German Title: Verarbeitung interferometrischer Daten

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Abstract

In this thesis, fast and highly accurate interferometric metrology systems for both smooth and rough surfaces are presented. First, high-speed algorithms for white-light interferometry (WLI) and line scanning WLI are developed and their performance is compared. For large height differences, multiple wavelength interferometry is significantly faster, though, as in this approach the number of frames required for a surface estimate does not increase with surface height range. A system based on a tunable diode laser is discussed in detail, and new sampling schemes and estimation algorithms for the device are derived. An approximation to the theoretically optimal sampling pattern is given and a corresponding fast estimation algorithm is presented. As a building block for that algorithm, accurate and fast phase and frequency estimation from a low number of samples is discussed, and a new approach based on an interpolated FFT is presented. The influence of laser speckle on rough surfaces is investigated. A robust, adaptive filtering algorithm is developed. It takes spatial relationships into account — without imposing strong smoothness constraints — and uses additional knowledge on the signal from the raw data to improve performance significantly, especially on rough surfaces.

Translation of abstract (German)

In dieser Dissertation werden interferometrische Messverfahren für glatte und raue Oberflächen vorgestellt. Zunächst werden Hochgeschwindigkeits-Auswerteverfahren für Weisslichtinterferometrie (WLI) und zeilenscannende WLI hergeleitet und miteinander verglichen. Bei größeren Höhenmessbereichen kann jedoch Mehrwellenlängeninterferometrie deutlich schneller sein, weil bei diesem Verfahren die Anzahl der erforderlichen Messpunkte unabhängig vom Höhenbereich ist. Ein Messsystem mit einer durchstimmbaren Laserdiode wird im Detail analysiert, und neue Abtast- und Auswerteverfahren dafür werden hergeleitet. Es wird dabei eine Annäherung an die theoretisch optimale Abtastung entwickelt und ein zugehöriges Auswerteverfahren vorgestellt. Dazu sind schnelle und hochgenaue Phasenund Frequenzschätzverfahren auf Basis weniger Datenpunkte erforderlich. Ein neues Verfahren zur schnellen Frequenzschätzung mittels einer interpolierten FFT wird vorgestellt. Der Einfluss von Laser Speckle bei rauen Oberflächen wird untersucht und ein Verfahren zur robusten, adaptiven Filterung der Höhendaten wird gezeigt. Dieses verwendet räumliche Nachbarschaften — ohne dabei scharfe Anforderungen an die Glattheit der Oberfläche zu stellen — und zusätzliches Wissen über das Messsignal aus den Rohdaten, um die Ergebnisse insbesondere auf rauen Oberflächen deutlich zu verbessern.