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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6309008
(24)【登録日】2018年3月23日
(45)【発行日】2018年4月11日
(54)【発明の名称】表面を非常に正確に測定するための方法およびデバイス
(51)【国際特許分類】
G01B 11/24 20060101AFI20180402BHJP
【ＦＩ】
G01B11/24 D
【請求項の数】16
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2015-527809(P2015-527809)
(86)(22)【出願日】2013年8月20日
(65)【公表番号】特表2015-529818(P2015-529818A)
(43)【公表日】2015年10月8日
(86)【国際出願番号】EP2013002500
(87)【国際公開番号】WO2014029495
(87)【国際公開日】20140227
【審査請求日】2016年7月15日
(31)【優先権主張番号】102012017015.7
(32)【優先日】2012年8月20日
(33)【優先権主張国】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】597023868
【氏名又は名称】テイラー・ホブソン・リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＴＡＹＬＯＲ ＨＯＢＳＯＮ ＬＩＭＩＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】100127926
【弁理士】
【氏名又は名称】結田 純次
(72)【発明者】
【氏名】クリスティアン・アム ヴェーク
(72)【発明者】
【氏名】ティロ・マイ
(72)【発明者】
【氏名】ラルフ・ニコラウス
(72)【発明者】
【氏名】ユルゲン・ペッター
(72)【発明者】
【氏名】ゲーアノート・ベルガー
【審査官】
池田 剛志
(56)【参考文献】
【文献】
独国特許出願公開第１０２０１１０１１０６５（ＤＥ，Ａ１）
【文献】
特表２０１１−５２６３７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０５６０４５９３（ＵＳ，Ａ）
【文献】
特開２００３−０１４４２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−１３３２２９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｂ１１／００−１１／３０
２１／００−２１／３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
物体（１４）の少なくとも１つの表面部分（１５）を測定するためのデバイスであって、ホルダ（２２）を含み、該ホルダ（２２）に、参照体（４０）および距離測定装置（４２）が配置され、該距離測定装置（４２）は、第１の軸（５０）および第２の軸（５２）に対して揺動可能にホルダ（２２）に取り付けられ、距離測定装置（４２）は、物体（１４）の表面部分（１５）上の第１の点（１９）までの第１の距離（２４）を決定するように、および参照体（４０）上の第２の点（２１）までの第２の距離（４８）を決定するように構成され、参照体（４０）は、ホルダ（２２）での距離測定装置（４２）の揺動性に合わせて適合される参照面（４１）を含み、参照面（４１）は、実質的に球セグメント状幾何形状を有する球状中空ミラーとして具現化され、球状中空ミラーの中心点は、第１の軸（５０）および／または第２の軸（５２）と実質的に一致する、前記デバイス。
【請求項2】
物体（１４）を受け取るための支持体（１２）をさらに含み、ここで、ホルダ（２２）と支持体（１２）は、互いに対して可動である請求項１に記載のデバイス。
【請求項3】
距離測定装置（４２）は、物体（１４）に対して位置合わせ可能な第１の距離センサ（４４）と、参照体（４０）に対して位置合わせ可能な第２の距離センサ（４６）とを含む請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項4】
第１の距離センサ（４４）と第２の距離センサ（４６）は、互いに対してそれらの位置を固定されている請求項３に記載のデバイス。
【請求項5】
第１の距離センサ（４４）と第２の距離センサ（４６）は、互いに逆向きに直径方向で位置合わせされる請求項３または４に記載のデバイス。
【請求項6】
距離測定装置（４２）の距離センサ（４４、４６）は、少なくとも所定の想像円錐体積内で、望むように空間内で向きを定めることが可能であり、または位置合わせ可能である請求項３〜５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項7】
第１の点（１９）と第２の点（２１）との間の想像接続線は、第１の軸（５０）と第２
の軸（５２）との交差点（５１）を横切る請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス。
の軸（５２）との交差点（５１）を横切る請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項8】
距離測定装置（４２）は、少なくとも３つ、好ましくは少なくとも６つの長さまたは位置変化可能なサスペンション（６２）によってホルダ（２２）に配置される請求項１〜７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項9】
距離測定装置（４２）は、第２の軸（５２）の周りで回転可能にカンチレバー（６４）に配置された支承部（６６）によって、ホルダ（２２）に配置される請求項１〜７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項10】
カンチレバー（６４）は、第１の軸（５０）の周りで回転可能にホルダ（２２）に取り付けられる請求項９に記載のデバイス。
【請求項11】
さらに、制御ユニット（７０）を含み、該制御ユニット（７０）は、物体（１４）の表面部分（１５）の第１の点（１９）の表面垂線に実質的に沿って第１の距離センサ（４４）を位置合わせするように構成される請求項３〜１０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項12】
距離測定装置（４２）の回転によって引き起こされる第１の距離（２４）の変化を、第２の距離（４８）に基づいて補償することが可能である請求項１〜１１のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項13】
少なくとも３つの位置センサ（７２、７４、７６）は、ホルダ（２２）に結合され、該位置センサによって、少なくとも１つの参照物体（１６、１８、２０）に対するホルダ（２２）の空間的位置を決定可能である請求項１〜１２のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項14】
少なくとも３つの支持体センサ（７８、８０、８２）が提供され、該支持体センサ（７８、８０、８２）によって、少なくとも１つの参照物体（１６、１８、２０）に対する、物体（１４）を支持する支持体（１２）または変位ユニット（２７）の空間的位置を決定可能である請求項１３に記載のデバイス。
【請求項15】
距離測定装置（４２）が回転可能に取り付けられる軸（５０、５２）は、距離測定装置（４２）の２つの距離センサ（４４、４６）の幾何学的中心と測定対象の物体（１４）との間に位置される請求項３〜１４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項16】
物体（１４）の少なくとも１つの表面部分（１５）を測定するための方法であって、物体（１４）と、第１の軸（５０）および第２の軸（５２）に対して揺動可能に取り付けられた参照体（４０）および距離測定装置（４２）が配置されたホルダ（２２）とは、少なくとも第１の方向（ｘ、ｙ、ｚ）で互いに対して移動され、距離測定装置（４２）は、２つの軸（５０、５２）に対して揺動され、参照体（４０）は、ホルダ（２２）での距離測定装置（４２）の揺動性に合わせて適合される参照面（４１）を含み、参照面（４１）は、実質的に球セグメント状幾何形状を有する球状中空ミラーとして具現化され、球状中空ミラーの中心点は、第１の軸（５０）および／または第２の軸（５２）と実質的に一致し、物体（１４）の表面部分（１５）の第１の点（１９）までの第１の距離（２４）と、それに対応する参照体（４０）の第２の点（２１）までの第２の距離（４８）とは、距離測定装置（４２）によって決定される前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、物体の好ましくは光学的な無接触の感知に基づいて、任意の物体のトポロジまたは表面を非常に正確に測定するための方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
品質保証の目的で、さらにまた工業生産プロセスを監視するために、特に精密エンジニアリングの分野、光学の分野、および光学的、機械的、および電気的微小構造の生産エンジニアリングにおいて、できる限り高い分解能でのワークピース表面の精密測定の必要性が高まっている。
【0003】
したがって、例えば、特許文献１が、多波長干渉計の原理で動作する距離センサを開示しており、これは、複数のレーザ光源を採用し、レーザ光源の放出波長は、１５２０ｎｍ〜１６３０ｎｍの間の光通信範囲内にある。ここで使用されるレーザの信号は、マルチプレクサによって共通のファイバ内で組み合わされ、多波長センサヘッドに伝送される。原理上、そのような多波長距離測定法は、反射幾何学的構成（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を使用して、任意の物体のトポロジおよび表面の干渉型感知（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｓｅｎｓｉｎｇ）を可能にし、ここで、多波長法は、比較的大きい一意に割当て可能な測定領域を提供し、さらに、ナノメートル範囲、さらにはサブナノメートル範囲での測定精度を達成することを可能にする。
【0004】
さらに、特許文献２が、輪郭感知距離センサが測定対象の表面に実質的に直交に配置された光学表面測定デバイスを開示している。ここで、距離センサは、回転可能なデバイスに配置され、回転可能なデバイス自体は、測定フレームに対して可動のプラットフォームに配置される。さらに、距離センサを受け取るデバイスに測定面が提供され、測定フレームに対するその測定面の距離は、無接触距離測定用の装置によって測定される。
【0005】
そのようなセンサが、例えばスキャニング運動の範囲内で無接触で物体の表面を感知する場合、測定対象の物体（ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔ ｔｏ ｂｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ）に対するセンサの運動および位置決め精度が重要な役割を果たす。
【0006】
距離センサと測定対象の表面との間の距離を正確に確定（ｅｓｔａｂｌｉｓｈ）することを可能にするために、センサは、測定対象の表面に実質的に直交に位置合わせ（ａｌｉｇｎｅｄ）されなければならず、また測定対象の物体の輪郭に従ってその位置合わせを適合しなければならない。この適合のために、センサの並進運動と回転運動との両方が実施され得る。
【0007】
ナノメートル範囲またはサブナノメートル範囲内の測定精度が必要とされる場合、センサの回転がさらに、センサを支持するホルダまたはプラットフォームに対するセンサの無視できない並進運動変位を常にもたらす。したがって、センサからの測定信号は、センサの回転運動によって引き起こされる少なくともセンサの位置変位に関して補正されなければならない。センサ支承部の機械的公差は、様々な角度位置でセンサの再現不可能な位置変化を引き起こす。したがって、センサのあらゆる可能な位置合わせに関して、センサの位置を正確に決定することが必要である。
【0008】
表面を非常に正確に測定するための現在知られている方法およびデバイスは、これまで、所定の対称性を有する表面を測定するのにしか適していなかった。これに関して、物体の表面全体の感知は、例えば物体の対称軸の周りでの物体の回転を必要とする。例えば、これは、ただ１つの平面内でのみ揺動可能に取り付けられた測定ヘッドまたは距離センサによって、表面のトポロジ全体を測定して記録する（ｌｏｇｇｅｄ）ことを可能にする。そのような測定概念は、任意の所定の対称性に従わないいわゆる自由形状面（ｆｒｅｅ−ｆｏｒｍ ｓｕｒｆａｃｅ）を有する物体には適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】独国特許第１０ ２００８ ０３３ ９４２ Ｂ３号
【特許文献2】独国特許第６０ ２００４ ００４ ９１６ Ｔ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
したがって、本発明の目的は、物体の自由形状面を測定するため、特にそのような表面を非常に精密に測定するためのデバイスを提供することであり、ここで、例えばセンサヘッドの並進運動および／または回転運動によって引き起こされるセンサの生じ得る位置的な不正確さを単純に決定し、それに対応して補償することができる。ここで、測定デバイスは、できるだけ単純でコンパクトであり、比較的高い費用対効果で実施することもできる構成によって特徴付けられる。さらに、外部干渉に対してできるだけ柔軟性のあるように具現化（ｅｍｂｏｄｉｅｄ）すべきである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
この目的は、請求項１に記載のデバイス、および請求項１８に記載の方法によって達成され、本発明の有利な実施形態は、それぞれ従属請求項の主題である。
【0012】
これに関して提供される本発明によるデバイスは、好ましくは支持体に取り付けられたまたは配置された物体の少なくとも１つの表面部分を測定するように構成される。ここで、物体またはその表面部分は、比較的不規則な、それに対応して対称性のないまたは非対称性の外側輪郭を有するいわゆる自由形状面を含むことがある。ここで、測定対象の物体は、例えば、いわゆる軸外し放物面として具現化することができ、またはレンズアレイを含んでいてもよい。しかし、２つの互いに直交する方向または断面で、多項式によって表すことができ、その形態がサドル面に似た表面形状を測定することも可能である。
【0013】
本発明によるデバイスは、少なくとも１つのホルダを含む。さらに、参照体（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｂｏｄｙ）および距離測定装置がホルダに配置され、ここで、距離測定装置は、第１の軸およびまた第２の軸に対して揺動可能にホルダに取り付けられる。ここで、第１の軸と第２の軸は、異なる方向に、または異なる平面内に延びる。しかし、それらは、共通の平面内に位置してもよく、これに関して軸方向平面を成す。
【0014】
少なくとも２つの軸に対する距離測定装置の揺動可能な取付けによって、前記距離測定装置は、ホルダに対して、または支持体およびそこに配置された物体に対してほぼ任意の位置合わせで位置合わせすることができる。特に、これは、距離測定装置による物体の自由形状面の測定を可能にし、距離測定装置は、触知式もしくは無接触式、または好ましくは光反射式で設計され、それぞれ、測定対象の表面部分上の第１の点にほぼ直交に位置合わせすることが可能である。
【0015】
特に表面部分の光学的な無接触の感知のために、測定対象の表面部分のそれぞれの点に対する距離測定装置の直交位置合わせを提供することを可能にするために、距離測定装置は、第１に、ほぼ任意の様式で揺動可能にホルダに配置され、一方、ホルダ自体は、物体または支持体に対して任意の様式で位置決め可能である。このようにして、感知対象の表面部分のすべての点を様々な方向から感知することが可能である。ここで、ホルダまたは物体が可動に取り付けられるかどうかは重要でない。重要なのは、特に、ホルダと物体との相対的な可動性である。
【0016】
ここで、それぞれの感知方向は、現在測定対象の点を含む表面部分の輪郭によって予め決定される。特に、表面部分の光学的な無接触の、さらにまた反射型の測定の場合、対応する表面部分によって反射される測定ビームが表面部分にほぼ垂直に入射する必要がある。自由形状面が測定される場合、測定対象の物体の表面部分はほぼ任意の輪郭を有することがあるので、感知対象の表面部分のそれぞれの湾曲に対応するすべての実現可能な測定方向から、感知対象の自由形状面部分のすべての点を感知する必要がある。
【0017】
第１の軸と第２の軸が互いに平行に位置合わせされず、互いに対してほぼ垂直である、または所定の角度であることにより、距離測定装置に関する任意の感知距離を提供することが可能である。
【0018】
さらに、距離測定装置は、測定対象の物体の表面部分の第１の点までの第１の距離、およびまたそれに対応する参照体の第２の点までの第２の距離を決定するように構成される。距離測定装置によって確定される第１の距離は、実際の測定信号を構成し、測定される第２の距離は、回転によって引き起こされる、距離測定装置と可動のホルダに同様に配置された参照体との間の生じ得る相対的な変位を確定することを可能にする。これに関して、測定された第２の距離に基づいて、測定された第１の距離の距離補正を行うことができる。
【0019】
例えば距離測定装置の回転運動によって引き起こされる、そこに提供された距離センサの再現可能でない変位、およびそれにより生じる測定値のずれ（ｆａｌｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）は、輪郭および位置が既知である参照体に対する第２の距離を決定することによって補償することができる。第１の距離および第２の距離を計算により確定することによって、回転軸と距離測定装置の測定軸とのオフセットを確定して補償することができる。
【0020】
有利な実施形態では、デバイスは、物体を規定通りに受け取るおよび取り付けるための支持体を含む。それを行う際、支持体は、参照フレームまたは参照構造を提供することができ、それに関して、個々の測定された距離を互いに比較することができる。
【0021】
ここで、特に、支持体とホルダとの間、または物体とホルダとの間の相対的な可動性が提供される。有利には、ホルダが、好ましくは静止支持体に対して可動に具現化される。しかし、物体が支持体に直接は配置可能でなく、変位ユニットを介してのみ配置可能であることも想定可能である。これに関して、ホルダが空間内で固定され、物体が支持体に可動に取り付けられる場合、物体とホルダとの相対運動を行うこともできる。
【0022】
さらなる有利な実施形態によれば、デバイスは、少なくとも１つの参照物体（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｏｂｊｅｃｔ）、特に複数の参照物体を含み、参照物体によって可動ホルダの位置を決定可能である。このために、特に、少なくとも１つの参照物体に対するホルダの相対位置をいくつかのさらなる距離測定位置センサによって確定可能であることが企図され、それにより、最終的に、参照物体に対する距離測定装置の位置を決定することが可能である。ここで、支持体に対する少なくとも１つの参照物体の位置は既知であると仮定することができ、それにより、支持体およびそこに配置可能な物体に対するホルダまたは距離測定装置の位置も、参照物体とホルダとの間の距離を決定することによって決定可能である。
【0023】
好ましい発展形態によれば、可動ホルダに配置された距離測定装置は、測定対象の物体に面する第１の距離センサと、参照体に面する第２の距離センサとを含む。第１の距離センサは、距離測定装置と測定対象の物体との間の距離を測定する働きをし、一方、第２の距離センサは、参照体に対する距離測定装置または第１の距離センサの距離を決定する働きをする。さらに、異なる方向に位置合わせされた少なくとも１つ、好ましくは２つ、またはより好ましくは３つのセンサによって、少なくとも１つ、好ましくは２つ、より好ましくは少なくとも３つの静止参照物体に対するホルダの位置を決定することができる。
【0024】
さらなる好ましい実施形態によれば、第１の距離センサと第２の距離センサは、互いに対して位置を固定される。しかし、第１の距離センサと第２の距離センサは、互いに対して固定の、しかし規定の位置および位置合わせを取ることができ、それにより、第１の距離センサのあらゆる想定可能な位置合わせに関して、第２の距離センサは、参照体に対して、第１の距離センサの回転または揺動によって引き起こされる位置変化を、予め較正された規定の補正測定によって補償することができる。
【0025】
有利には、第１の距離センサと第２の距離センサは、互いに逆向きに、実質的に直径方向で位置合わせされる。第１の距離センサは、物体に向いており、物体上の第１の点までの第１の距離を決定することが可能であり、一方、実際の測定方向に反して位置合わせされた第２の距離センサは、参照体に対する補正測定を行う働きをする。
【0026】
ここで、参照体は、特に、相互回転しないようにホルダに配置され、それにより、第１および第２の回転軸に対して適切な第１および第２の角度によって一意に設定することができる第１の距離センサのあらゆる想定可能な位置合わせに関して、距離測定装置の第２の距離センサは、対応する補正信号を決定することができ、この補正信号は、揺動または回転によって引き起こされる距離測定装置またはその第１の距離センサの位置的な不正確さを補償する働きをすることができる。
【0027】
さらなる有利な実施形態によれば、距離測定装置の距離センサは、少なくとも所定の想像円錐体積内で、空間内でほぼ任意に向きを定めることが可能であり、または任意に位置合わせ可能である。これは以下のことを達成する。すなわち、少なくとも、表面部分に位置する各第１の点に関して、測定対象の物体に対して位置合わせされた第１の距離センサを、前記点の表面垂線にほぼ直交または平行に位置合わせすることができる。
【0028】
さらなる好ましい実施形態によれば、第１の点と第２の点との間の想像接続線は、第１の軸と第２の軸との交差点（ｃｒｏｓｓｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）を横切る。すなわち、好ましくは互いに逆向きに直径方向で位置合わせされた距離測定装置の第１の距離センサと第２の距離センサは、物体表面上の第１の点から参照体の参照面上の第２の点に延びる想像接続線上に位置する。第１の軸と第２の軸との交差点が前記想像接続線上に位置することにより、第１および第２の軸に対する距離測定装置の揺動または回転は、典型的には、単に第１および第２の距離センサを参照面および／または測定対象の物体に対して傾けることによって達成される。
【0029】
さらなる有利な実施形態によれば、参照体は、さらに、ホルダでの距離測定装置の揺動性（ｓｗｉｖｅｌａｂｌｅ ｍｏｖａｂｉｌｉｔｙ）に合わせて調整された参照面を含む。ここで、参照面は、有利には、第２の距離センサによって放出可能な測定信号を参照面によって反射し、第２の距離センサによって再検出することができるように具現化される。ここで、特に、参照面が、それに面する第２の距離センサを可動または枢動可能に取り付けられるように構成されることが企図され、それにより、第２の距離センサの各想定可能な向きまたは位置合わせにおいて、例えば光学的感知に必要とされる参照面に対する直交性条件が保証される。
【0030】
さらなる好ましい実施形態によれば、ここで、さらに、参照面が、実質的に球セグメント状幾何形状（ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｓｅｇｍｅｎｔ−ｌｉｋｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を有する実質的に球状の中空ミラーとして具現化されることが企図される。ここで、想像球中心は、有利には、第１および／または第２の軸と実質的に一致する。ここで、さらに、球セグメントの中心が、第１の軸と第２の軸との交差点と実質的に一致することが想定可能である。
【0031】
距離測定デバイスの可動性または光結合特性に適合された、参照面または参照面を含む参照体の例えば球状、楕円状、または他の形状の３次元実施形態は、距離測定装置のあらゆる想定可能な位置合わせに関して、揺動または回転によって引き起こされる距離測定デバイスの位置ずれに対する補正信号を提供することが可能であることが必要とされる。
【0032】
ここで、有利な実施形態によれば、特に、距離測定デバイスが、少なくとも３つ、好ましくは少なくとも６つの位置または長さ変化可能なサスペンション（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓ）によってホルダに配置されることを企図することができる。例として、個々のサスペンションを、距離測定デバイスの外周の周りに分散させて配置することができ、それにより、個々のサスペンションまたは複数のサスペンションの所期の位置合わせおよび向き再調整または揺動が、全体として、距離測定装置の揺動または回転運動を開始することができる。いわゆるヘキサポッド（ｈｅｘａｐｏｄ）にほぼ対応するそのような実施形態の場合、位置または長さ変化可能なサスペンションの構成に応じてほぼ任意の仮想回転軸を実現することが可能である。
【0033】
特に、静止軸に対する回転運動は、１つのサスペンションを短縮すると同時に別のサスペンションを延長することによって実施することができる。本発明の趣旨の範囲内で、前述した第１および第２の軸は、位置変化可能にホルダに設定することもできる。サスペンションの長さ変化により、第２の距離センサの位置合わせのみならず、第２の距離センサの距離も参照面に対して変化する場合、これは、第１の距離センサの測定信号の評価にはほぼ影響がない。なぜなら、例えば、物体表面上の第１の点までの距離を決定する目的での絶対距離測定のために、第１の距離センサと第２の距離センサによって生成することができる信号の和または差の形成が使用されるからである。
【0034】
当然、例えば距離測定装置の回転または揺動運動によって引き起こされるホルダに対する位置変化は、参照体に形成された参照面に対する距離測定によって正確に補償することができる。
【0035】
さらに、さらなる実施形態によれば、距離測定装置が、第２の軸の周りで回転可能にカンチレバーに配置された支承部によって、ホルダに配置されることが企図される。この場合に第２の軸を成すまたは保つ支承部は、好ましくは、例えば球状の中空球として具現化される参照体の参照面の球セグメント状幾何形状の想像中心点に位置される。対照的に、支承部、したがってまた距離測定装置が回転可能に配置されるカンチレバーは、カンチレバーに対する距離測定装置の非常に自由な回転性を可能にする所定の長さまたは幾何形状を有する。いわゆるジンバルにほぼ対応するそのような実施形態の場合、サスペンションの構成に応じて、距離測定装置の実質的に任意の位置合わせを実現することが可能である。
【0036】
さらなる好ましい実施形態によれば、カンチレバー自体が、第１の軸の周りで回転可能にホルダに取り付けられる。ここで、第１の回転軸と第２の回転軸は、特に、互いに直交または垂直に位置合わせすることができる。さらに、第１の軸と第２の軸とが、カンチレバーと支承部との相互接続点で交差することが想定可能であり、有利には用いられる。
【0037】
さらなる有利な実施形態によれば、さらに、制御ユニットが提供され、制御ユニットは、物体の表面部分の第１の点の表面垂線に実質的に沿って第１の距離センサを位置合わせするように構成される。ここで、制御ユニットは、好ましくは、第１の距離センサの実質的に自動のまたは独立した調節および回転運動を実施する働きをし、したがって、それによって放出される光信号は、物体またはその表面部分によって反射されて戻される。
【0038】
物体の反射面の場合、放出された信号に対して約１８０°の範囲内での回帰反射が存在する。しかし、センサ実施形態によっては、検査対象の表面部分の表面垂線から最大３°、５°、または１０°だけ逸脱した幾何形状でも、距離を決定するのに十分である。粗い表面または散乱する表面の場合、測定対象の表面部分の表面垂線に対する、表面垂線からずれたセンサの様々な位置合わせが必要とされることもある。
【0039】
好ましい実施形態では、特に、参照体と、揺動可能または回転可能に配置された距離センサとを含む可動ホルダが、物体に対してスキャン運動で移動される、または可動であることが企図される。ここで、物体は、第１の距離センサによって放出される第１の測定ビームによる、測定対象の物体部分に沿ったスキャンに従ってスキャンすることができる。スキャニング連続感知運動の範囲内で、支持体または物体に対して可動のホルダが、その参照体と共に移動される。当然、代替として、物体を測定する目的で、ホルダが静止型で具現化され、一方、支持体が、そこに配置された物体と共にホルダに対して移動されることもできる。ホルダと物体との間、または距離測定装置と物体との間の相対運動は、所定の運動パターンに従うことができる。したがって、例として、ほぼ直線的に、蛇行して、または螺旋状に物体の表面をスキャンすることができる。
【0040】
ホルダと物体との相対運動がどのように実現されるかに関わらず、参照体と測定対象の物体の表面との間の距離は、２つの距離センサを含む距離測定装置によってそれぞれ決定することができ、距離センサは、好ましくは、互いに逆向きに直径方向で位置合わせされる。最後に、測定される物体の輪郭および表面特性は、複数の確定された距離測定値の好ましくは電子的な評価の比較から導出することができる。
【0041】
さらに、第１のセンサによって確定可能な距離値を補正するために、第２の距離センサによって確定可能な参照体までの第２の距離を直接使用可能であることが特に有利であることが判明した。
【0042】
最後に、さらなる好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの位置センサがホルダに結合され、位置センサによって、少なくとも１つの参照物体に対するホルダの空間的位置を決定可能とすることができる。ここで、特に、少なくとも２つ、好ましくは３つの位置センサがホルダに結合される、特にホルダに配置されること、および上記の目的で特に具現化された参照物体が、好ましくは３つの位置センサの各１つに関して提供される。ホルダの光学位置決定中に提供される参照物体の位置および輪郭は、例えば適切な較正によって正確に決定することができる。
【0043】
少なくとも１つの参照物体に対する、または空間内で分散された３つの参照物体に対するホルダの位置を決定することによって、参照物体、したがってそれによって形成される参照系に対するホルダの位置を正確に確定することができる。さらに、少なくとも１つの参照物体が支持体に対して固定された幾何学的関係を有する場合、例えば、支持体およびそこに配置可能な物体に対して少なくとも１つの参照物体の位置を固定可能である場合、例えば３つの空間的方向すべてで参照物体に対するホルダの位置を光学的に決定することによって、ホルダ、その参照体、および参照体に形成された参照面の相対位置を決定することが可能である。
【0044】
そのような粗い決定を基礎として、測定対象の物体の表面と距離測定装置、特に参照面との間の実際の距離は、距離測定装置によって、例えばナノメートル範囲またはさらにはサブナノメートル範囲内で非常に正確に決定することができる。ここで、測定対象の物体の表面のトポグラフィは、２つの非常に正確に決定可能な相対距離から確定することができる。第１に、支持体とホルダとの間の距離を決定することが可能であり、第２に、ホルダと物体との間の距離を決定することが可能である。最後に、既知の寸法を有する少なくとも１つの適切なマスタ物体（ｍａｓｔｅｒ ｏｂｊｅｃｔ）によって系全体が前に較正されていると仮定して、これらの相対距離から物体の表面を支持体に相関させることができる。
【0045】
この実施形態では、上述した３つの位置センサは、ホルダに配置することができ、またはホルダから離して少なくとも１つの参照物体または複数のそれぞれ提供される参照物体に配置することができる。３つの空間的方向（ｘ、ｙ、ｚ）にほぼ位置合わせされた３つの位置センサがホルダに配置される場合、少なくとも１つの参照物体が、測定対象の方向（ｘ、ｙ、ｚ）に対応する３つのミラー面を提供することができる。
【0046】
物体に関する表面測定処置を実施する前に測定デバイス全体を較正するために、これらのミラー面は、その輪郭および表面特性について予め正確に記録されている。ホルダが少なくとも１つの参照物体、好ましくは３つの個別の参照物体に対して、しかし特に支持体に対して３つの空間的方向すべてで可動に取り付けられると仮定して、そのような較正が必要である。
【0047】
その発展形態によれば、３つの位置センサに加えて３つのさらなる支持体センサ（ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｅｎｓｏｒｓ）を提供することもでき、それらのさらなる支持体センサによって、少なくとも１つの参照物体に対して、および／または物体を支持する変位ユニットに対する支持体の空間位置を決定可能である。ここで、特に、物体を支持する支持体または物体自体が、ホルダまたはそこに配置された距離測定装置に対する運動の主体とすることができる。ホルダと物体、または例えば支持体自体もしくは変位ユニットの形態での物体を支持する構造との両方が可動に取り付けられる場合、全体として、物体とホルダとの間の相対運動が３つの空間的方向すべてで実現可能であることにのみ留意すればよい。
【0048】
したがって、例えば、ホルダは、例えば支持体の表面垂線に直交または平行なただ１つの空間的方向で可動に取り付けられ、支持体は、支持体から離れて位置する参照物体に対して、支持面にほぼ平行に可動に取り付けられることができる。
【0049】
単に監視目的で、特に支持面内で動く場合に支持体が実際に支持面内に留まっているかどうかを監視する目的で、例えば支持体の運動に対応する例えば２次元の参照物体を、ホルダとは逆側の支持体の下面に提供すべきである。支持面内または支持面に平行な支持体の可動構成の場合、支持面にほぼ直交または垂直に位置合わせされた１次元の並進運動性をホルダに提供することができる。
【0050】
３つの運動自由度をホルダおよび支持体の運動に分割することによって以下のことを達成することができる。すなわち、特に、支持体上に位置された物体とホルダとの相対位置を決定するために、２次元で構成された参照物体は１つしか必要なく、残りの支持体センサおよび位置センサに関する残りの参照物体は、例えば１次元の参照ストリップまたは参照ロッドの形態で構成することができる。
【0051】
平坦にまたは２次元で構成される参照物体の減少は、実質的に製造作業を減少させ、特に、そのようなデバイスに関する組立ておよび設置作業を減少させる。デバイスの位置的に正確な較正に関して、支持体位置を決定するように構成された位置センサの測定および較正は比較的複雑である。ホルダおよび／または支持体の運動または位置決めに関する自由度を減少させることによって、実装すべき位置センサおよび支持体センサの全体の数が増加するが、個々のセンサに関するコストならびに製造費、特に組立て費用および調節費は、実際上、平坦実施形態での大面積参照物体の較正または参照に比べて有利であることが判明している。
【0052】
さらなる好ましい実施形態では、距離測定装置が回転可能に取り付けられる２つの軸が、距離測定装置の２つの距離センサの幾何学的中心と測定対象の物体との間に位置されることが企図される。この結果、特に物体の表面のスキャン感知に関して有利な効果が生じ得る。物体に向けられた回転軸の変位は、ホルダの変位経路を短縮し、スキャン速度を効果的に高めることができる。ここで、例えばホルダおよび距離測定装置を移動させるために提供される様々な駆動機構が作動される場合に特に有利であることが分かっており、それにより、いわば、スキャンプロセス中、ホルダの外部に位置する、さらには時として物体の表面上に位置する仮想回転軸が生じる。
【0053】
これに関して、距離測定装置が物体の表面上の第１の点に関して揺動可能であるように、ピボット軸の形態で距離測定装置を揺動および／または変位させることが想定可能である。
【0054】
最後に、さらなる独立した態様によれば、上述したデバイスを使用して物体の少なくとも１つの表面部分を測定するための方法が提供される。ここで、物体と、第１の軸および第２の軸に対して揺動可能に取り付けられた参照体と距離測定装置が配置されたホルダとが、少なくとも第１の方向（ｘ、ｙ、ｚ）で互いに対して移動され、距離測定装置（４２）が、２つの軸に対して揺動され、さらに、物体の表面部分の第１の点までの第１の距離と、それに対応する参照体の第２の点までの第２の距離とが、距離測定装置によって決定される。
【0055】
ここで、物体は、好ましくは、例えば光学的にホルダの無接触感知運動によってスキャンされ、または物体の表面上に集束される測定ビームによって感知される。
【0056】
ここで、ホルダによって、物体の表面部分上の第１の点までの第１の距離と、参照体上の第２の点までの第２の距離とが決定され、ホルダは、少なくとも１つの参照物体に対して可動であり、ホルダには、参照体および距離測定デバイスが配置される。距離を決定するために、距離測定装置が、ホルダ上で第１の軸および第２の軸に対して揺動される。
【0057】
ホルダの位置、参照体の位置、および／または参照物体に対する距離測定装置の位置が、予め既知であり決定されている、または同時に決定される場合、第１の距離センサと第２の距離センサによって確定される２つの距離から、距離測定装置と参照体および測定対象の表面部分との間の距離を正確に、すなわちナノメートル範囲の精度で決定することができる。
【0058】
表面部分を感知することによって、例えばスキャン運動、または表面部分上で様々な方向で感知する運動（この運動は、距離測定装置によって放出される光感知信号または感知ビームの運動である）によって、表面部分全体を感知し、それに対応して表面部分全体を測定することが可能である。
【0059】
測定法のさらなる態様は、表面部分を測定するための上述したデバイスの構成および動作から得られる。これに関して、デバイスに対して説明するすべての特性、特徴、および動作モードが、上述した方法にも同様に当てはまり、逆も成り立つ。
【0060】
本発明のさらなる目標、特徴、および有利な適用オプションを、例示的実施形態の以下の例でより詳細に説明する。ここで、図面に示される、およびまた本文で述べられるすべての特徴が、単独でも、任意の妥当な組合せでも、本発明の主題を成す。
【図面の簡単な説明】
【0061】
【図1】例えば自由形状面を含む表面部分を備える測定対象の物体の非常に簡略化した概略図である。
【図2】第１の実施形態による表面部分を測定するためのデバイスの概略図である。
【図3】デバイスのさらなる実施形態の概略図である。
【図4】第１の構成でのヘキサポッドの形態で具現化されたホルダの斜視概略図である。
【図6】ｘｙ平面で示されるホルダの概略図である。
【図8】回転可能なカンチレバーに取り付けられた距離測定装置を含む、ジンバルの形態でのホルダの代替実施形態を示す図である。
【図15】距離測定装置の修正された配置を示す図である。
【図16a】従来のセンサ配置を含む距離測定装置の変位経路の概略図である。
【図16b】測定方向で変位されたセンサ配置を含む距離測定装置の変位経路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0062】
図１に概略的に示される物体１４は、例えばいわゆる自由形状面を表す任意の湾曲を有する表面プロファイル１７を有する測定対象の表面１５を含む。物体１４は、典型的には、自由形状面を設けられているレンズもしくはミラー、またはレンズもしくはミラーと同等の別の光学構成要素として具現化される。しかし、例えばレンズアレイなど周期的な構造を測定することも実現可能である。正確な、無接触の、光反射ベースの測定および特徴付けを実施することが可能であるように、測定対象の表面１５は、特に光反射特性を有する。しかし、適用例は、光学的に滑らかな反射面に限定されず、比較的粗い表面の測定にも広く使用することができる。
【0063】
これに関して、図２に概略的に示されるデバイスは、支持体１２を含み、支持体１２の上に、測定対象の物体１４が位置される。さらに、図２による例示では、例えば平面ミラーの形態での３つの個別の参照物体１６、１８、２０が提供される。参照物体１６、１８、２０は、静止型で、すなわち動かないように、位置的に固定されて既定の位置に配置され、鏡映面を含み、鏡映面は、例えば先行の較正により既知であり、デバイス１０に記憶されている。
【0064】
物体１４の表面１５を測定する目的で、さらにホルダ２２が提供され、ホルダ２２は図２および図３には概略的にのみ示されており、ホルダ２２には、参照体４０および距離測定装置４２が配置される。この場合の図４〜図１２による実施形態は、揺動可能にホルダ２２に配置された距離測定装置４２に関する２つの異なるオプションを示す。
【0065】
それとは別に、例えば３次元の球状参照面４１を提供する１つの参照体４０が、球状の中空ミラーとして具現化される。対照的に、距離測定装置４２は、互いに直径方向で配置され、互いに逆向きに位置合わせされた２つの距離センサ、すなわち第１の距離センサ４４と第２の距離センサ４６を含む。
【0066】
第１の距離センサ４４は、測定対象の物体の表面１５に対して位置合わせされ、第１の点１９に関して、物体１４までの対応する第１の距離２４を決定することができ、一方、互いに逆向きに位置合わせされた第２の距離センサ４６は、参照体４０の参照面４１に対して位置合わせされる。測定装置１０を較正する目的で、参照面４１の輪郭は、予め正確に決定、特に測定される。参照面４１の輪郭、および参照面４１上の感知対象の個々の第２の点２１は、その位置について既知であり、評価ユニットまたは制御ユニット７０に記憶されている。
【0067】
これに関して、第１のセンサ４４は、物体１４の表面１５上の第１の点１９までの第１の距離２４（図２および図３に示される）を決定するように構成され、一方、第２の距離センサ４６は、逆向きに、参照体４０の参照面４１上の第２の点２１までの第２の距離４８を決定するように構成される。
【0068】
それぞれ図４〜図７および図８〜図１２に示されるホルダの２つの異なる実施形態では、距離測定装置４２は、少なくとも２つの異なる軸、すなわち第１の軸５０と第２の軸５２に対して、それぞれ所定の最小角度だけ揺動または回転させることができる。
【0069】
ここで、図２による実施形態でのホルダ２２は、例えば、計３つの個別の変位ユニット２６、２８、３０によってｘ、ｙ、およびｚ方向に関して空間内で自由に可動である。例として、変位ユニット２６、２８、３０は、例えばリニアモータによって、直線並進運動ユニットとして具現化することができる。変位ユニット２６、２８、３０の決定論的調節または運動（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｏｒ ｍｏｖｅｍｅｎｔ）とは無関係に、さらなる位置センサ７２、７４、７６によって、図２に矢印で示される個々の参照物体１６、１８、２０までの対応する距離をそれぞれ決定することができ、位置センサ７２、７４、７６は、この目的に特化してホルダ２２に提供され、図１３および図１４により概略図でのみ示される。したがって、３つのセンサ７２、７４、７６は、参照物体１６、１８、２０に対するホルダ２２の位置を決定することを可能にする。
【0070】
物体１４の表面１５を測定する目的で、測定ビームのスキャニングまたは感知運動が提供され、測定ビームは、ホルダ２２から表面１５に向けられ、例えば図２および図３に距離２４によって示されている。物体１４に向けて位置合わせされた第１の距離センサ４４と、第２の距離センサ４６と、参照物体１６、１８、２０に対するホルダ２２の位置を決定するために提供されたさらなる距離センサ７２、７４、７６とは、それぞれ多波長センサの形態で具現化することができ、それぞれのセンサと、物体１４またはそれぞれの参照物体１６、１８、２０の向かい合う表面上の対応する点との間の絶対距離を決定するように構成される。
【0071】
測定対象の表面１５は、任意の湾曲および任意の表面トポロジ（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏｐｏｌｏｇｙ）１７を有するいわゆる自由形状面として具現化することができるので、表面１５の点毎の光学的なスキャニングに必要なのは、物体１４に対して位置合わせされたセンサ４４、したがって前記センサによって放出される測定ビームが、測定対象の物体１４の表面部分１５に常にほぼ直交または垂直であることである。１点１９から例えば直に隣接するさらなる測定点への移動は、この場合には、物体１４およびまた静止配置された参照物体１６、１８、２０に対するホルダ２２のｘ、ｙ、ｚ方向での並進運動を必要とすることがある。
【0072】
さらに、ホルダ２２のそのような変位運動は、典型的には、距離測定装置４２の対応する揺動によって達成される。有利には、ホルダ２２の運動および距離測定装置４２の位置合わせは、例えば、コンピュータ支援制御装置７０によって、物体１４から反射されて戻る強度を評価することによって決定されて制御される。
【0073】
サブマイクロメータまたはナノメータ範囲内の距離測定を提供することを可能にするために、ホルダ２２への距離測定装置４２の揺動可能な取付けによって引き起こされる距離測定装置４２の位置的な不正確さを正確に記録するまたは補償する必要がある。第２の距離センサ４６が参照体４０からの距離、したがって参照体４０の参照面４１からの距離（この距離は、距離測定装置４２の各位置で得られる）を決定することにより、距離測定装置４２は、結果的に、参照面４１の選択された点２１、１９と測定対象の物体１４の表面１５との間の妨げのない距離（ｃｌｅａｒ ｄｉｓｔａｎｃｅ）を常に決定するように構成される。
【0074】
特に、これは、個々の距離２４、４８の和および／または差を形成することによって確定することができる。特に、距離測定装置４２は、想像球のほぼ中心に配置され、参照体４０は、いわば、前記球の一区分または一部分を成す。しかし、第２の距離センサ４６によって感知することができる参照面４１上のすべての点２１の絶対位置が既知であり、例えば先行の較正中に記録されている限り、距離測定装置４２を球の中心点と一致するように取り付けることは必須ではない。
【0075】
図４〜図７による実施形態は、２つの距離センサ４４、４６を装備された距離測定装置２２を、ほぼ任意の方向で、しかし少なくとも第１の軸５０および第２の軸５２に対して揺動させるための１つのオプションを示す。例えば、プレート状に具現化された支持要素４３が距離測定装置２２に配置され、支持要素は、長さ変化可能に円周方向で支持要素４３に配置される計６つのサスペンション６２によってホルダ２２（図４および図５では上部で示される）に配置される。例えば、支持要素４３は、適切な調節モータによって行われる向き再調整、およびそれにより生じる個々のサスペンション６２の長さの実効変化によって、図４に示されるほぼ水平の位置合わせから、図５に示されるわずかに傾斜した位置合わせに変位させることができる。図６および図７からさらに分かるように、支持要素４３は、そこに配置された距離測定装置４２と共に、任意の空間的方向で傾斜および揺動させることができる。また、上記の、例えば想像軸５０、５２の位置を任意に変えることも可能である。しかし、有利には、望むように支持要素を通るように配置された２つの軸が交差点５１を有するようにされ、交差点５１は、例えば図５に示され、参照体４０の想像中心点と実質的に一致する。
【0076】
対照的に、図８〜図１２による代替実施形態では、ホルダ２２は、カンチレバー６４を含み、カンチレバー６４は、図８〜図１０ではほぼ水平に位置合わせされ、前記カンチレバーは、その長手方向軸５０の周りで回転可能であるようにホルダ２２に取り付けられる。さらなる支承部６６が、ホルダ２２から離れたカンチレバー６４の端部に配置され、その支承部の支承軸または回転軸５２は、第１の軸５０にほぼ垂直に位置合わせされる。支承部６６によって、距離測定装置４２は、結果的に、揺動可能にカンチレバー６４に取り付けられ、したがって２つの軸５０、５２に対して回転可能にホルダ２２に取り付けられる。
【0077】
また、図１１および図１２に示されるように、距離測定装置４２は、ここでは、望むようにｘｙ平面とｚｙ平面の両方で揺動させることができ、それにより、物体表面１５に対する測定ビームの直交性条件を常に可能にし、このビームは、第１の距離センサまたは主距離センサ４４によって放出される。
【0078】
有利には、距離測定装置４２の２つのセンサ４４、４６は互いに固定される。さらに、少なくとも２つの回転軸５０、５２に関して、センサ４４、４６は、互いに実質的に直径方向で、互いに逆向きに位置合わせされる。その結果、一方のセンサ４４の位置合わせの変化は、常に、それぞれの他方のセンサ４６の位置合わせの適切なまたは対応する変化によって達成される。
【0079】
ここで、２つのセンサ４４、４６は、反射幾何学的構成で測定するように具現化される。これは、例えば第１の距離センサ４４から表面１５の点１９に向けられた測定ビームが反射されて、第１の距離センサ４４によって再検出され、または距離センサ４４に結合され、最終的に個別のセンサおよび検出ユニット１０７に供給されることを意味し、ユニット１０７は、光ファイバ手段によって距離センサ４４に結合され、図１３に示されている。
【0080】
この場合、距離センサ４４、４６およびまた位置センサ７２、７４、７６と、制御および評価ユニット７０によって直接読み取ることができる個々の検出器１００、１０２、１０４、１０６、１０７との間の接続は、光ファイバ結合によって達成することができる。例として、第１の距離センサ４４が例えば物体１４の方向で回転による変位を受けた場合、これは、測定対象の距離２４を減少させることになる。しかし、そのような変位は、同時にまた、定量的に同じ程度だけ、反対側の第２の距離センサ４６と静止参照面４１との間の第２の距離４８を増加させる。この変位は、距離センサ４６とセンサまたは検出ユニット１０６との間の結合により測定可能である。
【0081】
このようにすると、距離センサ４４、４６の生じ得る位置的な不正確さは、第２の距離センサ４６により、参照面４１上の第２の点２１に対する第２の距離４８を測定することによって正確に補償することができ、この第２の点は、表面１５上の第１の点１９に対応する。
【0082】
軸５０、５２に対する距離測定装置４２の回転または揺動により生じる角度位置または位置合わせは、距離測定装置４２を移動させるために提供された作動装置（この例では個別には図示せず）によって記録することができ、制御および評価ユニット７０が利用可能であり得る。
【0083】
図４〜図７に示されるヘキサポッド解決策によって、および図８〜図１２によるカンチレバー６４に基づくジンバル解決策としてのホルダの実装によって実現可能な図３に示される実施形態では、ホルダ２２は、ｙ方向のみに変位可能であるように構成され、支持体１２は、ｘｚ平面内で変位可能に配置される。そのような実施形態の場合、例えば平面ミラーの形態でのただ１つの２次元参照物体１８ｂのみが必要とされ、これは、例えば支持体１２の下に配置される。
【0084】
この場合、残りの参照物１６ａ、１６ｂ、１８、２０ａ、２０ｂは、１次元または直線参照物体として構成することができる。ｙ方向でのホルダ２２の１次元変位性により、ホルダ２２は、ｘ方向およびｚ方向に関しては常に同一の位置に位置される。さらに、ｙ方向で離隔される参照物体１８ａは、実質的に点状の設計を有することができる。なぜなら、この場合、距離測定は常に同一の点に対するものであるからである。２つのさらなる参照物体２０ｂ、１６ｂに対して、ｘｚ平面内での支持体１２の位置の決定を行うことができ、参照物体２０ｂ、１６ｂも同様に直線またはロッド形状の設計を有する。平面ミラー１８ｂは、支持体１２の位置を決定するため、または位置を補正し、ｙ方向で参照するためにのみ提供される。
【0085】
さらなる１次元参照物体１６ａおよび２０ａは、示されるｘｚ平面内でのホルダ２２の距離または位置測定を可能にする。さらに、図２の実施形態とは対照的に、図３に示される構成ではただ１つの変位ユニット２７が示されるが、前記変位ユニットは、支持体１２によって提供される平面（ｘｙ，ｚ）内での物体１４の変位を可能にする。これに関して、変位ユニット２７は、例えば互いに垂直に配置された２つの直線変位ユニット２８、３０を含むことがある。したがって、図２に示される２つの変位ユニット２８、３０の機能が、図３による実施形態では変位ユニット２７に実装される。さらに、図３に示される支持体１２は、変位ユニット２６またはそこに配置されたホルダ２２用の２つのラック状ホルダ１２ａ、１２ｂを含む。
【0086】
１次元参照物体１６ａと１６ｂに分割された参照物体１６は、ｘ方向でのホルダ２２と支持体１２との相対位置を決定する働きをし、一方、参照物体２０ａと２０ｂは、それに対応するｚ方向での位置の決定を可能にする。ここで、対応する言明が、参照物体１８および２０にも当てはまる。
【0087】
図２による実施形態と比べて、図３による実施形態は、ホルダ２２に提供される３つの位置センサ７２、７４、７６と、支持体１２の位置を決定するように構成された３つのさらなる支持体センサ７８、８０、８２との実装を必要とする。しかし、３つの追加のセンサ７８、８０、８２の追加は、特にデバイス１０の較正およびセットアップに関して３つの平面ミラー１６、１８、２０を含む図２による実施形態に比べて、製造および設置の技術的問題の面で有利であり、費用対効果が高いことが判明していることがある。
【0088】
ここで、ホルダ２２に配置される位置センサ７２、７４、７６は、参照物体１６ａ、１８ａ、および２０ａに対する位置を参照する、したがって決定する働きをし、支持体センサ７８、８０、８２は、参照物体１６ｂ、１８ｂ、および２０ｂに対する支持体１２および／または変位ユニット２７、したがって物体１４の対応する距離を決定する働きをする。この場合、位置センサ７２、７４、７６（図３には明示せず）はホルダ２２に配置され、支持体センサ７８、８０、８２は支持体または変位ユニットに配置される。
【0089】
さらに、図１３および図１４は、図１および図２に示される測定デバイスが基づく光ファイバ概念を概略的に示す。この例示的実施形態では、測定デバイスは、異なる波長を有する４つのレーザ光源９０、９２、９４、９６を含む。ここで、すべてのレーザ信号が、光ファイバ手段によって、第１の多波長距離センサ４４と第２の多波長距離センサ４６に供給される。前記多波長距離センサによって、測定対象の物体１４までの距離２４を多波長測定法により測定することができる。また、採用されるレーザ９０、９２、９４、９６の少なくとも１つ、好ましくはすべてが、残りの位置センサ７２、７４、７６および支持体センサ７８、８０、８２に関しても使用される。
【0090】
図示される位置センサ７２、７４、７６または支持体センサ７８、８０、８２の各１つが、それぞれに割り当てられた参照体１６、１８、２０の距離（図２および図３に示される）を決定することができる。反射幾何学的構成でセンサ７２、７４、７６、７８、８０、８２、８４によって検出される測定信号はそれぞれ、光ファイバ手段によって個々の検出器１００、１０２、１０４、１０６、１０７、１０８、１１０、１１２、１１４に個別に供給され、これらの検出器からの信号は、制御および評価ユニット７０によって、表面トポロジ１７を決定するために評価可能である。
【0091】
特に、図１３および図１４に示されるマルチプレクサ８４によって、主距離センサ４４、さらにはすべての他のセンサが計４つのレーザ光源９０、９２、９４、９６から信号を供給されることがある。このプロセスにおいて、同様に反射幾何学的構成で検出される信号は、前述のセンサから、ファイバスプリッタまたはデマルチプレクサ（図面には明示せず）に供給されることがあり、このファイバスプリッタまたはデマルチプレクサは、物体１４の表面によって検出されて反射された干渉測定信号を波長選択式に個々の検出器に供給することができる。
【0092】
例えば、特許文献１から知られている適切な評価電子機器を使用して、ナノメートル範囲またはさらにはサブナノメートル範囲で、距離センサ４４と測定対象の物体１４の表面１５との間の距離２４を正確に確定することが可能である。
【0093】
最後に、本明細書で述べるレーザ光源の数およびタイプ、ならびに個々の検出器の配置は、例示的に図示されているにすぎないことに言及しておく。個々の光源および検出器のタイプおよび数ならびに光ファイバ結合に関する非常に多様な修正形態を、本発明の範囲内で採用することができる。
【0094】
最後に、図１５は、図１２に示される構成の例を用いた、センサがずらされた配置を示す。図１２による実施形態とは対照的に、２つの距離センサ４４、４６、したがって距離測定装置４２全体が、物体１４とは逆方向にずらしてホルダ２２に配置される。ここでは、特に、互いに逆向きに直径方向で位置合わせされた距離センサ４４、４６の想像中心点または重力中心が、ホルダおよび参照体４０の回転軸５０、５２の間に位置することが企図される。
【0095】
すなわち、距離測定装置４２が回転可能に取り付けられる回転軸５０、５２が、距離測定装置４２と測定対象の物体１４との間に位置される。このようにすると、物体１４の表面１７を感知するスキャニング運動を最適化することが可能であり、この最適化は、２つの図１６ａおよび図１６ｂに基づいて説明する。
【0096】
すなわち、図１６ａは、距離測定装置４２が回転軸５０、５２の少なくとも一方にほぼ一致する測定原理を示す。物体の表面１７を感知するために、センサ４４によって放出される測定ビームのほぼ垂直な入射が常に必要とされる。したがって、２つの表面点１９および１９’を測定するために、経路ΔＸおよびΔＹにわたるホルダの変位、ならびに角度Δαにわたる距離測定装置４２の回転を提供することができる。
【0097】
対照的に、図１６ｂに示されるように、回転軸が物体１４にわずかに近くなるように変位される場合、その結果、共に変化する幾何学的条件から、ホルダに関する変位経路ΔＸおよびΔＹがより短くなる。空間的方向Ｘ、Ｙ、Ｚでのホルダの変位は、実用においてはデバイスのスキャニング速度を制限するので、図示される回転軸５０、５２の変位によって、ホルダ２２に関するより短い変位経路、したがって測定時間の短縮を達成することができる。
【0098】
特に、ホルダ２２および距離測定装置４２の調節および変位運動に関する駆動機構の巧妙な作動は、いわば、回転軸５０、５２を実質的にホルダ２２の外側に、例えば測定対象の物体１４の表面１７に変位させることを可能にする。
【符号の説明】
【0099】
１０ 測定デバイス１２ 支持体
１４ 物体
１５ 表面
１６ 参照物体
１７ 表面プロファイル
１８ 参照物体
１９ 点
２０ 参照物体
２１ 点
２２ ホルダ
２４ 距離
２６ 変位ユニット
２７ 変位ユニット
２８ 変位ユニット
３０ 変位ユニット
４０ 参照体
４１ 参照面
４２ 距離測定装置
４３ 支持要素
４４ 距離センサ
４６ 距離センサ
４８ 距離
５０ 軸
５１ 交差点
５２ 軸
６２ サスペンション
６４ カンチレバー
６６ 支承部
７０ 制御および評価ユニット
７２ 位置センサ
７４ 位置センサ
７６ 位置センサ
７８ 位置センサ
８０ 位置センサ
８２ 位置センサ
８４ マルチプレクサ
９０ 光源
９２ 光源
９４ 光源
９６ 光源
１００ 検出器
１０２ 検出器
１０４ 検出器
１０６ 検出器
１０７ 検出器
１０８ 検出器
１１０ 検出器
１１２ 検出器
１１４ 検出器