DE10392876B4 - Multi-stage interferometric fluctuations interpreting process for frequency-scanning interferometer, involves performing two approximations of interference frequency relating to number of cycles - Google Patents

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Abstract

The process involves recording an interferometric data in each interference pattern and cycling through constructive and destructive interferences. An approximation of an interference frequency is performed relating to the number of cycles, and another approximation is performed within the bounds of the former. The frequency of the latter approximation is converted into a measure relating to a path length difference. The process also involves producing a succession of N interference patterns between an object and reference beams at different beam frequencies. The path length difference exists between the portions of the object and the reference beams. Independent claims are also included for the following: (a) a system for deriving length information from interferometric data collected over a range of different frequencies (b) a method of reducing calculations of a frequency transform for converting interferometric data into length differences between object and reference beams.

Description

Technischer Bereichtechnical Area

Die Verarbeitung von Daten, die von Frequenzabtast-Interferometern erfasst wurden, weist Umwandlungsraten von interferometrischer Abweichung auf, die zu Abweichungen in Strahlfrequenz in solche Längenmaße wie Oberflächentopografie oder Abstand gehören.The Processing data collected by frequency-sampling interferometers have conversion rates of interferometric deviation which may cause deviations in beam frequency to such length dimensions as surface topography or distance belong.

Die DE 694 26 070 T2 betrifft eine optische Feinmesstechnik zum Abbilden und Analysieren von Oberflächen mittels eines interferometrischen Verfahrens.The DE 694 26 070 T2 relates to a fine optical measuring technique for imaging and analyzing surfaces by means of an interferometric method.

Die U.S. 6,359,692 B1 betrifft ein System und eine Vorrichtung zum interferometrischen Vermessen eines Objekts mit mehreren reflektierenden Oberflächen.The US 6,359,692 B1 relates to a system and apparatus for interferometrically measuring an object having a plurality of reflective surfaces.

Die U.S. 5,473,434 betrifft ein Verfahren zum Vermessen einer Oberflächentopographie mittels Interferenzmustern.The US 5,473,434 relates to a method for measuring a surface topography by means of interference patterns.

Hintergrundbackground

Frequenzabtast-Interferometer, die auch als Wellenlängenabtast-Interferometer oder Multi- bzw. Mehrfach-Wellenlängeninterferometer bezeichnet werden, leiten von Interferenzmessungen, die bei einer Serie bzw. Folge von unterschiedlichen Strahlfrequenzen (oder Wellenlängen) erfolgten, Weglängenunterschiede zwischen interferierendem Objekt und Referenzstrahlen ab. Im Gegensatz zu herkömmlichen Interferometern, die Weglängenunterschiede zwischen Punkten innerhalb des gleichen Interferenzmusters vergleichen und zusätzliche Interferenzmuster benutzen, um Unbestimmtheiten der Vergleiche innerhalb des Musters aufzuheben, lösen Frequenzabtast-Interferometer Punkte innerhalb von Interferenzmustern individuell auf, was auf interferometrischen (zum Beispiel Intensität oder Phase) Schwankungen von korrespondierenden Punkten innerhalb von unterschiedlichen Interferenzmustern basiert, die bei unterschiedlichen Strahlfrequenzen erzeugt wurden.Frequencyscanning interferometer which also serves as a wavelength-scanning interferometer or multi-wavelength or multi-wavelength interferometer be guided by interference measurements that in a series or Sequence of different beam frequencies (or wavelengths) occurred, Path length differences between interfering object and reference beams. In contrast to usual Interferometers, the path length differences compare between points within the same interference pattern and additional Use interference patterns to determine the indeterminacy of the comparisons within of the pattern, solve Frequency scanning interferometer points within interference patterns individually based on what is interferometric (for example, intensity or phase) Fluctuations of corresponding points within different Interference patterns based at different beam frequencies were generated.

Als solcher kann ein größerer Bereich von Oberflächenrauheit und Abständen unzweideutig mit Frequenzabtast-Interferometern gemessen werden. Herkömmliche Interferometer sind typischerweise auf Messschrittweiten in der Beleuchtungsrichtung innerhalb des Umrandungsabstands ihrer Interferenzmuster begrenzt, welcher zur Wellenlänge der Beleuchtung korrespondiert. Die Messung solcher Schrittweiten durch Frequenzabtast-Interferometer ist unabhängig von der Nennwellenlänge einer Beleuchtung, welche stattdessen von dem Durchschnittsintervall zwischen den Strahlfrequenzen abhängt. Je feiner das Intervall ist, je weiter ist der Bereich der unzweideutigen Messung. Auf diese Weise können Frequenzabtast-Interferometer Messungen von rauhen oder diffusen Oberflächen bei Strahlfrequenzen liefern, die fleckige bzw. gespottete Interferenzmuster liefern, welche für herkömmliche Interferometer unlesbar sind.When such can be a larger area of surface roughness and distances unambiguously measured with frequency scanning interferometers. conventional Interferometers are typically based on measuring increments in the Direction of illumination within the border distance of their interference patterns limited, which to the wavelength the lighting corresponds. The measurement of such increments Frequency-sampling interferometer is independent of the nominal wavelength Lighting, which instead of the average interval between depends on the beam frequencies. The finer the interval, the wider the range of unambiguous Measurement. That way you can Frequencyscanning interferometer Provide measurements of rough or diffuse surfaces at beam frequencies, which provide spotty interference patterns which are conventional Interferometers are unreadable.

Frequenzabtast-Interferometer sind besonders nützlich zur Messung von Oberflächenprofilen von Testobjekten, wie Messungen von Oberflächenvariationen, die senkrecht zu einer Referenzebene oder -oberfläche erfolgen. Neueste Entwicklungen von Frequenzabtast-Interferometrie schließt die Anwendung von Bauteilen mit ein, wie beispielsweise solche wie abstimmbare Diodenlaser und CCD-Detektorarrays. Als ein Ergebnis wurden kompakte, genaue und schnelle Systeme entwickelt, welche die Fähigkeit zur Durchführung von Messungen sowohl für Bildgebenden und Nicht-Bildgebenden Anwendungen aufweisen.Frequencyscanning interferometer are especially useful for measuring surface profiles of test objects, such as measurements of surface variations that are perpendicular to a reference plane or surface. Latest developments of frequency-sampling interferometry includes the use of components, such as tunable diode lasers and CCD detector arrays. As a result compact, accurate and fast systems have been developed which the ability to carry out Measurements for both Imaging and non-imaging applications have.

Eine bekannte Ausführung eines Frequenzabtast-Interferometersystem 10 ist in 1 dargestellt. Während die Gesamtform ein Twyman-Green-Interferometer bildet, erzeugt ein abstimmbarer Laser 12 unter der Steuerung eines Computers 14 einen Messstrahl 16, welcher von einer Reihe von unterschiedlichen Frequenzen abgestimmt werden kann. Eine Optik 18 zur Strahlbeeinflussung weitet und richtet den Messstrahl 16 parallel aus. Ein Klappspiegel 20 richtet den Messstrahl 16 auf einen Strahlteiler 22, der den Messstrahl 16 einen Objektstrahl 24 und einen Referenzstrahl 26 aufteilt. Der Objektstrahl 24 retroreflektiert von einem Testobjekt 30, und der Referenzstrahl 26 retroreflektiert von einem Referenzspiegel 32. Der Strahlteiler 22 rekombiniert den Objektstrahl 24 und den Referenzstrahl 26, und abbildende Optiken 34 (beispielsweise eine Linse oder eine Linsengruppe) fokussiert überlappende Bilder des Testobjekts 30 und den Referenzspiegel 32 auf ein Abtastfeld bzw. ein Detektorarray 36 (beispielsweise eine CCD-Array von Elementen). Das Detektorarray 36 nimmt die interferometrischen Werte eines Interferenzmusters auf, welches von Weglängenvariationen zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl 24 und 26 erzeugt wird. Ausgaben vom Detektorarray 36 werden in dem Computer 14 gespeichert und bearbeitet.A known embodiment of a frequency scanning interferometer system 10 is in 1 shown. While the overall shape forms a Twyman-Green interferometer, a tunable laser generates 12 under the control of a computer 14 a measuring beam 16 which can be tuned by a number of different frequencies. An optic 18 to influence the beam widens and directs the measuring beam 16 in parallel. A folding mirror 20 directs the measuring beam 16 on a beam splitter 22 that the measuring beam 16 an object beam 24 and a reference beam 26 divides. The object beam 24 retroreflected from a test object 30 , and the reference beam 26 retroreflected by a reference mirror 32 , The beam splitter 22 recombines the object beam 24 and the reference beam 26 , and imaging optics 34 (For example, a lens or a lens group) focuses overlapping images of the test object 30 and the reference mirror 32 on a scanning field or a detector array 36 (For example, a CCD array of elements). The detector array 36 records the interferometric values of an interference pattern, which are path length variations between the object and reference beams 24 and 26 is produced. Outputs from the detector array 36 be in the computer 14 saved and edited.

Die Elemente des Detektorarrays 36 nehmen lokale interferometrische Werte auf, die Gegenstand der Interferenz zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl 24 und 26 sind. Jeder der interferometrischen Werte ist zurückführbar auf eine Stelle des Testobjekts 30. An Stelle eines Vergleichs von interferometrischen Werten zwischen den Arrayelementen zur Ermittlung von Phasendifferenzen zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl 24 und 26 durch ein Interferenzmuster als eine primäre Messung einer Oberflächenvariation wird eine Gruppe von zusätzlichen Interferenzmustern für eine Serie von unterschiedlichen Strahlfrequenzen (oder Wellenlängen) des Messstrahls 16 aufgezeichnet. Der abstimmbare Laser 12 durchläuft eine Folge von inkrementell veränderten Strahlfrequenzen, und das Detektorarray 36 nimmt die korrespondierenden Interferenzmuster auf. Datenframes, die individuelle Interferenzmuster mit einer Anzahl von 16 oder 32 Frames aufnehmen bzw. aufzeichnen, sind typisch.The elements of the detector array 36 capture local interferometric values that are the subject of the interference between the object and reference beams 24 and 26 are. Each of the interferometric values is traceable to a location of the test object 30 , Instead of comparing interferometric values between the array elements to determine phase differences between the object and reference beams 24 and 26 by an interference pattern as a primary measurement of a surface variation becomes a set of additional interference patterns for a series of different beam frequencies (or wavelengths) of the measurement beam 16 recorded. The tunable laser 12 goes through a sequence of incrementally changed beam frequencies, and the detector array 36 picks up the corresponding interference patterns. Data frames that record or record individual interference patterns with a number of 16 or 32 frames are typical.

Die lokalen interferometrischen Werte variieren in einer sinusförmigen Art und Weise mit Veränderungen in Strahlfrequenz, die zyklisch Bedingungen von konstruktiver und destruktiver Interferenz durchläuft. Die Rate von interferometrischer Variation, zum Beispiel die Frequenz einer Intensitätsvariation, ist eine Funktion der Weglänge zwischen den lokalen Abschnitten des Objekt- und Referenzstrahls 24 und 26. Abgestufte Änderungen in Intensität (niedrigere Interferenzfrequenzvariation) treten bei kleinen Weglängenunterschieden auf, und schnellere Änderungen in Intensität (höhere Interferenzfrequenzvariation) treten bei großen Weglängenunterschieden auf.The local interferometric values vary in a sinusoidal manner with changes in beam frequency that cyclically undergo conditions of constructive and destructive interference. The rate of interferometric variation, for example the frequency of intensity variation, is a function of the path length between the local portions of the object and reference beams 24 and 26 , Graded changes in intensity (lower interference frequency variation) occur with small path length differences, and faster changes in intensity (higher interference frequency variation) occur with large path length differences.

Innerhalb des Computers 14 können diskrete Fouriertransformationen benutzt werden, um die Interferenzfrequenzen von interferometrischer (zum Beispiel Intensität) Variation zu identifizieren, welche die inkrementalen Änderungen in der Strahlfrequenz des Messstrahls 16 begleiten. Der Computer 14 wandelt auch die Interferenzfrequenzen von interferometrischer Variation in Messungen von lokalen Weglängenunterschieden zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl 24 und 26 um, welche dazu verwendet werden können, um ein dreidimensio nales Bild des Testobjekts 30 als Maße von Profilvariationen von einer Oberfläche des Referenzspiegels 32 aus aufzubauen. Da der Referenzspiegel 32 planar ausgebildet ist, sind die festgelegten optischen Wegunterschiede äquivalent zu Abweichungen des Objekts 30 zu einer Ebene. Die sich daraus ergebende dreidimensionale topografische Information kann weiter bearbeitet werden, um wichtige Eigenschaften des Objekts 30 (zum Beispiel Ebenheit oder Parallelität) zu messen, welche zur Qualitätskontrolle von mit Präzision hergestellten Teilen nützlich sind.Inside the computer 14 For example, discrete Fourier transforms can be used to identify interferometric frequencies of interferometric (for example, intensity) variation, which are the incremental changes in the beam frequency of the measurement beam 16 accompany. The computer 14 also converts the interference frequencies of interferometric variation into measurements of local path length differences between the object and reference beams 24 and 26 which can be used to form a three-dimensional image of the test object 30 as measures of profile variations from a surface of the reference mirror 32 to build up. Because the reference mirror 32 planar, the fixed optical path differences are equivalent to deviations of the object 30 to a level. The resulting three-dimensional topographic information can be further edited to identify important features of the object 30 To measure (for example, flatness or parallelism), which are useful for quality control of precision-made parts.

Zur Berechnung der Fouriertransformationen für jede einer Anzahl von den Interferenzmustern abgetasteten Punkte ist ein beachtliche Rechenzeit erforderlich. Zum Beispiel erfordern Intensitätsdetektoarrays mit einer Matrix von Tausend mal Tausend Abtastelementen bis zu eine Million durchzuführender Fouriertransformationen. Die Rechenzeit für jede Fouriertransformation erhöht sich sowohl mit der Anzahl von unterschiedlichen aufgenommenen Interferenzmustern als auch mit der Anzahl von geprüften Fourierfrequenzabtastungen. Der Bereich von abtastbaren Interferenzfrequenzen ist abhängig von der Anzahl von aufgenommenen Interferenzmustern, und die Genauigkeit, mit welcher die Interferenzfrequenzen identifiziert bzw. bestimmt werden können, hängt ab von der Anzahl von benutzten Fourierfrequenzabtastungen. Dementsprechend kann eine Rechenzeit, die von mehrfachen Dimensionen beeinflusst wird, Messvorgänge verlangsamen, wobei die Messvorgänge zu langsam für „Echtzeit-" oder „Inline-"Untersuchungen gemacht werden.to Calculating the Fourier transforms for each of a number of the Interference patterns sampled points is a considerable amount of computing time required. For example, intensity detector arrays require a matrix from thousand times thousand scanning elements up to one million to be performed Fourier transformations. The computing time for each Fourier transformation elevated with both the number of different recorded interference patterns as well as with the number of tested Fourier frequency samples. The range of scannable interference frequencies depends on from the number of recorded interference patterns, and the accuracy, with which the interference frequencies are identified or determined can be depends from the number of used Fourier frequency samples. Accordingly can have a computing time that is influenced by multiple dimensions will, measuring operations slow down, taking the measuring processes too slow for "real-time" or "inline" investigations become.

Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention

Zur Verarbeitung von durch Frequenzabtast-Interferometern erzeugten Daten sind signifikante Reduktionen in Rechenzeit gemacht worden. Verbesserungen wurden sowohl zur Vereinfachung als auch zur Rationalisierung der Verarbeitung geschaffen. Schnellere Messungen und Messungen mit höherer Genauigkeit sind möglich.to Processing of frequency-sampling interferometers Data have been made significant reductions in computation time. Improvements have been both simplification and rationalization of processing. Faster measurements and measurements with higher Accuracy is possible.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes interferometrisches Frequenzabtastsystem zur Abstands- oder Bereichesmessung zu schaffen, welches solche Systeme mit einschließt, die 3-D-Abbildungen des Oberflächenprofils eines Testobjekts erzeugen, wobei Berechnungen von Abstands- oder Bereicheswerten wird Schnelligkeit und Genauigkeit durchgeführt werden. Eine allgemeinere Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes System zur Ableitung von Abstands- oder Bereichesmessungen aus interferometrischen Daten zu schaffen.A The object of the invention is an improved interferometric To provide a frequency scanning system for distance or range measurement, which includes such systems, the 3-D images of the surface profile generate a test object, with calculations of distance or Scope will be performed on speed and accuracy. A more general object of the invention is to provide an improved System for deriving distance or range measurements from interferometric To create data.

Die Erfindung kann als ein mehrstufiges Verfahren zur Auswertung bzw. Interpretation von interferometrischen Schwankungen von Frequenzabtast-Interferometern betrieben werden. Eine Reihe von N Interferenzmustern wird zwischen Objekt- und Referenzstrahl bei N unterschiedlichen Strahlfrequenzen innerhalb eines Bereiches von Strahlfrequenzen erzeugt. Interferometrische Daten werden für einen korrespondierenden Bereich aufgenommen, der in jedem der N Interferenzmustern erscheint. Die interferometrischen Daten für den korrespondierenden Bereich durchlaufen zyklisch Bedingungen von konstruktiver und destruktiver Interferenz mit Variation in den Strahlfrequenzen. Eine erste Annäherung einer Interferenzfrequenz wird ausgeführt, die zu der Anzahl von Interferenzzyklen korrespondiert, welche die interferometrischen Daten für den korrespondierenden Bereich durch die Reihe von Strahlfrequenzen durchlaufen. Die Grenzen dieser ersten Annäherung sind festgelegt. Eine zweite Annäherung der Interferenzfrequenz wird innerhalb der Grenzen der ersten Annäherung der Interferenzfrequenz ausgeführt. Die zweite oder höhere Annäherung der Interferenzfrequenz wird dann in ein Maß umgewandelt, welches zu einem Weglängenunterschied zwischen Abschnitten des Objekt- und Referenzstrahls korrespondiert, die innerhalb des korrespondierenden Bereiches der Interferenzmuster Interferenzen bilden.The invention can be operated as a multi-stage method for the interpretation of interferometric variations of frequency-scanning interferometers. A series of N interference patterns are generated between the object and reference beams at N different beam frequencies within a range of beam frequencies. Interferometric data is for a corresponding Range that appears in each of the N interference patterns. The interferometric data for the corresponding area cyclically undergo conditions of constructive and destructive interference with variation in the beam frequencies. A first approximation of an interference frequency is performed that corresponds to the number of interference cycles that the interferometric data for the corresponding region undergo through the series of beam frequencies. The limits of this first approximation are fixed. A second approximation of the interference frequency is performed within the limits of the first approximation of the interference frequency. The second or higher approximation of the interference frequency is then converted to a measure corresponding to a path length difference between portions of the object and reference beams which form interference within the corresponding area of the interference patterns.

Die erste Annäherung approximiert vorzugsweise die Interferenzfrequenz aus einer aus der Anzahl N oder weniger ausgewählten Interferenzfrequenz. Insbesondere approximiert die erste Annäherung die Interferenzfrequenz aus einer aus N/2 ausgewählten Interferenzfrequenzen. Als solche unterscheiden sich die ausgewählten Interferenzfrequenzen innerhalb der ersten Annäherung durch ungefähr ganze Zyklen von konstruktiven und destruktiven Interferenzen innerhalb des Bereiches von Strahlfrequenzen. Die ausgewählten Interferenzfrequenzen innerhalb der zweiten Annäherung unterscheiden sich durch signifikant weniger als ganze Zyklen von konstruktiven und destruktiven Interferenzen innerhalb des Bereiches von Strahlfrequenzen.The first approach Preferably, the interference frequency approximates one the number N or less selected Interference frequency. In particular, the first approximation approximates the Interference frequency from one of N / 2 selected interference frequencies. As such, the selected interference frequencies differ within the first approach through about whole cycles of constructive and destructive interference within the range of beam frequencies. The selected interference frequencies within the second approach differ by significantly less than whole cycles of constructive and destructive interference within the range of beam frequencies.

Vorzugsweise approximiert die erste Annäherung die Interferenzfrequenz aus einer aus einem ersten Bereich von Interferenzfrequenzen, die durch ein erstes Inkrement getrennt sind, die zweite Annäherung approximiert die Interferenzfrequenz aus einer aus einem zweiten Bereich von Interferenzfrequenzen, die durch ein zweites Inkrement getrennt sind, und der zweite Bereich von Frequenzen ist annähernd gleich dem ersten Inkrement, das Interferenzfrequenzen innerhalb des ersten Bereiches trennt.Preferably approximates the first approach the interference frequency from one of a first range of interference frequencies, which are separated by a first increment approximates the second approximation the interference frequency from one of a second range of Interference frequencies separated by a second increment and the second range of frequencies are approximately equal the first increment, the interference frequencies within the first Area separates.

Ebenso bevorzugt approximiert die erste Annäherung die Interferenzfrequenz aus einer aus M1 ausgewählten Interferenzfrequenzen, und die zweite Annäherung approximiert die Interferenzfrequenz aus einer aus M2 ausgewählten Interferenzfrequenzen. Die zweite Annäherung ist im Wesentlichen in Genauigkeit gleich einer einzelnen Annäherung, welche die Interferenzfrequenz aus einer aus dem Produkt von M1 mal M2 Interferenzfrequenzen approximiert.Also preferably, the first approximation approximates the interference frequency from an interference frequency selected from M 1 , and the second approximation approximates the interference frequency from an interference frequency selected from M 2 . The second approximation is essentially equal in accuracy to a single approximation which approximates the interference frequency from one of the product of M 1 by M 2 interference frequencies.

Für mindestens eine, nämlich die erste oder zweite Annäherung, ist die Anzahl N von Strahlfrequenzen vorzugsweise gleich einer Anzahl MS von ausgewählten Interferenzfrequenzen. Der Bereich von Strahlfrequenzen kann verwendet werden, um eine untere Grenze von wirksam messbaren Weglängenunterschieden zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl festzulegen, und ein Mittelwertsinkrement zwischen nebeneinander liegenden Strahlfrequenzen kann verwendet werden, um einen Bereich von unzweideutigen Weglängenunterschieden festzulegen. Die untere Grenze von Weglängenunterschieden zwischen Objekt- und Referenzstrahl innerhalb des unzweideutigen Bereiches ist mit einer Interferenzfrequenz von Eins oder weniger Zyklen von konstruktiver und destruktiver Interferenz innerhalb des Bereiches von Strahlfrequenzen verbunden. Die obere Grenze von Weglängenunterschieden innerhalb des unzweideutigen Bereiches ist mit einer Interferenzfrequenz von N/2 Zyklen von konstruktiver und destruktiver Interferenz innerhalb des Bereiches von Strahlfrequenzen verbunden.For at least one, the first or second approximation, the number N of beam frequencies is preferably equal to a number M S of selected interference frequencies. The range of beam frequencies may be used to establish a lower limit of effectively measurable path length differences between the object and reference beams, and an average increment between adjacent beam frequencies may be used to establish a range of unambiguous path length differences. The lower limit of path length differences between the object and reference beams within the unambiguous range is associated with an interference frequency of one or fewer cycles of constructive and destructive interference within the range of beam frequencies. The upper limit of path length differences within the unambiguous range is associated with an interference frequency of N / 2 cycles of constructive and destructive interference within the range of beam frequencies.

Zur Messung von Oberflächentopografien werden interferometrische Daten für einer Vielzahl von korrespondierenden Bereichen aufgenommen, die in jeder der N Interferenzmuster erscheinen. Die interferometrischen Daten für jeden der korrespondierenden Bereiche durchlaufen zyklisch Bedingungen von konstruktiver und destruktiver Interferenz mit der Variation in den Strahlfrequenzen. Eine Vielzahl von ersten Annäherungen von Interferenzfre quenzen wird korrespondierend zu der Anzahl von Interferenzzyklen ausgeführt, welchen die interferometrischen Daten für die korrespondierenden Bereiche durch den Bereich von Strahlfrequenzen unterzogen werden. Die individuellen Grenzen der ersten Annäherungen sind festgelegt. Eine Vielzahl von zweiten Annäherungen der Interferenzfrequenzen wird innerhalb der individuellen Grenzen der ersten Annäherungen der Interferenzfrequenz durchgeführt. Die zweiten oder höheren Annäherungen der Interferenzfrequenzen werden dann in Maße umgewandelt, die zu einem Weglängenunterschied zwischen unterschiedlichen Abschnitten des Objekt- und Referenzstrahls korrespondieren, welche innerhalb der korrespondierenden Bereiche der Interferenzmuster Interferenz erzeugen. Die Interferenzmuster können als überlappende Bilder einer Testobjektoberfläche und einer Referenzelementoberfläche zur Bildung eines Bezugs der Weglängenunterschiede zu Oberflächenhöhenvariationen an korrespondierenden Stellen der Testobjektoberfläche aufgenommen werden.to Measurement of surface topographies be interferometric data for a variety of corresponding Areas that appear in each of the N interference patterns. The interferometric data for each of the corresponding areas undergo cyclic conditions constructive and destructive interference with the variation in the beam frequencies. A variety of first approaches of interference frequencies is corresponding to the number of Interference cycles are executed, which the interferometric data for the corresponding areas be subjected to the range of beam frequencies. The individual Limits of the first approaches are set. A variety of second approximations of the interference frequencies is within the individual limits of the first approximations the interference frequency performed. The second or higher approaches of the interference frequencies are then converted into measures leading to a path length between different sections of the object and reference beams which correspond within the corresponding areas the interference pattern generate interference. The interference pattern can as overlapping Images of a test object surface and a reference element surface to provide a reference of the path length differences to surface height variations recorded at corresponding points of the test object surface become.

Ein feineres oder zusätzliches Messen in abgestuften Messungen kann durchgeführt werden, indem eine dritte Annäherung der Interferenzfrequenz innerhalb der Grenzen der zweiten Annäherung der Interferenzfrequenz ausgeführt wird. Die dritte oder höhere Annäherung der Interferenzfrequenz wird in ein Maß umgewandelt, welches zu einem Weglängenunterschied zwischen Abschnitten des Objekt- und Referenzstrahls korrespondiert, welche innerhalb des korrespondierenden Bereichs der Interferenzmuster Interferenz bilden.A finer or additional measurement in graduated measurements can be performed by a third approximation of the interference frequency is performed within the limits of the second approximation of the interference frequency. The third or higher approximation of the interference frequency is converted to a measure corresponding to a path length difference between portions of the object and reference beams which form interference within the corresponding area of the interference patterns.

Die zweite oder höhere Annäherung der Interferenzfrequenz kann ein Identifizieren von zwei dicht beieinander liegenden Annäherungen der Interferenzfrequenz und ein Interpolieren einer näheren Annäherung der Interferenzfrequenz aus den beiden dicht beieinander liegenden Annäherungen der Interferenzfrequenz aufweisen. Zum Beispiel kann die nähere Annäherung als eine Stelle identifiziert werden, an welcher eine erste Ableitung einer implizierten sinusförmigen Funktion einen Nullwert aufweist.The second or higher approach the interference frequency can be an identification of two close together lying approaches the interference frequency and interpolate a closer approximation of Interference frequency from the two close approximations have the interference frequency. For example, the closer approximation than a location is identified at which a first derivative an implied sinusoidal Function has a zero value.

Die Erfindung kann auch als ein System zur Ableitung von Längeinformationen aus interferometrischen Daten Verwendung finden, die über einem Bereich von unterschiedlichen Frequenzen aufgenommen wurden. Ein Frequenzabtast-Interferometer erzeugt eine Serie von Interferenzmustern zwischen Objekt- und Referenzstrahl über dem Bereich von unterschiedlichen Frequenzen. Ein gemeinsamer Ort innerhalb der Interferenzmuster läuft zyklisch diskret über den Bereich von unterschiedlichen Frequenzen durch Bedingungen von konstruktiver und destruktiver Interferenz bei einer Rate, die zu einer Interferenzfrequenz korrespondiert. Ein Datenerfassungssystem erfasst Datenabtastwerte von dem gemeinsamen Ort innerhalb der Serie von Interferenzmustern. Ein Prozessor wertet einen ersten Satz von Interferenzfrequenzabtastwerten gegen die Datenabtastwerte aus, um eine erste Annäherung der Interferenzfrequenz zu erhalten, die der Zyklusrate der Datenabtastwerte entspricht und wertet einen zweiten Satz von Interferenzfrequenzabtastwerten in der Nachbarschaft der ersten Annäherung der Interferenzfrequenz gegen die Datenabtastwerte aus, um die Interferenzfrequenz besser zu approximieren, welche der Zyklusrate der Datenabtastwerte entspricht. Zusätzlich setzt der Prozessor die besser approximierte Interferenzfrequenz in Bezug zu Längenunterschieden zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl.The Invention may also be used as a system for deriving length information find use of interferometric data over a Range of different frequencies were recorded. One Frequency scanning interferometer generates a series of interference patterns between object and reference beam over the range of different Frequencies. A common place within the interference pattern runs cyclically discretely over the range of different frequencies by conditions of constructive and destructive interference at a rate that is too high an interference frequency corresponds. A data acquisition system captures data samples from the common location within the series of interference patterns. A processor evaluates a first set of Interference frequency samples against the data samples, for a first approach to obtain the interference frequency, the cycle rate of the data samples equals and evaluates a second set of interference frequency samples in the neighborhood of the first approximation of the interference frequency against the data samples to better the interference frequency to approximate which corresponds to the cycle rate of the data samples. additionally the processor sets the better approximated interference frequency in relation to differences in length between the object and reference beam.

Der erste Satz bzw. die erste Gruppe von Interferenzfrequenzabtastwerten ist vorzugsweise aus Frequenzkomponenten einer Fouriertransformation gebildet, die verglichen wurde, um eine Spitzeninterferenzfrequenz festzulegen. Die Fourierfrequenzkomponenten des ersten Satzes der Interferenzfrequenzabtastwerte sind voneinander in einem bestimmten Inkrement bzw. Zuwachs beabstandet, und die Fourierfrequenzkomponenten des zweiten Satzes der Interferenzfrequenzabtastwerte sind voneinander in einem zweiten Inkrement beabstandet, welches feiner ist als das erste Inkrement. Die Fourierfrequenzkomponenten des zweiten Satzes der Interferenzfrequenzabtastwerte umgeben einen Frequenzbereich, der annähernd gleich dem ersten Inkrement ist, um welches der erste Satz von Interferenzfrequenzabtastwerten voneinander beabstandet ist.Of the first set or the first group of interference frequency samples is preferably of frequency components of a Fourier transform which was compared to a peak interference frequency set. The Fourier frequency components of the first set of Interference frequency samples are from one another in a particular one Increment spaced, and the Fourier frequency components of the second set of interference frequency samples are from each other spaced at a second increment, which is finer than that first increment. The Fourier frequency components of the second set of Interference frequency samples surround a frequency range that nearly is equal to the first increment around which the first set of interference frequency samples spaced apart.

Vorzugsweise ist das erste Inkrement nicht größer als eine Einheitsinterferenzfrequenz. Zum Beispiel kann das erste Inkrement gleich einer Hälfte einer Einheitsinterferenzfrequenz sein. Der Prozessor korreliert vorzugsweise mindestens einen der Sätze der Interferenzfrequenzabtastwerte mit den Abtastwerten durch eine Fouriertransformation, die den Interferenzfrequenzabtastwert des Satzes identifiziert, der der Zyklusrate der Datenabtastwerte am besten entspricht. Beide Sätze der Interferenzabtastwerte werden mit den Datenabtastwerten durch die Fouriertransformation korreliert, welche den Interferenzfrequenzabtastwert eines jeden Satzes identifiziert, der der Zyklusrate der Datenabtastwerte am besten entspricht.Preferably the first increment is not larger than a unitary interference frequency. For example, the first increment equal to a half a unit interference frequency. The processor preferably correlates at least one of the sentences the interference frequency samples with the samples by a Fourier transform that determines the interference frequency sample of the Set identifies the cycle rate of the data samples at best matches. Both sentences the interference samples pass through the data samples the Fourier transform correlates the interference frequency sample of each set identifies the cycle rate of the data samples best matches.

Eine Vielzahl von gemeinsamen Orten in den Interferenzmustern kann zur Messung von Oberflächentopografien oder anderen Mehrfachpunktmessungen ausgewertet werden. Das Datenerfassungssystem erfasst individuelle Gruppen von Datenabtastwerten von der Vielzahl von gemeinsamen Orten innerhalb der Serie von Interferenzmustern. Der Prozessor wertet separat den ersten Satz von Abtastwerten der Interferenzfrequenz gegen die individuellen Gruppen von Datenabtastwerten aus, um erste Annäherungen der Interferenzfrequenzen zu erhalten, die den Zyklusraten der individuellen Gruppen von Datenabtastwerten entsprechen. Der Prozessor wertet dann separat zweite Sätze von Abtastwerten der Interferenzfrequenz in der Nachbarschaft der ersten Annäherungen der Interferenzfrequenz gegen die individuellen Gruppen von Datenabtastwerten aus, um die Interferenzfrequenzen besser zu approximieren, die den Zyklusraten der individuellen Gruppen von Datenabtastwerten entsprechen.A Variety of common locations in the interference patterns can be used for Measurement of surface topographies or other multipoint measurements. The data acquisition system detects individual groups of data samples from the plurality of common locations within the series of interference patterns. The processor separately evaluates the first set of samples of the Interference frequency against the individual groups of data samples out to first approaches to obtain the interference frequencies that correspond to the cycle rates of the individual Groups of data samples. The processor evaluates then separate second sentences of samples of the interference frequency in the neighborhood of first approximations the interference frequency against the individual groups of data samples to better approximate the interference frequencies that cause the Cycle rates of the individual groups of data samples correspond.

Der gleiche erste Satz von Abtastwerten der Interferenzfrequenz kann gegen die Gruppen von Datenabtastwerten ausgewertet werden. Jedoch werden unterschiedliche zweite Sätze von Abtastwerten der Interferenzfrequenz gegen die Gruppen von Datenabtastwerten in Übereinstimmung mit Unterschieden zwischen den ersten Annäherungen der Interferenzfrequenz verbunden mit den unterschiedlichen Gruppen von Datenabtastwerten ausgewertet. Der Prozessor bringt die besser approximierten Interferenzfrequenzen in Bezug zu Bereichsinformationen zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl zur Ableitung von topografischen Informationen über eine Testoberfläche oder andere Mehrfachpunktinformationen.The same first set of samples of the interference frequency may be evaluated against the groups of data samples. However, different second sets of samples of the interference frequency are evaluated against the groups of data samples in accordance with differences between the first approximations of the interference frequency associated with the different groups of data samples. The processor relates the better approximated interference frequencies to area information between the object and reference beams to derive topographic in formations via a test surface or other multipoint information.

Ein dritter Satz von Abtastwerten der Interferenzfrequenz kann in der Nachbarschaft der zweiten Annäherung der Interferenzfrequenz gegen die Datenabtastwerte ausgewertet werden, um die Interferenzfrequenz gleichmäßig besser zu approximieren, die der Zyklusrate der Datenabtastwerte entspricht. Die Datenabtastwerte und Interferenzfrequenzabtastwerte von irgendeinem der Sätze werden vorzugsweise zur Optimierung einer schnellen Fouriertransformation aufgestellt.One third set of samples of the interference frequency can be in the Neighborhood of the second approach the interference frequency are evaluated against the data samples, to even better approximate the interference frequency, which corresponds to the cycle rate of the data samples. The data samples and interference frequency samples of any of the sets preferably for optimizing a fast Fourier transformation established.

Die Erfindung kann auch als ein Verfahren zum Reduzieren von Berechnungen einer Frequenztransformation zum Umwandeln interferometrischer Daten in Längenunterschiede zwischen Objekt- und Referenzstrahl ausgeführt sein. Die interferometrischen Daten werden von einer Vielzahl von Interferenzmustern erfasst, die von dem Objekt- und Referenzstrahl erzeugt werden und von Frequenzen der Strahlen unterschieden werden. Eine Folge von N Interferenzdatenpunkten wird von korrespondierenden Abschnitten der Interferenzmuster extrahiert. Die Folge von Datenpunkten durchläuft zyklisch Bedingungen von konstruktiver und destruktiver Interferenz bei einer Interferenzfrequenz, die in Beziehung zu den Weglängenunterschieden zwischen dem Test- und Referenzstrahl steht. Eine Fouriertransformation wird von dem Typ erstellt, der zur Auswertung von Frequenzbeiträgen von M Fourierabtastwerten benutzt wird, die überall im Fourierfrequenzraum auf die N Datenpunkte verteilt sind, die von den Interferenzmustern erfasst wurden. Die Fouriertransformation ist begrenzt auf die Auswertung von weniger als M Fourierfrequenzabtastwerten, die ähnlich überall in einem begrenzten Abschnitt des Fourierfrequenzraums verteilt sind. Eine Annäherung der Interferenzfrequenz wird von einem der weniger als M Fourierfrequenzabtastwerte als ein Maß des Weglängenunterschieds zwischen dem Test- und Referenzstrahl identifiziert.The Invention may also be used as a method for reducing calculations a frequency transformation for converting interferometric data in differences in length be executed between the object and reference beam. The interferometric Data is captured by a variety of interference patterns which are generated by the object and reference beams and frequencies the rays are distinguished. A sequence of N interference data points is extracted from corresponding portions of the interference patterns. The sequence of data points cycles through conditions of constructive and destructive interference at an interference frequency, that in relation to the path length differences stands between the test and reference beam. A Fourier transform is created by the type used to evaluate frequency contributions from M Fourier samples used throughout the Fourier frequency space the N data points are distributed, that of the interference patterns were recorded. The Fourier transformation is limited to the evaluation less than M Fourier frequency samples, which are similar throughout a limited portion of the Fourier frequency space are distributed. An approach the interference frequency is from one of the less than M Fourier frequency samples as a measure of path length identified between the test and reference beam.

Vorzugsweise ist die Fouriertransformation auf die Auswertung von nicht mehr als M/2 Fourierfrequenzabtastwerten begrenzt, die überall in nicht mehr als einer Hälfte des Fourierfrequenzraums gleichmäßig verteilt sind, und die Annäherung der Interferenzfrequenz wird aus den nicht mehr als M/2 Fourierfrequenzabtastwerten identifiziert. Vor der Durchführung der Fouriertransformation wird eine Durchschnittsintensität der Datenpunkte berechnet, und der Mittelwert wird von den Datenpunkten subtrahiert. Der Vorgang entfernt eine Intensitätsverzerrung, wobei die Intensitätswerte der Datenpunkte für eine bessere Angleichung für eine unverzerrte Sinuskurve belassen werden.Preferably is the Fourier transformation on the evaluation of no more limited as M / 2 Fourier frequency samples, which are everywhere in not more than one half of Fourier frequency space evenly distributed are, and the approach the interference frequency becomes not more than M / 2 Fourier frequency samples identified. Before the implementation the Fourier transform becomes an average intensity of the data points calculated and the mean is subtracted from the data points. The process removes intensity distortion, where the intensity values the data points for a better approximation for leave an undistorted sine wave.

Zur Durchführung einer Mehrfachmessung wird eine erste Annäherung der Interferenzfrequenz aus den Fourierfrequenzabtastwerten identifiziert, welche auf nicht mehr als N Fourierfrequenzabtastwerte begrenzt sind, insbesondere vorzugsweise auf N/2 Abtastwerte. Eine zweite Annäherung der Interferenzfrequenz wird aus neuen Fourierabtastwerten identifiziert, welche weiterhin den Fourierfrequenzraum in der Nachbarschaft der ersten Annäherung der Interferenzfrequenz aufteilen. Der für die zweite Annäherung in Betracht kommende Fourierfrequenzraum ist vorzugsweise gleich dem Fourierfrequenzraum zwischen den Fourierfrequenzabtastwerten der ersten Annäherung. Die Anzahl solcher Frequenzabtastwerte ist vorzugsweise gleich 2M/N Abtastwerte.to execution a multiple measurement becomes a first approximation of the interference frequency from the Fourier frequency samples which are not more than N Fourierfrequenzabtastwerte are limited, in particular preferably to N / 2 samples. A second approach of the Interference frequency is identified from new Fourier samples, which further the Fourierfrequency space in the neighborhood of first approach split the interference frequency. The one for the second approach in Coming Fourier frequency space is preferably equal to Fourier frequency space between the Fourier frequency samples of first approach. The number of such frequency samples is preferably equal to 2M / N Samples.

In Kürze gesagt, schaffen die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ein Wellenlänge abtastendes interferometrisches System mit Einrichtungen zur Ableitung einer Vielzahl von Abtastwerten von interferometrischen Daten, wie zum Beispiel mit einem System der in 1 dargestellten Ausführung, wobei die Berechnung eines Bereichswerts für die interferometrischen Daten von einem Computersystem in Übereinstimmung mit einem Programm (Software oder Verfahren) zur schnellen und genauen Berechnung des Bereichswerts ausgeführt wird. Dieses Programm bietet Genauigkeit durch Verwendung einer großen Anzahl von Fourierabtastwerten und erreicht eine Geschwindigkeit durch Ausführung einer systematischen Suche nach dem Spitzenwert und somit durch Berechnung der Fouriertransformation nur in notwendigen Punkten in dem Fourierbereich. Diese Suche nach dem Spitzen-Fourierwert findet zuerst bei geringer (grober) Auflösung über einer reduzierten Anzahl von Fourierabtastwerten gleichmäßig über dem Fourierraum statt, um einen abgeschätzten Ort des Spitzen-Fourierwerts zu liefern, und dann wird bei einer Suche nach dem Spitzen-Fourierwert mit hoher Auflösung durch die gesamte Anzahl von Fourierabtastwerten, die auf den Bereich in der Fourierraumnachbarschaft des abgeschätzten Spitzen-Fourierwerts begrenzt sind.Briefly stated, the preferred embodiments of the invention provide a wavelength scanning interferometric system having means for deriving a plurality of samples of interferometric data, such as a system of the present invention 1 1, wherein calculation of a range value for the interferometric data is performed by a computer system in accordance with a program (software or method) for fast and accurate calculation of the range value. This program provides accuracy by using a large number of Fourier samples, and achieves a speed by performing a systematic search for the peak, and thus by calculating the Fourier transform only at necessary points in the Fourier domain. This search for the peak Fourier value first takes place at a low (coarse) resolution over a reduced number of Fourier samples evenly over the Fourier space to provide an estimated location of the peak Fourier value, and then comes along in a search for the peak Fourier value high resolution by the total number of Fourier samples bounded on the Fourier space neighborhood of the estimated peak Fourier value.

Zeichnungendrawings

1 ist ein Blockdiagramm eines Frequenzabtast-Interferometers, welches in Übereinstimmung mit einem gemäß der Erfindung geschaffenen Computerprogramm betrieben werden kann. 1 Fig. 10 is a block diagram of a frequency-sampling interferometer which can be operated in accordance with a computer program created according to the invention.

2 ist ein Kurvenbild bzw. Plot von Intensitätsdatenpunkten, die aus einer Folge von Interferenzmustern erfasst wurden, welche bei einer Folge von unterschiedlichen Strahlfrequenzen in der Reihenfolge von n = 1 bis n = N erzeugt wurden. 2 is a plot of intensity data points resulting from a sequence of interference were acquired at a sequence of different beam frequencies in the order from n = 1 to n = N.

3 und 4 sind Kurvenbilder der Werte der Transformation |K'|2 über den gesamten Bereich eines Fourierfrequenzraums von m = 1 bis m = M für zwei unterschiedliche Intensitätsdatengruppen. 3 and 4 are graphs of the values of the transformation | K '| 2 over the entire range of a Fourier frequency space from m = 1 to m = M for two different intensity data groups.

5 ist eine Vergrößerung von 3, welche eine der Spitzenfrequenzen mit größerer Genauigkeit darstellt. 5 is an enlargement of 3 which represents one of the peak frequencies with greater accuracy.

6 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren darstellt, das durch ein Computerprogramm zur Einsparung von Rechenzeit durch Ableiten von Weglängenunterschiedsinformation von einem begrenzten Abschnitt eines Fourierfrequenzraums ausgeführt wird. 6 FIG. 5 is a flowchart illustrating the method performed by a computer program to save computational time by deriving path length difference information from a limited portion of a Fourier frequency space.

7 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren zeigt, das durch ein Computerprogramm zur Einsparung von Rechenzeit durch Ausführung von Fouriertransformationen in Stufen durchgeführt wird. 7 Fig. 10 is a flow chart showing the process performed by a computer program for saving computing time by performing Fourier transforms in stages.

Detaillierte Beschreibungdetailed description

Das in 1 dargestellte Frequenzabtast-Interferometer 10 ist ein Beispiel eines Frequenzabtast-Interferometers, welches in Übereinstimmung mit der Erfindung angeordnet und betrieben werden kann. Das Interferometer 10 kann betrieben werden, indem nur Intensitätsdaten einer Folge von Interferenzmustern aufgezeichnet werden und keine Phasenverschiebung des Objekt- oder Referenzstrahls 24 oder 26 erfolgt. Dieses vereinfacht sowohl Hardware- und Softwareanforderungen des Interferometers 10, welches ansonsten Einrichtungen zur systematischen Einstellung der relativen Weglängen des Objekt- und Referenzstrahls und zur Interpretation der Auswirkungen überall in den Interferenzmustern erfordern würde.This in 1 shown frequency scanning interferometer 10 is an example of a frequency scanning interferometer which can be arranged and operated in accordance with the invention. The interferometer 10 can be operated by recording only intensity data of a sequence of interference patterns and no phase shift of the object or reference beam 24 or 26 he follows. This simplifies both hardware and software requirements of the interferometer 10 which would otherwise require means for systematically adjusting the relative path lengths of the object and reference beams and for interpreting the effects throughout the interference patterns.

Der abstimmbare Laser 12 liefert eine Strahlungsquelle, welche vorzugsweise eine Quelle von kohärenter Strahlung ist. Zum Erhalt einer Folge von Interferenzmustern, die durch unterschiedliche Frequenzen der Strahlung erzeugt werden, ist die Strahlungsquelle vorzugsweise durch einen Bereich von unterschiedlichen Frequenzen hindurch abstimmbar. Eine Auswahl einer Nennwellenlänge (zum Beispiel 780 nm) kann innerhalb des sichtbaren oder nicht sichtbaren Spektrums erfolgen und kann auf einer solchen Grundlage wie Kosten, Auflösung und Reflexionsvermögen des Testobjekts 52 ausgewählt werden. Ein für die Praxis dieser Erfindung bevorzugter frequenzabstimmbarer Laser ist in der Mit-Anmeldung U.S.- Application No. 10/446,012 mit dem Titel „TUNABLE LASER SYSTEM HAVING AN ADJUSTABLE EXTERNAL CAVITY", welche hierdurch mit Bezugnahme aufgenommen ist.The tunable laser 12 provides a radiation source, which is preferably a source of coherent radiation. To obtain a sequence of interference patterns generated by different frequencies of radiation, the radiation source is preferably tunable through a range of different frequencies. A selection of a nominal wavelength (for example, 780 nm) may be made within the visible or non-visible spectrum and may be on such a basis as cost, resolution, and reflectance of the device under test 52 to be selected. A preferred frequency-tunable laser for the practice of this invention is disclosed in co-application US Application No. 5,656,861. No. 10 / 446,012 entitled "TUNABLE LASER SYSTEM HAVING AN ADJUSTABLE EXTERNAL CAVITY", which is hereby incorporated by reference.

Das Detektorarray 36 schafft eine Einrichtung innerhalb eines Datenerfassungssystems zur Aufzeichnung von Details der bei den unterschiedlichen Frequenzen erzeugten Interferenzmuster. Vorzugsweise weist das Detektorarray 36 ein Array bzw. eine Anordnung von individuell adressierbaren Elementen zur separaten Messung von Intensität an unterschiedlichen Punkten in den Interferenzmustern auf. Der Computer 14 speichert und verarbeitet die von dem Detektorarray 36 erfassten Intensitätsdatenpunkte.The detector array 36 provides means within a data acquisition system for recording details of the interference patterns generated at the different frequencies. Preferably, the detector array 36 an array of individually addressable elements for separately measuring intensity at different points in the interference patterns. The computer 14 stores and processes those from the detector array 36 acquired intensity data points.

Die von den Elementen des Detektorarrays 36 aufgezeichneten Intensitätswerte „I" können als die Summe von zwei kohärenten Komponenten, eine von dem Objektstrahl 24 „Uobj" und eine von dem Referenzstrahl 26 „Uref", wie folgt geschrieben werden: I = |(Uobj + Uref)|2. (1) That of the elements of the detector array 36 recorded intensity values "I" can be considered the sum of two coherent components, one of the object beam 24 "U obj " and one of the reference beam 26 "U ref ", be written as follows: I = | (U obj + U ref ) | 2 , (1)

Die aufgezeichnete Intensität „I" korrespondiert zum Beispiel zu der Intensität, die durch ein Pixel innerhalb des von dem Objekt- und Referenzstrahl 24 und 26 erzeugten Bildes gemessen ist. Der Objektstrahl 24 „Uobj" kann geschrieben werden als:

Figure 00130001
und der Referenzstrahl 26 „Uref" als:
Figure 00130002
wobei „A1" und „A2" die Amplituden sind, „λ" die Wellenlänge ist, und „R1" und „R2" die optischen Weglängenunterschiede für die beiden Strahlen 24 und 26 sind.The recorded intensity "I", for example, corresponds to the intensity passing through a pixel within that of the object and reference beams 24 and 26 generated image is measured. The object beam 24 "U obj " can be written as:
Figure 00130001
and the reference beam 26 "U ref " as:
Figure 00130002
where "A 1 " and "A 2 " are the amplitudes, "λ" is the wavelength, and "R 1 " and "R 2 " are the optical path length differences for the two beams 24 and 26 are.

Wird der Weglängenunterschied als „R = R1 – R2" betrachtet, so kann die Intensität „I" eines individuellen Datenpunkts wie folgt geschrieben werden:

Figure 00140001
oder bei Verwendung von Frequenzbezeichnung:
Figure 00140002
wobei „c" die Lichtgeschwindigkeit und „ν" die Strahlfrequenz ist.If the path length difference is considered "R = R 1 -R 2 ", the intensity "I" of an individual data point can be written as follows:
Figure 00140001
or when using frequency designation:
Figure 00140002
where "c" is the speed of light and "ν" is the beam frequency.

Die durch den Kosinusterm der Gleichung (5) beschriebene Intensität „I" hängt sowohl vom dem Weglängenunterschied „R" und der Strahlfrequenz „ν" ab. Zum Beispiel stellt der Kosinusterm der Intensität „I" das zyklische Durchlaufen des Objekt- und Referenzstrahls 24 und 26 durch Bedingungen von konstruktiver und destruktiver Interferenz als eine Funktion Strahlfrequenz „ν" dar. Die Periodizität der Intensitätsvariation (vorzugsweise als die Interferenzfrequenz bezeichnet) ändert sich proportional zu dem Weglängenunterschied „R". Eine Bestimmung der Interferenzfrequenz aus den Intensitätsdaten „I", die bei einer Folge von „N" unterschiedlichen Strahlfrequenzen „ν" erfasst wurden, ermöglicht die Bestimmung bzw. Festlegung des Weglängenunterschieds „R".The intensity "I" described by the cosine term of equation (5) depends both on the path length difference "R" and the beam frequency "ν." For example, the cosine term of intensity "I" cyclically traverses the object and reference beams 24 and 26 by conditions of constructive and destructive interference as a function of beam frequency "ν". The periodicity of the intensity variation (preferably referred to as the interference frequency) changes in proportion to the path length difference "R". A determination of the interference frequency from the intensity data "I" detected in a sequence of "N" different beam frequencies "ν" enables determination of the path length difference "R".

Gleichung (5) zeigt auch, dass die Intensität „I" zwei Basisterme aufweist: einen Verzerrungsterm, der gleich „|A1|2 + |A2|2" ist und einen Kosinusterm. Die sinusartige Intensitätsvariation, welche von Interesse ist, ergibt sich aus dem Kosinusterm. Der Verzerrungsterm ist ein Offset, der leicht durch die Berechnung des Mittelwerts „I" der Intensitätsdaten und seiner Subtraktion von Gleichung (5) entfernt werden kann. Der Mittelwert „I" der Intensitätsdaten kann wie folgt berechnet werden:

Figure 00140003
wobei „I(n)" die Intensität von korrespondierenden Datenpunkten von individuellen Interferenzmustern durch Summation von „N" unterschiedlichen Interferenzmustern angibt. Jedes „n" stellt die in einem Interferenzmuster gesammelten bzw. erfassten Daten bei einer unterschiedlichen Strahlfrequenz „ν" dar.Equation (5) also shows that the intensity "I" has two basic terms: a distortion term equal to "| A 1 | 2 + | A 2 | 2 " and a cosine m. The sinusoidal intensity variation of interest arises from the cosine term. The distortion term is an offset that can be easily calculated by calculating the mean " I "of the intensity data and its subtraction can be removed from equation (5). I "The intensity data can be calculated as follows:
Figure 00140003
where "I (n)" indicates the intensity of corresponding data points of individual interference patterns by summation of "N" different interference patterns. Each "n" represents the data collected in an interference pattern at a different beam frequency "ν".

Die abgetastete Intensität „I'(n)" innerhalb eines Interferenzmusters „n" mit entferntem Verzerrungsterm ist wie folgt:The sampled intensity "I '(n)" within a Interference pattern "n" with distortion term removed is as follows:

Figure 00150001
Figure 00150001

Wie aus Gleichung (7B) hervorgeht, ist die Frequenz des Kosinusterms von der Frequenz (oder) Wellenlänge des Messstrahls 16 und „R" – dem optischen Wegunterschied (OPD) abhängig. Basierend auf den inkrementalen Änderungen in Strahlfrequenz „ν", die von dem abstimmbaren Laser geliefert wird, kann ein Wert von „R" in die Funktion durch Anwendung von Fouriertransformationverfahren eingepasst werden. Dieses Verfahren beinhaltet Aufzeichnen der Interferenzmuster für eine Serie von „N" Strahlfrequenzen. Die Daten von jedem Detektor- bzw. Abtasterelement werden dann einer Fouriertransformation unterzogen, indem bekannte (oder abgeschätzte) Strahlfrequenzen verwendet werden, und die Orte der Spitzen-Interferenzfrequenzen von Variation offenbaren die Werte von „R" für jedes Detektorelement.As is apparent from Equation (7B), the frequency of the cosine term is the frequency (or) wavelength of the measurement beam 16 and "R" - the optical path difference (OPD) Based on the incremental changes in beam frequency "ν" provided by the tunable laser, a value of "R" can be fit into the function by using Fourier transform techniques Method involves recording the interference patterns for a series of "N" beam frequencies. The data from each detector element is then Fourier transformed using known (or estimated) beam frequencies, and the locations of the peak interference frequencies of variation reveal the values of "R" for each detector element.

Eine diskrete Fouriertransformation zum Einschätzen der Frequenzkomponenten der Funktion „I'(n)" kann wie folgt geschrieben werden:

Figure 00160001
wobei „M" die gesamte Anzahl von Frequenzkomponentenabtastwerten ist, die gleichmäßig überall im Fourierfrequenzraum verteilt sind, „m" bezeichnet einer der Ordnungs-Frequenzkomponenten in der Ordnung von 1 bis „M" überall im Fourierfrequenzraum, und „K'(m)" misst, wie gut jeder der „m" geordneten individuellen Frequenzkomponentenabtastwerte (auch als Bins bezeichnet) der Interferenzfrequenz der aufgezeichneten Datenpunktintensitäten „I'(n)" in korrespondierenden Bereichen der „n" geordneten Interferenzmuster entspricht.A discrete Fourier transform for estimating the frequency components of the function "I '(n)" can be written as follows:
Figure 00160001
where "M" is the total number of frequency component samples uniformly distributed throughout the Fourier frequency space, "m" denotes one of the order frequency components in order from 1 to "M" throughout Fourier frequency space, and measures "K '(m)" how well each of the "m" ordered individual frequency component samples (also referred to as bins) corresponds to the interference frequency of the recorded data point intensities "I '(n)" in corresponding regions of the "n" ordered interference patterns.

2 stellt die Intensitäten „I(n)" einer typischen Datengruppe von 32 (N = 32) Strahlfrequenzen (geordnet von n = 1 bis n = N) dar, die zu einem gemeinsamen Bereich in jedem der Interferenzmuster korrespondieren. Das geplottete Beispiel basiert auf Intensitätswerten, die wie folgt gegeben sind: I(n) = 10 + cos(3πn/10) (9)wobei die Amplitudenterme von Gleichung (5) durch beliebige Werte ersetzt sind. Der Verzerrungsterm „|A1|2 + |A2|2" mit einem Wert von 10 ist in dem Ordinatenoffset der Daten enthalten. 2 represents the intensities "I (n)" of a typical data set of 32 (N = 32) beam frequencies (ordered from n = 1 to n = N) that correspond to a common area in each of the interference patterns The plotted example is based on intensity values which are given as follows: I (n) = 10 + cos (3πn / 10) (9) wherein the amplitude terms of equation (5) are replaced by arbitrary values. The distortion term "| A 1 | 2 + | A 2 | 2 "with a value of 10 is included in the ordinate offset of the data.

3 zeigt ein typisches Ergebnis einer diskreten Fouriertransformation dieser Intensitätsdaten „I(n)", die in Gleichung (7) passen, wobei der Mittelwert „I" der Beleuchtungsintensität subtrahiert ist. Es sind die relativen Amplituden „|K'|2" der Frequenzkomponenten aufgetragen, die innerhalb des Fourierfrequenzraums erfasst wurden und in 256 (M = 256) gleichmäßige Unterteilungen (in der Ordnung von m = 1 bis m = N) wie folgt unterteilt sind: |K'|2 = |FFT(I – I)|2, (10) 3 shows a typical result of a discrete Fourier transform of this intensity data "I (n)" fitting in equation (7), where the mean " I The relative amplitudes "| K '| 2 " of the frequency components detected within the Fourier frequency space are plotted and in 256 (M = 256) uniform divisions (in the order of m = 1 to m = N) are subtracted ) are divided as follows: | K '| 2 = | FFT (I - I) | 2 , (10)

Zwei Interferenzfrequenzspitzen 40 und 42 ergeben sich aus der Kosinusfunktion, die zu gegenüberliegenden Zeichen von Weglängenunterschied „R" zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl 24 und 26 korrespondieren. So wie Weglängenunterschiede „R" zunehmen, geht eine der Interferenzfrequenzspitzen 40 oder 42 in die andere 42 oder 40 über; der Wechsel bestimmt einen Bereich „ΔRAMB", in welchem die Daten unzweideutig in Weglängenvariationen umgewandelt werden können.Two interference frequency peaks 40 and 42 result from the cosine function corresponding to opposite signs of path length difference "R" between the object and reference beams 24 and 26 correspond. As path length differences "R" increase, one of the interference frequency spikes goes off 40 or 42 in the other 42 or 40 above; the change determines a range "ΔR AMB " in which the data can be unambiguously converted into path length variations.

Der Wert des Mehrdeutigkeitsbereichsintervalls „ΔRAMB" ist gegeben als: ΔRAMB = c/2ΔνINC, (11)wobei „ΔνINC" die Größe des Laserinkrements zwischen Intensitätsdatenpunktabtastwerten ist.The value of the ambiguity range interval "ΔR AMB " is given as: .DELTA.R AMB = c / 2Δ νINC , (11) where "Δν INC " is the magnitude of the laser increment between intensity data point samples.

Der Wert einer Bereichsauflösung „ΔRRES", der zu einem einzelnen vollständigen Zyklus von konstruktiver und destruktiver Interferenz innerhalb des gesamten Bereichs (oder Bandbreite) „νTOTAL" von Strahlfrequenzen korrespondiert, ist gegeben als: ΔRRES = c/2ΔνTOTAL (12) The value of a range resolution "ΔR RES " corresponding to a single complete cycle of constructive and destructive interference within the entire range (or bandwidth) "ν TOTAL " of beam frequencies is given as: .DELTA.R RES = c / 2ΔνTOTAL (12)

4 zeigt ein alternatives Ergebnis der diskreten Fouriertransformation von Intensitätsdaten „I(n)" in Übereinstimmung mit den folgenden Werten: I(n) = 10 + cos(6πn/10) (13) 4 shows an alternative result of the discrete Fourier transform of intensity data "I (n)" in accordance with the following values: I (n) = 10 + cos (6πn / 10) (13)

Neue Spitzen 44 und 46 werden auf Grund des unterschiedlichen Weglängenunterschieds „R" zwischen Datengruppen geschoben. So wie Weglängenabstand „R" zunimmt, verschiebt sich eine Spitze nach rechts und eine nach links, und an einem Punkt überschneiden sie sich. Die Bestimmung, welche der Spitzen 44 oder 46 aus 4 zu dem aktuellen Weglängenabstand „R" zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl 24 und 26 korrespondiert, kann durch Phasenverschiebung erfolgen, bei welcher der optische Weglängenunterschied „R" zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl 24 und 26 absichtlich in einer systematischen Weise verändert wird. Beispiele zu Phasenverschiebungsverfahren zur Lösung der „Zwei-Spitzen"-Zweideutigkeit und zur Ausdehnung des Messintervalls sind in der Schrift offenbart, auf die vorher Bezug genommen wurde, nämlich von J.C. Marron und Kurt W. Gleichmann, sowie in den US-Patenten mit den Nr. 4,832,489; 5,777,742; 5,880,841; 5,907,404; und 5,926,277, welche auch dadurch hierin einbezogen sind.New tips 44 and 46 are shifted between data groups due to the different path length difference "R." As path distance "R" increases, one peak shifts to the right and one to the left, and at one point they overlap. The determination of which of the tips 44 or 46 out 4 to the current path distance "R" between the object and reference beam 24 and 26 corresponds, can be done by phase shifting, wherein the optical path length difference "R" between the object and reference beam 24 and 26 deliberately changed in a systematic way. Examples of phase shifting techniques for solving the "two-peak" ambiguity and extending the measurement interval are disclosed in the document previously referred to, by JC Marron and Kurt W. Gleichmann, as well as US Pat 4,832,489; 5,777,742; 5,880,841; 5,907,404; and 5,926,277, which are also hereby incorporated by reference.

Obwohl Phasenverschiebung routinemäßig zur Auflösung von Interferenzzweideutigkeiten verwendet wird, erfordert die Praxis zusätzliche Messungen, komplizierte Messvorrichtungen und verbraucht Prozesszeit. Jedoch durch eine Einschränkung der Fouriertransformation auf eine Hälfte des Fourierfrequenzraums, in dem nur eine der Spitzen 44 oder 46 gefunden wird (zum Beispiel die linke Hälfte des Fourierraums), kann die Zweideutigkeit angesprochen bzw. angegangen werden. In Übereinstimmung mit einem Beispiel der verbesserten Berechnung (Software oder Programm), das durch die Erfindung geschaffen ist, wird die Gesamtheit eines Fourierraums in 256 (M = 256) Fourierfrequenzabtastwerte aufgeteilt, aber die Spitze wird nur in den ersten 128 (zum Beispiel m = 1 bis m = 129) der Fourierfrequenzabtastwerte gesucht.Although phase shifting is routinely used to resolve interference ambiguities, the practice requires additional measurements, complicated measuring devices, and consumes process time. However, by restricting the Fourier transform to one half of the Fourier frequency space in which only one of the peaks 44 or 46 is found (for example, the left half of the Fourier space), the ambiguity can be addressed or addressed. In accordance with an example of the enhanced computation (software or program) provided by the invention, the entirety of a Fourier space is divided into 256 (M = 256) Fourier frequency samples, but the peak is split only in the first 128 (e.g., m = 1 to m = 129) of the Fourier frequency samples.

Obwohl eine Hälfte des Fourierfrequenzraums eliminiert ist, muss der Messbereich nicht geopfert werden, da ein vergleichbares Mehrdeutigkeitsbereichsintervall „ΔRAMB" aufrecht erhalten werden kann, indem die Anzahl „N" von unterschiedlichen Frequenzdatenpunkten „I(n)" erhöht wird. Die Datenerfassungszeit wird als noch geringer erwartet als diejenige, die zur Durchführung von Phasenverschiebungsvorgängen erforderlich ist. Die Berechnungen sind viel einfacher und schneller.Although one half of the Fourier frequency space is eliminated, the measurement range need not be sacrificed because a comparable ambiguity range interval "ΔR AMB " can be maintained by increasing the number "N" of different frequency data points "I (n)." The data acquisition time is called even less than what is required to perform phase shifting operations, and the calculations are much simpler and faster.

Es kann beträchtlich mehr Rechenzeit bei erster Durchführung einer groben Fouriertransformation eingespart werden, um eine erste Annäherung des Ortes der Interferenzfrequenzspitze 40 oder 44 zu erhalten, und dann bei Durchführung einer feinen Fouriertransformation, die auf noch feiner beabstandete Fourierfrequenzabtastwerte in der Nachbarschaft der ersten Annäherung begrenzt ist. Die grobe Fouriertransformation beabstandet die Frequenzabtastwerte innerhalb des Fourierfrequenzraumes weiter (zum Beispiel m = 1 bis 129 mit Inkrementen von 8). Jedoch wird das Beabstanden vorzugsweise innerhalb des Auflösungsintervalls „ΔRRES" ausgeführt, welches auch zu der Breite der Interferenzfrequenzspitze 40 oder 44 korrespondiert, um sicher zu sein, das irgendein Abschnitt der Interferenzfrequenzspitze 40 oder 44 identifiziert wird. Die gesamte Anzahl MC von groben Fourierfrequenzabtastwerten ist vorzugsweise gleich N/2 Abtastwerte.Considerably more computing time can be saved in first performing a coarse Fourier transform to a first approximation of the location of the interference frequency peak 40 or 44 and then performing a fine Fourier transform limited to finer-spaced Fourier frequency samples in the vicinity of the first approximation. The coarse Fourier transform further spaces the frequency samples within the Fourier frequency space (for example, m = 1 to 129 with increments of 8). However, the spacing is preferably performed within the resolution interval "ΔR RES ", which also corresponds to the width of the interference frequency peak 40 or 44 To be sure, this corresponds to any portion of the interference frequency peak 40 or 44 is identified. The total number M c of coarse Fourier frequency samples is preferably equal to N / 2 samples.

5 zeigt eine auseinander gezogene Darstellung der linken Spitze 40 aus 3. Obwohl die Interferenzfrequenzspitze 40 dicht an einem Bin 40 aus 256 angeordnet ist, würde die Interferenzfrequenzspitze 40 noch innerhalb eines Bins 41 aus 256 abtastbar sein. Dementsprechend könnte die feinere Fouriertransformation auf einen Fourierfrequenzbereich begrenzt sein, der das Bin 41 umgibt, gleich dem Abstand zwischen den Fourierfrequenzabtastwerten der groben Annäherung (zum Beispiel m = 37 bis 45 mit Inkrementen von 1). Die gesamte Anzahl MF von feinen Fourierfrequenzabtastwerten ist vorzugsweise gleich 2M/N Abtastwerte. 5 shows an exploded view of the left peak 40 out 3 , Although the interference frequency peak 40 close to a bin 40 is arranged from 256, the interference frequency peak 40 still within a bin 41 be scanned out of 256. Accordingly, the finer Fourier transform could be limited to a Fourier frequency range that is the bin 41 equals the distance between the coarse approximation Fourier frequency samples (for example, m = 37 to 45 with increments of 1). The total number M F of fine Fourier frequency samples is preferably equal to 2M / N samples.

Systemparameter, solche wie die aktuellen Laserfrequenzen „ν", können dann zur Umwandlung des digitalen Werts von Bin 40 (das heißt m = 40 von 256 Bins) in einen aktuellen Bereichs- oder Abstandswert verwendet werden. Ein Berechnungsverfahren der Ausführung, die zur Bereichsbestimmung geschaffen ist, ist in 6 dargestellt.System parameters, such as the current laser frequencies "ν", can then be used to convert the digital value of bin 40 (ie, m = 40 out of 256 bins) into a current range or distance value. A calculation method of the embodiment provided for area determination is in 6 shown.

Die Erfindung schafft auch für weitere erhöhte Messung Genauigkeit durch feineres Orten der Interferenzfrequenzspitze innerhalb eines Fourierfrequenzbins. Die Genauigkeit einer Bereichsmessung in Frequenzabtast-Interferometersystemen, die bisher vorgeschlagen worden sind, wurde primär durch die Anzahl von Fourierabtastwerten M begrenzt. Erhöhte Genauigkeit kann jedoch durch Anwendung eines Kurvenbearbeitungsalgorithmus erreicht werden oder die Anzahl von Abtastwerten kann erhöht werden. Zusätzlich kann erhöhte Geschwindigkeit dadurch erlangt werden, dass die Fourierkoeffizienten vorab berechnet werden, die für alle Abtastorte redundant sind.The Invention also creates for further increased Measuring accuracy by finer location of the interference frequency peak within a Fourier frequency bin. The accuracy of a range measurement in frequency-scanning interferometer systems previously proposed became primary is limited by the number of Fourier samples M. Increased accuracy However, this can be done by applying a curve processing algorithm can be achieved or the number of samples can be increased. additionally can be increased Speed can be obtained by the fact that the Fourier coefficients to be charged in advance for all scan locations are redundant.

Das in der Software oder dem Programm gemäß der Erfindung enthaltene Berechnungsverfahren, wie das, welches auf dem Computer 50 von 1 betrieben wird, wird mit Bezugnahme auf 7 beschrieben. Das Programm ist im Speicher des Computers 50 gespeichert, beispielsweise in einem ROM, RAM, einer Platte, CDROM oder in einem anderen typischen Speichermedium. Der Begriff „Computer" bezeichnet hierbei ein Computersystem mit peripheren Einrichtungen wie ein Display, Drucker, eine Maus, Tastatur und dergleichen, oder einen anderen Steuercomputer eines interferometrischen Systems, der mit einem Programm in Übereinstimmung mit der Erfindung betrieben wird.The calculation method included in the software or program according to the invention, such as the one on the computer 50 from 1 is operated with reference to 7 described. The program is in the memory of the computer 50 stored, for example in a ROM, RAM, a disk, CDROM or in another typical storage medium. As used herein, the term "computer" refers to a computer system having peripheral devices such as a display, printer, mouse, keyboard, and the like, or other control computer of an interferometric system operated with a program in accordance with the invention.

Das Programm beinhaltet vorzugsweise die folgende Mathematik im Zusammenhang mit 7. Aus Gleichung (8) kann gezeigt werden, dass die Fourierkoeffizienten des Interferenzsignals durch Exponenten der folgenden Gestalt gegeben sind: exp[–i2π(n – 1)(m – 1)/M], (14)wobei n = 1, ... N mit „N" die Gesamtanzahl von Intensitätsabtastwerten (oder Strahlfrequenzen) für einen gemeinsamen Punkt innerhalb der Interferenzmuster ist und m = 1, ... M/2 mit „M" die vorher festgelegte Anzahl von Fourierabtastwerten ist. Der Bereich von m ist vorzugsweise auf M/2 beschränkt, da nur die eine Hälfte des Fourierbereichs (Frequenzraum) untersucht wird wegen Redundanz. Der Wert von „M" sollte groß gewählt werden, da er Genauigkeit bestimmt. Jedoch so wie M zunimmt, nimmt auch die zur Suche der Interferenzfrequenzspitze 40 oder 44 erforderliche Rechenzeit zu. Dieses Array von Koeffizienten der Größe N × M/2 wird durch das Programm im Schritt 70 von 7 festgelegt und kann in einer Datei im Speicher von Computer 50 gespeichert werden, so dass eine Wiederberechnung nicht erforderlich ist, jedes Mal, wenn das Programm läuft. Die Mittelwerte von Intensität „I" werden dann von den Intensitätswerten subtrahiert, welche in jedem Abtastpunkt in dem Array 40 (Schritt 72) erhalten werden.The program preferably includes the following math related 7 , From equation (8) it can be shown that the Fourier coefficients of the interference signal are given by exponents of the following form: exp [-i2π (n-1) (m-1) / M], (14) where n = 1, ... N where "N" is the total number of intensity samples (or beam frequencies) for a common point within the interference patterns, and m = 1, ... M / 2 where "M" is the predetermined number of Fourier samples is. The range of m is preferably limited to M / 2, since only one half of the Fourier range (frequency space) is examined for redundancy. The value of "M" should be chosen to be large, since it determines accuracy, but as M increases, so does the search for the interference frequency peak 40 or 44 required computing time too. This array of coefficients of size N × M / 2 is determined by the program in step 70 from 7 can be set and stored in a file in memory of computer 50 be saved so that a recalculation is not required every time the program is running. The means of intensity " I are then subtracted from the intensity values that appear in each sample point in the array 40 (Step 72 ).

Dann wird als nächstes im Schritt 74 der grobe Ort (oder eine erste Annäherung) der Interferenzfrequenzspitze 40 oder 44 in den Fourierdaten durch grobes Abtasten festgelegt. Gleichungen (11) und (12) zeigen, dass das Verhältnis der Fourierspitzenweite zu dem unzweideutigen Bereichsintervall durch N gegeben ist, wobei N die Anzahl von Strahlfrequenzen ist. Somit werden die Fourierdaten, um die grobe Stelle der Fourierspitze festzulegen, bei mindestens N gleich beabstandeten Frequenzen abgetastet. Weiterhin, da nur eine Hälfte des Fourierraums in Betracht kommt, brauchen nur die ersten N/2 Grobabtastwerte verwendet werden. N/2 ist die minimale Anzahl von Grobabtastwerten innerhalb der gewünschten Auflösung. Diese Anzahl kann in Abhängigkeit von der gewünschten Leistungshöhe erhöht wer den, ist aber vorzugsweise gleich N oder weniger, um eine grobe Annäherung des Spitzenortes zu finden. Die Fouriertransformationswerte werden im Schritt 74 an den Orten der Grobabtastwerte durch Anwendung der vorher berechneten Fourierkoeffizienten wie durch Gleichung (8) bestimmt berechnet. Sobald die Fouriergrößen (oder Intensitätswerte) von allen Frequenzabtastwerten berechnet sind, wird der größte Wert in Schritt 74 mit einer groben Ortsangabe für den höchsten Fourierwert (das heißt: eine erste Annäherung der Interferenzfrequenz der Datenpunkte) gefunden.Then next in the step 74 the coarse location (or first approximation) of the interference frequency peak 40 or 44 set in the Fourier data by rough sampling. Equations (11) and (12) show that the ratio of the Fourier peak width to the unambiguous range interval is given by N, where N is the number of beam frequencies. Thus, to determine the coarse location of the Fourier peak, the Fourier data is sampled at at least N equidistant frequencies. Furthermore, since only one half of the Fourier space is considered, only the first N / 2 coarse samples need to be used. N / 2 is the minimum number of coarse samples within the desired resolution. This number can be increased depending on the desired power level who the, but is preferably equal to or less than N, to find a rough approximation of the top location. The Fourier transformation values are in step 74 at the locations of the coarse samples by applying the previously calculated Fourier coefficients as determined by equation (8). Once the Fourier sizes (or intensity values) of all the frequency samples are calculated, the largest value in step 74 with a coarse location for the highest Fourier value (that is, a first approximation of the interference frequency of the data points) found.

Basierend auf der anfänglichen Einschätzung oder ersten Annäherung des Spitzenortes, verfährt das Programm weiter mit Schritt 76 und verfeinert die Suche, um die Fourierorte nahe der anfänglichen Einschätzung (der Ort des Spitzen-Grobabtastwerts) zu betrachten, bis der größte Wert von M/2 Fouriergrößen gefunden wird. Zum Beispiel wird die Fouriertransformation vorzugsweise für alle Abtastfrequenzen innerhalb eines Intervalls eines Fourierraums berechnet, der gleich dem Abstand zwischen benachbarten groben Frequenzen liegt, die bei der groben Frequenz zentriert sind, welche die anfängliche Einschätzung des Ortes der Interferenzfrequenzspitze vorsieht. Der höchste Fourierwert innerhalb des begrenzteren Intervalls in der Nachbarschaft der groben Einschätzung liefert eine feine Einschätzung (oder zweite Annäherung) des Ortes der Interferenzfrequenzspitze 40 oder 44. Die Anzahl von Fourierabtastwerten „MF", die für die zweite Annäherung in Betracht kommen, ist vorzugsweise gleich 2M/N, wenn nicht sogar feinere Stufenannäherungen ausgeführt werden.Based on the initial assessment or first approximation of the top location, the program proceeds to step 76 and refines the search to look at the Fourier locations near the initial estimate (the location of the peak coarse sample) until the largest value of M / 2 Fourier sizes is found. For example, the Fourier transform is preferably calculated for all sampling frequencies within an interval of a Fourier space equal to the distance between adjacent coarse frequencies centered at the coarse frequency which provides the initial estimate of the location of the interference frequency peak. The highest Fourier value within the more limited interval in the vicinity of the coarse estimate provides a fine estimate (or second approximation) of the location of the interference frequency peak 40 or 44 , The number of Fourier samples "M F " contemplated for the second approximation is preferably equal to 2M / N, if not finer step approximations are performed.

Der Bereichswert (oder Abstandswert) wird im Schritt 78 festgelegt und korrespondiert zu dem Maximum (Spitze) des Fouriergrößenwerts, der innerhalb des in Schritt 76 abgetasteten Intervalls angetroffen wird (das heißt: die zweite Annäherung des Ortes der Interferenzfrequenzspitze). Für Dichten von N Strahlfrequenzen und M Fourierfrequenzabtastwerte ist die Berechnung schneller als diejenige, die bisher durchgeführt wurde. Wie in 6 dargestellt ist, erfordert die neue Berechnung die Berechnung von N/2 + 2M/N Fourierabtastwerten. Bei Vergleich mit der ursprünglich reduzierten Anforderung von M/2 Abtastwerten kann es gezeigt werden, dass für große M, N/4 Zeiten weniger Berechnung erforderlich ist. Zum Beispiel ist mit 32 Strahlfrequenzen nur 1/8 der Berechnung erforderlich. Das bedeutet eine signifikante Verringerung.The range value (or distance value) becomes in step 78 and corresponds to the maximum (peak) of the Fourier size value that is within the in step 76 sampled interval (that is, the second approximation of the location of the interference frequency peak). For densities of N beam frequencies and M Fourier frequency samples, the calculation is faster than that previously performed. As in 6 the new calculation requires the computation of N / 2 + 2M / N Fourier samples. When compared to the originally reduced requirement of M / 2 samples, it can be shown that less calculation is required for large M, N / 4 times. For example, with 32 beam frequencies only 1/8 of the calculation is required. That means a significant reduction.

Höhere Genauigkeit mit zusätzlicher Zeiteinsparung in Bezug auf die Gesamtanzahl M von Frequenzabtastwerten ist möglich durch Verwendung der zweiten Annäherung des Spitzenortes und der Beabstandung zwischen der zweiten Gruppe von Abtastwerten, um eine dritte Annäherung des Ortes der Interferenzspitze 40 oder 44 zu bestimmen. Die dritte Gruppe von Fourierfrequenzabtastwerten ist vorzugsweise zentriert bei der zweiten Annäherung der Spitzenfrequenz angeordnet und zieht feiner beabstandete Abtastwerte in Betracht, die weiter einen Bereich zwischen anliegenden Abtastwerten der zweiten Gruppe aufteilen. Dieses weitere Verfahren impliziert einen größeren Wert von M zur Ausführung genauerer Messungen, wobei die höchste Annäherung wegen Konsistenz Aufteilung von M durch Einheitswerte in Betracht zieht.Greater accuracy with additional time savings in the total number M of frequency samples is possible by using the second approximation of the peak location and the spacing between the second group of samples to a third approximation of the location of the interference peak 40 or 44 to determine. The third group of Fourier frequency samples is preferably centered at the second approximation of the peak frequency and contemplates finer spaced samples that further divide a range between adjacent samples of the second group. This further method implies a larger value of M for making more accurate measurements, with the highest approximation due to consistency taking into account division of M by unit values.

Die Anzahl von Fourierfrequenzabtastwerten bei irgendeiner der Annäherungsstufen kann eingestellt werden, um die Anwendung für eine schnelle Fouriertransformation (FFT) zu optimieren. Zum Beispiel kann die Anzahl von Fourierabtastwerten in jeder solchen Stufe (zum Beispiel MC oder MF) annähernd gleich der Anzahl von Datenabtastwerten „N" eingestellt werden.The number of Fourier frequency samples at any of the approximation stages can be adjusted to optimize the application for a fast Fourier transform (FFT). For example, the number of Fourier samples in each such stage (eg, M C or M F ) may be set approximately equal to the number of data samples "N".

Ein alternatives Verfahren zur Suche der Spitze im Schritt 76 bei Minimierung von Berechnung zieht in Betracht, dass in der Nachbarschaft des eingeschätzten Spitzen-Fourierwerts die Gestalt der Transformationskurve annähernd parabolisch ausgebildet ist. Es folgt dann, dass die Ableitung oder Differenz zwischen benachbarten Fourierwerten annähernd linear ist. Außerdem korrespondiert die Interferenzfrequenzspitze 40 oder 44 zu dem Ort, an welchem die Ableitung den Wert Null aufweist. So können Interpolationsverfahren zur Auffindung des Ortes mit Nullwert der Ableitung benutzt werden, und somit zur exakteren Lokalisierung der Spitze 40 oder 44 dienen.An alternative method for finding the tip in the step 76 when minimizing computation, it is contemplated that in the vicinity of the estimated peak Fourier value, the shape of the transformation curve is approximately parabolic. It then follows that the derivative or difference between adjacent Fourier values is approximately linear. In addition, the interference frequency peak corresponds 40 or 44 to the place where the derivative is zero. Thus, interpolation methods can be used to find the location with zero derivative value, and thus to more accurately locate the peak 40 or 44 serve.

Basierend auf dem Computersoftwareprogramm, dass auf einem Computer ausgeführt wird, können Bereichs- oder Abstandsmessungen, die auf der Berechnung von Weglängenunterschieden zwischen Objekt- und Referenzstrahl basieren, angewendet werden, um ein Oberflächenprofil (das heißt topografische Information) eines Testobjekts zu erzeugen. Die Software ist auf interferometrische Intensitätsdaten, die bei einer Folge von unterschiedlichen Strahlfrequenzen erfasst wurden, zur schnellen und genauen Ableitung der Bereichsmessung durch Vergleich mit Fourierfrequenzabtastwerten einsatzfähig. Systematische Suche nach dem Spitzenwert der Fouriertransformation wird nur an den notwendigen Punkten in dem Fourierraum berechnungsmäßig ausgeführt, welche in der Nachbarschaft eines abgeschätzten Spitzenwertes liegen. Zusätzliche Genauigkeit kann durch Lokalisieren der Spitze zwischen beieinanderliegenden Fourierfrequenzabtastwerten erlangt werden, an denen die Ableitung der Frequenztransformation einen Nullwert aufweist.Based on the computer software program that is running on a computer can range or distance measurements based on the calculation of path length differences be based between object and reference beam, applied, around a surface profile (this means topographic information) of a test object. The software is on interferometric intensity data that results in a sequence were detected by different beam frequencies, for fast and accurately deriving the range measurement by comparison with Fourier frequency samples operational. Systematic search for the peak of the Fourier transform is calculated only at the necessary points in the Fourier space which in the neighborhood of an estimated peak. additional Accuracy can be achieved by locating the tip between adjacent ones Fourierfrequenzabtastwerten be obtained at which the derivative the frequency transformation has a zero value.

Obwohl die Erfindung mit Bezugnahme auf ein besonderes Frequenzabtast-Interferometer erläutert ist, ist die Erfindung auf einen weiten Bereich von anderen Frequenzabtast-Interferometerkonfigurationen anwendbar. Zum Beispiel sind besondere Vorteile der Erfindung offensichtlich für Common-Path-Ausführungen (Fizeau) von Interferometern, wie solchen, die in meiner gleichzeitigen US-Anmeldung mit Anmeldetag vom 19. Juni 2003 mit dem Titel COMMON-PATH FREQUENCY-SCANNING INTERFEROMETER offenbar sind, welche hierdurch durch Bezugnahme mit aufgenommen ist. Weitere Variationen und Modifikationen in dem Interferometersystem und in dem Computerprogramm und in dem hier beschriebenen Verfahren sind im Geist und Bereich der Erfindung kann sich der Fachmann unzweifelhaft vorstellen.Even though the invention is explained with reference to a particular frequency-scanning interferometer, the invention is applicable to a wide range of other frequency-scanning interferometer configurations applicable. For example, particular advantages of the invention are apparent for common path executions (Fizeau) of interferometers, such as those in my concurrent US application with filing date of June 19, 2003 entitled COMMON-PATH FREQUENCY SCANNING INTERFEROMETERS, which are hereby by reference is included. Other variations and modifications in the Interferometer system and in the computer program and in this one described methods are within the spirit and scope of the invention the expert can undoubtedly imagine.

Claims (35)

Mehrstufiges Verfahren zum Auswerten von interferometrischen Schwankungen von Frequenzabtast-Interferometern mit folgenden Verfahrensschritten: Erzeugen einer Reihe von N Interferenzmustern zwischen Objekt und Referenzstrahl bei N unterschiedlichen Strahlfrequenzen innerhalb eines Bereichs von Strahlfrequenzen; Aufzeichnen von interferometrischen Daten für einen korrespondierenden Bereich, der in jedem der N Interferenzmuster erscheint, wobei die interferometrischen Daten für den korrespondierenden Bereich zyklisch Bedingungen von konstruktiver und destruktiver Interferenz mit Variation in den Strahlfrequenzen durchlaufen; Ausführen einer ersten Fouriertransformation der interferometrischen Daten zum Erhalten einer ersten Näherung einer Interferenzfrequenz, die mit einer Anzahl von Interferenzzyklen korrespondiert, welche die interferometrischen Daten für den korrespondierenden Bereich durch die Reihe von Strahlfrequenzen durchlaufen; Bestimmen eines Mehrdeutigkeitsbereichs, der einen Bereich möglicher Werte für die Interferenzfrequenz in der Nähe der ersten Näherung basierend auf der ersten Fouriertransformation aufweist; Ausführen einer zweiten Fouriertransformation der interferometrischen Daten innerhalb des Mehrdeutigkeitsbereichs zum Erhalten einer zweiten Näherung der Interferenzfrequenz; und Umwandeln der zweiten Näherung oder einer anderen Näherung basierend auf mindestens teilweise der zweiten Fouriertransformation der interferometrischen Daten in eine Messung entsprechend einem Weglängenunterschied zwischen Teilen des Objekt- und des Referenzstrahls, die innerhalb des entsprechenden Bereichs des Interferenzmusters interferieren.Multi-stage method for evaluating interferometric Variations of frequency scanning interferometers with the following method steps: Produce a series of N interference patterns between object and reference beam at N different beam frequencies within a range of beam frequencies; Recording interferometric data for one corresponding area in each of the N interference patterns appears, with the interferometric data for the corresponding area cyclic conditions of constructive and destructive interference go through with variation in the beam frequencies; Running a first Fourier transform of the interferometric data to obtain a first approximation an interference frequency associated with a number of interference cycles corresponds to which the interferometric data for the corresponding Go through the range through the series of beam frequencies; Determine an ambiguity range that covers a range of possible Values for the interference frequency in the vicinity the first approximation based on the first Fourier transform; Running a second Fourier transform of the interferometric data within of the ambiguity region to obtain a second approximation of Interference frequency; and Converting the second approximation or another approximation based at least in part on the second Fourier transform the interferometric data into a measurement corresponding to one path length between parts of the object and reference beams that are inside interfere with the corresponding area of the interference pattern. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Annäherung die Interferenzfrequenz aus einer aus der Anzahl N oder weniger ausgewählten Interferenzfrequenz approximiert.The method of claim 1, wherein the first approximation is the Interference frequency of an interference frequency selected from the number N or less approximated. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste Annäherung die Interferenzfrequenz aus einer aus N/2 ausgewählten Interferenzfrequenzen approximiert.The method of claim 2, wherein the first approximation is the Interference frequency from one of N / 2 selected interference frequencies approximated. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich die ausgewählten Interferenzfrequenzen innerhalb der ersten Annäherung durch ganze Zyklen von konstruktiven und destruktiven Interferenzen innerhalb des Bereiches von Strahlfrequenzen unterscheiden, und sich die ausgewählten Interferenzfrequenzen innerhalb der zweiten Annäherung durch signifikant weniger als ganze Zyklen von konstruktiven und destruktiven Interferenzen innerhalb des Bereiches von Strahlfrequenzen unterscheiden.The method of claim 1, wherein the selected interference frequencies within the first approach through whole cycles of constructive and destructive interference differ within the range of beam frequencies, and the selected ones Interference frequencies within the second approximation by significantly less as whole cycles of constructive and destructive interference differ within the range of beam frequencies. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Annäherung die Interferenzfrequenz aus einer aus einem ersten Bereich von Interferenzfrequenzen approximiert, die durch ein erstes Inkrement getrennt sind, und die zweite Annäherung die Interferenzfrequenz aus einer aus einem zweiten Bereich von Interferenzfrequenzen approximiert, die durch ein zweites Inkrement getrennt sind, und der zweite Bereich von Frequenzen annähernd gleich dem ersten Inkrement ist, das Interferenzfrequenzen innerhalb des ersten Bereiches trennt.The method of claim 1, wherein the first approximation is the Interference frequency of one of a first range of interference frequencies approximated, which are separated by a first increment, and the second approach the interference frequency from one of a second range of Interference frequencies approximated by a second increment are separated and the second range of frequencies approximately equal the first increment, the interference frequencies within the first area separates. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Annäherung die Interferenzfrequenz aus einer aus M1 ausgewählten Interferenzfrequenzen approximiert, und die zweite Annäherung die Interferenzfrequenz aus einer aus M2 ausgewählten Interferenzfrequenzen approximiert, und wobei die zweite Annäherung im Wesentlichen in Genauigkeit gleich einer einzelnen Annäherung ist, welche die Interferenzfrequenz aus einer aus dem Produkt von M1 mal M2 Interferenzfrequenzen approximiert.The method of claim 1, wherein the first approximation approximates the interference frequency from an interference frequency selected from M 1 , and the second approximation approximates the interference frequency from an interference frequency selected from M 2 , and wherein the second approximation is substantially equal in accuracy to a single approximation. which approximates the interference frequency from one of the product of M 1 by M 2 interference frequencies. Verfahren nach Anspruch 1, wobei für mindestens eine, nämlich die erste oder zweite Annäherung, die Anzahl N von Strahlfrequenzen vorzugsweise gleich einer Anzahl MS von ausgewählten Interferenzfrequenzen ist.The method of claim 1, wherein for at least one of the first and second approximations, the number N of beam frequencies is preferably equal to a number M S of selected interference frequencies. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bereich von Strahlfrequenzen eine untere Grenze von wirksam messbaren Weglängenunterschieden zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl festlegt, und ein Mittelwertsinkrement zwischen nebeneinander liegenden Strahlfrequenzen einen Bereich von unzweideutigen Weglängenunterschieden festlegt.The method of claim 1, wherein the range of Beam frequencies a lower limit of effectively measurable path length differences between the object and reference beams, and a mean value increment an area between adjacent beam frequencies of unambiguous path length differences sets. Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine untere Grenze von Weglängenunterschieden zwischen Objekt- und Referenzstrahl innerhalb des unzweideutigen Bereiches mit einer Interferenzfrequenz von Eins oder weniger Zyklen von konstruktiver und destruktiver Interferenz innerhalb des Bereiches von Strahlfrequenzen verbunden ist.The method of claim 8, wherein a lower limit of path length differences between object and reference beam within the unambiguous Range with an interference frequency of one or fewer cycles constructive and destructive interference within the range connected by beam frequencies. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine obere Grenze von Weglängenunterschieden innerhalb des unzweideutigen Bereiches mit einer Interferenzfrequenz von N/2 Zyklen von konstruktiver und destruktiver Interferenz innerhalb des Bereiches von Strahlfrequenzen verbunden ist.The method of claim 9, wherein an upper limit of path length differences within the unambiguous range with an interference frequency of N / 2 cycles of constructive and destructive interference within the range of beam frequencies is connected. Verfahren nach Anspruch 1, wobei (a) der Verfahrensschritt des Aufzeichnens von interferometrischen Daten ein Aufzeichnen von Intensitätsdaten für eine Vielzahl von korrespondierenden Bereichen aufweist, die in jedem der N Interferenzmuster auftreten, wobei die Intensitätsdaten für jeden der korrespondierenden Bereiche zyklisch Bedingungen von konstruktiver und destruktiver Interferenz mit der Variation der Strahlfrequenzen durchlaufen, (b) der Verfahrensschritt des Ausführens der ersten Annäherung ein Ausführen von ersten Annäherungen von Interferenzfrequenzen aufweist, die zu der Anzahl von Interferenzzyklen korrespondieren, welche die Intensitätsdaten für die korrespondierenden Bereiche durch alle die Strahlfrequenzbereiche durchlaufen, und (c) der Verfahrensschritt zum Festlegen von Grenzen Festlegen von Grenzen der ersten Annäherungen aufweist, und (d) der Verfahrensschritt des Ausführens der zweiten Annäherung Ausführen von zweiten Annäherungen der Interferenzfrequenzen innerhalb der individuellen Grenzen der ersten Annäherungen der Interferenzfrequenz aufweist.The method of claim 1, wherein (a) is the process step recording interferometric data is a recording of intensity data for one Variety of corresponding areas that in each the N interference patterns occur, with the intensity data for each the corresponding areas cyclically conditions of constructive and destructive interference with the variation of the beam frequencies (b) the step of performing the first approximation To run from first approaches of interference frequencies corresponding to the number of interference cycles corresponding to which the intensity data for the corresponding areas through all the beam frequency ranges, and (c) the process step to set limits Set limits of first approximations and (d) performing the step of performing the second approximation second approaches the interference frequencies within the individual limits of the first approximations having the interference frequency. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Verfahrensschritt des Umwandelns der zweiten oder weiteren Annäherung ein Umwandeln der zweiten oder einer höheren Annäherung der Interferenzfrequenzen in Maße aufweist, welche zu einem Weglängenunterschied zwischen unterschiedlichen Abschnitten des Objekt- und Referenzstrahls korrespondieren, die innerhalb der korrespondierenden Bereiche der Interferenzmuster Interferenzen bilden.The method of claim 11, wherein the method step converting the second or further approach a converting the second or a higher one approach having interference frequencies in measures, which to a path length difference between different sections of the object and reference beams correspond within the corresponding areas of the Interference patterns form interference. Verfahren nach Anspruch 1, welches einen zusätzlichen Verfahrensschritt eines Ausführens einer dritten Annäherung der Interferenzfrequenz innerhalb der Grenzen der zweiten Annäherung der Interferenzfrequenz aufweist, und wobei der Verfahrensschritt des Umwandelns der zweiten oder höheren Annäherung ein Umwandeln der dritten oder einer höheren Annäherung der Interferenzfrequenz in ein Maß aufweist, welches zu einem Weglängenunterschied zwischen Abschnitten des Objekt- und Referenzstrahls korrespondiert, die innerhalb des korrespondierenden Bereichs der Interferenzmuster Interferenzen bilden.The method of claim 1, which is an additional Process step of an execution a third approach the interference frequency within the limits of the second approximation of Interference frequency, and wherein the step of the Transform the second or higher approach converting the third or higher approximation of the interference frequency in a measure, which leads to a path length difference between sections of the object and reference beams, those within the corresponding area of the interference patterns Form interferences. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verfahrensschritt des Umwandelns der zweiten oder einer höheren Annäherung der Interferenzfrequenz Verfahrensschritte zum Identifizieren von zwei beieinanderliegenden Annäherungen der Interferenzfrequenz und Interpolieren einer näheren Annäherung der Interferenzfrequenz aus den beiden nahen Annäherungen der Interferenzfrequenz aufweist.The method of claim 1, wherein the method step converting the second or higher approximation of the interference frequency Method steps for identifying two adjacent ones approaches the interference frequency and interpolate a closer approximation of Interference frequency from the two near approximations of the interference frequency having. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Verfahrensschritt des Interpolierens einer näheren Annäherung ein Identifizieren der näheren Annäherung an einer Stelle aufweist, an welcher eine erste Ableitung einer implizierten Funktion einen Nullwert aufweist.The method of claim 14, wherein the method step of interpolating a closer one approach identifying the closer approach at a location at which a first derivative of an implied Function has a zero value. Verfahren nach Anspruch 1, welches zusätzliche Verfahrensschritte zum Berechnen einer Durchschnittsintensität der interferometrischen Daten für die korrespondierenden Bereiche aufweist, die in jedem der N Interferenzmuster auftreten, und zum Subtrahieren des berechneten Durchschnitts von den interferometrischen Daten, bevor die erste Annäherung ausgeführt wird.The method of claim 1, which additionally Method steps for calculating an average intensity of the interferometric Data for has the corresponding areas in each of the N interference patterns occur and to subtract the calculated average from the interferometric data before the first approximation is performed. Einrichtung zur Ableitung von Längeninformation aus über einen Bereich von unterschiedlichen Frequenzen aufgenommenen interferometrischen Daten, mit: einem Frequenzabtast-Interferometer zur Erzeugung einer Serie von Interferenzmustern zwischen Objekt- und Referenzstrahl über dem Bereich von unterschiedlichen Frequenzen; einem gemeinsamen Ort innerhalb der Interferenzmuster, der diskret zyklisch über den Bereich von unterschiedlichen Frequenzen durch Bedingungen von konstruktiver und destruktiver Interferenz bei einer Rate verläuft, die zu einer Interferenzfrequenz korrespondiert; einem Datenerfassungssystem zur Erfassung von Datenabtastwerten von dem gemeinsamen Ort innerhalb der Serie von Interferenzmustern; einem Prozessor zur (a) Auswertung eines ersten Satzes von Interferenzfrequenzabtastwerten, die durch eine erste Fouriertransformation der Datenabtastwerte erhalten werden, um eine erste Näherung der momentanen Interferenzfrequenz zu erhalten, die der Zyklusrate der Datenabtastwerte entspricht, und zur (b) Auswertung eines zweiten Satzes von Interferenzfrequenzabtastwerten, die durch eine zweite Fouriertansformation der Datenabtastwerte, in der Nachbarschaft der Interferenzfrequenz erhalten werden, um die Interferenzfrequenz besser zu approximieren, welche der Zyklusrate der Datenabtastwerte entspricht; und wobei der Prozessor zur Herstellung eines Bezugs der besser approximierten Interferenzfrequenz zu Längenunterschieden zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl bereitgestellt ist.Device for deriving length information from over one Range of different frequencies recorded interferometric Data, with: a frequency scanning interferometer for generation a series of interference patterns between the object and reference beams above the Range of different frequencies; a common Location within the interference pattern, the discrete cyclic over the Range of different frequencies due to conditions of constructive and destructive interference at a rate that results in an interference frequency corresponds; a data acquisition system for the acquisition of Data samples from the common location within the series of Interference patterns; a processor for (a) evaluating a first set of interference frequency samples, which are represented by a first Fourier transform the data samples to obtain a first approximation the current interference frequency, the cycle rate corresponding to the data samples, and for (b) evaluating a second one Set of interference frequency samples, which are replaced by a second Fourier transform of the data samples, in the neighborhood the interference frequency can be obtained to better the interference frequency to approximate which corresponds to the cycle rate of the data samples; and the processor being better for making a reference Approximated interference frequency to length differences between the object and reference beam is provided. Einrichtung nach Anspruch 17, wobei der erste Satz von Interferenzfrequenzabtastwerten Frequenzkomponenten einer Fouriertransformation sind, die zur Festlegung einer Spitzeninterferenzfrequenzkomponente verglichen sind.The device of claim 17, wherein the first sentence of interference frequency samples, frequency components of a Fourier transform for defining a peak interference frequency component are compared. Einrichtung nach Anspruch 18, wobei die Frequenzkomponenten des ersten Satzes der Interferenzfrequenzabtastwerte voneinander in einem ersten Inkrement bzw. Zuwachs beabstandet sind, und die Frequenzkomponenten des zweiten Satzes der Interferenzfrequenzabtastwerte voneinander in einem zweiten Inkrement beabstandet sind, welches feiner ist als das erste Inkrement.Apparatus according to claim 18, wherein the frequency components of the first set of interference frequency samples from each other are spaced apart in a first increment, and the Frequency components of the second set of interference frequency samples spaced from each other in a second increment, which finer than the first increment. Einrichtung nach Anspruch 19, wobei ein Bereich der Frequenzkomponenten des zweiten Satzes von Interferenzfrequenzabtastwerten annähernd gleich dem ersten Inkrement ist, in welchem der erste Satz von Interferenzfrequenzabtastwerten beabstandet ist.Apparatus according to claim 19, wherein an area the frequency components of the second set of interference frequency samples nearly is equal to the first increment in which the first set of interference frequency samples is spaced. Einrichtung nach Anspruch 19, wobei das erste Inkrement nicht größer als eine Einheitsinterferenzfrequenz ist.The device of claim 19, wherein the first increment not bigger than is a unit interference frequency. Einrichtung nach Anspruch 21, wobei das erste Inkrement gleich einer Hälfte einer Einheitsinterferenzfrequenz ist.The device of claim 21, wherein the first increment equal to a half a unit interference frequency. Einrichtung nach Anspruch 19, wobei der Prozessor mindestens einen der Sätze der Interferenzfrequenzabtastwerte mit den Abtastwerten durch eine Fouriertransformation korreliert, die den Interferenzfrequenzabtastwert des Satzes identifiziert, der der Zyklusrate der Datenabtastwerte am besten entspricht.The device of claim 19, wherein the processor at least one of the sentences the interference frequency samples with the samples by a Fourier transform correlates the interference frequency sample of the set identifies the cycle rate of the data samples best matches. Einrichtung nach Anspruch 23, wobei der Prozessor beide Sätze der Interferenzabtastwerte mit den Datenabtastwerten durch die Fouriertransformation korreliert, welche den Interferenzfrequenzabtastwert eines jeden Satzes identifiziert, der der Zyklusrate der Datenabtastwerte am besten entspricht.The device of claim 23, wherein the processor both sentences of the interference samples with the data samples by the Fourier transform which correlates the interference frequency sample of each Set identifies the cycle rate of the data samples at best matches. Einrichtung nach Anspruch 17, wobei (a) der gemeinsame Ort eine Stelle einer Vielzahl von gemeinsamen Orten in den Interferenzmustern ist, (b) das Datenerfassungssystem individuelle Gruppen von Datenabtastwerten von der Vielzahl von gemeinsamen Orten innerhalb der Serie von Interferenzmustern erfasst, und (c) der Prozessor zur (a) separaten Auswertung des ersten Satzes von Abtastwerten der Interferenzfrequenz gegen die individuellen Gruppen von Datenabtastwerten zum Erhalt von ersten Annäherungen der Interferenzfrequenzen angeordnet ist, die den Zyklusraten der individuellen Gruppen von Datenabtastwerten entsprechen und (b) zur separaten Auswertung von zweiten Sätzen von Abtastwerten der Interferenzfrequenz in der Nachbarschaft der ersten Annäherungen der Interferenzfrequenz gegen die individuellen Gruppen von Datenabtastwerten für eine bessere Annäherung der Interferenzfrequenzen angeordnet ist, die den Zyklusraten der individuellen Gruppen von Datenabtastwerten entsprechen.The apparatus of claim 17, wherein (a) the common location is a location of a plurality of common locations in the interference patterns, (b) the data acquisition system captures individual groups of data samples from the plurality of common locations within the series of interference patterns, and (c) the processor is arranged for (a) separately evaluating the first set of samples of the interference frequency against the individual groups of data samples to obtain first approximations of the interference frequencies corresponding to the cycle rates of the individual groups of data samples and (b) for separately evaluating second sets of samples of the interference frequency in the vicinity of the first approximations of the interference frequency versus the individual groups of data samples for better approximation of the interference frequencies corresponding to the cycle rates of the individual groups of data samples. Einrichtung nach Anspruch 25, wobei der gleiche erste Satz von Abtastwerten der Interferenzfrequenz gegen die Gruppen von Datenabtastwerten ausgewertet ist, und unterschiedliche zweite Sätze von Abtastwerten der Interferenzfrequenz gegen die Gruppen von Datenabtastwerten in Übereinstimmung mit Unterschieden zwischen den ersten Annäherungen der Interferenzfrequenz verbunden mit den unterschiedlichen Gruppen von Datenabtastwerten ausgewertet ist.Apparatus according to claim 25, wherein the same first set of samples of the interference frequency against the groups is evaluated from data samples, and different second ones Sets of Samples of the interference frequency against the groups of data samples in accordance with differences between the first approximations of the interference frequency associated with the different groups of data samples is evaluated. Einrichtung nach Anspruch 25, wobei der Prozessor auch für die Herstellung eines Bezugs der besser approximierten Interferenzfrequenzen zu Bereichsinformationen zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl zur Ableitung von topografischen Informationen über eine Testoberfläche angeordnet ist.The device of claim 25, wherein the processor also for the establishment of a reference of the better approximated interference frequencies to area information between the object and reference beam arranged to derive topographic information about a test surface is. Einrichtung nach Anspruch 17, wobei der Prozessor zur Auswertung eines dritten Satzes von Abtastwerten der Interferenzfrequenz in der Nachbarschaft der zweiten Annäherung der Interferenzfrequenz gegen die Datenabtastwerte für eine gleichmäßig bessere Approximation bzw. Annäherung der Interferenzfrequenz angeordnet ist, die der Zyklusrate der Datenabtastwerte entspricht.The device of claim 17, wherein the processor for evaluating a third set of samples of the interference frequency in the neighborhood of the second approximation of the interference frequency against the data samples for a uniform better Approximation or approximation the frequency of interference is arranged, that of the cycle rate of the data samples equivalent. Verfahren zum Reduzieren von Berechnungen einer Frequenztransformation zum Umwandeln interferometrischer Daten in Längenunterschiede zwischen Objekt- und Referenzstrahl mit folgenden Verfahrensschritten: Erfassen der interferometrischen Daten von einer Vielzahl von Interferenzmustern, die von dem Objekt- und Referenzstrahl erzeugt werden und von Frequenzen der Strahlen unterschieden werden; Extrahieren einer Folge von N Interferenzdatenpunkten von korrespondierenden Abschnitten der Interferenzmuster, wobei die Folge von Datenpunkten zyklisch Bedingungen von konstruktiver und destruktiver Interferenz bei einer Interferenzfrequenz durchläuft, die in Beziehung zu den Weglängenunterschieden zwischen dem Test- und Referenzstrahl steht; Erstellen einer Fouriertransformation des Typs, der zur Auswertung von Frequenzbeiträgen von M Fourierabtastwerten benutzt wird, die überall im Fourierfrequenzraum auf die N Datenpunkte verteilt sind, die von den Interferenzmustern erfasst wurden; Begrenzen der Fouriertransformation auf die Auswertung von weniger als M Fourierfrequenzabtastwerte, die ähnlich überall in einem begrenzten Abschnitt des Fourierfrequenzraums verteilt sind; und Identifizieren einer Annäherung der Interferenzfrequenz von einem der weniger als M Fourierfrequenzabtastwerte als ein Maß des Weglängenunterschieds zwischen dem Test- und Referenzstrahl.Method for reducing calculations of a Frequency transformation for converting interferometric data into Differences in length between object and reference beam with the following process steps: To capture the interferometric data from a variety of interference patterns, which are generated by the object and reference beams and frequencies the rays are distinguished; Extract a sequence of N interference data points from corresponding sections the interference pattern, wherein the sequence of data points cyclically Conditions of constructive and destructive interference in a Passes through interference frequency, that in relation to the path length differences stands between the test and reference beam; Create a Fourier transform of the type used to evaluate frequency contributions from M Fourier samples used throughout the Fourier frequency space to which N data points are distributed, that of the interference patterns were recorded; Limiting the Fourier transform to the Evaluation of less than M Fourier frequency samples, which are similar everywhere in a limited portion of the Fourier frequency space are distributed; and Identifying an approximation of the interference frequency from one of the less than M Fourier frequency samples as a measure of the path length difference between the test and reference beam. Verfahren nach Anspruch 29, wobei der Verfahrensschritt des Begrenzens der Fouriertransformation ein Begrenzen der Fouriertransformation auf das Auswerten von nicht mehr als M/2 Fourierfrequenzabtastwerten aufweist, die überall in nicht mehr als einer Hälfte des Fourierfrequenzraums gleichmäßig verteilt sind.The method of claim 29, wherein the method step of limiting the Fourier transform, limiting the Fourier transform on the evaluation of no more than M / 2 Fourier frequency samples that's everywhere in not more than a half of Fourier frequency space evenly distributed are. Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Verfahrensschritt des Identifizierens ein Identifizieren der Annäherung der Interferenzfrequenz aus den nicht mehr als M/2 Fourierfrequenzabtastwerten aufweist.The method of claim 30, wherein the method step identifying an identifying the approximation of the interference frequency of not more than M / 2 Fourier frequency samples. Verfahren nach Anspruch 29, wobei der Verfahrensschritt des Identifizierens ein Identifizieren einer ersten Annäherung der Interferenzfrequenz aus den Fourierfrequenzabtastwerten aufweist, welche auf nicht mehr als N Fourierfrequenzabtastwerte begrenzt sind.The method of claim 29, wherein the method step identifying a first approximation of the Having interference frequency from the Fourier frequency samples, which limits to not more than N Fourier frequency samples are. Verfahren nach Anspruch 32, wobei der Verfahrensschritt des Identifizierens ein Identifizieren einer zweiten Annäherung der Interferenzfrequenz aus neuen Fourierabtastwerten aufweist, welche weiterhin den Fourierfrequenzraum in der Nachbarschaft der ersten Annäherung der Interferenzfrequenz aufteilen.The method of claim 32, wherein the method step identifying a second approach of identifying Interference frequency of new Fourier samples, which furthermore, the Fourier frequency space in the neighborhood of the first one approach split the interference frequency. Verfahren nach Anspruch 33, wobei der für die zweite Annäherung in Betracht kommende Fourierfrequenzraum annähernd gleich dem Fourierfrequenzraum zwischen den Fourierfrequenzabtastwerten der ersten Annäherung ist.The method of claim 33, wherein the second approach eligible Fourier frequency space approximately equal to the Fourier frequency space between the first approximation frequency Fourier frequency samples. Verfahren nach Anspruch 29, welches zusätzliche Verfahrensschritte zum Aufzeichnen von Intensitätsinformation für jeden der N Interferenzdatenpunkte aufweist, welche eine Durchschnittsintensität der Datenpunkte berechnen und den berechneten Durchschnitt von den Datenpunkten subtrahieren.The method of claim 29, which additionally Method steps for recording intensity information for each of the N has interference data points representing an average intensity of the data points calculate and the calculated average of the data points subtract.
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