DE102008008559A1 - interferometer - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Interferometer (1) mit einer Lichtquelle (2) und mit einer ein Videosignal (4) ausgebenden Kamera (5), insbesondere eine Digitalkamera, zum Erfassen eines Interferenzmusters. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Lichtquelle (2) pulsierend betreibbar ist.The invention relates to an interferometer (1) having a light source (2) and a camera (5) emitting a video signal (4), in particular a digital camera, for detecting an interference pattern. According to the invention it is provided that the light source (2) is pulsating operable.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Interferometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an interferometer according to Preamble of claim 1.
Interferometer sind interferometrische Messeinrichtungen, die für Präzisionsmessungen, beispielsweise für Längenmessungen, Brechzahlmessungen, Winkelmessungen und zur Spektroskopie eingesetzt werden. Dabei wird üblicherweise eine Lichtemission einer Lichtquelle in zwei kohärente Teilstrahlen aufgespalten, die später wieder überlagert werden. Üblicherweise ist in einem der Teilstrahlen ein Messobjekt angebracht. Die überlagerten Teilstrahlen werden auf eine Kamera (Sensor) geleitet, wobei auf dem Kamera-Chip ein Interferenzmuster abgebildet wird. Das Interferenzmuster wird dabei durch die Differenz der optischen Wege bestimmt, die die beiden Teilstrahlen bis zur Vereinigung zurückgelegt haben. Interferometer sind hochsensible Anordnungen, die anfällig gegenüber äußeren Störeinflüssen in Form von Schwingungen sind, wodurch Interferometer in der Praxis mit entsprechenden mechanischen Schwingungsdämpfern versehen sind.interferometer are interferometric measuring equipment used for precision measurements, for example for length measurements, refractive index measurements, Angular measurements and used for spectroscopy. This is usually a light emission of a light source into two coherent partial beams split up, which are later superimposed again. Usually is in one of the partial beams attached to a test object. The superimposed Sub-beams are directed to a camera (sensor), where on the camera chip an interference pattern is displayed. The interference pattern is determined by the difference of the optical paths, the the two partial beams are returned to the union to have. Interferometers are highly sensitive arrangements that are vulnerable against external disturbances are in the form of vibrations, thereby interferometer in practice are provided with appropriate mechanical vibration dampers.
Bekannte
Interferometer werden üblicherweise mit konstant arbeitenden
Lichtquellen, wie Lasern, Halogen-Lampen oder LEDs betrieben. Aus
der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Technische AufgabeTechnical task
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Interferometer vorzuschlagen, das weniger störanfällig gegenüber Schwingungen ist.Of the Invention has for its object to propose an interferometer, the less susceptible to vibrations is.
Technische LösungTechnical solution
Diese Aufgabe wird mit einem Interferometer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.These Task is performed with an interferometer with the characteristics of the claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims. Within the scope of the invention all combinations of at least two fall as well in the description, the claims and / or the figures disclosed features.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die mindestens eine Lichtquelle des, insbesondere flächig messenden, Interferometers gepulst zu betreiben, d. h. zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtimpulsen eine Lichtpulspause vorzusehen. Durch eine geeignete Wahl der Pulsfrequenz kann dabei die Anfälligkeit des Interferometers gegenüber äußeren Störeinflüssen in der Form von Schwingungen minimiert werden. Insbesondere kann eine Abschwächung des Interferenzkontrastes vermieden werden, wie dieser bei unmodulierten Lichtquellen aufgrund von (externen) Schwingungen unvermeidlich ist, da sich bei unmodulierten Lichtquellen verschiedene Signalteile untereinander ausmitteln. Durch die bevorzugt kurze Pulsdauer der Vielzahl von nacheinander ausgesendeten Lichtpulsen wird dieses Ausmitteln bei einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Interferometer mit Vorteil verhindert. Darüber hinaus steigt die Lebensdauer der Lichtquelle, da deren Temperaturentwicklung aufgrund des gepulsten Betriebs geringer ist. Insbesondere dann, wenn die einzelnen Lichtimpulse jeweils mittels eines konstanten Versorgungsstroms erzeugt werden, wird darüber hinaus eine höhere Wellenlängenstabilität erhalten.Of the Invention is based on the idea that at least one light source of the, in particular flat, measuring interferometer pulsed to operate, d. H. between two consecutive light pulses to provide a light pulse break. By a suitable choice of pulse rate can be the susceptibility of the interferometer to external Minimizes disturbing influences in the form of vibrations become. In particular, a weakening of the interference contrast be avoided, as this is due to unmodulated light sources of (external) vibrations is unavoidable, since unmodulated Light sources different Signal parts among each other. By the preferred short pulse duration of the plurality of consecutively emitted Light pulses will this purging in one of the concept of the invention trained interferometer prevented with advantage. About that In addition, the life of the light source increases because of their temperature development due to the pulsed operation is lower. In particular, then if the individual light pulses each by means of a constant Be generated supply current is also a get higher wavelength stability.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die nacheinander, vorzugsweise mit zeitlichem Abstand ausgesendeten Lichtimpulse mit Triggersignalen synchronisiert sind. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Interferometer hierzu mit, beispielsweise einen Transistor umfassenden, Synchronisationsmitteln versehen, die die Lichtquelle in Abhängigkeit eines Triggersignals ansteuern. Anders ausgedrückt, sind die Synchronisationsmittel derart ausgebildet, dass sie das Aussenden eines Lichtimpulses durch die Lichtquelle mit einem Triggersignal synchronisieren. Insbesondere durch eine geschickte Wahl des Triggersignals ist es möglich, die Störanfälligkeit des Interferometers gegenüber Schwingungen weiter zu reduzieren. Durch die Wahl eines geeigneten Triggersignals kann insbesondere eine Abschwächung des Interferenzkontrastes vermieden werden, wie dieser bei unmodulierten Lichtquellen auftritt. Darüber hinaus eliminiert das synchronisierte Pulsen der Lichtquelle die bei Interferometern mit unmodulierter Lichtquelle durch das Kamera-Interlacing auftretenden Artefakte.From particular advantage is an embodiment in which the successively, preferably emitted at a time interval Light pulses are synchronized with trigger signals. According to a development the invention is the interferometer with this, for example a transistor comprising synchronization means, the light source in response to a trigger signal drive. In other words, the synchronization means configured such that it transmits the emission of a light pulse synchronize the light source with a trigger signal. In particular by a clever choice of the trigger signal it is possible the interference susceptibility of the interferometer opposite To further reduce vibrations. By choosing a suitable Triggersignals can in particular a weakening of the Interference contrast can be avoided, as this unmodulated Light sources occurs. It also eliminates the synchronized Pulsing the light source with interferometers with unmodulated Light source through the camera interlacing artefacts.
Im Hinblick auf eine kostengünstige und robuste Ausbildung des Interferometers sowie im Hinblick auf die Bereitstellung einer Möglichkeit zur Erzeugung von Lichtimpulsen mit minimaler Pulslänge ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der die Lichtquelle mindestens eine LED umfasst. Dabei kann die Lichtquelle als einzelne LED oder als Ansammlung von LEDs ausgebildet werden.in the For a cost-effective and robust training the interferometer and with a view to providing a Possibility of generating light pulses with minimal Pulse length is an embodiment of advantage wherein the light source comprises at least one LED. It can the light source formed as a single LED or as a collection of LEDs become.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des Interferometers, bei der die Synchronisationsmittel die Stromversorgung für die mindestens eine Lichtquelle immer dann freigeben, sobald die Synchronisationsmittel ein Triggersignal detektieren. Anders ausgedrückt umfassen die Synchronisationsmittel einen elektronischen Schalter, der geschlossen wird, sobald ein Triggersignal detektiert wird. Das Triggersignal bildet also ein Start- oder Freischaltsignal für die elektrische Stromversorgung der Lichtquelle. Dabei können die Synchronisationsmittel eine integrierte Schaltung oder einen Transistor umfassen, wobei im Falle des Vorsehens eines Transistors bevorzugt die Basis des Transistors mittels des Triggersignals ansteuerbar ist. Besonders bevorzugt ist eine Ausbildung der Synchronisationsmittel als Operationsverstärker.Of particular advantage is an embodiment of the interferometer in which the synchronization means always release the power supply for the at least one light source as soon as the synchronization means detect a trigger signal. In other words, the synchronization means comprise an electronic switch which is closed as soon as a trigger signal is detected becomes. The trigger signal thus forms a start or release signal for the electrical power supply of the light source. In this case, the synchronization means may comprise an integrated circuit or a transistor, wherein in the case of the provision of a transistor preferably the base of the transistor is controlled by means of the trigger signal. Particularly preferred is an embodiment of the synchronization means as an operational amplifier.
Im Hinblick auf eine optimierte Minimierung der Schwingungsempfindlichkeit des Interferometers ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der die Synchronisationsmittel derart ausgebildet sind, dass zu Beginn jedes Bildframes (Vollbild oder Halbbild) ein Lichtimpuls von der Lichtquelle ausgesendet wird. Hierdurch wird das Pulsen der Lichtquelle von der Kamera, d. h. dem Kamera-Chip, insbesondere einem CCD-Chip, nicht registriert.in the With regard to an optimized minimization of vibration sensitivity the interferometer is an embodiment of advantage in which the synchronization means are designed such that at the beginning of each frame (frame or field) a pulse of light emitted by the light source. This will cause the pulse the light source from the camera, d. H. the camera chip, in particular a CCD chip, not registered.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der das Triggersignal integraler Bestandteil des Videosignals ist oder auf Basis des Videosignals erzeugt wird. Zum Detektieren eines Triggersignals im Videosignal sind die Synchronisationsmittel das Videosignal überwachend ausgebildet. Es ist auch möglich, dass das Triggersignal nicht oder nicht unmittelbar im Zusammenhang mit dem Videosignal generiert wird. Durch die Synchronisation mit einem externen Triggersignal ist der insbesondere flächenhaft messende Interferometer für weitere Anwendungen, wie beispielsweise das Messen von Schwingungen oder von bewegten Bauteilen einsetzbar.From particular advantage is an embodiment in which the Trigger signal is an integral part of the video signal or on Basis of the video signal is generated. To detect a trigger signal in the video signal, the synchronization means are monitoring the video signal educated. It is also possible that the trigger signal not or not directly related to the video signal is generated. By synchronizing with an external trigger signal is the particular areal measuring interferometer for other applications, such as measuring used by vibrations or moving components.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Triggersignal von einem Bildframe-Synchronisationsimpuls des Videosignals gebildet, oder auf Basis des Bildframe-Synchronisationsimpulses erzeugt. Der Bildframe-Synchronisationsimpuls signalisiert (kodiert) dabei den Beginn eines neuen Bildes (Bildframe).According to one Particularly preferred embodiment is the trigger signal formed by an image frame synchronization pulse of the video signal, or generated based on the frame sync pulse. Of the Frame sync pulse signals (encodes) while the Start of a new image (image frame).
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Pulsdauer des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtimpulses und/oder die Pulspausenlänge nicht fest vorgegeben, sondern einstellbar sind/ist. Es ist jedoch auch eine Ausführungsform mit fest vorgegebener Pulsdauer realisierbar. Bevorzugt ist die Pulspause zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Lichtimpulsen deutlich länger als der eigentliche Lichtimpuls.From particular advantage is an embodiment of the invention, in which the pulse duration of the light pulse emitted by the light source and / or the pulse pause length not fixed, but adjustable are / is. However, it is also an embodiment with fixed given pulse duration feasible. Preference is given to the pulse break between two temporally successive light pulses clearly longer than the actual light pulse.
Bevorzugt beträgt die Pulsdauer (Pulslänge) des Lichtimpulses zwischen etwa 0,5 ms und etwa 2 ms. Vorzugsweise ist die Pulsdauer aus einem Wertebereich zwischen etwa 0,8 ms und etwa 1,3 ms gewählt bzw. wählbar.Prefers is the pulse duration (pulse length) of the light pulse between about 0.5 ms and about 2 ms. Preferably, the pulse duration selected from a range of values between about 0.8 ms and about 1.3 ms or selectable.
Zur Realisierung einer definierten Pulslänge umfassen die Synchronisationsmittel bevorzugt einen Zähler, der durch das Triggersignal gestartet bzw. mit einem definierten Wert geladen wird. Bei Überlauf des Zählers, d. h. bei Erreichen eines vorgegebenen oder vorgebbaren Wertes, wird der Zähler sowie der Lichtimpuls gestoppt/beendet. Bevorzugt erfolgt das Stoppen/Beenden des Lichtimpulses durch Unterbrechen der Stromversorgung der mindestens einen Lichtquelle.to Realization of a defined pulse length include the synchronization means prefers a counter which is started by the trigger signal or loaded with a defined value. At overflow of the Counter, d. H. upon reaching a predetermined or predefinable Value, the counter and the light pulse is stopped / stopped. The stopping / stopping of the light pulse preferably takes place by interrupting the power supply of the at least one light source.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of a preferred embodiment as well as from the drawings. These show in:
Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of invention
In
Die
Teillichtimpulse
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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2009
- 2009-01-22 WO PCT/EP2009/050716 patent/WO2009098126A1/en active Application Filing
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R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination | ||
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Effective date: 20150210 |