Die Erfindung betrifft ein Interferometer-System und ein Messverfahren zur Vermessung eines Objekts oder einer Wellenfront, insbesondere auf Basis eines Fizeau-Interferometers. Insbesondere betrifft die Erfindung ein absolutmessendes Interferometer auf der Basis durchstimmbarer Laser (insbesondere DFB-Laserdioden), bevorzugt mit einer (insbesondere atomaren) Frequenzreferenz.

Die präzise Vermessung von Oberflächenformen ist eine wichtige Aufgabe in der Wissenschaft und der industriellen Fertigung. Für die Vermessung empfindlicher Oberflächen, aber auch für andere Oberflächen werden nicht-taktile (berührungslose) Verfahren bevorzugt. Unter diesen wiederum kommt der Interferometrie eine besondere Bedeutung zu, weil bei dieser mit vergleichsweise einfachen Bildsensoren (Kameras) in Verbindung mit einer geeigneten Lichtquelle und wenigen optischen Elementen bereits Höhenunterschiede von weit unter einem Mikrometer auf der Oberfläche detektiert werden können. Fortgeschrittene Systeme können sogar Unebenheiten in der Größenordnung eines Atomdurchmessers detektieren.

Interferometer und interferometrische Vermessungen sind hinlänglich bekannt. Die Vermessungen beruhen auf der Wellennatur des Lichtes: Eine von einer Lichtquelle ausgesendete (hinreichend kohärente) Welle wird in zwei Teilwellen aufgespalten, die nach einer Reflexion an einem Prüfling wieder überlagert werden, nachdem sie unterschiedliche Wege durchlaufen haben. Die Leistungsdichte (Intensität, Helligkeit I) am Ort der Überlagerung ändert sich dabei periodisch mit der Differenz der Längen beider Wege, wobei die Periode gleich der Wellenlänge X ist. Im einfachsten Fall ist der funktionelle Zusammenhang mit I = cos <p sinusförmig. Darin ist die Phase <p eine lineare Funktion der optischen Weglängendifferenz L mit <p = 2nL/Ä. Befindet sich am Ort der Überlagerung ein Bildsensor, z.B. in Form einer Kamera, derart, dass (ggf. nach einer mathematischen Transformation) jedem Bildpunkt ein Punkt auf der Prüflingsoberfläche („Objektpunkt“) zugeordnet werden kann, so trägt die Intensität des Bildpunktes eine Information über die räumliche Lage des Objektpunktes.

Solche (einfachen) interferometrischen Messverfahren haben den Vorteil, dass sie Messungen mit einer sehr hohen Genauigkeit ermöglichen, jedoch den Nachteil, dass die Ergebnisse nicht immer eindeutig sind. Aufgrund der Periodizität des Weg- Helligkeits-Zusammenhanges lässt sich allein aus der Helligkeit kein geometrischer Messwert (Abstand o. ä.) gewinnen, denn die Phase an einem Bildpunkt lässt sich aus dem Helligkeitswert bestenfalls modulo 2n bestimmen. Durch einen Vergleich der Phasen benachbarter Bildpunkte lässt sich jedoch eine Information über deren Abstandsdifferenz gewinnen, da z.B. in Bereichen, an denen der Prüfling eine Vertiefung aufweist, das reflektierte Licht einen geringfügig weiteren Weg zurücklegt, und bei erhabenen Bereichen einen kürzeren. Die Gesamtheit aller Höhendifferenzen zusammengenommen ergibt die Form des Prüflings.

Eine Voraussetzung für dieses Verfahren ist, dass die Höhendifferenz benachbarter Messpunkte so gering ist, dass die Phasendifferenz der zugeordneten Bildpunkte kleiner als n ist. Um dennoch Messungen an stark gekrümmten Oberflächen vornehmen zu können, kann die Wellenfront der zu reflektierenden Welle der Prüflingsform angepasst werden. Das Phasenbild zeigt dann Abweichungen der Prüflingsform von der Form der Wellenfront an. So werden z.B. sphärische Spiegel oder Linsen mit Kugelwellen beleuchtet. Bei nicht-sphärischen Oberflächen kann die Anpassung z.B. durch ein (computergeneriertes) Hologramm erfolgen. Bei Fertigungsprozessen optischer Bauteile ist insbesondere die Bestimmung des Krümmungsradius der vermessenen Oberflächen eine wichtige und (ggf. mehrfach) wiederkehrende Aufgabe. Dazu wird der Prüfling mit Kugelwellen beleuchtet. Er erscheint „glatt“, wenn die Kugelmittelpunkte von Welle und reflektierender Oberfläche übereinstimmen. Der Abstand der Fläche von diesem Mittelpunkt ist der gesuchte Krümmungsradius.

Übliche Anordnungen sind in der Praxis z.B. Twyman-Green-Interferometer, Fizeau- Interferometer oder Tilted-Wave-Interferometer. Hierzu ist zu beachten, dass wenn solche Interferometer mit Licht genau einer konstanten Wellenlänge arbeiten, sie weder a) die Form von Stufen in der Oberfläche vermessen können, wenn die Stufenhöhe eine halbe Wellenlänge überschreitet, noch b) die Position eines Prüflings in Bezug auf die Apparatur bestimmen können, noch c) die Weglängendifferenz der interferierenden Teilwellen bestimmen können, insbesondere nicht die Dicke von parallelflächigen Bauteilen, bei denen eine Teilwelle an der Vorderfläche und die zweite an der rückwärtigen Fläche reflektiert wird und somit die Weglängendifferenz gleich der Objektdicke ist.

Insbesondere die Radienbestimmung erfordert daher zusätzliche Mittel zur Messung von Abständen zwischen einem Prüfling und ausgezeichneten Punkten oder Flächen der Apparatur. Gängige Methoden erfordern sogar, den Prüfling über eine Distanz zu bewegen, die gleich dem Krümmungsradius ist. Die Messunsicherheit und -dauer der zusätzlichen Messmittel begrenzt dadurch die Genauigkeit der Radiusbestimmung und den Durchsatz der Fertigungsstraße.

Um diese Mehrdeutigkeiten zu überwinden und Absolutmessungen in Bereichen größer als die verwendete Lichtwellenlänge zu ermöglichen, gibt es einige interferometri- sche Verfahren, z.B. solche, die mit zwei Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge arbeiten und deren Eindeutigkeit im Bereich der Schwebungswellenlänge liegen (Mehrwellenlängeninterferometrie), oder solche, die auf einer Änderung der Wellenlänge beruhen.

Bei der Mehrwellenlängeninterferometrie werden 2 oder mehr Wellenlängen zur Beleuchtung verwendet, und Differenzen der zu jeder Einzelwellenlänge erzeugten Phasenbilder berechnet. Diese Differenzbilder verhalten sich wie Phasenbilder, die von einer Lichtquelle mit viel größerer Wellenlänge (nämlich der Schwebungswellenlänge) erzeugt worden wäre. Dadurch steigt der Eindeutigkeitsbereich für jeden Bildpunkt, so dass größere Objektbewegungen oder größere Stufenhöhen auf der Oberfläche gemessen werden können. Grundsätzlich bleibt aber der periodische Zusammenhang zwischen Helligkeit und Weglängendifferenz an jedem Bildpunkt erhalten, sodass weiterhin nur Längen-ZAbstandsänderungen detektiert werden können. Der Versuch, durch sehr große Schwebungswellenlängen den Eindeutigkeitsbereich ebenfalls sehr groß zu machen, scheitert jedoch meist daran, dass dann die Anforderungen an die zahlenmäßige Unsicherheit der beteiligten Wellenlängenwerte enorm ansteigt.

Methoden mit variabler Wellenlänge nutzen den Umstand aus, dass in dem Fall, dass die Weglängendifferenz der am Bildpunkt interferierenden Teilwellen verschieden von Null ist (was im allgemeinen der Fall ist), sich bei einer Änderung der Lichtwellenlänge die Helligkeitsphase ändert. Dabei ist die Phasenänderung (also die Gesamtheit ganz oder teilweise durchlaufener Perioden) proportional zur Frequenzänderung des Lichtes und der Proportionalitätsfaktor ist gleich der Weglängendifferenz.

Ein Vorteil dieser Methode ist der gänzliche Wegfall der Mehrdeutigkeit, weshalb man die Methode auch „Absolutinterferometrie“ nennt. Ein erheblicher Nachteil ist jedoch die große Empfindlichkeit gegenüber Objektbewegungen während der Messung: Schon eine Änderung der Weglängendifferenz um wenige Mikrometer während der Messung kann zu Messfehlern im Millimeterbereich führen. Absolutinterferometer zur flächigen Formvermessung sind daher darauf angewiesen, dass sich der Prüfling und das durchstrahlte Medium (die Luft) während der Messung nicht bewegen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Interferometer-System sowie ein Messverfahren zur Vermessung eines Objekts oder einer Wellenfront zur Verfügung zu stellen, mittels derer eine sehr genaue Absolutmessung in einem sehr großen Messbereich erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Interferometer-System sowie ein Messverfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.

Ein erfindungsgemäßes (absolutmessendes) Interferometer-System erlaubt eine Vermessung eines Objekts oder einer Wellenfront durch Bestimmung einer Distanz von Punkten des Objekts zu einer Referenz. Diese Referenz ist ein Punkt an einer bekannten Position oder eine Punktmenge auf einer Referenzfläche. In einem Fizeau- Interferometer wird zum Beispiel die Form eines Objekts als Distanz des jeweiligen Punktes des Objekts zu einem Punkt einer Referenzfläche bestimmt. Das Interferometer-System umfasst die folgenden Komponenten:

- Eine durchstimmbare Mess-Laserquelle, dazu ausgelegt, einen variablen Mess-Strahl innerhalb eines (insbesondere vorbestimmten aber stets bekannten) Mess- Frequenzbereichs AV _M ZU emittieren,

- Eine Vergleichs-Laserquelle, dazu ausgelegt, einen Vergleichs-Strahl mit einer bekannten Frequenz zu emittieren,

- Eine Messinterferometer-Anordnung umfassend ein Interferometer, ausgelegt zur interferometrischen Messung einer Interferenzphase an einem Objekt mittels des Mess-Strahls und des Vergleichs-Strahls, wobei das Interferometer-System für eine simultane Messung mit der Mess-Laserquelle und der Vergleichs-Laserquelle für die Bestimmung der Distanz ausgestaltet ist,

- Eine Phasen-Bestimmungseinheit, ausgelegt zur Bestimmung der Anzahl Acp _M von Phasendurchläufen des Mess-Strahls in der Messinterferometer-Anordnung während einer Durchstimmung der Frequenz der Mess-Laserquelle,

- Eine Distanz-Bestimmungseinheit, ausgelegt zur Bestimmung der Distanz eines Objekts zu einer Referenz basierend auf einer gewichteten Phasendifferenz der gemessenen Anzahl von Phasendurchläufen Acp _M des Mess-Strahls und einem Wert einer Phasenänderung Acp _v zwischen zwei Messungen mit Vergleichs-Strahlen.

Wohlgemerkt sind hier nur die für die Erfindung wesentlichen Merkmale aufgelistet. Das Interferometer-System umfasst alle weiteren Komponenten, die ein Interferometersystem ausmachen, wie z.B. optische Komponenten, Halterungen, Aufnahmeeinheiten oder Verstelleinheiten.

Das Interferometer-System umfasst also zwei unabhängige Laserquellen, eine Mess- Laserquelle und zusätzlich eine Vergleichs-Laserquelle. Die Mess-Laserquelle ist dabei durchstimmbar. Die Vergleichs-Laserquelle muss lediglich einen Vergleichs-Strahl mit einer einzigen Frequenz ausgeben, kann jedoch ebenfalls dazu ausgelegt sein, einen variablen Vergleichs-Strahl innerhalb eines Vergleichs-Frequenzbereichs zu emittieren. Der Vergleichs-Strahl kann als Strahl zur Bestimmung von Abstandsänderungen durch (relative oder absolute) Bewegungen des Objekts angesehen werden.

Der von der Mess-Laserquelle emittierte Mess-Strahl liegt im Mess-Frequenzbereich M, der bekannt sein muss und bevorzugt vorbestimmt ist, z.B. durch Messung oder Auswahl geeigneter Komponenten und / oder Betriebsparameter.

Die Frequenz des Vergleichs-Strahl der Vergleichs-Laserquelle muss bekannt sein. Die Feststellung der Frequenz kann z.B. durch Voreinstellung, durch Wähl der Komponenten und Parameter oder durch Frequenzmessung erfolgen.

Die Laserquellen sind bevorzugt Laserdioden, insbesondere Distributed feedback laser (Abkürzung: DFB, deutsch: Laser mit verteilter Rückkopplung). Dies sind Laserdioden, in denen das aktive Material periodisch strukturiert ist. Die Strukturen wechselnden Brechungsindexes bilden ein eindimensionales Interferenzgitter bzw. einen Interferenzfilter (Bragg-Spiegel). Ein Beispiel wären zwei DFB-Laserdioden bei den Wellenlängen 633 nm und 795 nm, von denen wenigstens die Mess-Laserquelle weit durchgestimmt werden kann, insbesondere über mehr als 100 MHz oder mehr als 1 GHz, insbesondere mehr als 10 GHz oder mehr als 100 GHz. Eine Durchstimmung der Vergleichs- Laserquelle ist nicht unbedingt notwendig.

Es werden hier zunächst Laserquellen betrachtet, deren Frequenzen gut bekannt sind. Weiter unten werden Ausführungsformen beschrieben, die eine Verbesserung im Hinblick auf die Genauigkeit der Frequenz des Mess-Strahls erlauben.

Die Messinterferometer-Anordnung umfasst mindestens ein Interferometer, kann aber auch zwei oder mehr Interferometer aufweisen, z.B. ein Interferometer für jede der beiden Laserquellen. Wichtig ist jedoch, dass mit allen Strahlen stets ein und dasselbe Objekt vermessen wird. Die Messinterferometer-Anordnung umfasst bevorzugt weitere Komponenten wie z.B. Linsen, Prismen, Strahlteiler, Spiegel, Referenzfläche sowie eine Halterung für das zu vermessende Objekt. Auch ein Detektor, z.B. eine Kamera oder ein Bildsensor mit einer abbildenden Optik sind Teil der Messinterferometer- Anordnung. Eine Einheit zur Aufnahme der Messungen (Bilder) ist Teil des Interferometer-Systems, insbesondere Teil der Messinterferometer-Anordnung oder der Distanz- Bestimmungseinheit

Eine bevorzugte Ausführungsform der Messinterferometer-Anordnung ist die eines Fizeau-Interferometers, bei dem ein Objekt relativ zu einer Referenzfläche, z.B. einem planen oder gewölbten Spiegel, vermessen wird. Der grundsätzliche Aufbau eines Fizeau-Interferometers ist im Stand der Technik bekannt. Es ist ein spezielles Interferometer, das für die Beurteilung der optischen Qualität von Oberflächen und Optiken verwendet werden kann. Das Messprinzip basiert auf dem Vergleich einer zu vermessenden Oberfläche mit einer Referenzoberfläche einer Referenzfläche mittels Interferometrie.

Das Interferometer-System muss für eine simultane Messung mit der Mess- Laserquelle und der Vergleichs-Laserquelle ausgestaltet sein. „Simultan“ bedeutet im Sinne dieser Erfindung, dass während der bzw. für die Bestimmung der Distanz beide Messungen durchgeführt werden müssen und zwar gleichzeitig oder alternierend. Es ist damit nicht gemeint, dass zuerst die Messungen mit der Mess-Laserquelle erfolgen und danach die Messungen mit der der Vergleichs-Laserquelle, sondern dass während der Durchstimmung der Mess-Laserquelle mehrfach Messungen mit der Vergleichs- Laserquelle erfolgen müssen, z.B. zumindest am Anfang und am Ende der Durchstimmung und auch (insbesondere vielfach) während der Durchstimmung (z.B. zwischen Messungen während der Durchstimmung). Dies kann z.B. mit einer variablen Blende realisiert werden, die alternierend nur den Strahl einer einzigen Laserquelle durchlässt. Messungen können aber auch gleichzeitig erfolgen, z.B. mit zwei Interferometern, wobei das eine das Objekt mit dem Messstrahl antastet, und das andere mit dem Vergleichsstrahl (ggf. aus einer anderen Richtung), oder es kann mit einer Chopper-Anordnung gearbeitet werden, die alternierend nur einen der Strahlen zu einem Interferometer durchlässt, oder es kann mit einer Filteranordnung gearbeitet werden, die Strahlen aus einem Interferometer je nach ihrer Wellenlänge auf verschiedene Detektoren lenkt. Kurz gesagt: eine simultane Messung im Sinne der Erfindung ist eine gleichzeitige Messung mit beiden Strahlen oder eine alternierende Messung, bei der die Strahlen (insbesondere mehrfach oder vielfach) zeitlich versetzt zueinander einstrahlen.

Bevorzugt wird ein einziges Interferometer verwendet, zumindest wenn die beiden unterschiedlichen Strahlen der Mess-Laserquelle und der Vergleichs-Laserquelle voneinander getrennt werden können. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass die Strahlen zu unterschiedlichen Zeiten in die Messinterferometer-Anordnung einstrahlen (z.B. mittels eines sogenannten „Choppers“) oder die Strahlen mit Filtern voneinander getrennt werden.

Interferometrische Messungen sind hinlänglich im Stand der Technik bekannt und basieren darauf, dass ein Teil-Strahl eines Strahls am Objekt reflektiert wird und mit einem anderen Teil-Strahl interferiert. Bei einem Fizeau-Interferometer stammt dieser andere Teil-Strahl z.B. von der Referenzfläche.

Es kann jeweils ein Punkt des Objekts vermessen werden, z.B. mit einem Interferometer mit Punktdetektor, wobei zur Vermessung des Objekts dessen Oberfläche abgefahren wird. Bewegungen des Objekts werden dabei durch die Messungen mit dem Vergleichs-Strahl kompensiert. Es ist jedoch besonders bevorzugt, dass eine flächige Messung durchgeführt wird, z.B. mit einem Interferometer, welches eine Kamera als Detektor aufweist (oder zumindest eine Bildsensor-Matrix mit einer abbildenden Optik). In diesem Fall ist es bevorzugt, die Strahlen in Form von Strahlungskegeln auszusenden. Dies ist auch zur Vermessung einer Wellenfront bevorzugt und ein entsprechendes Interferometer-System könnte als oder in einem Wellenfrontsensor Verwendung finden.

Im Folgenden wird bei Berechnungen und Beispielen bevorzugt von einer Referenzfläche ausgegangen, ohne jedoch andere Ausführungsformen auszuschließen.

Die Phasen-Bestimmungseinheit kann Teil der Messinterferometer-Anordnung sein oder unabhängig von dieser existieren. Beispielsweise kann bei einer Aufnahme mittels eines Bildsensors (Einzelpixel oder Pixelmatrix) die Phasen-Bestimmungseinheit auch in einer mit diesem Bildsensor datentechnisch verbundenen Recheneinheit befinden. Die Phasen-Bestimmungseinheit bestimmt die Anzahl von Phasendurchläufen während einer Durchstimmung der Frequenz der Mess-Laserquelle.

Bei einer Durchstimmung der Vergleichs-Laserquelle kann diese (oder eine andere) Phasen-Bestimmungseinheit verwendet werden, um deren Phasendurchgänge zu bestimmen. Die Verwendung ist identisch zu der Verwendung beim Mess-Strahl.

Bei einer Durchstimmung der Frequenz des Mess-Strahls ändert sich seine Wellenlänge und damit auch die in der Messinterferometer-Anordnung gemessene Phase. Da die Lichtwellen einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion folgen, wird die gemessene Intensität zwischen Maxima und Minima variieren, wobei der Übergang von einem zum nächsten Maximum (2n), hier als „Phasendurchlauf“ bezeichnet wird. Diese Änderungen werden gezählt und ergeben eine Anzahl der Phasendurchläufe. Auch wenn diese Anzahl im einfachsten Falle (zählen aller Maxima oder Minima) einen ganzzahligen Wert ergibt, könnte man bereits Distanzberechnungen damit durchführen. Da sich jedoch mit einem Bildsensor auch Zwischenwerte abschätzen lassen, ist diese Anzahl bevorzugt eine rationale Zahl und gibt auch Zwischenstufen an (z.B. ausgehend von einem Minimum über ein weiteres Minimum bis zum nächsten Maximum entspräche die Anzahl 1,5). Wird kontinuierlich verstimmt, kann die gemessene Zeit auch als Maß für die Phasendurchläufe sein. Wenn z.B. ein Phasendurchlauf genau 1 s dauert und 34,567 s während der Durchstimmung gemessen wurden, dann kann die Anzahl der Phasendurchläufe mit 34,567 angegeben werden. Bevorzugt ist in diesem Falle die Phasen-Bestimmungseinheit dazu ausgelegt, die Zeit der Durchstimmung zu ermitteln und die Dauer einer festgelegten Anzahl von Phasendurchläufen (auch einen) zu bestimmen.

Die Distanz-Bestimmungseinheit ist zur Berechnung von Werten ausgelegt. Geeignete Recheneinheiten sind bekannt und können z.B. in einem Rechensystem ausgeführt werden. Die Distanz eines Objekts zu einer Referenz wird mittels der gemessenen Anzahl von Phasendurchläufen Acp _M und dem Mess- Frequenzbereich Av _M bestimmt, der idealer Weise gut bekannt sein sollte. Um minimale Bewegungen des Objektes während der Messung zu kompensieren, wird die Distanz basierend auf einer gewichteten Phasendifferenz der gemessenen Anzahl von Phasendurchläufen Acp _M des Mess- Strahls und dem Wert (0 bis 2n) einer Phasenänderung Acp _v zwischen zwei Messungen mit Vergleichs-Strahlen ermittelt. Dies wird im Folgenden genauer ausgeführt.

Ein erfindungsgemäßes Messverfahren zur Bestimmung einer Distanz eines Objekts zu einer Referenz mit einem erfindungsgemäßen Interferometer-System, bevorzugt zur Vermessung eines Objekts oder einer Wellenfront, umfasst die folgenden Schritte:

- Einstellen der Mess-Laserquelle auf eine erste Frequenz v _M , und bevorzugt Stabilisieren dieser Frequenz mit einer Stabilisierungseinheit, Aussenden eines ersten Mess- Strahls der Mess-Laserquelle mit dieser Frequenz auf ein Objekt in der Messinterfero- meter-Anordnung, und Messung einer Interferenzphase mit der Messinterferometer- Anordnung,

- Einstellen einer Vergleichs-Laserquelle auf eine erste Frequenz v _v , und bevorzugt Stabilisieren dieser Frequenz mit einer Stabilisierungseinheit, Aussenden eines ersten Vergleichs-Strahls der Vergleichs-Laserquelle mit dieser Frequenz auf das Objekt in der Messinterferometer-Anordnung und Messung einer Interferenzphase cp _Vi mit der Messinterferometer-Anordnung, wobei diese Messung vor einem Durchstimmen des Mess-Laserquelle erfolgt,

- Durchstimmen der Mess-Laserquelle über den Mess-Frequenzbereich Av _M , Aussenden weiterer Mess-Strahlen der Mess-Laserquelle und Messung der Anzahl der Phasenübergänge Acp _M der Interferenzphase während des Durchstimmens in der Messinterferometer-Anordnung mittels der Phasen-Bestimmungseinheit,

- mehrfaches Aussenden eines Vergleichs-Strahls der Vergleichs-Laserquelle auf das Objekt und Messung einer weiteren Interferenzphase cp _V 2 mit der Messinterferometer- Anordnung, wobei diese Messung simultan zu dem Durchstimmen des Mess-Laser- quelle erfolgt, wobei „simultan“ bedeutet, dass Mess-Strahlen und Vergleichs-Strahlen gleichzeitig oder alternierend für (die voneinander unabhängigen) Messungen einstrahlen,

- Berechnung der Distanz des Objekts zur Referenz aus dem Verhältnis der gemessenen Phasenübergänge Acp _M , von A<p _v = | Acpvi - Acp _V 2| , des Mess-Frequenzbereichs Av _M , und bevorzugt auch einer Frequenz v _M eines der Mess-Strahlen, insbesondere des ersten Mess-Strahls, sowie einer Frequenz v _v eines der Vergleichs-Strahlen, insbesondere des ersten Vergleichs-Strahls, unter Bildung einer gewichteten Phasendifferenz Arp, besonders bevorzugt nach der Formel Arp = Acp _M - Acp _v • v _M /v _v .

Zunächst wird dabei die Mess-Laserquelle auf eine erste Frequenz v _M eingestellt. Damit dies sehr genau erfolgen kann, erfolgt bevorzugt eine Stabilisation dieser Frequenz mit einer Stabilisierungseinheit. Beispielsweise wird die Mess-Laserquelle eine Frequenz eines J ₂ -Übergangs eingestellt und durch Lock-In-Technik stabilisiert.

Ist die Mess-Laserquelle eingestellt, kann eine erste Messung erfolgen. Dazu wird ein erster Mess-Strahl der Mess-Laserquelle mit dieser Frequenz ausgesendet, trifft auf ein Objekt in der Messinterferometer-Anordnung und ein Teil-Strahl des Mess-Strahls wird von diesem Objekt reflektiert. In der Messinterferometer-Anordnung interferiert nun dieser reflektierte Teil-Strahl auf einen anderen Teil-Strahl (der z.B. an einer Referenzfläche reflektiert wurde) und interferiert mit diesem. Das entstehende Interferenzmuster wird gemessen und daraus die Phasenbeziehung dieser beiden Teil-Strahlen, die als „Interferenzphase“ bezeichnet wird bestimmt. Von einem Bildsensor wird diese Interferenzphase als ein Intensitätswert wiedergegeben, von einer Pixelmatrix als Bildsensor als Matrix von Intensitätswerten.

Das Einstellen einer Vergleichs-Laserquelle auf die erste Frequenz v _v , das Aussenden eines ersten Vergleichs-Strahls und die Messung einer Interferenzphase cp _Vi entspricht der vorangehend beschriebenen ersten Messung mit dem Mess-Strahl und erfolgt ana- log, bis auf den Unterschied, dass nun die Vergleichs-Laserquelle mit einem Strahl einstrahlt, der zur besseren Unterscheidung „Vergleichs-Strahl“ genannt wird. Bevorzugt hat der Vergleichs-Strahl eine andere Wellenlänge als der Mess-Strahl, dies ist aber nicht unbedingt notwendig. Beispielsweise wird die Vergleichs-Laserquelle bei 795 nm auf eine Frequenz des Rb-Dl-Übergangs eingestellt und durch Lock- In-Technik stabilisiert.

Nun wird die Mess-Laserquelle über den Mess-Frequenzbereich Av _M durchgestimmt, z.B. über 100 GHz. Dies bedeutet, dass die Frequenz des Mess-Strahls von v _M bis zu einer anderen Frequenz (kontinuierlich) geändert wird. Währenddessen werden weiter Mess-Strahlen der Mess-Laserquelle ausgesendet und es finden weiterhin Messungen der Interferenzphase statt. Die Interferenzphasen werden sich jedoch aufgrund der Änderung der Wellenlänge des Mess-Strahls stetig ändern und es ergeben sich wie vorangehend beschrieben Phasenübergänge, die sich in Intensitätsschwankungen auf dem Bildsensor äußern. Die Anzahl der Phasenübergänge Acp _M der Interferenzphase während des Durchstimmens in der Messinterferometer-Anordnung wird nun während des Durchstimmens gezählt. Dabei werden neben ganzzahligen Änderungen bevorzugt auch angefangene Änderungen quantitativ erfasst, z.B. basierend auf der Durchstimmgeschwindigkeit (s.o.), was die Genauigkeit des Ergebnisses verbessert.

Der simultan zu dem Durchstimmen erfolgenden Messungen mit der Vergleichs-Laser- quelle kann ein erneutes Einstellen der Vergleichs-Laserquelle auf eine Frequenz vorausgehen, insbesondere wenn mit einer anderen Frequenz gemessen werden soll. Wird wieder mit der ersten Frequenz v _v gemessen, ist es lediglich bevorzugt, die Vergleichs-Laserquelle zu stabilisieren, damit die Abweichung der Frequenz des Vergleichs-Strahls im Vergleich zur vorangehenden Messung gering ist. Im Grunde ist dieser Schritt ansonsten der gleiche wie die vorangehende Messung mit der Vergleichs-Laserquelle, nur dass er gleichzeitig oder zeitlich versetzt alternierend (d.h. simultan) zu dem Durchstimmen erfolgt. Wenn sich an der Position des Objektes (absolut oder relativ z.B. zu einer Referenzfläche) irgendetwas geändert haben sollte, wird sich dies in der gemessenen Interferenzphase widerspiegeln. Je nach gewünschter Genauigkeit kann eine solche Messung vielfach während des Durchstimmens erfolgen, z.B. in dem während des Durchstimmens ein Chopper alternierend zwischen Mess-Strahl und Vergleichs-Strahl wechselt. Darauf basierend erfolgt dann eine Berechnung der Distanz D aus dem Verhältnis der gemessenen Phasenübergänge Acp _M sowie Acp _v = |cpvi - <pv ₂ |, des Mess-Frequenz- bereichs Av _M und bevorzugt auch einer Frequenz v _M des ersten Mess-Strahls sowie einer Frequenz v _v des Vergleichs-Strahls, unter Bildung einer gewichteten Phasendifferenz Arp.

Im Folgenden werden Grundlagen der Distanzbestimmung und weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass eine bevorzugte Vorrichtung auch analog zu der entsprechenden Beschreibung des Verfahrens ausgestaltet sein kann und umgekehrt und dass insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.

Betrachtet man die in Stand der Technik bekannten Formeln zur Distanzberechnung, so stellt man fest, dass für hochgenaue Messungen der Mess-Frequenzbereich Av _M sehr genau bekannt sein muss. Dies zu bewerkstelligen kann problematisch sein. Um die Genauigkeit diesbezüglich zu verbessern umfasst ein bevorzugtes Interferometer- System eine Referenzinterferometer-Anordnung enthaltend ein Interferometer mit einer bekannten Referenzdistanz D _R . Diese Referenzinterferometer-Anordnung ist dabei zur Bestimmung einer Frequenzänderung der Mess-Laserquelle ausgelegt.

Die Distanz-Bestimmungseinheit ist in diesem Falle besonders bevorzugt zur Bestimmung der Distanz eines Objekts zu einer Referenz basierend auf den gemessenen Anzahlen der Phasendurchläufe des Mess-Strahls und der bekannten Referenzdistanz D _R ausgelegt. Dies wird nachfolgend genauer im Rahmen des entsprechenden Messverfahrens erläutert.

In dem Falle, dass die Vergleichs-Laserquelle ebenfalls durchgestimmt wird, umfasst die Referenzinterferometer-Anordnung bevorzugt ein weiteres Interferometer mit einer (ggf. weiteren) bekannten Referenzdistanz, ausgelegt zur Bestimmung einer Frequenzänderung der der Vergleichs-Laserquelle. In diesem Falle ist die (oder eine weitere) Phasen-Bestimmungseinheit bevorzugt zusätzlich zur Bestimmung der Anzahl von Phasendurchläufen während einer Verstimmung der Frequenz der Vergleichs- Laserquelle in der Referenzinterferometer-Anordnung ausgelegt. Bei einem bevorzugten Messverfahren, erfolgt eine Messung zumindest der Mess- Strahlen an der besagten Referenzinterferometer-Anordnung mit der bekannten Referenzdistanz D _R . Dabei erfolgt während des Durchstimmens der Mess-Laserquelle über den Mess-Frequenzbereich Av _M , zusätzlich zur Messung der Anzahl der Phasenübergänge Acp _M auch eine Messung der Anzahl der Phasenübergänge Acp _R in der Referenzinterferometer-Anordnung mittels einer Phasen-Bestimmungseinheit.

Die Distanz D wird dann aus der Referenzdistanz D _R und einem Verhältnis basierend auf den Anzahlen der gemessenen Phasenübergänge bestimmt, insbesondere mittels gewichteter Phasendifferenzen (s.o.). Die Referenzdistanz D _R dient dabei gewissermaßen als Maßstab.

Bevorzugt umfasst das Interferometer-System eine Durchstimmungseinheit, welche zur Durchstimmung der Frequenz eines Mess-Strahls der Mess-Laserquelle ausgelegt ist, wobei die Durchstimmungseinheit bevorzugt dazu ausgelegt ist, die Mess-Laserquelle so durchzustimmen, dass der Betrag der Änderung der Frequenz des Mess-Strahls größer als 1 GHz ist, wobei Durchstimmungen über einen Mess-Frequenzbereich Av _M größer als 10 GHz oder gar größer als 100 GHz bevorzugt sind. Eine solche Durchstimmeinheit ist grundsätzlich im Stand der Technik bekannt und kann z.B. durch eine variable Spannungs- oder Stromsteuerung der Mess-Laserquelle realisiert werden.

In dem Falle, dass die Vergleichs-Laserquelle ebenfalls durchstimmbar sein soll, umfasst das Interferometer-System bevorzugt eine entsprechende Durchstimmungseinheit, welche zur Durchstimmung der Frequenz eines Vergleichs-Strahls der Vergleichs-Laserquelle ausgelegt ist. Für den Vergleichs-Frequenzbereich gelten bevorzugt die Angaben zum Mess-Frequenzbereich.

Bevorzugt umfasst das Interferometer-System eine Stabilisierungseinheit zur Stabilisation einer der Laserquellen auf eine Frequenz. Das generelle Prinzip einer solchen Stabilisation, z.B. auf eine atomare oder molekulare Absorptionslinie oder auf das Interferenzmaximum eines Gitters ist im Stand der Technik bekannt. Bevorzugt umfasst das Interferometer-System ein Strahlführungselement, bevorzugt ein Lichtleiter, z.B. eine Glasfaser, ausgelegt zur Führung des Lichtes beider Laserquellen in die Messinterferometer-Anordnung. Bevorzugt führt dazu die Strahlführungseinheit die Strahlen der Laserquellen mittels Lichtleitern auf einen einzigen Lichtleiter, und ist dafür besonders bevorzugt V- oder Y-förmig ausgestaltet. Mit dem Begriff „Lichtleiter“ ist dabei ein einziges lichtleitendes Element oder ein Bündel von lichtleitenden Elementen gemeint, mittels derer Licht in eine Richtung geleitet wird.

Bevorzugt umfasst das Interferometer-System eine Selektionseinheit, z.B. einen sogenannten „Chopper“, welcher im Stand der Technik bekannt ist. Solch eine Selektionseinheit ist zum alternierenden Ausblenden des Strahls jeweils einer der beiden Laserquellen ausgelegt, so dass zu einem Messzeitpunkt nur der Mess-Strahl der Mess- Laserquelle in die Messinterferometer-Anordnung fällt und zu einem anderen Messzeitpunkt nur der Vergleichs-Strahl der Vergleichs-Laserquelle in die Messinterferometer-Anordnung fällt.

Um die bei der Messung entstehenden Interferenzmuster der beiden Laserquellen zu trennen, werden die Laserstrahlen mit der Selektionseinheit (z.B. einem Chopper) abwechselnd ausgeblendet. Bei Betrachtung mit einer Kamera geschieht dies bei Auslese mit einer Kamera bevorzugt im halben Kameratakt.

Bevorzugt umfasst das Interferometer-System ein Hilfsinterferometer ausgelegt zur Bestimmung einer Durchstimmgeschwindigkeit (Änderung der Frequenz und/oder der Phase in Abhängigkeit von der Zeit) einer der Laserquellen, insbesondere des Mess- Strahls. Dieses Hilfsinterferometer ist dabei einer der Laserquellen oder beiden Laserquellen zugeordnet und dient zur Vermessung einer Eigenschaft des Lichts dieser La- serquelle(n). Es sei hier angemerkt, dass alternativ oder zusätzlich die Referenzinterferometer-Anordnung dazu ausgelegt sein kann, diese Durchstimmgeschwindigkeit zu bestimmen. Auch kann das Hilfsinterferometer der Referenzinterferometer-Anordnung zugeordnet sein oder diese Referenzinterferometer-Anordnung sein. Im Grunde kann die Referenzinterferometer-Anordnung ebenfalls den Laserquellen zugeordnet sein oder Interferometer umfassen, die den Laserquellen zugeordnet sind (muss aber nicht zwingend). Das Hilfsinterferometer ist dabei insbesondere zusätzlich zur Überwachung einer Modenreinheit einer der Laserquellen ausgelegt. Wenn die Durchstimmgeschwin- digkeit bekannt ist, kann durch Messung der Zeit bei der Ermittlung der Phasendurchläufe sehr genau ein angefangener Phasendurchlauf quantifiziert werden. Es ist dadurch also möglich, die Anzahl der Phasendurchläufe als rationale Zahl anzugeben, z.B. 100,437 Durchläufe. Dies steigert die Genauigkeit einer Distanzbestimmung.

Jede Laserquelle, also die Vergleichs-Laserquelle und/oder die Mess-Laserquelle kann dabei mit einem Interferometer vermessen werden. Dabei können zwei bevorzugte Fälle unterschieden werden: Jede Laserquelle umfasst ein eigenes Hilfsinterferometer zur Bestimmung der Frequenzänderung oder ein Hilfsinterferometer (oder eine Referenzinterferometer-Anordnung) wird zur Vermessung beider Laserquellen genutzt. Im ersten Fall ist es bevorzugt, kleine, kompakte Interferometer zu nutzen. Im zweiten Fall ist es bevorzugt, dass das verwendete Interferometer vom Aufbau bzw. Messprinzip der Messinterferometer-Anordnung entspricht und insbesondere auch in derselben Atmosphäre angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass automatisch eine Brechzahlkompensation erreicht wird, und außerdem Reflektorbewegungen in diesem Interferometer genauso eliminiert werden, wie in der Messinterferometer-Anordnung.

Bevorzugt umfasst das Interferometer-System noch weitere Komponenten, die im Stand der Technik grundsätzlich bekannt sind und der Verbesserung der Handhabung, Beseitigung störender Effekte oder der Verbesserung der Messgenauigkeit dienen. Bevorzugte weitere Komponenten sind z.B. optischer Faraday- Isolatoren, Elemente zur Einkopplung in eine Glasfaser für ein Messinterferometer oder für ein Referenzinterferometer oder Elemente zur dichroitischen Strahlüberlagerung.

Mit den im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemessenen Werten können noch bevorzugt weitere Berechnungen der Distanz durchgeführt werden, welche das Ergebnis verbessern. Hierzu ist zu beachten, dass bei vielen interferometrischen Distanzberechnungen ab bestimmten Distanzunterschieden keine Eindeutigkeit mehr vorliegt. Wenn jedoch die Distanz innerhalb der Eindeutigkeit eines anderen Bestimmungsverfahrens bestimmt werden kann und das Verfahren innerhalb seiner Eindeutigkeit eine genauere Bestimmung der Distanz zulässt, so kann zur Herstellung der Eindeutigkeit auf die „gröbere“ Distanzmessung zurückgegriffen werden. Bevorzugt wird nach einer vorgenannten Bestimmung der Distanz basierend auf den gemessenen Werten zusätzlich eine weitere Berechnung der Distanz durchgeführt.

Bevorzugt erfolgt diese Berechnung basierend auf einem Ein-Wellenlängen-Verfahren oder einem Zwei-Wellenlängen-Verfahren, welche im Grunde im Stand der Technik bekannt ist. Besonders ist, dass zur Herstellung der Eindeutigkeit auf die bereits im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Distanz zurückgegriffen wird. Als Strahlen können sowohl Mess-Strahlen als auch Vergleichs-Strahlen verwendet werden, wobei bevorzugt die betreffenden Aufnahmen insbesondere aufeinanderfolgend erzeugt worden sind oder zumindest innerhalb eines Zeitraumes kleiner als 1 s. Eine Berechnung basierend auf einem Zwei-Wellenlängen-Verfahren erfolgt insbesondere unter Verwendung der gemessenen Werte zu einer Messung mit Mess- Strahl und einer Messung mit Vergleichs-Strahl. Eine Berechnung basierend auf einem Ein-Wellenlängen-Verfahren erfolgt insbesondere unter Verwendung der gemessenen Werte zu einer Messung mit Mess-Strahl oder einer Messung mit Vergleichs-Strahl.

Bevorzugt ist eine gestaffelte Distanzberechnung, bei der zunächst die Distanz mittels der gewichteten Phasendifferenz berechnet wird, dann eine Distanzberechnung basierend auf einem Zwei-Wellenlängen-Verfahren erfolgt und danach eine weitere Distanzberechnung mittels eines Ein-Wellenlängen-Verfahrens.

Im Folgenden wird ein bevorzugter Messablauf beschrieben. Es erfolgt dabei zunächst eine Absolutmessung mit einer variablen synthetischen Wellenlänge (WSV) ohne Vorkenntnis der Distanz, dann eine Absolutmessung mit Vorkenntnis der Distanz (2- Wellenlängen-Messung mit Schwebungswellenlänge A) und zuletzt eine 1- Wellenlängen-Messung.

Ist die Distanz schon bis auf A/2 bekannt (z. B. unmittelbar nach der Absolutmessung, wird die Mess-Laserquelle auf eine Frequenz des Jod-Überganges eingestellt und stabilisiert. Dann werden die Phasen an den Detektoren für Mess- und Vergleichs- Strahl im Messinterferometer aufgenommen und die Distanz aus der Phasendifferenz bestimmt, wobei die ganzzahligen Anteile von cp/2n aus der Absolutmessung rekonstruiert werden können. Hierbei soll die Messunsicherheit möglichst unterhalb der halben Lichtwellenlänge der Vergleichs-Laserquelle liegen (d.h. sicher innerhalb des Eindeutigkeitsbereiches einer inkrementellen Ein-Wellenlängen-Messung). Zuletzt wird die im Stand der Technik bekannte Ein-Wellenlängen-Messung durchgeführt, wobei dort die ganzzahligen Anteile von cp/2n aus der Absolutmessung und der Zwei-Wellenlängen-Messung rekonstruiert werden können.

Während der Ein- und Zwei-Wellenlängen-Messungen dienen die jeweiligen Wellenlängen der beteiligten Laserquellen als Maßstabsverkörperung. Diese ergibt sich aus den Frequenzen, die über den 12- oder Rb-Frequenzstandard rückführbar ist, und den Brechungsindex der Luft, der separat bestimmt wird. Bei der Absolutmessung verkörpert das Referenzinterferometer den Maßstab. Dieses sollte zuvor eingemessen werden.

Für eine präzise Phasenmessung im Interferometer ist es vorteilhaft, die Amplituden, Offsets und die Phasenbeziehung zwischen den Komponenten der Quadratursignale (insgesamt also die Lage der Signalellipse in der x-y-Ebene zu bestimmen. Dazu werden bevorzugt beide Laserquellen nacheinander geringfügig durchgestimmt, Wertepaare aufgezeichnet und über die Anpassung einer Kurve zweiter Ordnung nach Heydemann eine Korrektur durchgeführt. Diese Korrektur sollte vor jeder Absolutmessung (gleich welcher Methode) automatisch wiederholt werden.

Vorteil des erfindungsgemäßen Interferometer-Systems ist, dass mittels eines solchen Interferometers Abstände bis 2 m mit einer Unsicherheit von 0,2 pm absolut gemessen werden können. Diese Genauigkeit kann noch gesteigert werden, wenn man sich der oben genannten ergänzenden Messungen bedient.

Beispiele für bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Abbildungen schematisch dargestellt.

Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Interferometer-Systems.

Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Laserquelle. Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Messverfahrens.

Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Interferometer-Systems 1 zur Vermessung eines Objekts O durch Bestimmung einer Distanz eines Objekts O zu einer Referenz, die hier von einer Referenzfläche 8 gebildet wird. Das Interferometer- System 1 umfasst die folgenden Komponenten:

Eine durchstimmbare Mess-Laserquelle 10a, dazu ausgelegt, einen variablen Mess- Strahl M innerhalb eines Mess-Frequenzbereichs Av _M zu emittieren sowie eine Vergleichs-Laserquelle 10b, dazu ausgelegt, einen Vergleichs-Strahl V mit einer bekannten Frequenz zu emittieren. Jede dieser Laserquellen (10) kann einen Aufbau aufweisen, wie in Figur 2 dargestellt.

Figur 2 zeigt den vorteilhaften Aufbau eine Laserquelle 10 für ein solches Interferometer-System 1. Eine Laserdiode 11 dient zur Aussendung eines Strahls, der vor dem Austritt zwei Strahlteiler 15 durchläuft und dort aufgeteilt wird. Mittels einer (für die Vergleichs-Laserquelle optionaler) Durchstimmungseinheit 14 kann der Strahl der Laserquelle 10 innerhalb eines Frequenzbereichs durchgestimmt werden, z.B. mittels Änderung der Spannung oder der Stromstärke. Der eine aufgeteilte Strahl läuft in eine (optionale) Referenzinterferometer-Anordnung 13 (hier in Form eines Hilfsinterferometers), in der während des Durchstimmens die Anzahl der Phasenübergänge gezählt wird. Der andere der aufgeteilten Strahlen läuft in eine (optionale) Stabilisierungseinheit 12 und die Laserquelle 10 kann dadurch z.B. mittels Lock-in-Verfahren stabilisiert werden. In einem besonderen Ausführungsbeispiel kann z.B. die Mess- Laserquelle 10a auf einen Jod-Übergang und die Vergleichs-Laserquelle 10b auf einen Rubidium-Übergang stabilisiert werden. An Stelle von Laserdioden 11 können im Grunde alle möglichen Lasermedien verwendet werden.

Es sollte beachtet werden, dass bis auf die Laserdiode nicht alle anderen Komponenten enthalten sein müssen. z.B. muss die Vergleichs-Laserquelle (10b) nicht unbedingt eine Durchstimmeinheit 14 oder eine Referenzinterferometer-Anordnung 13 aufweisen. Hingegen sind Stabilisierungseinheiten 12 sehr empfohlen. Was eine Stabilisierungeinheit 12 betrifft, ist die hier dargestellte mit einem Kopplungsmedium K ausgestattet, z.B. Jod oder Rubidium.

In dem besonderen Interferometer-System 1 nach Figur 1 werden der Mess-Strahl M der Mess-Laserquelle 10a und der Vergleichs-Strahl V der Vergleichs-Laserquelle 10b mittels eines Strahlführungselementes 3 zusammengeführt, welches hier jeweils eine Glasfaser umfasst, in die die beiden Strahlen der Laserquellen 10a, 10b eingekoppelt werden, z.B. mittels spezieller Einkopplungselemente. Die Glasfasern werden in einer Y-förmigen Anordnung auf eine Faser zusammengeführt, so dass sowohl der Mess- Strahl M als auch der Vergleichs-Strahl V aus derselben Glasfaser austreten.

Optional können die Strahlen auch ausgekoppelt werden, wie gestrichelt angedeutet und in einer Referenzinterferometer-Anordnung 13 deren Frequenzänderung vermessen werden. Dies könnte eine Alternative zu Figur 2 darstellen, wobei dort dann auf das Hilfsinterferometer 13 verzichtet werden kann und ein einziges Interferometer zur Vermessung beider Laserquellen 10a, 10b verwendet werden kann.

Damit bei einer solchen Zusammenführung einfach mit jeweils nur einem einzigen Strahl M, V gemessen werden kann, ist zwischen den Laserquellen 10 und dem Strahlführungselement 3 eine Selektionseinheit 2 in Form eines sogenannten „Choppers“ angeordnet. Die Selektionseinheit 2 hat die Form eines Rades (s. obige Darstellung, auf die der Pfeil hindeutet) mit lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bereichen. Diese Bereiche sind dabei so angeordnet, dass in jeder Stellung des Rades jeweils einer der Strahlen von einem lichtundurchlässigen Bereich verdeckt wird und der jeweils andere Strahl durch einen lichtdurchlässigen Bereich hindurch scheinen kann.

Mittels der Selektionseinheit 2 ist eine simultane Messung mit dem Mess-Strahl M und dem Vergleichs-Strahl V mit einer schnellen Abwechslung zwischen den Strahlen M, V möglich. Es erfolgt also eine Vielzahl von alternierenden Messungen. Theoretisch wäre auch eine gleichzeitige Messung mit dem Mess-Strahl M und dem Vergleichs-Strahl V ohne die Selektionseinheit 2 möglich, wenn mit Filtern gearbeitet würde. Die hier abgebildete Selektionseinheit 2 ermöglicht jedoch einen einfachen und preisgünstigen Aufbau, der robust gegenüber Fehlern ist. Die dermaßen geführten und gesteuerten Strahlen M, V, treten dann in eine Messinter- ferometer-Anordnung 9 ein, wie mit den gestrichelten Strahlkegeln angedeutet ist. Diese Messinterferometer-Anordnung 9 umfassend hier ein Interferometer, ausgelegt zur interferometrischen Messung von Interferenzphasen an einem Objekt O mittels des Mess-Strahls M und des Vergleichs-Strahls V. Die Strahlen M, V treten durch einen Strahlteiler 4, der hier dazu dient, den Strahl in eine Kamera (mit einer Abbildungsoptik 5 und einem Bildsensor 6) zu lenken.

Die Strahlen M, V fallen durch einen Kollimator 7, der die Beleuchtung optimiert, auf das (hier transparente) Objekt O, wobei ein Teil-Strahl eines jeden Strahls von dem Objekt reflektiert wird. Ein anderer Teil dringt durch das Objekt hindurch und wird von der Oberfläche einer Referenzfläche 8 reflektiert. Die reflektierten Anteile interferieren auf dem Rückweg miteinander und werden über den Strahlteiler in die Kamera gelenkt, in der sie ein Interferenzmuster bilden. Die Form des Interferenzmusters hängt von der Form des Objektes O (und der Referenzfläche 8) ab. Der Abstand zwischen Objekt O und Referenzfläche 8 (besser: zwischen deren reflektierenden Oberflächen) ist der zu messende Abstand D.

Das Bild der Kamera wird von einer Phasen-Bestimmungseinheit 16 ausgewertet, die dazu ausgelegt ist, die Anzahl von Phasendurchläufen der Strahlen M,V in der Mess- interferometer-Anordnung 9 während einer Durchstimmung der Frequenz zu messen. In dem hier betrachteten Beispiel wird nur der Mess-Strahl M der Mess-Laserquelle 10a durchgestimmt, weshalb die Phasen-Bestimmungseinheit 16 hier nur die Anzahl Acp _M von Phasendurchläufen des Mess-Strahls M und die Anzahl A<p _v von Phasendurchläufen des Vergleichs-Strahls V ermittelt, während die Mess-Laserquelle über den Frequenzbereich Av _M durchgestimmt wird. Was nicht dargestellt ist, ist, dass gleichzeitig dieselbe oder eine andere Phasen-Bestimmungseinheit 16 die Anzahl Acp _R von Phasendurchläufen des Mess-Strahls M in der Referenzinterferometer-Anordnung 13 bestimmt.

Eine Distanz-Bestimmungseinheit 17, die zur Bestimmung der Distanz des Objekts O zu der Referenzfläche 8 ausgelegt ist, berechnet den Abstand aus der bekannten Distanz der D _R in Referenzinterferometer-Anordnung 13 und der ermittelten Anzahlen Acp _M und Acp _R von Phasendurchläufen zu D = A(p/Acp _R • D _R . Die Größen Ac und Acp _R wurden dabei als gewichtete Phasendifferenzen aus Messungen mit Mess-Strahl M und Vergleichs-Strahl V berechnet.

Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Messverfahrens zur Bestimmung einer Distanz eines Objekts O zu einer Referenz 8 mit einem Interferometer-System 1 wie es z.B. in Figur 1 gezeigt ist. Mit diesem Verfahren kann auch ein Objekt oder eine Wellenfront vermessen werden, wenn mit dem Verfahren mehrere Messpunkte an unterschiedlichen Stellen genommen werden.

In Schritt I erfolgt eine Einstellung der Mess-Laserquelle 10a auf eine erste Frequenz v _M , und eine Stabilisierung dieser Frequenz mit einer Stabilisierungseinheit 12. Zudem erfolgt eine Einstellung der Vergleichs-Laserquelle 10b auf eine erste Frequenz v _v , und eine Stabilisierung dieser Frequenz mit einer Stabilisierungseinheit 12. Dadurch erhält man zwei Strahlen, einen Mess-Strahl M und einen Vergleichs-Strahl V, mit jeweils stabilisierten Frequenzen. Diese Strahlen M, V, werden mittels der Selektionseinheit 2 abwechselnd in die Messinterferometer-Anordnung 9 eingestrahlt. Beispielsweise wird die Mess-Laserquelle 10a auf einen Jod-Übergang eingestellt und die Vergleichs-Laser- quelle 10b auf einen Rubidium-Dl-Übergang bei 795 nm.

In Schritt II erfolgt eine Messung der Interferenzphase des Mess-Strahls M und des Vergleichs-Strahls V mit der Messinterferometer-Anordnung 9. In der Messinterfero- meter-Anordnung 9 aus Figur 1 wird automatisch bei Eintreten eines Strahls in die Anordnung und Anwesenheit eines Objekts O ein Interferenzmuster in der Kamera erzeugt. Dieses muss nur noch aufgenommen werden.

In Schritt III wird die Mess-Laserquelle 10a verstimmt und weitere Messungen durchgeführt, was mit dem Pfeil zu Schritt II angedeutet ist. Dies wird so lange wiederholt, bis die Mess-Laserquelle 10a über den gewünschten Frequenzbereich Av _M durchgestimmt worden ist. Während dieser Durchstimmung wird die Anzahl Acp _M von Phasendurchläufen des Mess-Strahls M ermittelt und zwar für jedes Pixel des Bildsensors 6 der Kamera. In diesem Beispiel wird auch die Anzahl Acp _R von Phasendurchläufen des Mess-Strahls M in der Referenzinterferometer-Anordnung 13 ermittelt. Dadurch, dass Mess-Strahl M und Vergleichs-Strahl V stets simultan (z.B. alternierend wie in Figur 1) in die Messinterferometer-Anordnung 9 eingestrahlt werden, kann einfach im Zuge der Messung so lange gewartet werden, bis nach dem Durchstimmen eine Messung einer letzten Interferenzphase des Vergleichs-Strahls V aufgenommen worden ist.

Nach den Aufnahmen erfolgt in Schritt IV eine Berechnung der Distanz D des Objekts O zureiner Referenzfläche 8 aus dem Verhältnis der während des Durchstimmens gemessenen Phasenübergänge Acp _M (in der Mess- interferometer-Anordnung 9 und ggf. auch in der Referenzinterferometer-Anordnung 13), dem Phasenunterschied Acp _v durch Bewegung des Objekts O und den bekannten (oder ermittelten) Größen über den Mess-Frequenzbereichs Av _M , und auch einer Frequenz v _M eines der Mess-Strahlen M sowie einer Frequenz v _v eines der Vergleichs-Strahlen V, unter Bildung von gewichteten Phasendifferenz Arp und Acp _R .

In Schritt V erfolgen dann zusätzlich weitere Berechnungen der Distanz basierend auf einem Zwei-Wellenlängen-Verfahren und einem Ein-Wellenlängen-Verfahren, insbesondere unter Nutzung der bereits aufgenommenen Daten.

Abschließend wird angemerkt, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel, wie z.B. „ein“ oder „eine“, nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. So kann „ein“ auch als „mindestens ein“ gelesen werden. Der Ausdruck „Anzahl“ ist ebenso als „mindestens ein(e)“ zu lesen. Begriffe wie „Einheit“ oder „Vorrichtung“ schließen nicht aus, dass die betreffenden Elemente aus mehreren zusammenwirkenden Komponenten bestehen können, die nicht unbedingt in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, auch wenn der Fall eines umfassenden Gehäuses bevorzugt ist. Bezugszeichenliste

1 I nterferometer-System

2 Selektionseinheit

3 Strahlführungselement

4 Strahlteiler

5 Abbildungsoptik

6 Bildsensor

7 Kollimator

8 Referenzfläche

9 Messinterferometer-Anordnung

10 Laserquelle

10a Mess-Laserquelle

10b Vergleichs-Laserquelle

11 Laserdiode

12 Stabilisierungseinheit

13 Referenzinterferometer-Anordnung

14 Durchstimmungseinheit

15 Strahlteiler

16 Phasen-Bestimmungseinheit

17 Distanz-Bestimmungseinheit

K Kopplungsmedium

M Mess-Strahl

O Objekt

V Vergleichs-Strahl