三波长干涉测量装置和方法与流程

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。

背景技术：

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(如果不是不可能的)。

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。

19、此外，通过具有基于第一中心波长以及基于第二中心波长的分立的信号分析，可以提供大于或远大于第一波长和第二波长的合成波长，从而增加干涉测量装置的明确测量范围。此外，由于测量光束包括波长小于550nm的频谱分量，所以干涉测量装置在可见光谱范围内运作。当光束生成单元、测量探针、光束分配器单元和检测器单元中的任一个之间的光学耦合由至少一个光纤提供时，对应的光纤被特别地配置为对于此特定波长或光谱范围进行光束传播和光束传输。

20、干涉测量装置在可见光谱范围内运作在许多方面中是有益的。由于测量光束从而参考光束和物体光束都在可见光谱范围内，所以干涉测量装置的操作人员能够可视地检查物体光束是否正确地击中待测物体表面，以及在多大程度上正确地击中待测物体表面。因此，使用可见辐射提供了对干涉测量装置的运作的简单且直接的控制。

21、在另一方面，当物体例如涂覆有包含硅或类金刚石碳dlc中的至少一个的涂层时，使用在小于550nm的光谱范围内的辐射是特别有利的，因为所述涂层基本吸收此特定频谱范围。这样，能够有效地抑制和削弱或减弱来自涂层与物体对应外表面之间的界面的不想要或不期望的反射。

22、物体所反射的信号光束主要由发生在涂层的外表面上的反射提供或构成。进入涂层或传播穿过涂层的物体光束的一部分将几乎不会被下面的物体表面反射，因为该涂层有效地吸收此特定波长或特定频谱范围。

23、当今，可用于干涉测量应用的且在低于550nm的期望光谱范围内运作的光源有限。光源应当或必须提供充分的空间相干性，从而能够在所反射的信号光束与参考光束之间进行干涉测量。此外，用于干涉测量应用的光源应当或必须在它们的中心波长方面极为稳定。此外，光源应当能以适中或低的成本市售。

24、一般来说，光束生成单元可以设置有仅一个光源。在此，可以实施和使用相当宽的带宽的光源。随后，光束分配器单元能操作为提取第一中心波长的第一部分光束以及第二中心波长的第二部分光束，且将第一部分光束和第二部分光束分立地提供至检测器单元。这样，可以基于第一中心波长和第二中心波长从而不同的中心波长来实现和执行信号分析，从而允许干涉测量装置的测量范围增加。

25、根据另一实施例，能操作为从测量光束中分出物体光束和参考光束的分束器包括光纤端面或由光纤端面形成，例如设置在测量探针中或设置在测量探针上。

26、对于一些实施例，测量探针通过至少一个光纤被连接至光束生成单元。在此，位于测量探针中的光纤的光纤端面可以充当分束器。通过光纤传播的测量光束的一部分通过光纤端面被发射，且作为物体光束朝向物体传播。测量光束的另一部分作为参考光束被光纤端面处的内部反射所反射。

27、对于一些实施例，光纤端面设置有或涂覆有反射涂层，从而增加光纤端面处所反射的参考光束的强度。在典型的使用场景中，当物体表面高度吸收物体光束和/或当物体包括相对较大的折射率时，在物体表面处所反射的信号光束的强度会相对大。为了在分析光束的干涉中获得良好的信噪比，与物体光束相比，增加参考光束的强度或参考光束的部分是特别有益的。

28、对于一些实施例，且对于第一中心波长和第二中心波长中的至少一个而言，在光纤端面上所设置的涂层和/或在分束器上或分束器中所设置的涂层被配置为和/或能有效地生成强度是测量光束的强度的5％至60％的参考光束，生成强度是测量光束的强度的17.5％至45％的参考光束，生成强度是测量光束的强度的23.25％至37.5％的参考光束，或者生成强度是测量光束强度的25％至35％的参考光束。

29、这样，与没有反射涂层的解决方案相比，在具有涂层的反射器(例如，在具有涂层的光纤端面)处所反射的参考光束的强度增加。因此，参考光束的强度可以与在被物体表面处所反射的且被测量探针所捕获的信号光束的强度严格匹配。

30、根据另一实施例，光束生成单元包括第二光源。第二光源能操作为发射包括第二中心波长的频谱分量的电磁辐射。典型地，当光束生成单元设置有至少两个光源时，光束生成单元的第一光源能操作为发射包括第一中心波长的频谱分量的电磁辐射。典型地，对于其他实施例，光束生成单元的第一光源和第二光源可被配置为或可操作为分别发射对应的第一中心波长和第二中心波长的电磁辐射。

31、因此，第一光源和第二光源的频谱特性可被适配且可严格匹配光束分配器单元，通过所述光束分配器单元从分析光束提取第一中心波长的第一部分光束以及第二中心波长的第二部分光束。

32、对于其他实施例，还可设想，第一光源和第二光源被实施为宽带光源或窄带光源，且具有第一中心波长和第二中心波长的对应第一部分光束和第二部分光束特别地由光束分配器单元提取。

33、然而，通过将第一光源和第二光源的发射频谱与能操作为从分析光束提取对应的频谱分量的光束分配器单元严格匹配，干涉测量装置的整个光束导引系统还可以特别地适配或被配置为例如通过多个光纤来提供相当无阻尼和无损耗的光束传播，光束生成单元、分束器、测量探针、光束重组器、光束分配器单元和检测器单元借助于所述多个光纤被耦合或被连接。

34、根据另一实施例，光束分配器单元能操作为从分析光束提取第三中心波长的第三部分光束。第三中心波长不同于第一中心波长。它也不同于第二中心波长。第一中心波长、第二中心波长和第三中心波长之间的差异被明确限定，且被信号分析器知晓，从而提供精确的信号分析以及测量探针与待测物体表面之间的距离计算。

35、当光束分配器单元能操作为提取第一部分光束、第二部分光束和第三部分光束时，光学耦合至光束分配器单元的检测器单元还包括用于检测第三部分光束的第三检测器。同样，第三检测器还被连接至信号分析器。对于此实施例，信号分析器单独地被连接或被耦合至检测器单元的第一检测器、第二检测器和第三检测器，从而实现分析光束的波长选择性分析或波长特定干涉分析。

36、对于又一实施方案，光束分配器单元能操作为从分析光束提取第四中心波长的第四部分光束。第四中心波长不同于第一中心波长、第二中心波长，也不同于第三中心波长。此外，在此检测器单元包括用于检测第四部分光束的第四检测器。一般而言，多波长干涉测量装置不限于仅两个、三个或四个离散波长。它也可以基于5、6、7、8或最多达10个或甚至最多达12、14、16或20个不同的离散波长来实施对分析光束的信号分析。

37、根据另一实施例，光束生成单元包括第三光源。第三光源能操作为发射包括第三中心波长的频谱分量的电磁辐射。类似于第一光源和第二光源，第三光源也可以是一种宽带光源，所述宽带光源在第三中心波长处具有或表现出显著的光强度。替代地，第三光源可以是窄带光源，诸如在第三中心波长处发射显著的光束强度的激光器。

38、对于测量装置的另一实施例，第一光源包括激光器和超发光二极管sld中的一个。典型地，当被实施为激光器时，第一光源提供具有相当小的频谱范围的测量光束。在此，测量光束表现出相当长(例如，在几米的区域内)的相干长度。当被实施为激光器(例如，被实施为固态激光器，或者被实施为半导体激光器)时，第一光源在第一中心波长处提供了显著的光强度。

39、当被实施为宽带光源时(例如，当被实施为超发光二极管时)，与激光光源相比，第一光源发射带宽相当宽的频谱。在此，与被实施为激光器的光源相比，空间相干长度要短得多。宽带光源(诸如sld)可以合理的成本来提供低于550nm的期望频谱范围。激光光源以及超辐射光源都可在几个小时的运作中提供足够的时间稳定性。典型地，本发明的干涉测量装置所使用或可使用的光源表现出长期稳定性，或者它们的中心波长的长期漂移在8小时内小于5pm，优选地在8小时内小于3pm，或者在至少8小时的时间间隔内甚至小于2pm。

40、根据另一实施例，第二光源包括激光器和辐射二极管中的一个。就此而言，当光束生成单元包括第一光源和第二光源时，两个光源可被实施为激光器，其中第一激光器能操作为发射第一中心波长的辐射，且其中第二激光器能操作为发射第二中心波长的电磁辐射。对于一些实施例，第一光源可被实施为激光器，且第二光源可被实施为超发光二极管。

41、在此，第一光源能操作为发射第一中心波长的电磁辐射，而第二光源发射光谱范围包括第二中心波长的频谱分量的电磁辐射。对于一些实施例，第一光源和第二光源的角色可以交换，使得第一光源被实施为超发光二极管且第二光源被实施为激光器。

42、根据另一实施例，第三光源包括激光器和超发光二极管中的一个。在此，当被实施为激光器时，第三光源能操作为发射第三中心波长的电磁辐射。当被实施为超发光二极管时，第三光源能操作为生成具有第三中心波长的光谱分量的测量光束。

43、对于一些实施例，第一光源、第二光源和第三光源中的每个例如被实施为激光器，所述激光器能操作为分别发射第一中心波长、第二中心波长和第三中心波长的电磁辐射。对于一些实施例，第一光源、第二光源和第三光源中的一个被实施为激光器。另外两个光源被实施为单独的超发光二极管。对于其他实施例，甚至可设想，光束生成单元的至少两个光源各自包括激光器，从而分别发射例如第一中心波长和第二中心波长的电磁辐射。第三光源可被实施为超发光二极管。

44、在又一实施例中，第一光源、第二光源和第三光源中的每个例如被实施为单独的超发光二极管。典型地，与其他超发光二极管相比，每个超发光二极管可表现出不同或独特的光谱范围。

45、取决于包括至少一个、两个或三个单独光源的光束生成单元的具体配置，且取决于对应光源的对应配置(例如，被实施为激光器或超发光二极管)，光束生成单元可包括至少一个光学耦合器或多个光学耦合器，通过所述光学耦合器，由单独光源所生成的对应电磁辐射能够被耦合在单个光纤中，从而将对应的多分量测量光束传输朝向测量探针。

46、根据另一实施例，至少一个光源包括超发光二极管。测量装置随后进一步包括以光传输方式(例如，通过光纤或通过提供自由光束传播的光学布置)被耦合至至少一个光源的光学延迟单元。光学延迟单元能操作为将可变且可调节大小的相移施加到测量光束、信号光束、物体光束和参考光束中的至少一个上。

47、典型地，当利用超发光二极管作为光束生成单元中的光源时，对应的测量光束可表现出相当短的相干长度。对于一些实施例，对应的测量光束的相干长度可以比分束器与光束重组器之间的路径差更短。因此，信号光束与参考光束的重组可能不会相互干涉。

48、通过延迟单元，至少一个测量光束、信号光束、物体光束和参考光束能够被分离成非延迟光束部分和延迟光束部分，其中仅延迟光束部分被施加有可变且可调节大小的相移。典型地，与非延迟光束部分相比，可在延迟光束部分上施加补充光路。延迟光束部分与非延迟光束部分随后通过对应的光纤共同传播。

49、对于测量光束被分离成延迟光束部分与非延迟光束部分的情况，将生成相应的物体光束、参考光束、信号光束、分析光束，每个光束都具有非延迟部分与延迟光束部分。对于低相干光源，信号光束的非延迟部分然后将能够与参考光束的延迟部分进行干涉。信号光束与参考光束的对应的非延迟部分与延迟部分具有同样或基本相同的光路长度，因此能够相互干涉。

50、施加到信号光束、物体光束和参考光束中的一个上的延迟可被选择和调整，从而对应参考光束与和信号光束之间的路径差。以这种方式，最初表现出相当低程度的相干或者包括相对短的相干长度(例如，低于10厘米、低于1厘米、低于1毫米，或者甚至在仅几百微米的范围内)的测量光束仍可被用作光源。光学延迟单元可被适当地配置，从而补偿参考光束与信号光束之间的运行时间差。

51、对于一些实施例，光学延迟单元被设置在测量探针的上游。对于其他实施例，相对于测量光束及从其所导出的所有其他光束的传播，延迟单元被设置在测量探针的下游。

52、一般来说，光学延迟单元可被安装在干涉测量装置中的多个位置处。它能够被布置在光束生成单元与分束器之间。它能够被布置在分束器与测量探针之间。它还能够被布置在测量探针与光束分配器单元之间。

53、根据测量装置的另一实施例，第一中心波长λ1和第二中心波长λ2满足以下等式：

54、

55、其中1≤n，m≤50。

56、对于一些实施例，5≤n，m≤35，对于另外的实施例，10≤n，m≤20。

57、典型地，对于一些实施例，n和m是整数。λsm限定第一合成波长，所述第一合成波长是在信号分析器分别地分析第一检测器的第一信号以及第二检测器的第二信号时人工地生成的。典型地，第一合成波长是第一中心波长λ1和第二中心波长λ2中的任一个的约1至50倍。这样，能够增加干涉测量装置所提供的在绝对距离测量方面的测量范围。

58、优选地，第一合成波长是第一中心波长λ1和第二中心波长λ2中的任一个的约5至35倍。通过选择这样的n和m，合成波长可被略微地减小，这有利于提高鲁棒性且降低测量波动以及测量误差。

59、最优选地，第一合成波长是第一中心波长λ1和第二中心波长λ2中的任一个的约10至20倍。通过选择这样的n和m，合成波长可被进一步地减小，这有利于进一步地提高鲁棒性且进一步地降低测量波动以及测量误差。

60、信号分析器能操作为在第一中心波长和第二中心波长中的至少一个方面来确定信号光束与参考光束之间的相对相位。这种分析提供了最高的测量精度，但是绝对测量范围最短。当在第一合成波长方面进行信号分析时，绝对测量范围能够增加，但以测量分辨率或测量精度为代价。

61、典型地，对于一些实施例，信号分析器能操作为基于分析光束在第一中心波长和第二中心波长中的至少一个方面的干涉信号，导出测量探针和表面之间的距离。信号分析器进一步能操作为通过评估分析光束在第一合成波长方面的干涉信号来确定测量探针与物体表面之间的距离。

62、基于第一合成波长以及基于第一中心波长和第二中心波长中的至少一个所进行的分立测量以及分立信号分析提供了增加的绝对测量范围，同时不会损失测量精度或测量分辨率。

63、根据测量装置的另一实施例，第三中心波λ3以及第一中心波长和第二中心波长之一(λ1或λ2)满足以下等式：

64、

65、其中i＝1或2，以及10≤k，l≤2,500。对于一些实施例，50≤k，l≤1,000，对于另外的实施例，100≤k，l≤500。因此，参数k，l可以在50与1000之间的范围内，或者在100与500之间的范围内。

66、在此，第三中心波长λ3位于相对接近第一中心波长和第二中心波长中的至少一个的位置。这样，生成大于第一合成波长λsm的第二合成波长λsg。对于一些实施例，第二合成波长λsg是第一合成波长λsm的约10至20倍。通过这种方式，能够进一步增加由干涉测量装置所提供的距离测量的绝对测量范围。此第二合成波长可以大至几厘米或甚至几米。

67、当至少第一中心波长、第二中心波长与第三中心波长中的两个的位置彼此相当接近时(例如，当第一中心波长与第三中心波长相差小于5nm、小于3nm或甚至小于2nm时)，能够提供相当大的第二合成波长，通过所述第二合成波长，干涉仪测量装置所提供的绝对距离测量范围可以增加至几毫米、几厘米或甚至几米的范围。

68、优选地，第二合成波长是第一中心波长λ1和第二中心波长λ2中的任一个的约50至400倍。通过选择这样的k和l，第二合成波长能够被增大，从而为测量装置的总体绝对测量范围提供了对应的增大。

69、最优选地，第二合成波长是第一中心波长λ1和第二中心波长λ2中的任一个的约50至500倍。通过选择这样的k和l，第二合成波长能够被进一步增大，从而为测量装置的总体绝对测量范围提供了对应的增大。

70、根据测量装置的另一实施例，光束分配器能操作为从分析光束提取第四中心波长λ4的第四部分光束。附加地或替代地，光束生成单元可以包括补充光源，所述补充光源能操作为发射包括第四中心波长λ4的频谱分量的电磁辐射。

71、典型地，根据另一实施例，第四第三中心波长λ4以及第一中心波长、第二中心波长和第三中心波长(λ1，λ2，λ3)中的一个满足以下等式：

72、

73、其中i＝1、2或3以及100≤h，j≤250,000。对于一些实施例，500≤h，j≤100.000。对于另外的实施例，1000≤h，j≤5,000。因此，参数h，j可以在500与100000之间的范围内或者在1000与5000之间的范围内。

74、在此，第四中心波长λ3位于相对接近第一中心波长、第二中心波长和第三中心波长中的至少一个的位置。这样，生成大于第一合成波长λsm和第二合成波长λsg中的任一个的第三合成波长λsl。对于一些实施例，第三合成波长λsl是第二合成波长λsl的约10至20倍。通过这种方式，能够进一步增大由干涉测量装置所提供的距离测量的绝对测量范围。此第二合成波长可以大至几厘米或甚至几米。

75、根据另一实施例，第一中心波长、第二中心波长和第三中心波长是：

76、-在380nm与490nm之间的频谱范围内，

77、-在400nm与460nm之间的频谱范围内，

78、-在404nm与455nm之间的频谱范围内，

79、-在449nm与511nm之间的频谱范围内，

80、-在449nm与489nm之间的频谱范围内，或者

81、-在404nm与475nm之间的频谱范围内。

82、典型地，对单独的第一光源、第二光源以及可选的第三光源或者甚至第四光源的选择和/或组合取决于测量需求以及市售的商业光源的质量和成本效率。

83、优选地，根据另外的实施例，第一中心波长、第二中心波长和第三中心波长全都在蓝色光谱范围内。它们位于可见的蓝色光谱范围中。使用测量光束的至少第一中心波长和第二中心波长，在蓝色光谱范围中(即，低于511nm或低于500nm)来对物体的表面或轮廓进行干涉测量，对于测量设置有基本吸收此特定频谱范围的涂层的物体而言特别有利。

84、对于一些实施例，当sld被实施为第一光源且激光器被实施为第二光源时，第一中心波长可以是约450nm且第二中心波长可以是约473nm。

85、对于其他实施例，当第一光源和第二光源均被实施为sld时，第一中心波长可以是约405nm，且第二中心波长可以是约450nm。替代地，第一中心波长可以是约450nm，第二中心波长可以是约510nm。

86、进一步替代地，当第一光源包括sld且当第二光源和第三光源各自包括激光器时，第一中心波长可以是约450nm，第二中心波长可以是约473nm，且第三中心波长可以是约480nm。

87、进一步替代地，当第一光源和第二光源均被实施为sld时，且当第三光源被实施为激光器时，第一中心波长为约405nm，第二中心波长为约450nm，并且第三中心波长为约473nm。

88、当利用三个单独光源且所述光源中的一个被实施为sld时，很容易导出用于信号检测以及随后的信号分析的四个或甚至五个不同的中心波长。

89、根据另一实施例，待被测量装置测量的物体在它的表面上包括基本吸收第一中心波长和第二中心波长中的至少一个的电磁辐射的材料。典型地，物体的材料对第一中心波长、第二中心波长以及第三中心波长中的至少一个的电磁辐射是高度吸收的。对于一些实施例，物体包括涂覆有涂层或具有涂层的光学元件。典型地，物体的涂层的层厚在1μm至10μm、10μm至100μm、20μm和80μm之间或30μm和50μm之间的范围内。

90、对于另外的实施例，待测物体包括涂覆有涂层的表面，所述涂层的层厚小于10μm。涂层的材料可以基本吸收第一中心波长、第二中心波长以及可选的第三中心波长中的至少一个。典型地，对第一中心波长、第二中心波长以及可选的第三中心波长的选择取决于待测物体的涂层的材料的类型。对于具有给定涂层的给定物体，至少第一中心波长以及第二中心波长被选择为使得对应的频谱分量被涂层有效地吸收。对于术语“基本吸收”特定中心波长的电磁辐射，典型地是指对应的中心波长的电磁辐射的强度在穿过对应的材料或涂层传播1μm之后，下降至初始强度的至少50％、至少20％或至少10％或者甚至小于10％。

91、通过在对分析光束的分析中利用第一中心波长和第二中心波长(物体的涂层材料基本吸收所述分析光束)，能够有效地避免可能在涂层与具有涂层的物体的外表面之间的界面中所出现的任何反射。从物体表面所反射的信号光束仅从涂层的外表面被有效地反射。物体光束的传播到涂层中的一部分被有效地吸收且不能够再被反射。

92、因此，根据具有涂层的物体的涂层的吸收特性来选择适当的波长最终有利于避免来自与具有涂层的物体的外表面直接接触的涂层的下侧的任何反射。

93、根据另一实施例，测量装置包括以光传输方式(例如，通过光纤)被耦合至光束生成单元的耦合器单元。耦合器单元可通过另一光纤被进一步连接到测量探针，且可通过又一光纤被进一步连接至分配器单元。耦合器单元被配置为将由光束生成单元所提供的测量光束从光束生成单元引导到测量探针，且将所捕获的任何光束从测量探针传输或引导至分配器单元。典型地，对于一些实施例，测量探针经由耦合器单元被连接至或被耦合至光束生成单元，且测量探针经由耦合器单元被连接至或被耦合至光束分配器单元。对于其他实施例，在耦合器单元、测量探针与分配器单元之间的光学耦合中的至少一个被实施为支持自由光束传播的光学路径。此光学路径可以没有光纤且可以支持自由光束传播。

94、对于一些实施例，分束器以及光束重组器被实施在测量探针的内部或测量探针上。

95、如果分析光束直接地在测量探针中生成，则耦合单元被配置为将分析光束从测量探针引导至分配器单元。对于其他实施例，当分析光束在测量探针的下游生成时，光学单元可被配置为将信号光束从测量探针引导至分配器单元。耦合器单元可包括光纤耦合器，通过所述光纤耦合器能够将测量光束引导至测量探针，且通过所述光纤耦合器还能够将由测量探针所捕获的任何光束转送或引导到分配器单元。

96、对于一些实施例，光学单元被实施为光学环形器(optical circulator)。对于另外的实施例，光学单元特别被适配用于耦合以及重新引导给定中心波长的不同电磁辐射光束。典型地，耦合单元被优化为将至少第一中心波长和第二中心波长以及可选地还有第三中心波长的电磁辐射从一个光纤或光学元件耦合以及重新引导至另一光纤或光学元件。

97、根据测量装置的另一实施例，分配器单元包括波分复用器wdm以及光纤分束器中的至少一个。光纤分束器包括被连接至第一滤光器的第一输出。光纤分束器还包括被连接至第二滤光器的第二输出。对于一些实施例，分配器单元实际上包括波分复用器。这种波分复用器能操作为将分析光束分离成不同的频谱分量，例如分离成第一中心波长的第一频谱分量以及第二中心波长的第二频谱分量。可选地，波分复用器还能操作为将分析光束分别分离成第一中心波长、第二中心波长以及第三中心波长的三个部分光束。

98、用波分复用器能够将强度损失降低至最小值。位于分配器单元下游的检测器单元的第一检测器以及第二检测器随后可被提供有分析光束的最大可用频谱强度。

99、当被实施为具有连接至第一滤光器的第一输出以及连接至第二滤光器的第二输出的光纤分束器时，对应的滤光器可以包括与第一中心波长和第二中心波长匹配的传输。典型地，第一滤光器仅传输第一中心波长。第二滤光器仅传输第二中心波长。光纤分束器能操作为将入射光束分离成至少第一部分光束和第二部分光束，其中所述第一部分光束和第二部分光束包括大体相同或基本相等的频谱分布。

100、甚至可以提供另一光纤分束器，通过所述光纤分束器，由测量探针所提供的或者由耦合器单元所提供的输入分析光束被分离成第一部分光束、第二部分光束以及第三部分光束。随后可以将所述第一部分光束、第二部分光束以及第三部分光束引导到对应的第一滤光器、第二滤光器以及第三滤光器上。通过对应的滤光器，能够从入射电磁辐射中选择相当鲜明的中心波长。使用滤光器不可避免地伴随电磁强度的显著降低。然而，滤光器的使用提供了相当短的频带以及精确的中心波长，以用于进一步的信号分析。

101、根据另一方面，本公开内容涉及一种测量可涂覆有涂层的物体(例如，光学元件)的表面或轮廓的方法。所述方法包括提供物体的步骤，其中所述物体包括表面材料。对于一些实施例，表面材料包括设置在物体表面上的涂层。在另一步骤中，由光束生成单元生成测量光束。从测量光束中分出物体光束和参考光束。随后通过光学探针将物体光束引导到物体表面上。

102、对于物体光束和测量光束中的至少一个的给定波长，表面材料包括小于100μm、小于50μm、小于20μm、小于10μm、小于5μm、小于2μm、小于1μm、小于0.5μm或小于0.1μm的光学吸收深度或光学穿透深度。在此，光学穿透深度被限定为当光束强度下降至初始光束强度的1/e例如下降至初始光束强度的约36％时的材料厚度。

103、替代地，根据另一实施例，表面材料包括吸收系数ac，其中对于物体光束和测量光束中的至少一个而言，ac在500,000cm-1与5,000cm-1之间(换句话说，在500000与5000每cm-1之间)。

104、进一步捕获测量光束中被物体表面所反射的一部分作为信号光束。之后，被物体表面所反射的(例如，被光学元件的涂层的外表面所反射的)信号光束与参考光束进行重组。重组的信号光束与参考光束构成了分析光束。检测器单元随后检测分析光束的干涉，且通过分析检测器单元的信号来导出光学探针与表面之间的距离。

105、典型地，根据进一步的实施例，物体光束和/或测量光束的波长被选择为使得在物体的下表面处所反射的至少部分吸收的信号光束的强度小于在物体的上表面处所反射的信号光束的强度的5％、2％、1％或0.5％，其中所述下表面背离干涉测量装置。

106、在此，至少部分吸收的信号光束已经在物体的上表面处进入表面材料，且传播穿过表面材料。它在背离干涉测量装置的表面材料的下表面处被内部反射，再次传播穿过表面材料，且重新进入测量探针或者作为至少部分吸收的信号光束。

107、典型地，对于给定的表面材料以及对于在物体表面上所设置的表面材料的涂层而言，测量光束的第一中心波长和第二中心波长中的至少一个被选择为使得重新进入测量探针的信号光束主要是被物体的表面材料的上表面所反射或者在所述上表面上所反射的辐射。这样，物体光束中进入表面材料的一部分被有效地吸收，且因此它的被反射的信号光束部分不再与在表面材料的上表面处所反射的信号光束部分进行干涉或重叠。

108、在另一方面，提供了一种用于测量涂覆有涂层的物体的表面和/或轮廓的方法，其中所述涂层包括表面材料。所述用于测量表面的方法是干涉测量方法，其中从测量光束中分出物体光束和参考光束。物体光束的中心波长被选择为使得物体光束被物体的表面材料有效地吸收。通过这种方式，可以保证的是，仅从物体涂层的上表面或外表面所反射的光才会重新进入测量探针，以进行进一步的干涉测量信号分析。

109、至此，所述方法的特征在于选择或提供具有期望的中心波长的测量光束，其中物体的表面材料能有效地吸收该测量光束。这样，当表面材料的涂层相当薄或者当待测物体应当相对薄时(例如，当物体的厚度应当小于10mm、小于5mm或小于1mm时)，能根据表面材料的吸收系数或光学穿透深度来选择测量光束的中心波长。这是特别有益的，因为这能够有效地避免或抑制来自涂层的下表面或待测物体的下表面的任何反射。

110、对于一些实施例，如上文所述的方法将由如上文所述的干涉测量装置来执行。至此，与干涉测量装置相关的如上文所述的所有特征、效果和益处可同样适用于测量物体的表面或轮廓的方法。反之亦然，如上文所述的测量装置也可配置为或适于执行如上文所述的测量物体的表面或轮廓的方法。

111、根据另一实施例，待测物体包括表面上的涂层。在此，物体的涂层包括表面材料。典型地，物体的整个涂层由表面材料制成。对于其他实施例，涂层的外层或上层由表面材料制成。当物体光束被引导到物体的表面上时，进入涂层的物体光束的主要部分被涂层吸收。这样，能够有效地避免和抑制来自涂层的下侧的任何反射，或者有效地避免和抑制来自背离测量探针的物体下侧的反射。

112、根据另一实施例，物体的涂层包括硅或类金刚石碳dlc或由硅或类金刚石碳dlc组成。当物体(例如，光学元件形式的物体(诸如透镜或镜子))涂覆有例如硅层时，所述方法和测量装置典型地被实现为提供测量光束，所述测量光束包括基本的频谱分量，即，波长小于550nm的不可忽略的频谱分量。优选地，测量光束包括若干频谱分量，例如，第一中心波长和第二中心波长的频谱分量，其中第一中心波长和第二中心波长都低于550nm。

113、对于典型实施例，以及对于涂覆有硅或dlc的待测物体，测量光束包括第一中心波长和第二中心波长以及可选地第三中心波长的频谱分量，其中第一中心波长、第二中心波长和第三中心波长在380nm与480nm之间。这样，进入涂层的物体光束的一部分被有效地吸收，且能够有效地抑制或避免来自涂层的下侧的任何反射。

技术实现思路