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Die Erfindung betrifft ein Interferometer zur optischen Vermessung eines Objekts gemäß Anspruch 1.
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Der typische Aufbau eines Interferometers zur optischen Vermessung umfasst eine Lichtquelle, einen Strahlteiler und einen Detektor. Mittels des Strahlteilers wird ein Lichtstrahl der Lichtquelle in einen Mess- und einen Referenzstrahl aufgespaltet. Der Messstrahl trifft auf das zu vermessende Objekt auf und wird von diesem zumindest teilweise reflektiert. Der (teilweise) reflektierte Messstrahl gelangt wieder in den Strahlengang des Interferometers und wird dort auf dem Detektor mit dem Referenzstrahl überlagert. Das Messsignal des Detektors ist somit ein Interferenzsignal der überlagerten Strahlen.
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Eine Bewegung des Objekts relativ zum Interferometer beeinflusst die Frequenz des zurückgestreuten Messstrahls, sodass durch eine Auswertung des Detektorsignals auf die Bewegung des Objekts rückgeschlossen und insbesondere die Bewegungsgeschwindigkeit bestimmt werden kann. Solche Vorrichtungen werden auch als „Laser-Doppler-Vibrometer” bezeichnet.
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Bei der optischen Vermessung eines Objekts ist es häufig notwendig, mehrere Messpunkte auf dem Objekt zu vermessen. Dies ist beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik der Fall, um Schwingungen an einem Verbrennungsmotor zu detektieren. Hier ist es notwendig, die Schwingung an mehreren Punkten des Motorgehäuses oder an der Fahrzeugkarrosserie zu vermessen, z. B. um etwaige nicht reproduzierbare transiente Motorvibrationen zu ermitteln.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Interferometer bezüglich der Vermessung mehrerer Messpunkte auf einem Objekt zu verbessern. Das erfindungsgemäße Interferometer soll sich insbesondere durch einen einfachen und robusten Aufbau auszeichnen.
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Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Interferometer gemäß Anspruch 1, sowie durch die Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators zum Ablenken und/oder Aufspalten eines Messstrahls eines Interferometers gemäß Anspruch 12, wobei das Interferometer und der räumliche Lichtmodulator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgeführt sind.
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Die Ansprüche 2 bis 11 beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen des in Anspruch 1 beschriebenen Interferometers.
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Das erfindungsgemäße Interferometer zeichnet sich somit dadurch aus, dass es einen räumlichen Lichtmodulator aufweist. Dieser umfasst eine Hologrammsteuereinheit und eine damit verbundene Hologrammrekonstruktionseinheit.
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Die Hologrammrekonstruktionseinheit ist im Strahlengang des Messstrahls zwischen Strahlteiler und Objekt angeordnet, sodass der Messstrahl durch die Hologrammrekonstruktionseinheit beeinflusst werden kann, bevor er auf das Messobjekt auftrifft.
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Die Hologrammsteuereinheit ist mit der Hologrammrekonstruktionseinheit verbunden und steuert diese derart, dass ein wahlweise vorgebbares Hologramm in der Hologrammrekonstruktionseinheit erzeugt wird. Das Hologramm ist derart vorgebbar, dass der Messstrahl mittels der Hologrammrekonstruktionseinheit abgelenkt und/oder aufgespaltet wird.
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Wesentlich ist somit, dass mittels eines Hologramms der Messstrahl vor Auftreffen auf das zu vermessende Objekt beeinflusst wird und dass das Hologramm derart vorgebbar ist, dass der Messstrahl abgelenkt und/oder aufgespaltet werden kann.
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Die Beeinflussung eines Lichtstrahls mittels eines Hologramms und die Erzeugung eines solchen Hologramm beispielsweise mittels eines Computers ist bereits bekannt und wird zum Beispiel in
Haist, T., Schönleber, M., Tiziani, H. J., „Computer-generated holograms from 3D-objects written on twisted-nematic liquid crystal displays”, Optics Communications, 140 (4–6), pp. 299–308 (1997)
und
Haist, T., Reicherter, M., Min Wu, Seifert L., „Using Graphics Boards to compute holograms”, Computing in Science & Engineering – January 2006, pp. 8.–14
beschrieben. Die Ablenkung und/oder Aufspaltung eines Lichtstrahls mittels eines Hologramms ist auch bei optischen Pinzetten bekannt und beispielsweise in
M. Reicherter, T. Haist, E. U. Wagemann, H. J. Tiziani, „Optical particle trapping with computer-generated holograms written on a liquid-crystal display”, Optics Letters, 24 (1999) pp. 608–610.
beschrieben.
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Durch die Verwendung eines Hologramms zur Beeinflussung des Messstrahls ergeben sich eine Reihe von Vorteilen:
Mittels des Hologramms kann der Messstrahl beeinflusst werden, ohne dass bewegte Teile, wie zum Beispiel mechanisch bewegte Spiegel oder Piezoelemente benötigt werden. Dies führt zu einer höheren Robustheit des Interferometers und zu einem geringeren Wartungsaufwand. Darüber hinaus kann durch den räumlichen Lichtmodulator mittels des Hologramms eine Ablenkung oder eine Aufspaltung des Lichtstrahls oder sowohl eine Ablenkung, als auch eine Aufspaltung des Lichtstrahls erzielt werden. Hieraus ergibt sich eine hohe Flexibilität, die durch unterschiedliche Ansteuerung der Hologrammrekonstruktionseinheit durch die Hologrammsteuereinheit erreicht werden kann. Die Flexibilität ist somit gewährleistet, ohne dass apparative Änderungen vorgenommen werden müssten, sondern indem lediglich in der Hologrammsteuereinheit entsprechende Abläufe zur Steuerung der Hologrammrekonstruktionseinheit vorgesehen sind. Ebenso ist eine Änderung des in der Hologrammrekonstruktionseinheit erzeugten Hologramms in sehr kurzer Zeit möglich, sodass der Messstrahl in schneller zeitlicher Abfolge unterschiedlich beeinflusst werden kann, ohne dass hier beispielsweise Grenzen aufgrund der trägen Masse eines bewegten Spiegels zu beachten wären.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Interferometer derart ausgeführt, dass die Hologrammsteuereinheit abhängig von einem wahlweise vorgebbaren Ablenkwinkel ein Hologramm in der Hologrammrekonstruktionseinheit erzeugt, sodass der Messstrahl durch das Hologramm derart beeinflusst wird, dass er um den vorgegebenen Winkel abgelenkt wird.
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Unter vorgebbaren Ablenkwinkel ist hierbei jede Vorgabe zu verstehen, die eine eindeutige Ablenkung des Messstrahls im dreidimensionalen Raum gegenüber dem nichtabgelenkten Messstrahls vorgibt. So kann beispielsweise ein kartesisches Koordinatensystem derart gewählt werden, dass der nichtabgelenkte Messstrahl entlang der X-Achse verläuft. Der vorgebbare Ablenkwinkel kann in diesem Fall zum Beispiel durch Vorgabe eines Ablenkwinkels in der XZ-Ebene und eines Ablenkwinkels in der dazu senkrecht stehenden XY-Ebene bestehen, das heißt der vorgebbare Ablenkwinkel bestünde in diesem Fall aus einem Paar von zwei Winkelwerten. Ebenso ist als vorgebbarer Ablenkwinkel jedoch auch jede andere Angabe denkbar, welche eine eindeutige Raumrichtung definiert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Hologrammsteuereinheit derart ausgeführt, dass ein Messpunkt auf dem Objekt vorgegeben werden kann. Die Hologrammsteuereinheit erzeugt abhängig von dieser Vorgabe ein Hologramm in der Hologrammrekonstruktionseinheit, sodass der Messstrahl durch die Beeinflussung mittels des Hologramms auf den vorgegebenen Messpunkt auf dem Objekt trifft. Der Messpunkt kann beispielsweise durch (X, Y, Z)-Koordinaten in einem kartesischen Koordinatensystem vorgegeben werden.
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Die Hologrammrekonstruktionseinheit ist vorzugsweise als reflektierende optische Einheit ausgeführt. Der Messstrahl des Interferometers wird somit von der Hologrammrekonstruktionseinheit reflektiert und trifft auf das zu vermessende Objekt. Bei der Reflektion durch die Hologrammrekonstruktionseinheit wird der Messstrahl jedoch zusätzlich beeinflusst, das heißt abgelenkt und/oder aufgespaltet.
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Die reflektierende Hologrammrekonstruktionseinheit kann beispielsweise als Spiegel-Array ausgebildet sein. Ein solches Spiegel-Array weist eine Vielzahl einzel ansteuerbarer Mikrospiegel auf, die üblicherweise in einem rechtwinkligen Raster angeordnet sind. Mittels der Hologrammsteuereinheit kann jeder Mikrospiegel des Spiegel-Arrays einzeln derart angesteuert werden, dass er wahlweise den Messstrahl reflektiert oder absorbiert. Auf diese Weise kann ein beliebiges Muster von reflektierenden bzw. nichtreflektierenden Elementen auf dem Spiegel-Array erzeugt werden und somit auch nach dem Prinzip einer fresnelschen Zonenplatte ein Hologramm auf dem Spiegel-Array erzeugt werden. Herkömmliche Spiegel-Arrays beeinflussen lediglich die Intensität eines auftreffenden Lichtstrahls. Es sind jedoch auch Neuentwicklungen von Spiegel-Arrays bekannt, welche die Phase eines auftreffenden Lichtstrahls beeinflussen können.
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Ebenso ist es auch möglich, die reflektierende Hologrammrekonstruktionseinheit als Liquid-Crystal-On-Silicon Modulator auszuführen. In diesem Fall ist die reflektierende Hologrammrekonstruktionseinheit somit als Liquid-Crystal-Display (LCD) ausgeführt, bei dem eine Vielzahl von Pixeln jeweils einzeln durch die Hologrammsteuereinheit angesteuert werden können.
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Wesentlich an dem Liquid-Crystal-On-Silicon Modulator ist, dass der Messstrahl durch den Modulator reflektiert wird und hierbei sowohl die Intensität, als auch die Phase des Messstrahls beeinflusst werden können. Die Hologrammsteuereinheit kann somit unterschiedliche Teilbereiche des Messstrahls wahlweise hinsichtlich der Intensität und/oder der Phase beeinflussen.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch die Verwendung des Liquid-Crystal-On-Silicon Modulators eine höhere Effizienz, das heißt insbesondere eine höhere Lichtstärke des reflektierten Messstrahls erzielt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Hologrammrekonstruktionseinheit als transparente optische Einheit ausgeführt. In diesem Fall kann die Hologrammrekonstruktionseinheit beispielsweise als transparentes Liquid-Crystal-Display (LCD) ausgeführt sein. Die Funktion des transparenten LCD ist identisch zu der oben bezüglich des Liquid-Crystal-On-Silicon Modulators beschriebenen, wobei jedoch der Messstrahl nicht reflektiert wird, sondern durch die transparente Hologrammrekonstruktionseinheit hindurchtritt und hierbei hinsichtlich der Intensität und/oder der Phase beeinflusst wird.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, das Interferometer als heterodynes Interferometer auszuführen. Bei einem heterodynen Interferometer werden die Frequenzen von Mess- und Referenzstrahl gegeneinander verstimmt, sodass aus dem Interferenzsignal nicht nur die Bewegungsgeschwindigkeit, sondern auch die Bewegungsrichtung des Objekts ermittelt werden kann. Typischerweise weist ein heterodynes Interferometer eine Frequenzverschiebeeinheit auf, welche im Strahlengang des Mess- und/oder des Referenzstrahls angeordnet ist. Mittels der Frequenzverschiebeeinheit werden die Frequenzen des Mess- und des Referenzstrahls gegeneinander verschoben, sodass aus dem Interferenzsignal die Bewegungsrichtung ermittelt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Interferometer kann derart aufgebaut sein, dass der vom Messobjekt zumindest teilweise reflektierte Messstrahl wieder über die Hologrammrekonstruktionseinheit in den Strahlengang des Interferometers eintritt und anschließend, beispielsweise durch einen zweiten Strahlteiler auf dem Detektor mit dem Referenzstrahl überlagert wird.
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Untersuchungen der Anmelderin haben jedoch ergeben, dass sich durch die Beeinflussung des Messstrahls mittels eines Hologramms Störordnungen ergeben, das heißt unerwünschte Komponenten des Messstrahls, welche ebenfalls durch das Messobjekt reflektiert werden und wieder in den Strahlengang des Interferometers eingekoppelt werden können und daher zu einer Verfälschung des Messergebnisses führen können.
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Die unerwünschten Komponenten bestehen aus Anteilen des Messstrahls, welche in anderen Winkeln abgelenkt werden, als dem vorgegebenen Ablenkungswinkel und somit auch nicht auf dem erwünschten Messpunkt auf dem Messobjekt auftreffen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Interferometer daher Blenden auf, welche derart im Strahlengang des Interferometers angeordnet sind, das sie die Störordnungen ausblenden, sodass diese Anteile des Messstrahls nicht auf dem Detektor mit dem Referenzstrahl überlagert werden.
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Ebenso ist es jedoch auch möglich, eine zweite Hologrammrekonstruktionseinheit vorzusehen. In dieser vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Interferometers trifft der Messstrahl zunächst auf die erste Hologrammrekonstruktionseinheit und wird dort wie vorhergehend beschrieben beeinflusst.
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Anschließend treffen der Messstrahl und eventuelle Störordnungen des Messstrahls auf das Messobjekt, wo die bereits beschriebene zumindest teilweise Reflektion stattfindet. Wesentlich ist, dass in dieser vorteilhaften Ausgestaltung der reflektierte Messstrahl über die zweite Hologrammrekonstruktionseinheit wieder in den Strahlengang des Interferometers eintritt. Die zweite Hologrammrekonstruktionseinheit kann dabei nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein, das heißt insbesondere als reflektierende oder als transmittierende Hologrammrekonstruktionseinheit.
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Die Hologrammsteuereinheit ist ebenfalls mit der zweiten Hologrammrekonstruktionseinheit verbunden, sodass auch in der zweiten Hologrammrekonstruktionseinheit ein wahlweise vorgebbares Hologramm erzeugt werden kann.
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Wesentlich ist, dass die Hologrammsteuereinheit abhängig von dem in der ersten Hologrammrekonstruktionseinheit erzeugten Hologramm ein Hologramm in der zweiten Hologrammrekonstruktionseinheit erzeugt, sodass Störordnungen des zumindest teilweise reflektierten Messstrahls mittels der zweiten Hologrammrekonstruktionseinheit ausgeblendet werden.
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Auf diese Weise können Messfehler aufgrund von Störordnungen vermieden werden: Das Hologramm in der zweiten Hologrammrekonstruktionseinheit ist derart erzeugt, dass ein an dem zu vermessenden Punkt auf dem Objekt zumindest teilweise reflektierter Messstrahl in der zweiten Hologrammrekonstruktionseinheit derart abgelenkt wird, dass er im Strahlengang des Interferometers auf den optischen Detektor trifft, gegebenenfalls über weitere optische Komponenten wie Strahlteiler oder Spiegel.
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Eine aus einer Störordnung resultierende unerwünschte Komponente des Messstrahls kann auf einen ortsverschiedenen Punkt des Messobjekts auftreffen und von dort mittels (teilweiser) Reflektion ebenfalls auf die zweite Hologrammrekonstruktionseinheit reflektiert werden. Diese reflektierte unerwünschte Komponente des Messstrahls trifft jedoch in einem anderen Winkel auf die zweite Hologrammrekonstruktionseinheit auf als der von dem zu vermessenden Punkt auf dem Messobjekt reflektierte Messstrahl, tritt daher nicht in den vorgesehenen Strahlengang des Interferometers ein und trifft auch nicht auf den Detektor. Daher wird die Messung nicht durch die unerwünschte Komponente des Messstrahls verfälscht.
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Vorteilhafter weise ist im Strahlengang des Interferometers daher zwischen zweiter Hologrammrekonstruktionseinheit und Detektor eine Blende vorgesehen, welche solche Strahlen ausblendet, die die zweite Hologrammrekonstruktionseinheit in einem Winkel verlassen, der nicht auf den Detektor gerichtet ist. Diese Blende kann vorteilhafterweise als Lochblende ausgeführt sein.
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Wie vorhergehend beschrieben, zeichnet sich das Interferometer insbesondere durch eine hohe Flexibilität bei der Beeinflussung des Messstrahls durch die Hologrammrekonstruktionseinheit aus. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Hologrammsteuereinheit daher derart ausgeführt, dass sie abhängig von einer vorgegebenen Anzahl von Messteilstrahlen und jeweils einem für jeden Messteilstrahl vorgegebenen Winkel ein entsprechendes Hologramm in der Hologrammrekonstruktionseinheit erzeugt. Hierdurch wird der Messstrahl in die vorgegebene Anzahl von Teilstrahlen aufgespaltet und jeder Teilstrahl wird um den jeweils für diesen Teilstrahl vorgegebenen Winkel abgelenkt.
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Das erfindungsgemäße Interferometer kann somit auf einfache Weise als Vielstrahl-Interferometer ausgebildet sein, welches eine hohe Flexibilität aufweist:
Sowohl die Anzahl der Teilstrahlen, als auch der Ablenkwinkel für jeden Teilstrahl kann wahlweise vorgegeben werden. Hierdurch können beliebige Punkte auf dem Messobjekt gleichzeitig mit Messstrahlen beaufschlagt werden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber bekannten Messverfahren, in denen ein Messobjekt mit einem starren rechtwinkligen Punkteraster beleuchtet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Interferometer kann das Punkteraster und die Anzahl der Messstrahlen und damit der gleichzeitig beleuchteten Messpunkte beliebig an das zu vermessende Objekt angepasst werden. Darüber hinaus ist es möglich, das Punkteraster während der Messung zu verändern, beispielsweise um eine Anpassung an eine Bewegung des Objekts oder an eine Veränderung der Oberfläche des zu vermessenden Objekts zu erreichen.
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Auch in diesem Fall ist der vorgegebene Winkel wie vorhergehend beschrieben zu verstehen, das heißt durch den vorgegebenen Winkel ist eine eindeutige Raumrichtung für den abgelenkten Messstrahl definiert.
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Vorteilhafterweise ist das Interferometer daher derart ausgeführt, dass die Hologrammsteuereinheit abhängig von mehreren auf dem Objekt vorgegebenen Messpunkten ein entsprechendes Hologramm in der Hologrammrekonstruktionseinheit erzeugt, sodass der Messstrahl auf einen Messteilstrahl pro Messpunkt aufgespaltet wird und diese Teilstrahlen derart abgelenkt werden, dass jeder vorgegebene Messpunkt auf dem Hologramm mit einem der Messteilstrahlen beaufschlagt wird, sodass gleichzeitig an allen vorgegebenen Messpunkten des Messobjekts Messungen vorgenommen werden können.
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Ebenso ist es auch möglich, dass der Messstrahl mittels eines an sich bekannten Strahlvervielfältigers in eine vorgegebene Anzahl von Messteilstrahlen aufgespaltet wird und lediglich die Ablenkung der Messteilstrahlen mittels der Hologrammrekonstruktionseinheit vorgenommen wird. Der Strahlvervielfältiger kann beispielsweise durch eine Kombination einer Linse zum Auffächern des Messstrahls und einer Blende mit je einer Öffnung pro Messteilstrahl realisiert sein.
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Zur zeitgleichen Vermessung und Auswertung mehrerer Messpunkte auf dem Objekt ist das erfindungsgemäße Interferometer vorteilhafterweise wie folgt ausgeführt:
In dieser Ausführungsform umfasst das Interferometer eine Auswerteeinheit, einen Strahlvervielfältiger und für jeden Messteilstrahl jeweils einen Detektor. In diesem Fall ist die maximale Anzahl von Messteilstrahlen somit durch die Anzahl der Detektoren vorgegeben.
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Der Strahlvervielfältiger ist im Strahlengang des Referenzstrahls angeordnet und derart ausgeführt, dass der Referenzstrahl in einen Referenzteilstrahl pro Messteilstrahl aufgespaltet wird. Analog zu dem Aufbau des Einstrahl-Interferometers ist das Mehrstrahl-Interferometer derart aufgebaut, dass auf jedem Detektor jeweils ein Referenzteilstrahl mit einem Messteilstrahl überlagert wird. An jeden Detektor kann somit das Interferenzsignal für den dem Messstrahl dieses Detektors zugeordneten Messpunkt auf dem Objekt abgegriffen werden.
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Die Auswerteeinheit ist mit den Detektoren verbunden und vorteilhafterweise derart ausgeführt, dass sie die Messsignale der Detektoren zeitgleich auswertet. Eine zeitgleiche Auswertung kann darin bestehen, dass die Messsignale der Detektoren zeitgleich digitalisiert und/oder dass die Messsignale der Detektoren zeitgleich demoduliert werden. Hierbei kann die Auswerteeinheit derart ausgestaltet sein, dass für zeitkritische Auswertevorgänge pro Detektor jeweils eine Unterauswerteeinheit vorgesehen ist. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Auswerteeinheit pro Detektor eine Demodulationseinheit umfasst, sodass die Messsignale aller Detektoren zeitgleich demoduliert werden können, ohne dass sich die Demodulationseinheiten gegenseitig beeinflussen, sodass eine Verfälschung des Messergebnisses aufgrund von Zeitverzögerungen in einer Demodulationseinheit ausgeschlossen sind.
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Die vorhergehend beschriebenen Vorteile sind somit grundsätzlich darin begründet, dass bei einem Interferometer ein räumlicher Lichtmodulator zum Ablenken und/oder Aufspalten des Messstrahls des Interferometers verwendet wird, wobei der räumliche Lichtmodulator den Messstrahl mittels eines Hologramms beeinflusst, wie vorhergehend beschrieben.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Interferometers wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigt:
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1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Interferometers als Vielstrahl-Interferometer mit einer transparenten Hologrammrekonstruktionseinheit;
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2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Interferometers als Einstrahl-Interferometer, bei dem Störordnungen des Messstrahls durch eine Blende aufgeblendet werden;
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3 eine schematische Darstellung des in 2 durch die Blende ausgeblendeten Bereichs und
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4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Interferometers als Einstrahlinterferometer, bei dem mittels einer zweiten Hologrammrekonstruktionseinheit vermieden wird, dass Störordnungen des Messstrahls auf den Detektor auftreffen.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Interferometer dargestellt, bei dem die Lichtquelle 1 als Laser ausgeführt ist. Der von der Lichtquelle erzeugte Lichtstrahl wird mittels eines ersten Strahlteilers 2 in einen Messstrahl 3 und einen Referenzstrahl 4 aufgespaltet.
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Der Messstrahl 3 wird mittels des ersten Strahlvervielfältigers 5 in eine Vielzahl von Messteilstrahlen aufgespaltet, von denen lediglich zwei Messteilstrahlen 3a und 3b dargestellt sind. Die Messteilstrahlen treten durch einen zweiten Strahlteiler 6, sowie durch ein λ/4-Plättchen 7 hindurch und treffen auf die transparente Hologrammrekonstruktionseinheit 8, welche als LCD ausgeführt ist.
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Die transparente Hologrammrekonstruktionseinheit ist mit einer Hologrammsteuereinheit 9 verbunden, welche abhängig von für jeden Messteilstrahl (3a, 3b) vorgegebenen Winkeln ein Hologramm in der Hologrammrekonstruktionseinheit 8 erzeugt, sodass jeder Messteilstrahl entsprechend des vorgegebenen Winkels abgelenkt wird.
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Die Winkel zur Ablenkung der Messteilstrahlen sind derart gewählt, dass jeder Messteilstrahl auf einen vorgegebenen Messpunkt (10a, 10b) auf einem zu vermessenden Objekt 10 trifft.
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Die von dem Objekt 10 zumindest teilweise reflektierten Messteilstrahlen treten über die Hologrammrekonstruktionseinheit 8 wieder in den Strahlengang des Interferometers ein, wobei jeder Messteilstrahl über das λ/4-Plättchen 7, den zweiten Strahlteiler 6 und einen dritten Strahlteiler 11 auf jeweils einen Detektor (12a, 12b) trifft.
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Der Referenzstrahl 4 wird über einen Spiegel 13 auf eine Frequenzverschiebeeinheit 14 geleitet, welche als Bragg-Zelle ausgeführt ist. Die Bragg-Zelle verändert die Frequenz des Referenzstrahls 4, sodass die Frequenz des Messstrahls 3 und des Referenzstrahls 4 gegeneinander verstimmt sind, das heißt das in 1 dargestellte Interferometer ist als heterodynes Interferometer ausgeführt.
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Der Messstrahl 4 wird anschließend durch den zweiten Strahlvervielfältiger 15 in eine Vielzahl von Referenzteilstrahlen aufgespaltet, sodass eine gleiche Anzahl von Mess- und Referenzteilstrahlen vorliegt. In 1 sind lediglich zwei Referenzteilstrahlen 4a und 4b dargestellt.
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Die Referenzteilstrahlen 4a und 4b werden ebenfalls über den dritten Strahlteiler 11 auf die Detektoren 12a und 12b geleitet, sodass auf dem ersten Detektor 12a der (zumindest teilweise reflektierte) erste Messteilstrahl 3a mit dem ersten Referenzteilstrahl 4a überlagert werden und auf dem zweiten Detektor 12b entsprechend Messteilstrahl 3b und Referenzteilstrahl 4b überlagert werden.
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Die Lichtquelle 1 erzeugt ein polarisiertes Licht und die Strahlteiler 2, 6 und 11 sind als Polarisationsstrahlteiler ausgeführt. In Zusammenwirkung mit dem λ/4-Plättchen 7 ist so eine Umlenkung der Lichtstrahlen ohne wesentlichen Intensitätsverlust möglich.
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Das in 1 dargestellte Interferometer umfasst ferner eine (nicht dargestellte Auswerteeinheit), welche mit den Detektoren (12a, 12b) verbunden ist. Die Auswerteeinheit umfasst für jeden Detektor jeweils eine Demodulationseinheit, sodass die Messsignale der Detektoren zeitgleich demoduliert werden.
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Mit dem in 1 dargestellten Interferometer können somit eine Vielzahl von Messpunkten auf dem Objekt 10 gleichzeitig vermessen werden. Wesentlich ist, dass die Anordnung der Messpunkte auf dem Objekt 10 frei vorgegeben werden kann und durch die Hologrammsteuereinheit 9 abhängig von den vorgegebenen Messpunkten ein entsprechendes Hologramm in der Hologrammrekonstruktionseinheit 8 erzeugt wird, so dass die Messteilstrahlen (3a, 3b) auf die vorgegebenen Messpunkte abgelenkt werden.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das erfindungsgemäße Interferometer als Einstrahl-Interferometer ausgeführt ist. Der Aufbau entspricht grundsätzlich dem in 1 dargestellten und gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Aufgrund der Ausführung als Einstrahl-Interferometer umfasst das in 2 dargestellte Interferometer nur einen Detektor 12.
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Der Messstrahl 3 wird in diesem Ausführungsbeispiel nicht aufgespaltet und durchläuft den zweiten Strahlteiler 6, das λ/4-Plättchen 7, die Hologrammrekonstruktionseinheit 8 und trifft auf das zu vermessende Objekt 10 an einem vorgegebenen Messpunkt 10a auf.
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Wesentlich ist, dass in diesem Ausführungsbeispiel zwischen der Hologrammrekonstruktionseinheit 8 und dem Objekt 10 eine Blende 20 im Strahlengang des Messstrahls angeordnet ist, um Störordnungen des Messstrahls auszublenden.
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Die Blende ist derart ausgeführt, dass in etwa 75% des möglichen Ablenkungsbereiches des Messstrahls 3 durch die Blende ausgeblendet werden. Dies ist in 3 erläutert:
In 3 ist durch den Kreis 30 der Ablenkungsbereich des Messstrahls dargestellt, wie er in 2 an Position der Blende 20 senkrecht zur Zeichenebene in 2 möglich ist.
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Ein nicht abgelenkter Messstrahl 3 wird durch den Ursprung des in 3 dargestellten Koordinatensystems an dem mit dem Bezugszeichen U bezeichneten Punkt hindurch treten und anschließend auf das Messobjekt 10 auftreffen.
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Durch die Hologrammrekonstruktionseinheit 8 kann der Messstrahl innerhalb eines bestimmten Raumwinkels auf beliebige Punkte gerichtet werden, dass heißt es kann eine beliebige Raumrichtung innerhalb dieses Raumwinkels vorgegeben werden. Die äußere Begrenzung des Raumwinkels ist durch den Kreis 30 in 3 dargestellt.
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Die Blende 20 ist nun derart ausgeführt, dass sie lediglich in einem Quadranten den Messstrahl hindurchlässt und in den übrigen drei Quadranten den Messstrahl ausblendet. Die Blende 20 kann beispielsweise derart ausgeführt sein, dass lediglich in dem mit Bezugszeichen A in 3 gekennzeichneten Quadranten der Messstrahl durch die Blende 20 hindurchtreten kann.
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Hierdurch wird zwar der Bereich, innerhalb dessen das Objekt 10 mit Messpunkten beaufschlagt werden kann verringert, vorteilhaft ist jedoch, dass Störordnungen eines innerhalb des Bereiches A abgelenkten Messstrahls typischerweise in einem der anderen Quadranten, das heißt in einem der Bereiche B, C oder D liegen und durch die Blende 20 ausgeblendet werden.
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Auf diese Weise ist somit eine Vermeidung einer Verfälschung des Messergebnisses durch Störordnungen des Messstrahls möglich.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Interferometer ebenfalls als Einstrahl-Interferometer ausgeführt ist.
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Auch hier entspricht der Aufbau im Wesentlichen dem aus 1 und 2 und gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Wesentlich ist, dass in 4 das Interferometer eine zweite Hologrammrekonstruktionseinheit 8' umfasst, welche ebenfalls mit der Hologrammsteuereinheit 9 verbunden ist, so dass die Hologrammsteuereinheit 9 in beiden Hologrammrekonstruktionseinheiten (8, 8') jeweils ein Hologramm erzeugen kann.
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Tritt ein Messstrahl 3 durch die erste Hologrammrekonstruktionseinheit 8 hindurch, so wird er wie vorhergehend beschrieben durch das in der Hologrammrekonstruktionseinheit 8 dargestellte Hologramm derart beeinflusst, dass er auf einen vorgegebenen Messpunkt 10a auf dem Messobjekt 10 abgelenkt wird.
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In 4 ist zusätzlich durch eine gestrichelte Linie eine mögliche Störordnung dargestellt, das heißt ein Anteil des Messstrahls 3, welcher in einem anderen als dem vorgegebenen Winkel abgelenkt wird. Dieser unerwünschte Teil des Messstrahls kann auf einen zu Punkt 10a ortsfremden Punkt 10a' auf dem Objekt 10 treffen und dort ebenfalls teilweise reflektiert werden.
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Wesentlich bei dem Ausführungsbeispiel in 4 ist, dass der Messstrahl 3 über die zweite Hologrammrekonstruktionseinheit 8' wieder in den Strahlengang des Interferometers eintritt und schließlich auf dem Detektor 12 mit dem Referenzstrahl 4 überlagert wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Strahlteiler 6 durch einen Spiegel 6' ersetzt.
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Der unerwünschte Teil des Messstrahls trifft zwar ebenfalls auf die zweite Hologrammrekonstruktionseinheit 8 auf, allerdings in einem anderen Winkel als der reflektierte Messstrahl 3.
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Die Steuereinheit 9 erzeugt ein Hologramm in der zweiten Hologrammrekonstruktionseinheit 8', welches derart ausgebildet ist, dass ausgehend von dem vorgegebenen Messpunkt 10a der zumindest teilweise reflektierte Messstrahl 3 durch die zweite Hologrammrekonstruktionseinheit 8' derart abgelenkt wird, dass er auf den Detektor 12 auftrifft.
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Da der unerwünschte Teil des Messstrahls in einem anderen Winkel auf die zweite Hologrammrekonstruktionseinheit 8' auftrifft, wird er auch durch diese in einem anderen Winkel abgelenkt, insbesondere nicht in Richtung des vorgesehenen Strahlengangs zu dem Detektor 12.
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Eine Verfälschung des Messergebnisses durch eine Störordnung des Messstrahls, wie beispielsweise den unerwünschten Teil des Messstrahls in 4 kann somit vermieden werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, um störende Reflexe innerhalb des Interferometers durch den unerwünschten Teil des Messstrahls zu verhindern, eine Lochblende 21 im Strahlengang des Interferometers zwischen zweiter Rekonstruktionseinheit 8' und Detektor 12 anzuordnen, welche den vorgesehenen Strahlengang des Messstrahls 3 freigibt, jedoch Störordnungen wie beispielsweise den gestrichelt dargestellten unerwünschten Teil des Messstrahls ausblendet.
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Die in 2 und 4 dargestellten Vorrichtungen sind aufgrund der einfacheren Darstellbarkeit als Einstrahl-Interferometer dargestellt. Selbstverständlich kann eine Vermeidung von Störordnungen auch bei Mehrstrahl-Interferometern vorgenommen werden, insbesondere die in 4 dargestellte Unterdrückung von Störordnungen durch eine zweite Hologrammrekonstruktionseinheit 8' ist in Kombination mit der Erzeugung mehrerer Messteilstrahlen vorteilhaft.
