(57)【要約】本発明は、測定対象（Ｏ）の表面における三次元的形状測定のための３Ｄ測定装置と、レンズ光学系を備えた投影光学系とを有する光学的測定装置に関している。この場合測定対象は、光源（ＳＬＤ）によって照明光学系の設けられた照射経路を介して照明される。ほぼ放射形対称である表面の迅速でかつ高分解能な形状測定は、次のようにして達成される。すなわち、レンズ光学系を、湾曲した表面領域の検出と平面化のための平面画像光学系として構成するか、またはレンズ光学系を、３６０度回転する放射形対称な表面領域の検出のためのパノラマ光学系（ＲＯ）として構成することによって達成される。
2004506894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象（Ｏ）の表面における三次元的形状測定のための３Ｄ測定装置と、レンズ光学系を備えた投影光学系とを有する光学的測定装置であって、
前記測定対象（Ｏ）は、光源（ＳＬＤ）により照明光学系の設けられた照射経路を介して照明される形式の測定装置において、
前記レンズ光学系が、湾曲した表面領域の検出と平面化のための平面画像光学系として構成されるか、３６０度回転する放射形対称な表面領域の検出のためのパノラマ光学系（ＲＯ）として構成することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記パノラマ光学系（ＲＯ）は、検出した表面領域を中間像として結像するように構成されている、請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記パノラマ光学系（ＲＯ）または平面画像光学系は、検出した表面領域を１つの平面内でフラットな画像として直接的に撮像装置（ＢＡ）に結像するかまたはフラットな中間像として結像するように構成されている、請求項１または２記載の測定装置。
【請求項４】
前記パノラマ光学系（ＲＯ）または平面画像光学系とさらなる光学系を含んだ照明光学系は、測定対象（Ｏ）を照明する波面が表面領域の幾何学形状に適合するように構成されており、それによって照射ビームが表面領域に対して垂直に入射する、請求項１から３いずれか１項記載の測定装置。
【請求項５】
前記パノラマ光学系（ＲＯ）または平面画像光学系は、１よりもはるかに大きい角倍率を有する広角レンズに相応して構成され、テレセントリックな装置として構成されており、あるいは前記パノラマ光学系（ＲＯ）は、数値１の角倍率と線形倍率を有する標準レンズとして構成されている、請求項１から４いずれか１項記載の測定装置。
【請求項６】
偏向装置がアキシコンとして構成されており、このアキシコンは回転対称なプリズムかまたは回転対称なミラーとして構成されている、請求項５記載の測定装置。
【請求項７】
前記パノラマ光学系（ＲＯ）または平面画像光学系は、球面レンズ、非球面レンズまたはグリンレンズ（勾配屈折率レンズ）、棒状レンズ、回折光学素子、プリズム、ミラーを用いて構成されるか、またはこれらの構成要素の一部もしくは全てとの組合せで構成されている、請求項１から６いずれか１項記載の測定装置。
【請求項８】
前記３Ｄ測定装置は、干渉方式の測定装置としてあるいはトライアングル方式に基づく測定装置として構成されている、請求項１から７いずれか１項記載の測定装置。
【請求項９】
前記干渉方式の測定装置は、それ自体公知の標準の干渉計、ヘテロダイン干渉計かまたはショートコヒーレントな光源（ＳＬＤ）を有する白色光干渉計として構成されている、請求項８記載の測定装置。
【請求項１０】
前記白色光干渉計は、対象アーム（ＯＡ）と基準アーム（ＲＡ）を有しており、前記対象アーム（ＯＡ）内ではパノラマ光学系（ＲＯ）または平面画像光学系が設けられており、それらを介して少なくとも部分的に照射経路が延在しており、前記基準アーム（ＲＡ）は基準ミラー（ＲＳｐ）を有しており、前記基準アーム（ＲＡ）と対象アーム（ＯＡ）は、相互に空間的に分離されて延在するかまたは空間的に相互にコモンパス配置構成のもとで統合されている、請求項９記載の測定装置。
【請求項１１】
前記基準アーム（ＲＡ）内では、パノラマ光学系（ＲＯ）ないし平面画像光学系に類似もしくは相応した光学系が用いられている、請求項１０記載の測定装置。
【請求項１２】
前記白色光干渉計は、変調形干渉計と、これに光ファイバ（ＦＯ）または自由ビーム光学系を介して結合されたゾンデ形干渉計（ＳＩ）とに分けられ、該ゾンデ形干渉計（ＳＩ）はパノラマ光学系（ＲＯ）または平面画像光学系を備えている、請求項１０または１１記載の測定装置。
【請求項１３】
白色光干渉計のもとで、対象光路と参照光路の間の光路長の相対的な変更が、基準面（ＲＳｐ）の移動、対象の移動、干渉形の移動、基準アーム（ＲＡ）における音響光学変調器を用いた光路長の変更か、または中間像のデプススキャンによって行われる、請求項９から１２いずれか１項記載の測定装置。
【請求項１４】
前記対象アーム（ＯＡ）において測定対象（Ｏ）に関して固定的な光学系が設けられており、該固定的な光学系がその光軸方向で可動な光軸と従属的に配置されている、請求項９から１３いずれか１項記載の測定装置。
【請求項１５】
前記固定的な光学系は、全体もしくは一部が内視鏡として構成されている、請求項１４記載の測定装置。
【請求項１６】
前記固定的な光学系は、中間像（ＺＷ）を生成する光学系の一部である、請求項１４または１５記載の測定装置。
【請求項１７】
前記固定的な光学系は、平面画像光学系の一部かまたはパノラマ光学系（ＲＯ）の一部である、請求項１４から１６いずれか１項記載の測定装置。
【請求項１８】
前記固定的な光学系は、測定対象（Ｏ）を無限的に結像する、請求項１４から１７いずれか１項記載の測定装置。
【請求項１９】
前記基準アーム（ＲＡ）の基準面（ＲＳｐ）の画像は、パノラマ光学系（ＲＯ）または平面画像光学系の被写界深度領域に存在する、請求項９から１８いずれか１項記載の測定装置。
【請求項２０】
前記基準面（ＲＳｐ）の画像は、パノラマ光学系（ＲＯ）または平面画像光学系の画像平面内に存在する、請求項１９記載の測定装置。
【請求項２１】
前記基準面（ＲＳｐ）の画像は、可動光学系の移動の際に、パノラマ光学系（ＲＯ）または平面画像光学系の画像平面と同期して移動する、請求項１９または２０記載の測定装置。
【請求項２２】
前記固定的な光学系は、パノラマ光学系（ＲＯ）または平面画像光学系として構成されており、それらによって、測定対象（Ｏ）に対して固定的な少なくとも１つの中間像が生成され、さらに可動光学系として、ビーム経路内で固定的な中間像の後方に続くレンズ光学系がその光軸方向で可動に構成され、それによってこの光軸に対して定常的に配向される中間画像（ＺＷ）の深度方向の走査と、撮像装置への直接的な結像もしくは１つまたは複数の中間結像を介した結像がなされる、１４から２１いずれか１項記載の測定装置。
【請求項２３】
前記中間結像は、中間像内に結像される全ての対象点に対して同じ結像尺度を有している、請求項２２記載の測定装置。
【請求項２４】
前記固定的な光学系は、４ｆ−配置構成で構成されている、請求項２３記載の測定装置。
【請求項２５】
少なくとも２つのパノラマ光学系（ＲＯ）または平面画像光学系が設けられ、少なくとも２つの表面領域から１つのフラットな画像または中間像（ＺＷ）が生成可能であるように配置構成され、この場合基準アーム（ＲＡ）内に基準面が設けられ、複数の画像または中間像の評価が時間的に順次連続して行われ、あるいはパノラマ光学系（ＲＯ）または平面画像光学系の数に相応した数の対応する基準面が設けられ、それらの評価が同期的に行われる、請求項９から２４いずれか１項記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、測定対象の表面における三次元的形状測定のための３Ｄ測定装置と、レンズ光学系を備えた投影光学系とを有する光学的測定装置に関している。この場合測定対象は、光源によって照明光学系の設けられた照射経路を介して照明される。
【０００２】
従来技術
この種の光学的測定装置は、例えばビームの位相や伝播時間に基づいた干渉方式の測定装置として、あるいは測定が観察角度と照明方向に依存して実施されるトライアングル方式に基づいた測定装置として公知である。
【０００３】
干渉法の場合ではそのようなものとしては、典型的な慣用の干渉法（例えば １９９３年に“Ｈｕｅｔｈｉｇ Ｖｅｒｌａｇ”社から出版された、Ａ．Ｄｏｎｇｅｓ／Ｒ．Ｎｏｌｌ著の“Ｌａｓｅｒｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ”参照）や、コヒーレンス長の短い光源として発光ダイオード、超光発光ダイオードなどを用いた白色光干渉法（例えばＰ．ｄｅ Ｇｒｏｏｔ／ Ｌ． Ｄｅｃｋ著の公知文献“Ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ ｂｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｗｈｉｔｅ−ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｇｒａｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ， Ｊ．Ｍｏｄ．Ｏｐｔ，Ｖｏｌ．４２， Ｎｏ．２， Ｐ３８９−４０１， １９９５”やＴｈ．Ｄｒｅｓｅｌ／Ｇ．Ｈａｅｕｓｌｅｒ／Ｈ．Ｖｅｎｚｋｅ著の公知文献“Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｅｎｓｉｎｇ ｏｆ ｒｏｕｇｈ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｂｙ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｒａｄａｒ，Ａｐｐｌ． Ｏｐｔ．，Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．７，Ｐ９１９−９２５，１９９２”、ドイツ連邦共和国特許出願 ＤＥ １９９ ４８ ８１３．４、ドイツ連邦共和国特許出願 ＤＥ １００ １５ ８７８．１明細書参照）、及びヘテロダイン干渉法（例えばドイツ連邦共和国特許出願 ＤＥ １９７ ２１ ８４２ Ｃ２ 明細書やＨ．Ｊ．Ｔｉｚｉａｎｉ著の公知文献“Ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ”、“Ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｖｏｌ ２１， Ｐ２５３−２８２， １９８９”、Ｋ．Ｃｒｅａｔｈ著の公知文献“Ｔｅｍｐｏｒａｌ ｐｈａｓｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ”、ｄ．Ｗ．Ｒｏｂｉｎｓｏｎ／Ｔ．Ｇ．Ｒｅｉｄ著の公知文献“Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｇｒａｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＩＯＰ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｂｒｉｓｔｏｌ １９９３”、Ｒ．Ｏｎｏｄｅｒａ／Ｙ．Ｉｓｈｉｉ著の公知文献“Ｔｗｏ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｔｈａｔ ｕｓｅｓ ａ Ｆｏｕｒｉｅｒ−ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｍｅｔｈｏｄ，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．３４，Ｐ７９８８−７９９４，１９９８”参照）に区別される。
【０００４】
前述のまだ未公開であるドイツ連邦共和国特許出願 ＤＥ １９９ ４８ ８１３．４明細書やドイツ連邦共和国特許出願 ＤＥ １００ １５ ８７８．１明細書、並びに同様の白色光干渉法が用いられているさらなるまだ未公開のドイツ連邦共和国特許出願 ＤＥ １００ ３３ ０２７．４明細書、ドイツ連邦共和国特許出願 ＤＥ １００ ３３ ０２８．２明細書にも示されているように、これまでは（特に狭幅な中空空間において）広範囲な面領域を迅速にかつ高分解能で測定することは困難であった。例えば非常に小さな円錐角を有する対象のもとでは、これを平面的な視野で動作する干渉計を用いて測定することがしばしば不可能となる。なぜならレンズに戻る散乱光がないからである。内視鏡を用いれば円錐面や円筒面が小さな区分においてのみ測定可能である。しかしながら全体面の測定には時間がかかる。なぜなら小区分を数多く測定しなければならないからである。
【０００５】
本発明の課題は、冒頭に述べたような形式の光学的測定装置において、測定対象の関連する広範囲な表面領域を迅速にかつ高分解能で測定することができるように改善を行うことである。
【０００６】
発明の利点
前記課題は、請求項１の特徴部分に記載された本発明によって解決される。これによれば、レンズ光学系が、湾曲した表面領域（例えば鞍状の面や円錐セグメント）の検出と平面化のための平面画像光学系として構成されるか、または３６０度回転する放射形対称な表面領域の検出のためのパノラマ光学系として構成される。照明光学系を用いて例えばアクセスの難しい箇所においても容易にかつ所定の照明がなされる測定すべき表面領域は、パノラマ光学系を用いて統合的にかつ高分解能で迅速に検出され、測定装置を用いて三次元的に測定される。この場合表面の均一性に問題があっても、例えば不都合な凹凸や粗さ、均等でない円筒状孔部や円錐形状の弁座、あるいは円錐形状の弁座と円筒状の面の間の移行領域などの測定が可能となり、もちろんこの種の深さ方向に延在している表面のみならず、フラットな面での測定も可能である。平面画像光学系を用いることにより、特に大きく湾曲した表面領域、例えば曲面カーブの度合いが強い弁座区分などが測定可能である。
【０００７】
パノラマ光学系は、有利には次のように構成可能である。すなわち検出される表面が（場合によっては平面的な）中間画像として結像されるように構成可能である。
【０００８】
さらなる測定検出とその評価のために有利には、パノラマ光学系または平面画像光学系が次のように構成されている。すなわち、１つの平面の検出された表面領域がフラット画像として直接、撮像装置に結像されたり、フラットな中間画像として結像される。
【０００９】
簡単で正確かつ迅速な測定は、次のようなことによって支援されている。すなわちパノラマ光学系または平面画像光学系およびさらなる光学系を含んでいる照明光学系が、測定対象を照明する波面が表面領域の幾何学形状に適合するように構成されている。それにより、照明ビームは、表面領域に対して垂直に入射する。
【００１０】
別の代替的な実施例によれば、パノラマ光学系または平面画像光学系が、１よりも著しく大きな角倍率を有する広角レンズに相応してテレセントリックな配置構成で構成されるか、またはパノラマ光学系または平面画像光学系が数値１の角倍率と線形倍率と偏向装置を有する標準レンズとして構成される。テレセントリックな配置構成を有する広角光学系の場合では、パノラマ光学系の外側に開口絞りが設けられ、さらに対象側ではあらゆるビームが他の瞳を占める。それによって、画像側サイドの平行なビームは、対象側サイドでは、例えば円錐面（もしくは円筒面）に対して垂直なビームに変換される。
【００１１】
さらに別の有利な実施例によれば、偏向装置がアキシコンとして構成されており、これは回転対称なプリズムとしてあるいは回転対称なミラーとして構成されている。アキシコンの構成については、Ｊ．Ｈ．ＭｃＬｅｏｄ著の公知文献“Ａｘｉｃｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｕｓｅｒｓ”や“Ｊ．Ｏｐｔ Ｓｏｃ Ａｍ． Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．２，Ｐ１６６−１６９，１９６０”並びにＧ．Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ著の公知文献“Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｆｏｔｏｇｒａｐｈｉｅ， Ｖｏｇｅｌ−Ｖｅｒｌａｇ， Ｐ７４−７７， １９８１”が参照される。
【００１２】
パノラマ光学系または平面画像光学系の種々異なる適切な構成手段は、球面レンズ、非球面レンズまたはグリンレンズ（勾配屈折率レンズ）、棒状レンズ、回折光学素子、プリズム、ミラーを用いて構成されるか、またはこれらの構成要素の一部もしくは全てとの組合せで構成される。
【００１３】
さらに構造として有利な別の代替手段によれば、３Ｄ測定装置が干渉方式の測定装置としてあるいはトライアングル方式に基づく測定装置として構成され、さらに干渉方式の測定装置がそれ自体公知の通常の干渉計、ヘテロダイン干渉計または白色光干渉計（これはショートコヒーレントな光源を有する）として構成される。
【００１４】
対象に関する測定装置の配置構成と測定の実施のための有利な実施例によれば、白色光干渉計が、対象アームと基準アームを有しており、対象アーム内ではパノラマ光学系または平面画像光学系が設けられており、それらを介して少なくとも部分的に照明ビーム経路が延在しており、基準アームは基準ミラーを有しており、前記基準アームと対象アームは、相互に空間的に分離されて延在するかまたは空間的に相互にコモンパス配置構成のもとで統合されている。この場合、白色光干渉計は、変調形干渉計と、これに光ファイバまたはビーム光学系を介して結合されたゾンデ形干渉計とに分けられ、該ゾンデ形干渉計はパノラマ光学系を備えている。これによって操作性がさらに良好となる。
【００１５】
パノラマ光学系ないしは平面画像光学系の補償のために、基準アームにおいては、パノラマ光学系ないし平面画像光学系に類似もしくは相応した光学系が用いられてもよい。
【００１６】
測定目的に応じて様々な利点を有し適切な選択の可能な種々異なる構成手段によれば、白色光干渉計のもとで対象光路と参照光路の間の光学的光路長の相対的変更が様々な手法、例えば干渉形の移動、基準アームにおける音響光学変調器を用いた光路長の変更、中間像のデプススキャンなどによって実施可能である。
【００１７】
種々異なる表面、あるいはアクセスの困難な箇所を簡単な方式で測定するための多様な手段によれば、対象アームにおいて測定対象に関して固定的な光学系が設けられており、この固定的な光学系がその光軸方向で可動な光軸と従属的に配置されている。その際良好な操作のもとで、狭幅な中空区間においても、固定の光学系の全てもしくは一部を内視鏡として構成することによって比較的大きな横方向解像度が得られるようになる。
【００１８】
固定的な光学系を、中間像を生成する光学系の一部とする構成手段によって、様々な測定目的に適合させるためのコストがさらに大幅に低減できる。有利には例えば固定的光学系がパノラマ光学系ないしは平面画像光学系の一部として構成される。
【００１９】
測定対象の横方向の相対移動に対して剛性の高い測定の達成のために、有利には固定的光学系が測定対象を無限に結像する。
【００２０】
測定の精度に寄与する手段によれば、基準アームの基準面の画像がパノラマ光学系または平面画像光学系の被写界深度もしくは焦点深度の領域に存在する。この場合有利には、基準面の画像がパノラマ光学系の画像面もしくは平面画像光学系の画像面に存在し、さらに基準面の画像が可動光学系の移動の際にパノラマ光学系または平面画像光学系の画像面に同期して移動される。
【００２１】
本発明のさらに別の有利な構成例によれば、固定的な光学系がパノラマ光学系または平面画像光学系として構成されており、それによって、測定対象に対して固定的な少なくとも１つの中間像が生成され、さらに可動光学系として、ビーム経路内で固定的中間像の後方に続くレンズ光学系がその光軸方向で、この光軸に対して定常的に配向された中間画像の深度方向の走査のために、およびそれ自体の撮像装置への直接的な結像もしくは１つまたは複数の介在的結像を介した結像のために、可動に構成されている。例えば対象光路内でパノラマ光学系ないし平面画像光学系の形態の固定的な中間像結像装置を用いた、対象光路における対象表面の固定的な中間像の生成によって、狭幅な管路または孔部においても、測定すべき対象表面が比較的高い横方向分解能でもって検出可能であり、撮像装置とそれに後続する評価装置を用いることによって深度構造に関する評価が可能となる。固定的な中間像のスキャンは、比較的簡単な手段でもって可能である。なぜならそのデプススキャンのために対象光路の移動させるべき光学的構成素子の数が僅かで済むからである。その場合そのつどの走査される固定的中間像の深度は常に、可動のレンズ光学系の被写界深度領域内に留まる。なぜならデプススキャンによって、可動のレンズ光学系の対象面が固定の中間像を透過して同じように移動し、このようにして例えば最大の被写界深度領域における干渉極大値が評価される。その上さらに固定的な中間像がパノラマ光学系ないし平面画像光学系によってレンズ光学系の移動方向に対して常に定常的に配向可能となる。
【００２２】
結像品質と評価の精度は、有利には次のことによって向上される。すなわち中間結像が、中間像に結像される全ての対象点に対して同じ結像尺度を占めるようにすることによって向上される。その際の有利な構造によれば、固定的な光学系が４ｆ−配置構成でなされる。
【００２３】
固定的な光学系と可動の光学系に対する詳細な実施例に関しては、例えばドイツ連邦共和国特許出願 １０１ １５ ５２４ 明細書が参照され、この例が本発明の実施例においても相応に受入れられる。
【００２４】
本発明による測定装置の、測定対象の所定の表面構造へのさらなる適応化の可能性は、次のことによって得られる。すなわち少なくとも２つのパノラマ光学系または平面画像光学系を設け、同時に少なくとも２つの表面領域から１つのフラットな画像または中間像が生成可能であるように配置する。その場合基準アームにおいては基準面が設けられ、複数の画像または中間像の評価が順次連続して行われるかまたはパノラマ光学系または平面画像光学系の数に相応する数の対応する基準面が設けられ、それらの評価が同期的に行われる。
【００２５】
パノラマ光学系または平面画像光学系の適用のもとでは、対象表面がほぼ垂直方向で照明され、観察される。それにより特に非常に小さな円錐角の場合でもあるいは狭い孔部の中でも測定が可能となる。パノラマ光学系を用いることによって測定対象は、回転する環状区分においても唯１回の撮影で、表面の特性に応じて完全な測定ができる。
【００２６】
このパノラマ光学系または平面画像光学系は直接的に対象表面を、テレセントリックな結像かまたは中間像を介して撮像装置に結像させるように構成可能である。
【００２７】
図面
図面には本発明の実施例が示されており、これらは以下の明細書で詳細に説明する。これらの図面のうち、
図１Ａ〜１Ｄは、光学的測定装置のパノラマ光学系に対する様々な実施形態を様々な表面領域を有する測定対象と共に示した図であり、
図２は、図１Ａによるパノラマ光学系を備えた白色光干渉計として構成された光学的測定装置をフラットな中間像と共に示したものであり、
図３は、図２に比べてさらなる中間像が生成される光学的測定装置のさらなる実施形態を示した図であり、
図４は、図２の実施例に対して基準アームの変更されている、白色光干渉計の形態のさらなる光学的測定装置を示した図であり、
図５は、デプススキャン用可動部（破線）が他の実施例と異なって統合されている、白色光干渉計を備えた光学的測定装置のさらなる実施形態を示したものであり、
図６は、モジュレーションインターフェロメータとゾンデインターフェロメータへの分離が行われる、白色光干渉計を備えた光学的測定装置の実施例を示したものであり、
図７は、モジュレーションインターフェロメータとゾンデインターフェロメータへ分割された白色光干渉計を備えた光学的測定装置のさらなる実施形態を示したものであり、この場合はソンデインターフェロメータの基準ミラーが図６の実施例とは異なって構成されている。
【００２８】
実施例
図１Ａから図１Ｄには、パノラマ光学系ＲＯの様々な実施形態が示されており、これらの光学系は光学的測定装置の種々異なる実施形態の中で用いられており、特に図２〜図７に示されている光学的測定装置において白色光干渉計（ショートコヒーレントインターフェロメータ）の形態で用いられている。
【００２９】
図２に示されているように、測定の目的に合わせて構成されたパノラマ光学系ＲＯは、測定対象Ｏないしはその測定すべき表面領域（これは例えばテーパーボアの面を表わす）の前の対象アームＯＡに配置されている。相応にパノラマ光学系ＲＯは、図１Ｂのように円錐の外面上に配置されてもよいし、図１Ｃのように、内円柱ないし孔部の内面に配置されてもよいし、あるいは図１Ｄのように円錐面と孔部の間の移行領域に配置されてもよい。パノラマ光学系ＲＯは、この場合例えば広角レンズに類似して構成された光学系レンズ（角倍率は１とは大きく異なっている）であってもよい。これはほぼテレセントリックな配置構成で実現される。開口絞りは、パノラマ光学系ＲＯの外側におかれてもよく、また対象側ではあらゆるビームが他の瞳を占めてもよい。それにより、対象側サイドの任意の側の平行ビームは、次のようなビームに変換される。すなわち例えば円錐面（または円筒面）に対して垂直となるビームに変換される。また代替的には、例えば角倍率並びに線形倍率が１の（但し偏向系、例えばアキシコンを有している）典型的なレンズが用いられてもよい。このアキシコンは、透過系として動作する回転対称なプリズムであってもよいし、反射系として動作する回転対称なミラーであってもよい。パノラマ光学系ＲＯは、球面レンズ、非球面レンズまたはグリンレンズ（勾配屈折率レンズ）、棒状レンズ、回折光学素子、プリズム、ミラー、またはそれらの組合せで実現してもよい。またパノラマ光学系の構造として、フラットな面の環状または円形区分を照明し検出するものも考えられる。検出される表面領域は、この場合放射形対称である。
【００３０】
その他に２つもしくはそれ以上のパノラマ光学系ＲＯを次のように配置して設けることも可能である。すなわち、１つの表面領域の他に同時に別の少なくとも１つのさらなる表面領域でフラットな像または中間像を生成するように配置することも可能である（例えばドイツ連邦特許出願 １００ ３３ ０２８．２ 明細書参照）。
【００３１】
参照光路においても、様々な光路長の生成のためにさらなる表面領域の数に応じて、少なくとも１つのさらなる参照平面（基準ミラー）が配設されてもよい（ドイツ連邦共和国特許出願 １００ ３３ ０２７．４ 明細書参照）。この配置構成によれば、例えば空間的に分離された弁座に対する案内孔の位置が測定され得る。
【００３２】
測定手法として白色光干渉法（ショートコヒーレントインターフェロメトリー）が利用されるならば、相応に図２の構造は、マイケルソン干渉計として実現できる。ショートコヒーレント光源ＳＬＤ、例えば超光発光ダイオードまたは発光ダイオードの光は、ビームスプリッタＳＴを介して、対象アームＯＡと基準アームＲＡの形態の２つの干渉計アーム内へ入力結合される。測定対象０の照明は、パノラマ光学系ＲＯを通して行われる。その際有利には、対象表面の照明が、測定対象Ｏのジオメトリに適合している波面によって行われる。パノラマ光学系ＲＯによれば、例えば対象表面の環状区分（３６０゜の円周方向）がパノラマ光学系ＲＯによって１つの平面に結像される。これはフラットな中間像ＺＷである。このフラットな中間像は、撮像装置ＢＡ、例えばＣＣＤカメラなどに直接形成されてもよいし、これに結像されてもよいし、あるいはさらなる中間結像を介して（図３のように）生成されてもよい。光電的な変換の後では、対象表面から得られる信号が評価回路（図示されていない）にて適切に評価される。
【００３３】
基準アームＲＡでは、双方向矢印に相応して移動する基準ミラーＲＳｐによって参照波が反射されている。パノラマ光学系ＲＯの補償のために基準アームＲＡにおいては、パノラマ光学系ＲＯに類似のもしくは相応した補償光学系ＫＯが用いられており、これは目下のフラットな基準ミラーＲＳｐを再び１つの平面内に結像させている。補償のためにパノラマ光学系ＲＯと同等の光学系が用いられるならば、図４に示されているように、測定すべき対象表面とほぼ同じ幾何学形状を有する基準ミラーを用いてもよい。
【００３４】
撮像装置ＢＡには、対称表面と参照波の重畳画像が受け入れられる。
【００３５】
測定のためには、対称アームＯＡの光路長と基準アームＲＡの光路長との間の経路差の変更が公知の手法（例えば基準ミラーＲＳｐのスキャン、対称のスキャン、冒頭に述べたドイツ連邦共和国特許出願 １００ １５ ８７８．１ 明細書による中間像スキャン、ドイツ連邦共和国特許出願 ＤＥ １９７ ２１ ８４２ Ｃ１ 明細書による音響光学的変調器によるスキャンなど）のように行われる（デプススキャン）。
【００３６】
白色光干渉計のケースでは、フラットな基準ミラーＲＳｐを使用した場合（図２）あるいは対象表面の幾何学形状に適合した基準ミラーＲＳｐを使用した場合（図４）のデプススキャンは、基準ミラーＲＳｐのみのシフトによって、あるいは図４の斜線領域に示されているように補償用光学系を伴う基準ミラーＲＳｐのシフトによって行われる。パノラマ光学系ＲＯには、いわゆるバヨネット式光学系（例えばドイツ連邦共和国特許出願 １００ １５ ８７８．１ 明細書による）が用いられてもよい。デプススキャンは、図５において可動領域が図４のように斜線で示されているように、フラットな中間像ＺＷが可動のレンズ光学系によって深度方向でスキャンされる。
【００３７】
撮像装置ＢＡ上の対象表面の画像には、２つの干渉アームＯＡ，ＲＡにおける経路差がコヒーレンス長よりも短い場合に、比較的高い干渉コントラストが現れる。対象表面の高レベルの３Ｄプロファイルを得るためには、冒頭で述べたような白色光干渉法に関する従来技法のような種々異なる方式が開示されている。
【００３８】
これらの方法では、対象光路の光路長が基準光路の光路長に対して総体的に偏向され、各測定点毎にインターフェログラムが評価回路に供給されることを基礎としている。
【００３９】
図３による構造では、図２による構造に比べて、対象アームＯＡにおいて、詳細には図示されていない結像素子を用いてさらなる中間像ＺＷ２が生成されている。補償のために、相応の光学素子が基準アームＲＡ内に配設されている。詳細には図示されていないさらなる結像素子は、ビームスプリッタＳＴと撮像装置ＢＡの間に設けられている（これは図２並びにその他の図面においても同じである）。
【００４０】
図６及び図７に示されているような変更された構造においては、白色光干渉計は、いわゆる“コモンパス”配置構成として実現される。この白色光干渉計も、広帯域（ショートコヒーレント）の光源ＳＬＤによって照明される。第１のビームスプリッタＳｐは、光を２つのアームに分割する。これらのアームは、第１のミラーＳｐ１と第２のミラーＳｐ２を有している。この分割形の干渉計は、以下では変調形干渉計ＭＩとも称する。前記２つのアームの間の光学的な経路差は、光源ＳＬＤのコヒーレンス長よりも大きい。
【００４１】
２つのミラーＳｐ１，Ｓｐ２からは反射光が、第１のビームスプリッタＳｔ１と第２のビームスプリッタＳｔ２を介して光学的ゾンデ（例えば内視鏡など）に供給される。基準ミラーＲＳｐと、配設されている光学的構成素子も含めた測定対象Ｏまでのビーム経路からなる、分割形干渉計は、以下ではゾンデ形干渉計ＳＩとも称する。この構成における特別な点は、基準ミラーＲＳｐが光学的ゾンデ自体の中に存在していることと、様々な位置（ＲＳｐ′、ＲＳｐ″）に配置可能なことである。光の一部は、この基準ミラーＲＳｐ（ないしはＲＳｐ′、ＲＳｐ″）において反射され、それに対して光の他の部分は、測定対象Ｏの測定すべき表面領域を照明する。基準ミラーＲＳｐは、フラットなプレート（例えばプリズム）上に被着させてもよい。変調形干渉計ＭＩ内に設けられている経路差は、ゾンデ形干渉計ＳＩ内の基準ミラーの相応の配置構成によって再び解消される。
【００４２】
代替的にこのゾンデ形干渉計ＳＩは、図７に示されているようにミラウ形干渉計“Ｍｉｒａｕ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ”として実現してもよい。この場合測定対象Ｏは、パノラマ光学系ＲＯ（これは例えば円錐状の対象表面に整合されている）を用いて場合によっては中間像ＺＷ，ＺＷ２を介して撮像装置ＢＡ上に結像され、参照波と重畳される。高いレベルの情報を得るために、ミラーＳｐ２は、測定領域上をスキャンする。２つのミラーＳｐ１，Ｓｐ２の間の経路差が、基準ミラーＲＳｐと測定対象Ｏとの間の光学的経路差と同じならば、測定対象Ｏの画像にはより高い干渉コントラストが現れる。高レベルの３Ｄプロファイルを得るために、慣用のインターフェログラム評価方法が各画素において用いられる。当該実施例の構成によって得られる利点は、対象波と参照波がほぼ同じ光学系を通過し、それによって収差が補償できることである。その他にこの装置は、機械的な振動に対しても堅固である。
【００４３】
図６及び図７にも示されているように、変調形干渉計ＭＩとゾンデ形干渉計ＳＩの結合は、ファイバ光学系ＦＯを介して行われている。またこの結合はファイバ光学系の代わりにビーム光学系を介して行われてもよい。代替的に基準アームＲＡ内の光路長は、音響光学変調器によって変更（スキャン）されてもよい（例えばドイツ連邦共和国特許出願 ＤＥ １９７ ２１ ８４２ Ｃ２参照）。
【００４４】
さらなる実施例として、前記ミラウ装置においてコモンパス干渉計を変調形干渉計ＭＩなしで実現することも可能である。この場合の光源ＳＬＤは、例えば図７のように、ビームスプリッタＳｔ２を介して直接ゾンデ形干渉計ＳＩ内に入力結合させてもよい。デプススキャンに対しては本来の基準ミラーがビームスプリッタに対して可動でなければならない。図７では、ゾンデ形干渉計ＳＩの基準ミラーＲＳｐが、パノラマ光学系ＲＯと測定対象Ｏの間に相応の適合した形状で示されており、上方の部分拡大図では第３のビームスプリッタＳｔ３と共に示されている。
【００４５】
ここには図示されていないが、その他の干渉法（例えば典型的な干渉法、ヘテロダイン干渉法、スペックル干渉法）やＥＳＰＩのもとでも、デプススキャンや評価に対して相応の適応化が有効である。
【００４６】
また相応の構造化や手段を、例えば湾曲した表面から一部分のみをピックアップする平面画像光学系と組合せて実現することも可能である。そうでない場合には相応にパノラマ光学系ＲＯが測定装置に組合わされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａ〜Ｄは、光学的測定装置のパノラマ光学系に対する様々な実施形態を様々な表面領域を有する測定対象と共に示した図である。
【図２】図１Ａによるパノラマ光学系を備えた白色光干渉計として構成された光学的測定装置をフラットな中間像と共に示した図である。
【図３】図２の実施例よりもさらに中間像の生成される光学的測定装置のさらなる実施形態を示した図である。
【図４】図２の実施例に比べて基準アームが変更されている、白色光干渉計の形態のさらなる光学的測定装置を示した図である。
【図５】デプススキャン用可動部（破線）が他の実施例と異なって統合されている、白色光干渉計を備えた光学的測定装置のさらなる実施形態を示した図である。
【図６】モジュレーションインターフェロメータとゾンデインターフェロメータへの分離が行われる、白色光干渉計を備えた光学的測定装置の実施例を示した図である。
【図７】モジュレーションインターフェロメータとゾンデインターフェロメータへ分割された白色光干渉計を備えた光学的測定装置のさらなる実施形態を示した図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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