[发明专利]用于测量表面的干涉距离测量方法以及这样的测量装置

说明书

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于测量表面的干涉距离测量方法以及根据权利要求8的前序部分的距离测量装置，并且还涉及用于测量表面的测量设备。

在许多应用领域中都存在对测量物体的表面的需要并且因此还存在对物体本身进行高精度测量的需要。对于制造业尤其如此，对于制造业，工件的表面的测量和检查具有很高的重要性。各种各样的手段为此目的而存在，这些手段从接触方法延伸直到光学传感器。在高精度光学方法的领域中，特别是与坐标测量装置的使用结合的干涉测量原理扮演着越来越重要的角色。

一个可能性是使用白光干涉测量法来进行高精度测量。在这种情况下，利用是扫描，即，通过调节干涉仪，因此缓慢地或具有光谱分辨检测，通常限于几毫米的测量范围。使用这样的装置的领域因此是受限的，特别是具有坚固结构的表面和对应变化的测量距离的工件不能被测量或者仅能在严格的限制下，例如，长行程时间下被测量。

其它方法使用频率调制激光束作为用于干涉测量装置的测量辐射。因此，例如，从WO2009/036861A1已知一种手段，其中在用于测量表面的方法中，产生频率调制激光束并且将其发射到待测量的表面上。在从作为目标的表面背向散射的测量辐射接收之后，通过干涉测量法确定距离，其中，使用具有部分共用束路径的测量干涉仪臂和参考干涉仪臂。在距离测量的情况下与基本上垂直入射在表面上的测量辐射的偏差通过算法被考虑进来或者通过控制测量辐射的发射在扫描引导期间被避免或减小。

测量干涉仪臂和参考干涉仪臂的部分共用束路径在这种情况下由光学测量头内的反射划界，因此限定了参考干涉仪。这种所谓的共用路径构造允许本地振荡器平面布置在测量头光学元件内，例如，也布置在光学出射表面上，并且因此靠近目标。该构造的优点在于环境影响，例如，温度变化或振动以相同的方式作用在两个干涉仪臂上，使得所产生的信号在这一点上受到相同的影响。然而，该构造的一个缺点在于需要长的相干长度，如果要在操作范围内确保足够的信号强度的话。

与此相反，在白光干涉测量法的领域中使用了具有可调延迟的外部干涉仪臂。然而，对于医疗技术的公共应用领域还提供了其它边界条件。因此，待扫描或测量的这些结构在类型方面从根本上是不同的并且较少关于距离而构成。另外，绝对距离信息不是必须的并且典型地测量所需要的时标少于在测量工业布局的情况下的时标。由于待测量的表面，这里需要较长的测量时长，并且由于待测量的几何形状，更大的测量范围通常也是必需的。例如，在US 2004/061865,US 2008/117436,或DE 198 19 762中发现了该现有技术的方案，这些发明描述了白光干涉仪，该白光干涉仪不具有用于产生频率调制激光辐射的可调谐激光源。在US 4627731中，进入两个具有不同频率的调制器的路径中的测量干涉仪的光信号上游的划分被用来产生外差频率。这种所谓的调制干涉仪还需要精确相等的路径长度。

然而，在利用频率调制激光辐射的干涉测量装置的情况下，测量范围由其相关长度划界，致使应用领域受到限制，并且需要在控制侧相应的开销以能够完全且在很短时间内扫描和测量测量对象。

一个问题在于分别提供用于测量表面或用于检测表面形貌的改进的测量方法或测量装置。

另一问题在于分别提供克服因相干长度存在限制并且因此增大可测量的距离范围的这样的测量方法或测量装置。

这些问题分别通过权利要求1、8或15或者从属权利要求的主题来解决或者方案通过这些权利要求来改进。

本发明利用具有频率调制的，即，可调谐激光源和对应的测量构造的干涉测量原理，如例如已在WO2009/036861A1中描述的。

根据本发明，除用于距离测量的正常辐射场以外，还提供了延迟副本，该延迟副本的延迟基本上对应于测量辐射到达目标并再次返回的实际行进时间，使得减小了有效距离。借助该手段，整个测量装置的工作点在朝着目标的方向上偏移，使得可测量的最大距离被扩大并且因相干长度而存在的限制被克服。由延迟引起的光程差对应于在这种情况下对应于预定距离范围内的距离加上或减去激光的相干长度所得的光程差。具体地，延迟的光程差至多对应于与到待测量表面的距离相对应的光程差，并且至少对应于与到待测量表面的距离相对应的光程差减去激光的相干长度，或者至少对应于与到待测量表面的距离相对应的光程差，并且至多对应于与到待测量表面的距离相对应的光程差加上激光的相干长度。