Eine interferometrische Meßvorrichtung dieser Art ist in der Veröffentlichung T.

Dresel, G. Häusler, V. Venzke"Three-Dimensional sensing of rough surfaces by coherence radar", Appl. Opt., Vol. 3, No. 7, vom 01.03.1992 als bekannt ausgewiesen. In dieser Veröffentlichung wird ein Interferometer mit kurzkohä- renter Lichtquelle und piezobewegtem Spiegel zur Formvermessung an rauhen Oberflächen vorgeschlagen. In der Meßvorrichtung wird ein erster Teilstrahl in

Form einer Lichtwelle, die von einem Meßobjekt zurückgestrahft ist, mit einem zweiten Teilstrahl in Form einer Referenzwelle überlagert. Die beiden Licht- wellen haben eine sehr kurze l<ohä-renzlänge (einige, um), so daß der Inter- ferenzkontrast ein Maximum erreicht, wenn die optische Wegdifferenz null ist.

Zum Ändern des Lichtwegs der Referenzwelle ist ein reflektierendes Element in Form eines piezobewegten Spiegels vorgesehen. Durch den Vergleich der Lage des piezobewegten Spiegels mit der Zeit des Auftretens des Interferenzmaxi- mums, äßt sich der Abstand zum Meßobjekt bestimmen. Die genaue Er- fassung der Lage des piezobe-wegten Spiegels ist relativ aufwendig.

Vorteile der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine interferometrische Meßvor- richtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der der Aufbau verein- facht und die Meßgenauigkeit erhöht ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hiernach ist also vorgesehen, daß die Vorrichtung zum Ändern des Lichtwegs eine im Strah- lengang angeordnete parallelverschiebende Anordnung und dahinter ortsfest angeordnet das reflektierende Element aufweist und daß im Strahlengang des Referenzstrahls vor der parallelverschiebenden Anordnung ein Kompen- sationsgitter angeordnet ist, an dem der Referenzstrahl sowohl vor als auch nach dem Durchgang durch die parallelverschiebende Anordnung gebeugt wird.

Durch die in dem Strahlengang angeordnete parallelverschiebende Anordnung und das dahinter ortsfest angeordnete reflektierende Element kommt die Meß- vorrichtung ohne jegliches mechanisch bewegtes Teil aus, so daß die Meßem- pfindlichkeit gesteigert und mechanische Störeinflüsse ausgeschaltet werden.

Durch das I<ompensationsgitter werden zudem optische Störeinflüsse in Form einer Winkeldispersion und einer räumlichen Dekohärenz der Wellenfront be- seitigt. Dadurch können relativ breitbandige Lichtquellen verwendet werden, wodurch die Auflösung des Meßsystems gesteigert wird. Bei relativ einfachem Aufbau wird somit eine hohe Meßgenauigkeit erzielbar.

Ist vorgesehen, daß die parallelverschiebende Anordnung eine im Strahlengang angeordnete akustooptische Deflektoreinrichtung aufweist, daß das reflektie- rende Element als Reflexionsgitter ausgebildet ist und daß die Deflektorein- richtung frequenzmoduliert angesteuert ist und in bezug auf den ankommenden Referenzstrahl sowie auf das Reflexionsgitter derart angeordnet ist, daß der zu dem Überlagerungselement geführte Referenzstrahl durch seine Ablenkung in der Deflektoreinrichtung die Änderung seines Lichtwegs erfährt, so kann der Lichtweg in genau definierter Weise einfach verändert und das Interferenz- maximum in Abhängigkeit des Lichtwegs eindeutig bestimmt werden.

Eine vorteilhafte Maßnahme zur Beseitigung der Winkeldispersion und der räum- lichen Dekohärenz der Wellenfront besteht darin, daß die Gitterkonstante des I<ompensationgitters zweimal so groß ist wie die Gitterkonstante des Refle- xionsgitters.

Ist vorgesehen, daß das I<omepnsationsgitter und das Reflexionsgitter parallel zueinander anageordnet sind, so wird die räumliche Dekohärenz kompensiert.

Ein einfacher Aufbau der Meßvorrichtung, die zur Steigerung der Meßgenauig- keit beiträgt, besteht darin, daß das Kompensationsgitter reflektierend ausge- bildet ist, daß im Strahlengang des Referenzstrahls zwischen dem Strahlteiler und dem I<ompensationsgitter ein Spiegel angeordnet ist, mit dem der Referenz- strahl auf dem Hinweg auf das I<ompensationsgitter und auf seinem Rückweg auf den Strahlteiler gerichtet ist, der gleichzeitig das Überlagerungselement bil- det.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Be- zugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt eine interferome- trische Meßvorrichtung 1 zur Formvermessung eines eine rauhe Oberfläche aufweisenden Meßobjekts 10.

Eine Strahlungserzeugungseinheit in Form einer Lichtquelle 8 gibt eine kurzko- härente Strahlung ab, die mittels eines Strahlteilers 6 in einen Referenzstrahl 9 und einen Meßstrahl 11 aufgeteilt wird. Der Meßstrahl 11 wird auf das Meß- objekt 10 gerichtet und von dort in der Einfallsrichtung zu dem Strahiteiler 6 zurück reflektiert. Der Referenzstrahl 9 gelangt über einen Spiegel 5 und ein z. B. reflektierendes I<ompensationsgitter 4 über eine parallelverschiebende An- ordnung 2 mit zwei hintereinander geschalteten akustooptischen Deflektoren 2.1,2.2 auf ein Retrogitter in Form eines Reflexionsgitters 3. Der Referenz- strahl 9 wird von dem Reflexionsgitter 3 in Einfallsrichtung reflektiert und ge- langt über die parallelverschiebende Anordnung 2, das i<ompensationsgitter 4 und den Spiegel 5 zu dem Strahlteiler 6, wo er mit dem von dem Meßobjekt 10 kommenden Meßstrahl 11 interferiert. Die interferierte Strahlung wird von dem Strahlteiler 6 auf den Photodetektor 7 geführt, der mit einer nicht gezeigten Auswerteschaltung verbunden ist, in der das Interferenzmaximum erfaßt wird, das den gleichen Lichtweg (gleiche Laufzeit) des Referenzstrahls 9 und des Meßstrahis 11 angibt.

Die beiden akustooptischen Deflektoren 2.1,2.2 werden mittels einer (nicht ge- zeigten) Treiberschaltung periodisch derart angesteuert, daß der aus dem De- flektor 2.1 austretende Referenzstrahl entsprechend periodisch abgelenkt wird, wie mit dem Doppelpfeil gekennzeichnet. Mit dem weiteren Deflektor 2.2 er- folgt eine Ablenkung des Referenzstrahls 9 in der entgegengesetzten Richtung wie mit dem ersten Deflektor 2.1, so daß der Referenzstrahl 9 in der Richtung aus dem weiteren Deflektor 2.2 austritt, in der er in den ersten Deflektor 2.1 eintritt, so daß eine sich im Betrag periodisch ändernde Parallelverschiebung ergibt. Der aus dem zweiten Deflektor 2.2 austretende Referenzstrahl 9 fällt auf

das Reflexionsgitter 3, das bezüglich des Referenzstrahls 9 schräg ausgerichtet ist. Die Neigung des Reflexionsgitters 3 ist so, daß der von ihm zurückgebeugte Referenzstrahl 9 unabhängig von dem Parallelversatz in die interferometrische Anordnung zu dem Strahlteiler 6 zurückverläuft. Der Interferenzkontrast hat ein Maximum, wenn der Referenzstrahl 9 und der Meßstrahl 11 die gleiche op- tische Strecke bzw. den gleichen Lichtweg zurücklegen.

Da die beiden akustooptischen Deflektoren 2.1,2.2 so angeordnet sind, daß die Winkelablenkung des ersten Deflektors 2.1 in dem weiteren Deflektor 2.2 zurückgesetzt und der Referenzstrahl 9 nur parallel verschoben wird, wird der Lichtweg des Referenzstrahls 9 moduliert. Wenn die optische Wegdifferenz des Referenzstrahls 9 und des Meßstrahis 11 null ist, sieht auch der im Strahlen- gang angeordnete Photodetektor 7 das Interferenzmaximum. Durch den Ver- gleich des Zeitpunkts des Interferenzmaximums bzw. Signalmaximums des Photodetektors 7 mit der momentanen Frequenz der Treiberschaltung in der Auswerteschaltung faßt sich der Abstand zu dem Meßobjekt 10 genau bestim- men.

Das I<ompensationsgitter 4 ist vorzugsweise optisch parallel zu dem Reflexions- gitter 3 ausgerichtet und hat eine Gitterkonstante, die vorzugszweise doppelt so groß wie die Gitterkonstante des Reflexionsgitters 3 ist. Durch die zwei- malige Beugung des Referenzstrahls 9 an dem I<ompensationsgitter 4 wird die Winkeldispersion und die räumliche Dekohärenz der Wellenfront des Referenz- strahis kompensiert. Aufgrund dieser Kompensation können auch Lichtquellen 8 mit relativ großer Bandbreite verwendet werden, wodurch die Auflösung der Meßvorrichtung 1 begünstigt wird.