【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容涉及一种用于测量物体(例如，光学元件)的表面或轮廓的干涉测量装置。在另一方面，本公开内容涉及一种测量物体的表面或轮廓的方法。在又一方面，本公开内容涉及用于测量物体的表面或轮廓的干涉测量装置及对应的方法，其中对应的表面设置有涂层或被涂层覆盖。
技术介绍
1、对物体(例如光学元件，诸如透镜)的表面或轮廓进行非接触式测量在现有技术中是众所周知且已确立的。对于干涉测量设置，测量光束被划分成参考光束以及物体光束，其中物体光束被引导到物体的表面上且作为信号光束从物体的表面被反射。在重组信号光束和参考光束时，能够观察到光学干涉，所述光学干涉指示参考光束与信号之间的运行时间差，从而指示参考光束与信号之间的路径差。
2、信号光束与参考光束之间的可测量的相移仅在限定的半波长范围内明确。当信号光束与参考光束之间的路径差大于测量光束的半波长时，信号光束与参考光束重组所生成的对应干涉图案重复。因此，这种干涉设置的绝对距离范围通常相当有限。为了增加空间测量范围，可以使用更长的波长，例如使用红外光谱范围内的波长。
3、此外，当物体(例如，光学元件)在待测表面上设置有涂层时，涂层可以相对薄，且厚度范围可以是仅几微米甚至低于1μm。随后，当涂层对于测量光束的波长而言基本透明时，在涂层的外表面上将产生第一反射，且在例如与物体的外表面直接接触的涂层的内表面或涂层的下表面上将产生第二反射，或例如从所述涂层的内表面或涂层的下表面将产生第二反射。对于干涉测量装置和方法而言，区分从涂层的相对侧发出的这些第一反射与第二反射是非常困难的(如果不
4、因此，期望的是提供用于测量物体的表面或轮廓的改进的干涉测量装置和改进的方法，以允许当旨在被测量的物体的表面上设置有涂层时，也能够进行精确的表面或轮廓测量。此外，干涉测量装置可能必须使用可见光谱范围内的测量光束来运行。因此，期望提供一种具有成本效益、高度可靠、持久且鲁棒的解决方案来对涂层表面进行干涉测量。同时，改进的干涉测量装置应当提供相对大的测量范围，用于测量测量装置与物体表面之间的绝对距离。
5、干涉测量装置应当是普遍适用的，且应当能以简单和直接的方式重新配置，从而匹配或适应不同的和变化的测量条件。干涉测量装置和方法还应当对于环境影响和扰动具有鲁棒性。
6、这些需求通常通过根据独立权利要求的主题的用于测量物体的表面或轮廓的干涉测量装置和方法来解决。多种实施方案是从属权利要求的主题。
7、在一方面，提供了用于测量物体(例如光学元件，诸如透镜或镜子)的表面或轮廓的干涉测量装置。干涉测量装置包括光束生成单元。光束生成单元包括至少第一光源。光束生成单元从而第一光源能操作为用于生成测量光束。测量光束包括波长小于550nm的频谱分量。典型地，测量光束包括小于500nm且典型地大于380nm的区域中的中心波长。测量光束的波长典型地在550nm以下的可见光谱范围内。
8、干涉测量装置还包括分束器(splitter)，用于从测量光束中分出物体光束和参考光束。对于一些实施例，光束分配器(beam divider)可被配置为或能操作为将测量光束分成物体光束和参考光束。测量装置还包括以光传输方式(in a light transmitting way)被耦合至光束生成单元的测量探针。对于一些实施例，测量探针通过至少一个光纤被光学地耦合至光束生成单元。对于其他实施例，测量探针通过光学布置被光学地耦合至光束生成单元，以提供测量光束从光束生成单元至测量探针的自由传播。
9、测量探针被配置为将物体光束引导到物体表面上，且被配置为捕获作为信号光束从表面所反射的物体光束的一部分。
10、典型地，信号光束包括在待测物体表面上所反射的物体光束的一部分，或者是在待测物体表面上所反射的物体光束的一部分。干涉测量装置还包括光学重组器(recombiner)，所述光学重组器能操作为将信号光束与参考光束重组为分析光束。典型地，分析光束包括被反射的信号光束与参考光束的叠加。分析光束受到干涉且展现出干涉条纹或干涉图案，所述干涉条纹或干涉图案指示参考光束与信号光束之间的路径差，所述信号光束为物体光束中的被表面反射且被测量探针捕获的部分。
11、对于一些实施例，光束重组器被集成到分束器中和/或其他的分束器被集成到光束重组器中。因此，可能单个光学部件或光纤提供了分束器和光束重组器这二者。对于一些实施例，光纤的光纤端面提供了分束器和光束重组器这二者。典型地，终止于测量探针的内侧的光纤端面充当分束器，用于从测量光束生成参考光束和物体光束，且用于将从物体表面所反射的信号光束与参考光束重组。
12、干涉测量装置还包括光束分配器单元，所述光束分配器单元以光传输方式被耦合至光束重组器和/或被耦合至测量探针。对于一些实施例，光束分配器单元通过至少一个光纤被光学地耦合至光束重组器和/或测量探针。对于其他实施例，光束分配器单元通过光学布置被光学地耦合至光束重组器和/或测量探针，以提供对应光束的自由传播。
13、光束分配器单元能操作为从分析光束提取第一中心波长的第一部分光束，且从分析光束提取第二中心波长的第二部分光束。典型地，第二中心波长与第一中心波长具有明确限定的差异。干涉测量装置还包括检测器单元，所述检测器单元以光传输方式(例如，通过至少一个光纤)被耦合至光束分配器单元。对于其他实施例，检测器单元通过光学布置方式被光学地耦合至光束分配器单元，以提供对应光束的自由传播。检测器单元包括用于检测第一部分光束的至少第一检测器，且还包括用于检测第二部分光束的至少第二检测器。
14、典型地，因为由光束生成单元所提供和所生成的测量光束包括波长小于550nm的频谱分量，所以第一中心波长和第二中心波长中的至少一个处于550nm以下的频谱范围内。对于一些实施例，第一中心波长和第二中心波长都处于550nm以下的频谱范围内。
15、最后，干涉测量装置包括信号分析器，所述信号分析器以信号传输方式被连接至检测器单元。信号分析器能操作为基于从至少第一检测器和至少第二检测器所获得的信号来导出或计算测量探针与表面之间的距离。
16、典型地，第一检测器和第二检测器中的每个以分立的方式被连接至信号分析器。因此，信号分析器包括被连接至第一检测器的第一输入，且还包括被连接至第二检测器的第二输入。在第一输入，信号分析器接收来自第一检测器的测量信号，所述测量信号指示所测量的第一中心波长的干涉信号，信号分析器包括被连接至第二检测器的第二输入，从而分析由第二检测器在检测第二中心波长的对应光学信号时所提供的信号。
17、干涉测量装置提供对物体表面的多波长干涉测量。通过利用第一波长和第二波长，可以增加测量装置的总体测量范围。
18、事实上，通过利用第二光束或通过利用基于至少两个光学频率的信号分析，可以创建由两个测量波长所限定的合成波长，从而增加干涉测量装置的空间范围。通过使用更大的(合成)波长，明确从而绝对距离测量的范围能够被增加，但以空间分辨率和测量精度为代价本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于测量物体(1)的表面(2,4)或轮廓的干涉测量装置(10)，所述测量装置(10)包括：
2.根据权利要求1所述的测量装置(10)，其中所述光束生成单元(20)包括第二光源(22)，所述第二光源(22)能操作为发射包括第二中心波长λ2的频谱分量的电磁辐射。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置(10)，其中所述光束分配器单元(60)能操作为从所述分析光束(BA)提取第三中心波长λ3的第三部分光束(BP3)，其中所述第三中心波长λ3不同于所述第一中心波长λ1且不同于所述第二中心波长λ2，且其中所述检测器单元(70)包括用于检测所述第三部分光束(BP3)的第三检测器(73)。
4.根据权利要求3所述的测量装置(10)，其中所述光束生成单元(20)包括第三光源(23)，所述第三光源(23)能操作为发射包括第三中心波长λ3的频谱分量的电磁辐射。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置(10)，其中所述第一光源(21)包括激光器(27)和超发光二极管SLD(26)中的一个。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的测量
7.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置(10)，其中所述第一中心波长λ1和所述第二中心波长λ2满足以下等式:
8.根据前述权利要求3至7中的任一项所述的测量装置(10)，其中第一中心波长和第二中心波长λi中的一个以及所述第三中心波长λ3满足以下等式:
9.根据前述权利要求3至8中的任一项所述的测量装置(10)，其中所述第一中心波长λ1、所述第二中心波长λ2、所述第三中心波长λ3是在以下频谱范围内:
10.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置(10)，其中所述物体(1)在它的表面(2,4)上所包括的材料基本上吸收第一中心波长λ1和第二中心波长λ2中的至少一个的电磁辐射。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置(10)，还包括耦合器单元(40)，所述耦合器单元(40)以光传输方式被耦合至光束生成单元(20)，被耦合至测量探针(50)且被耦合至分配器单元(60)，所述耦合器单元(40)被配置为将所述测量光束(BM)从所述光束生成单元(20)引导至所述测量探针(50)，且将所述分析光束(BA)从所述测量探针(50)引导至所述分配器单元(60)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置(10)，其中所述分配器单元(60)包括以下中的至少一个:
13.一种测量物体(1)的表面(2,4)或轮廓(P)的方法，所述方法包括以下步骤:
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述物体(1)在它的表面(2)上包括涂层(3)，所述涂层(3)包括所述表面材料(5)，且其中所述物体光束(BO)进入所述涂层(3)的主要部分被所述涂层(3)吸收。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述涂层(3)包含硅或类金刚石碳DLC，或由硅或类金刚石碳DLC组成。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于测量物体(1)的表面(2,4)或轮廓的干涉测量装置(10)，所述测量装置(10)包括：
2.根据权利要求1所述的测量装置(10)，其中所述光束生成单元(20)包括第二光源(22)，所述第二光源(22)能操作为发射包括第二中心波长λ2的频谱分量的电磁辐射。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置(10)，其中所述光束分配器单元(60)能操作为从所述分析光束(ba)提取第三中心波长λ3的第三部分光束(bp3)，其中所述第三中心波长λ3不同于所述第一中心波长λ1且不同于所述第二中心波长λ2，且其中所述检测器单元(70)包括用于检测所述第三部分光束(bp3)的第三检测器(73)。
4.根据权利要求3所述的测量装置(10)，其中所述光束生成单元(20)包括第三光源(23)，所述第三光源(23)能操作为发射包括第三中心波长λ3的频谱分量的电磁辐射。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置(10)，其中所述第一光源(21)包括激光器(27)和超发光二极管sld(26)中的一个。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置(10)，其中至少一个光源(21,22,23)包括超发光二极管(27)，且其中所述测量装置(10)还包括光学延迟单元(30)，所述光学延迟单元(30)被耦合至所述至少一个光源(21,22,23)，所述光学延迟单元(30)能操作为将可变且可调节大小的相移施加到所述测量光束(bm)、所述信号光束(bs)、所述物体光束(bo)和所述参考光束(br)中的至少一个上。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置(10)，其中所述第一中心波长λ1和所述第二中心波长λ...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·德拉百克，C·艾姆韦格，P·伊思沃特，T·梅，
申请(专利权)人：泰勒·霍布森有限公司，
类型：发明
国别省市：
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