed, not shown screws a housing holder 37 fixed. A housing 38 is in a cylindrical passage of the housing holder 37 in the direction perpendicular to the board 35 guided. The housing 38 can by means of a fixing screw 39 be fixed.

5 zeigt eine geschnittene Schrägaufsicht auf das Gehäuse 38. In dem Gehäuse 38 ist eine Linsenhalterung 40 angeordnet, auf der zwei Stablinsen 41 fixiert sind. Wenn das Gehäuse 38 auf das Deckglas des Detektors 15 (3) abgesenkt wird, stützt sich die Linsenhalterung 40 unmittelbar auf diesem Deckglas ab und wird gegen einen elastischen Ausgleichsring 42 gepresst, der sich wiederum an einer als Abstützelement dienenden Kante 43 in der Wand des Gehäuses 38 abstützt. 5 shows a cut oblique view of the housing 38 , In the case 38 is a lens holder 40 arranged on the two rod lenses 41 are fixed. If the case 38 on the cover glass of the detector 15 ( 3 ) is lowered, the lens holder is supported 40 immediately on this coverslip and is against an elastic balance ring 42 pressed, in turn, on serving as a support element edge 43 in the wall of the housing 38 supported.

Durch die Fixierung der Gehäusehalterung 37 auf der Platine 35 ist die Längsachse der Durchführung in der Gehäusehalterung 37 und somit die Längsachse des Gehäuses 38 senkrecht zur Ebene der Platine 35 ausgerichtet. Aufgrund fertigungstechnischer Toleranzen kann der Detektorchip 15 und damit das zum Detektorchip 15 in aller Regel parallele Deckglas zur Ebene der Platine 35 verkippt sein. Durch den elastischen Ausgleichsring 42 wird diese Verkippung aufgefangen, so dass bei fixiertem Gehäuse 38 die Linsenhalterung 40 und damit die Linsen 41 parallel zum Detektorchip 15 ausgerichtet bleibt.By fixing the housing holder 37 on the board 35 is the longitudinal axis of the passage in the housing holder 37 and thus the longitudinal axis of the housing 38 perpendicular to the plane of the board 35 aligned. Due to manufacturing tolerances, the detector chip 15 and that to the detector chip 15 usually parallel cover glass to the plane of the board 35 be tilted. Through the elastic compensation ring 42 This tilt is absorbed, so that with a fixed housing 38 the lens holder 40 and with it the lenses 41 parallel to the detector chip 15 remains aligned.

Durch Drehen des Gehäuses 38 um seine Längsachse können die Stablinsen 41 parallel zu den hier nicht gesondert dargestellten Sensorzeilen des Detektorchips 15 ausgerichtet werden, so dass von jeder Stablinse 41 die Strahlung auf zum Beispiel genau eine bestimmte Sensorzeile fokussiert wird. Den Auslesevorgang kann man auf die mit der fokussierten Strahlung beaufschlagten Sensorzeilen beschränken, so dass hohe Messfrequenzen möglich sind.By turning the housing 38 around its longitudinal axis can the rod lenses 41 parallel to the sensor lines of the detector chip not shown separately here 15 be aligned so that by every rod lens 41 the radiation on for example ge nau a specific sensor line is focused. The read-out process can be limited to the sensor lines acted upon by the focused radiation, so that high measurement frequencies are possible.

4 zeigt eine alternative Ausbildungsform der Detektoroptik 14 in einem seitlichen Querschnitt. Einander entsprechende Elemente sind den 3 bis 5 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. So ist auch hier die Gehäusehalterung 37 auf der Platine 35 fixiert. Alternativ zu einer Befestigung mit Schrauben, kann die Gehäusehalterung 37 beispielsweise auch aufgeklebt sein. In der Gehäusehalterung 37 ist das Gehäuse 38 mit zylindrischer Form geführt, in welchem die Linsenhalterung 40 mit einer oder mehreren Stablinsen 41 angeordnet ist. Je nach der gewählten Optik ist es erforderlich, zum Detektorchip 15 einen bestimmten Abstand einzuhalten. Aufgrund dessen ist ein zylinderförmiger Abstandhalter 44 vorgesehen, der sich unmittelbar auf dem Deckglas des Detektorchips 15 abstützt. Bei Absenken des Gehäuses 38 wird die Linsenhalterung 40 über die Kante 43 und den Ausgleichsring 42 auf den Abstandhalter 44 gestützt. Es ist möglich, Linsenhalterung 40 und Abstandhalter 44 einstückig auszubilden. 4 shows an alternative embodiment of the detector optics 14 in a lateral cross-section. Corresponding elements are the 3 to 5 provided with the same reference numerals. So here is the case holder 37 on the board 35 fixed. As an alternative to fastening with screws, the housing holder 37 for example, also be glued. In the case holder 37 is the case 38 guided in a cylindrical shape, in which the lens holder 40 with one or more rod lenses 41 is arranged. Depending on the optics chosen, it is necessary to go to the detector chip 15 to keep a certain distance. Because of this is a cylindrical spacer 44 provided directly on the cover glass of the detector chip 15 supported. When lowering the housing 38 becomes the lens holder 40 over the edge 43 and the balance ring 42 on the spacer 44 supported. It is possible lens holder 40 and spacers 44 to train in one piece.

In allen Ausführungsbeispielen der Detektoroptik 14 können im Gehäuse 38 oder vor dem Gehäuse 38 weitere, in den Fig. nicht dargestellte optische Elemente, wie z.B. eine Sammellinse, vorgesehen sein, die im Zusammenspiel mit den im Gehäuse 38 angeordneten Linsen 41 die gewünschten Effekte bewirken.In all embodiments of the detector optics 14 can in the case 38 or in front of the case 38 further, not shown in the figures, optical elements, such as a convergent lens, be provided, in conjunction with the in the housing 38 arranged lenses 41 bring about the desired effects.

11: Lichtquellelight source
22: Lichtleitfaseroptical fiber
33: Austrittslinseexit lens
44: Messobjektmeasurement object
55: Austrittsflächeexit area
66: Lichtleitfaseroptical fiber
77: erste Interferometereinheitfirst interferometer
88th: Aufweitungsoptikexpansion optics
99: Strahlteilerbeamsplitter
1010: zweite Interferometereinheitsecond interferometer
1111: zweiter Strahlengangsecond beam path
1212: erster Strahlengangfirst beam path
1313: Spiegelmirror
1414: Detektoroptikdetector optics
1515: Detektordetector
1616: Stufenspiegelstepped mirror
1717: Interferenzstreckeinterference path
1818: Messstufengraduations
1919: Kalibrierstufecalibration stage
2020: Reflexionsflächereflecting surface
2121: Kippachsetilt axis
2222: Stufenfeldlevel field
2323: Messbereichmeasuring range
3535: Platinecircuit board
3636: Schraublochscrew
3737: Gehäusehalterunghousing support
3838: Gehäusecasing
3939: Fixierungsschraubefixing screw
4040: Linsenhalterunglens holder
4141: Stablinserod lens
4242: Ausgleichsringcompensation ring
4343: Kanteedge
4444: Abstandhalterspacer

Claims

Method for interterometric measurement, in which a) by means of a first interferometer unit ( 7 ) a source beam of a short-coherent or incoherent light-emitting light source ( 1 ) is divided into a reference light beam and a measuring light beam, b) reference light beam and measuring light beam in a second interferometer unit ( 10 ) are each divided into two partial beams, c) one of the reference partial light beams and one of the measuring partial light beams a first beam path ( 12 ) and at least one measurement stage field ( 22 ) having step body ( 16 ) are reflected, wherein the optical path in the first beam path ( 12 ) from the location of the reflection on the step body ( 16 ), d) the other reference sub-beam and the other measuring light sub-beam a second beam path ( 11 ) of the second interferometer unit, e) all sub-beams of a detector ( 15 ) are supplied, which at the end of a two beam paths ( 11 . 12 ) common interference link ( 17 ), f) the stages ( 18 ) of the at least one measuring stage field ( 22 ) optically to an image sensor array of the detector ( 15 g) the position of the image of a measurement interference occurring between the reference light beam and the measurement light beam in the image of the measurement step field on the detector ( 15 ) is used for the measurement, characterized in that h) the step body ( 16 ) is provided in addition to the measuring stage field with a calibration stage and is arranged such that by reflection at the reflection surface ( 20 ) of the calibration stage ( 15 ) generated optical calibration path in the first beam path ( 12 ) with the optical path in the second beam path ( 11 ) exactly matches, i) the calibration stage ( 19 ) also visually on the image sensor array of the detector ( 15 ), and j) the images produced by the respective superimposition of the reference partial light beams and partial measurement light beams when passing through the calibration path and the second optical path ( 11 ) generated in the interference path calibration interference to check the Position of the step body ( 16 ).

Apparatus for interferometric measurement, comprising a) a short-coherent or incoherent light-emitting light source ( 1 ), b) a source beam of the light source ( 1 ) in a reference light beam and a residual light beam splitting first interferometer unit ( 7 ), c) a second interferometer unit ( 10 ) with aa) means ( 9 ) for splitting each into the second interferometer unit ( 10 ) incoming reference light beam and measuring light beam in each case two partial beams, one of which a first beam path ( 12 ) and the other a second beam path ( 11 ) passes through, bb) one in the first beam path ( 12 ), at least one measurement stage field ( 22 ) having step body ( 16 ), wherein the optical path in the first beam path ( 12 ) from the location of the reflection on the step body ( 16 ), and cc) a first beam path ( 12 ) and second beam path ( 11 ) common interference path on which measuring light beam and reference light beam are superimposed, d) a detector ( 15 ) with an image sensor field suitable for spatially resolved detection of an interference given in the interference path, and e) means ( 14 ) for optically imaging the steps of the step body onto the image sensor field, characterized by f) a calibration step ( 19 ) of the step body ( 16 ) in addition to its measuring stage field, which has a Kalibrierwegstrecke in the first beam path ( 12 ) of the second interferometer unit whose length coincides with the optical path in the second beam path ( 11 ) and g) means for determining calibration interference to check the position of the stage body.

Method according to claim 1, characterized in that exactly one measurement stage field ( 22 ) is provided, wherein the distance of the reflection surface ( 20 ) of the calibration stage ( 19 ) to the measuring stage field ( 22 ) is a multiple of the measuring step height.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that a) the step body ( 16 ) is arranged such that the surface normal of the reflection surface ( 20 ) at least the calibration stage ( 19 ) to the optical axis of the first beam path ( 12 ) and b) the position of the calibration interferences in the image of the reflection surface ( 20 ) of the calibration stage ( 19 ) on the detector ( 15 ) and used to calibrate the measurement result.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the calibration stage ( 19 ) and / or the stages ( 18 ) of the measuring stage field ( 22 ) individually and in each case by means of separate optical means to each one or two adjacent image sensor lines are mapped.

Method according to claim 4, characterized in that that rod lenses are used as separate optical means.

Method according to claim 4 or 5, characterized in that only the image sensor lines are read out onto the steps ( 18 ) of the step body ( 16 ).

Apparatus according to claim 7, characterized in that the step body ( 16 ) is arranged such that the surface normal of the reflection surface ( 20 ) at least the calibration stage ( 19 ) to the optical axis of the first beam path ( 12 ) is inclined.

Device according to claim 7 or 8, characterized in that the second interferometer unit ( 10 ) comprises a Michelson interferometer and the step body ( 16 ) is a mirror with a stepped reflection surface.

Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the first interferometer unit ( 7 ) is a Fabry-Perot interferometer.

Device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the means ( 14 ) for optically imaging the at least one measuring stage field ( 22 ) as well as the calibration stage ( 19 ) comprise a plurality of independently imaging optical devices each having the calibration stage ( 19 ) and / or the stages ( 18 ) of the at least one measuring stage field ( 22 ) individually on each one or on two mutually adjacent image sensor lines.

Device according to claim 11, characterized in that that the optical devices are rod lenses.