DE102010046907A1 - Robustes One-Shot-Interferometer und Verfahren , insbesondere auch als Scout-Sensor zur multi-sensoriellen Materialmessung oder Tumorzellen-Erkennung - Google Patents

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Abstract

meter (ROST), insbesondere auch als hochaperturiges Kurzkohärenz-Interferenz-Mikroskop (HA KIM), und ein ROSI- bzw. HA-KIM-Verfahren zur Erfassung von Abstand, Tiefe, Profil, Form, Welligkeit und/oder Rauheit oder der optischen Weglänge in oder an technischen oder biologischen Objekten, auch in Schichtenform, oder auch zur optischen Kohärenz-Tomografie (OCT), insbesondere auch als Scout-Sensor zur multi-sensoriellen Materialmessung oder Tumorzellen-Erkennung, mit einer Quelle elektromagnetischer Strahlung, mit einem Objekt- und Referenzstrahlengang, mit einem Retro-End-Reflektor sowie einem Detektor für elektromagnetische Strahlung. Ort der Strahlseparation und -vereinigung sind im Interferometer räumlich voneinander getrennt, wodurch zwei gleichartige Ausgänge bestehen. Erfindungsgemäß ist im Referenzstrahlengang entweder der Retro-Reflektor als Tripel-Reflektor mit vorbestimmter kleiner Abweichung delta_beta von der idealen Raumecke ausgebildet oder der Retro-Reflektor ist als fokussierendes System mit Reflektor im Fokus ausgebildet und diesem Retro-Reflektor sind Mittel zur achromatischen Strahlrichtungsänderung zugeordnet, so dass um den Winkel alpha zueinander geneigte Objekt- und Referenzwellen auf dem Detektor mindestens ein moduliertes räumliches Interferogramm bilden, welches zur Bestimmung von Abstand, Tiefe, Profil, Form, Mikroform, Welligkeit und/oder Rauheit oder der optischen Weglänge detektiert und ausgewertet wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Der Einsatz eines Tripelreflektors im Strahlengang X eines Michelson-Interferometers lässt sich bereits bei F. Twyman und A. Green finden, s. a. US-Patent 1 565 533 , 8, aus dem Jahr 1923 [1]. Dieser Ansatz ermöglicht die Kompensation der Wellenfront-Inversion, welche im Strahlengang U durch die Kombination Objektiv mit rückreflektierendem Planspiegel in der Brennebene gegeben ist.
  • Als Stand der Technik werden hier das klassische Linnik-Interferometer, das als optische Anordnung bereits in 6 in [1] dargestellt ist, sowie die bereits genannte Anordnung gemäß 8 in [1] mit einem Tripelreflektor im Strahlengang eines Michelson-Interferometers angesehen.
  • Stand der Technik ist hier auch das Interferometer, vorgeschlagen 1988 von K. Körner und H. Fritz, gemäß den Patentschriften DD 282 371 A7 [2] bzw. auch US 4,983,042 [3]. Die Anwendung dieses Interferometers wurde in folgendem Fachartikel dargestellt: G. Spur, K. Körner, H. Fritz, L. Nyársik und E. Uhlmann: "Optical Measurement of Micro-Topography of Ultra-Precision Manufactured Surfaces", Tagungsunterlagen: 7th International Conference an Production/Precision Engineering (7th ICPE), Chiba/Tokyo, Japan, 15.–17. September 1994, S. 639–643, Advancement of Intelligent.Production: Eiji Usui. (Editor), © 1994 Elsevier Science B. V./The Japan Society for Precision Engineering, [4].
  • Hierbei sind – im Gegensatz zur Anordnung nach F. Twyman und A. Green – die Strahlteilungs- und Strahlvereinigungsfläche im Interferometer deutlich voneinander separiert und dabei zueinander parallel angeordnet. Im Objektarm ist ein Messobjektiv zur Objektbeleuchtung und zur mikroskopischen Objektabbildung und im Referenzarm ist ein Tripelreflektor zur Strahlführung mit Wellenfrontinversion und Strahlführung mit vorbestimmtem Parallelversatz angeordnet, so dass nach der Rekombination die Lateral-Shear der beiden interferierenden Wellenfronten vollständig eliminiert werden kann. Durch diese Interferometer-Anordnung ist bei qualifizierter Nutzung für die interferometrische, flächenhafte Rauheits- oder Profilmessung an nano-präzisions-bearbeiteten Oberflächen eine Tiefen-Messunsicherheit tief im Sub-Nanometer-Bereich erreichbar, da hierbei der interferometrische Referenzspiegel virtueller Natur ist, der somit physikalisch bedingt, frei von Restrauheit sowie Partikeln ist. Der Raumeckenpunkt und die Kanten des Tripelreflektors können sich bei diesem Interferometer vorteilhafterweise außerhalb des genutzten Strahlenganges befinden, wodurch sich im Referenzstrahlengang die unerwünschte Streustrahlung, insbesondere vom Raumeckenpunkt, stark vermindert.
  • Diese oben genannten Interferometer vermeiden am Ausgang des Interferometers, also bei der Interferenz, die Wellenfront-Inversion von Objekt- und Referenzstrahlung zueinander. Diese Vermeidung der Wellenfront-Inversion zueinander ist eine zwingend notwendige Voraussetzung für die Interferenzauswertung von Messpunkten im Messfeld außerhalb der optischen Achse des Messobjektivs bei der Nutzung räumlich inkohärenter oder partiell inkohärenter Lichtquellen.
  • Bei einem Interferenzmikroskop mit dem Objektiv im Objektarm oder einem Interferometer mit Messobjektiv im Objektarm und jeweils nur einem Planspiegel im Referenzarm besteht dagegen eine hier sehr schädliche Wellenfront-Inversion der interferierenden Wellen zueinander, da im Gegensatz zum Objektarm am Planspiegel – also im Referenzarm – keine Wellenfront-Inversion erzeugt wird. Dies kann zum vollständigen Verschwinden der Interferenzerscheinung bei der Nutzung räumlich inkohärenter oder räumlich partiell inkohärenter Lichtquellen führen. Die Einführung einer Wellenfront-Inversion auch im Referenzarm ist deshalb bei der Interferometrie mit mikroskopischer Abbildung im Objektarm eine zwingend notwendige Voraussetzung für eine linienhafte und flächige interferenz-mikroskopische One-Shot-Vermessung eines Objekts ohne mechanischen Scan.
  • Dies ist bei einer Anordnung gemäß der Offenlegungsschrift DE 10 2006 015 387 A1 [5] von M. Hering, W. Happold, S. Herrmann, C. Knoll, W. Osten und K. Körner gegeben. Hier in [5] ist eine interferometrische Messvorrichtung auf der Basis der Weißlicht-Interferometrie, auch als Kurzkohärenz- Interferometrie bekannt, beschrieben, bei der die Wellenfronten des reflektierten Objektstrahls und die des reflektierten Referenzstrahls mittels einer Neigungsvorrichtung um einen bestimmten Winkelbetrag 2 × delta-alpha zueinander geneigt sind, so dass ein räumliches Interferogramm als One-Shot-Datensatz auf einem gerasterten Detektor entstehen kann. Beispielsweise ist dieser Winkelbetrag hier in einer modifizierten Linnik-Interferometer-Anordnung durch einen Kippspiegel, der vom Licht auf dem Weg zur Detektion nur einmalig passiert wird, realisiert. Mit diesem Messverfahren können ein oder mehrere räumliche Interferogramme, auch als Linienstapel auf einer Matrixkamera, als One-Shot-Datensätze in der Zeitdauer einer Bildaufnahme vollständig zur Verfügung gestellt werden. Die Einführung einer Wellenfront-Inversion im Referenzarm ist hierbei gegeben.
  • Von besonderem Vorteil ist bei diesem Ansatz mit dem Kippspiegel im kollimierten Strahlengang, dass die Ortsfrequenz für die Schwerpunktwellenlänge, beziehungsweise die Schwerpunktwellenzahl, im räumlichen Interferogramm am Ausgang des Interferometers in erster Näherung nicht von der Neigung der Objektoberfläche in Relation zum Interferometer beeinflusst wird. Diese Invarianz der Ortsfrequenz stellt einen großen Vorteil für die Auswertung von räumlichen Interferogrammen dar.
  • Diese in [5] beschriebene nachgeordnete Neigungsvorrichtung ist jedoch in der Regel recht anfällig für unerwünschte Dejustierungen und somit ist das Interferometer in der Regel auch nicht langzeitstabil. Damit kann sich auch die Signalform eines kurzkohärenten räumlichen Interferogramms in weitgehend unbekannter Weise verändern, was für die Auswertung einen erheblichen Nachteil darstellen kann.
  • Eine gezielte Veränderung des Winkels zwischen den interferierenden Wellenfronten mittels Neigungsvorrichtung, beispielsweise um die Ortsfrequenz für die Schwerpunktwellenlänge im räumlichen Interferogramm vorbestimmt zu verändern, kann hierbei zu einem unerwünschten Lateralversatz von Objektwellenfront und Referenzwellenfront bei der Detektion führen, der nur aufwendig oder durch eine Justierung in einigen Fällen gegebenenfalls gar nicht zu kompensieren ist. Damit ist bei dieser Anordnung die Möglichkeit, die Ortsfrequenz für die Schwerpunktwellenlänge im räumlichen Interferogramm in einfacher Art und Weise zu verändern, stark eingeschränkt. Weiterhin kann es bei einer suboptimalen Justierung des recht komplexen Interferometers permanent zu einer nur teilweisen lateralen Überdeckung von Objektwellenfront und Referenzwellenfront kommen, was eine Quelle von Messfehlern darstellen oder den Tiefenmessbereich erheblich einschränken kann, da bei fehlender Überlagerung der Interferenzeffekt verschwindet.
  • In der Veröffentlichung von M. Hering, K. Körner und B. Jähne in Applied Optics, Vol. 48, Nummer 3, Seite 525 bis 538 vom 20. Januar 2009 [6] zeigen die gemessenen räumlichen Interferogramme in das Potenzial dieses Ansatzes gemäß [5]. Die in der präsentierte interferometrische One-Shot-Messanordnung stellt einen Experimentalaufbau zu Studienzwecken dar und ist für die wirtschaftliche Umsetzung noch eher zu komplex und zu voluminös sowie auch justieraufwendig. Das optische Prinzip bedingt, dass hierbei die technischen und konstruktiven Maßnahmen, um eine hohe mechanische Stabilität und Temperatur-Stabilität zu erreichen, recht aufwendig sind. Typische Messergebnisse auf der Grundlage dieses Ansatzes wurden von M. Hering, S. Herrmann, M. Banyay, K. Körner und B. Jähne bereits im Jahr 2006 in den Proceedings of SPIE, Vol. 6188, 61880E-1 bis 61880E-11 in der 7 dargestellt [7].
  • Das Gewinnen räumlicher Interferogramme für die One-Shot-Messtechnik mittels Neigungsvorrichtung in Form eines planen Kippspiegels im Interferometer, wobei sich dieser jedoch stets außerhalb des objektabbildenden und auch außerhalb des fokussierten Referenz-Strahlenganges, also in einem kollimierten Strahlengang befindet, wird als der hier gegebene Stand der Technik angesehen.
  • Bei diesem Prinzip führt die Neigung einer Objektoberfläche in Bezug zum Interferometer vorteilhafterweise nicht zu einem Verändern der Ortsfrequenz für die Schwerpunktwellenlänge, beziehungsweise die Schwerpunktwellenzahl, in einem räumlichen Interferogramm. Jedoch kann sich der Interferenzkontrast schon bei einer relativ geringen Verkippung oder bei einer Neigung der Objektoberfläche dem Wert null nähern. Ein vergleichsweise hoher Interferenzkontrast im detektierten räumlichen Interferogramm kann über einen vergleichsweise großen Verkipp- oder Neigungswinkelbereich der Objektoberfläche nur dann erreicht werden, wenn diese Objektoberfläche mittels Optik mit hoher numerischer Apertur und mit lateral nahezu beugungsbegrenzten Fokuspunkten oder fokussierten Linienbildern beleuchtet wird.
  • Dagegen sind im Rahmen dieser Erfindung Interferenzmikroskope vom Michelson-Typ-Interferometer, bei denen die Ortsfrequenz für die Schwerpunktwellenlänge in einem räumlichen Interferogramm am Ausgang des Interferometers durch Kippung des planen Referenzspiegels oder durch Kippung des Objekts in Bezug zum Interferometer oder des Interferometers in Bezug zum Objekt zu verändern ist, überhaupt nicht von Interesse. Für Messobjekte mit variierender und unbekannter Oberflächenneigung kann es bei diesem Ansatz bei der Auswertung von räumlichen Interferogrammen erhebliche Probleme geben. Deshalb werden derartige Ansätze hier nicht als relevanter Stand der Technik angesehen und werden deshalb hier auch nicht aufgeführt.
  • Das Gewinnen räumlicher Interferogramme für die One-Shot-Messtechnik mittels Lateral-Shear zwischen Objekt- und Referenzwellenfronten am Ausgang eines Zweistrahl-Interferometers stellt grundsätzlich eine weitere Möglichkeit der Erzeugung räumlicher Interferogramme für die One-Shot-Messtechnik, beispielsweise zur Erfassung des Abstands, dar. Denn vorbestimmt eingestellte Lateral-Shear in einer interferometrischen Anordnung kann als Grundlage zur Generierung von Interferenzen zueinander geneigter Wellenfronten in einer ausgezeichneten Ebene des optischen Abbildungssystems am Ausgang des Interferometers mit Vorteil genutzt werden.
  • Die beim Deutschen Patent- und Markenamt mit dem Aktenzeichen 10 2010 006 239 [8] am 22.01.2010 von K. Körner, R. Berger und W. Osten eingereichte Schrift zu einem Verfahren und zu einer Anordnung zur robusten Interferometrie (ROSI) basiert auf der Nutzung von vorbestimmt eingestellter Lateral-Shear, die im interferometrischen Referenzstrahlengang durch eine spezielle Spiegelgruppe erzeugt wird. Dieser Ansatz ist jedoch insbesondere für den Bereich geringer oder mittlerer numerischer Apertur bei der Objektabbildung gut geeignet, jedoch eher weniger oder nur bedingt zur interferometrischen Messung mit einer hohen numerischen Apertur.
  • Es soll an dieser Stelle auch darauf hingewiesen werden, dass das Erzeugen räumlich dargestellter Interferogramme, spatial interferograms, mit zueinander geneigten Wellenfronten für die statische Fourier-Transformations-Spektroskopie als Single-Shot-Ansatz bereits auf G. W. Stroke und A. T. Funkhouser im Jahr 1965 zurückgeht, s. a. G. W. Stroke, A. T. Funkhouser, "Fourier-Transform Spectroscopy using imaging without computing and with stationary interferometers", Physics Letters, Vol. 16, S. 272–274, 1965 [9]. Die Detektion eines räumlichen Interferogramms geschieht hierbei innerhalb der Bildintegrationszeit einer Kamera.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Das Ziel der Erfindung besteht zum einen darin, vor allem robuste One-Shot-Messtechnik (ROSI) mit einer vergleichsweise hohen lateralen Auflösung zur Erfassung von Abstand, Tiefe, Profil, Form, Welligkeit und/oder Rauheit oder der optischen Weglänge in oder an technischen oder biologischen Objekten, auch in Schichtenform oder auch zur optischen Kohärenz-Tomografie (OCT), insbesondere auch mit One-Shot-Multi-Punkt-Antastung, bei der die Signale in der Regel in Wavelet-Form entstehen, der wirtschaftlichen Nutzung zuzuführen. Die Messung soll in einer vergleichsweise kurzen Messzeit ausgeführt werden können. Weiterhin soll die Verkippung und/oder die Neigung der Objektoberfläche oder deren Form, bzw. Mikroform, keinen oder nur einen geringen Einfluss auf die Signalform, insbesondere die Frequenz des Wavelets, aufweisen.
  • Damit ist also die erfinderische Aufgabe zu lösen, beim optischen Antasten der Objektoberfläche, eines Objektpunktes oder eines Objektvolumens mit einem Interferometer optische Signale in bestgeeigneter, also möglichst gut auswertbarer Signalform für ein punktförmiges, ein linienhaftes Messfeld oder auch für ein flächiges Messfeld mit vielen einzelnen Messpunkten ohne einen mechanischen, zeitseriell erfolgenden Tiefen-Scan bereitzustellen. Es besteht wegen der Forderung nach einer hohen lateralen Auflösung auch die Aufgabe, das Messsystem mit einer vergleichsweise hohen numerischen Apertur bis in den Grenzbereich des technisch Machbaren auszubilden. Durch eine große und gegebenenfalls auch sehr große numerische Apertur soll ein vergleichsweise hoher Anteil des auf das Objekt eingestrahlten Lichts zur Detektion gebracht werden, so dass die Messzeit gemäß der Aufgabenstellung vergleichsweise kurz gewählt werden kann und Messungen auch in einer vibrationsbelasteten Umgebung, an bewegten Komponenten oder bei der In-Vivo-Diagnostik am lebenden Menschen möglich sind. Dabei sollen insbesondere Tumorzellen sicher erkannt werden können. Mittels beigestellter Femtosekunden-Laser sollen Tumorzellen in Echtzeit hochpräzise lokalisiert auf der Basis mittels optischer Sensorik aus dem Inspektionsgebiet gewonnener Daten zerstört werden können. Die Behandlungsmethoden im Speziellen oder gar die speziellen Zerstörungsverfahren von lebendem Gewebe liegen aber außerhalb des Rahmens dieser Erfindung, da sich diese auf die Scout-Sensorik zur zwei- und dreidimensionalen Darstellung von Tumorzellen, die Inspektion von lebendem Gewebe, beziehungsweise auf die zwei- und dreidimensionale Materialmessung fokussieren soll.
  • Es sollen dabei viele lateral benachbarte Objektelemente oder Objektpunkte gleichzeitig angemessen werden-können. Das heißt, es besteht die Aufgabe, beim Stand der verfügbaren Auswerte-Algorithmen gut auswertbare und vergleichsweise robuste optische Signale bei der optischen Antastung von Objekten durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung mittels eines das Objekt anmessenden Interferometers, auch in der Form eines hochaperturigen Interferenzmikroskops mit Messobjektiv im Objektarm, möglichst schnell bereitzustellen.
  • Die Ortsfrequenz für die Schwerpunktwellenlänge der Signale in Wavelet-Form, beziehungsweise die Schwerpunktwellenzahl kS in einem räumlichen Interferogramm, soll dabei in hohem Maße konstant oder vorbestimmt einstellbar sowie von der Verkippung und Neigung der Objektoberfläche in hohem Maße unabhängig sein.
  • Dabei ist im Einzelnen die Aufgabe zu lösen, den Betrag der Neigung interferierender Wellenfronten, die auf einem Detektor ein räumliches Interferogramms bilden, mit einfachen Mitteln, kostengünstig, möglichst langzeitstabil und weitgehend unveränderlich durch Umgebungseinflüsse, also auch sehr robust, zu realisieren. Die beim Einsatz eines optischen Systems typischerweise auftretenden Dejustierungen durch Veränderung der Lage von Komponenten, auch durch Temperaturveränderungen im Umfeld sowie durch veränderliche mechanische Verspannungen, z. B. in den Halteelementen der Komponenten im Messsystem, sollen keinen oder nur einen vergleichsweise geringen Einfluss auf den Betrag der Neigung der interferierenden Wellenfronten bei der Detektion haben. Das kann bekannterweise nur dann erreicht werden, wenn auch das Spektrum des interferierenden Lichts unveränderlich bleibt.
  • Dabei ist im Einzelnen weiterhin die Aufgabe zu lösen, den Einfluss der Dispersion bei der Anwendung refraktiver Komponenten insbesondere im interferometrischen Strahlengang, vernachlässigbar klein zu halten, um eine weitgehend konstante Mittenfrequenz im entstehenden Interferenz-Wavelet zu erreichen. Dies wiederum begünstigt in hohem Maße eine vergleichsweise einfache und zuverlässige Signalverarbeitung. Der Einfluss der Dispersion des Objekts ist natürlich stets gegeben und ist auch bei der Signalverarbeitung zu beachten und gegebenenfalls durch eine geeignete Algorithmik zu bearbeiten.
  • Einsatzgebiete der erfinderischen Lösung sollen sein: Die Mikroform- und die Mikroprofilmessung, die Messung der Rauheit sowie auch die Miniform-Messung, die Form-Messung an nicht oder nur wenig kooperativen Oberflächen, wie auch z. B. menschliches Lebergewebe. Ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung ist hier auch die Erfassung der Mikroform von Zellen, insbesondere auch Tumorzellen am lebenden Organismus. Es geht hierbei in der Tendenz eher um das oberflächennahe optische Antasten.
  • Dabei kann das erfindungsgemäße Interferometer auch als Scout-Sensor-System zur Erkundung der dreidimensionalen Umgebung und der dreidimensionalen Feinstruktur eines Operationsgebietes bereits in der chirurgischen Operationsphase bei einem Menschen eingesetzt werden. Dabei befindet sich das erfindungsgemäße Interferometer innerhalb eines hochkomplexen und multi-sensoriellen spektroskopischen Diagnose-Systems, das beispielsweise auch ein Raman-Spektrometer beinhalten kann. Dadurch sollen zusätzliche Informationen über menschliches Gewebe in auffälligen Organgebieten gewonnen werden, um beispielsweise bösartige Zellen und Tumore vergleichsweise sicher durch parallelisiert detektierte multi-sensorielle Datensätze bereits in der chirurgischen Operationsphase zu identifizieren. Das hochkomplexe, multi-sensorielle spektroskopische Diagnose-System kann auch ein Nah-Infrarot-Spektrometer – speziell auch in der Form eines Differenzspektrometers – und/oder ein Multiphotonen-Mikroskop beinhalten. Weitere Details dazu gehen jedoch eindeutig über den Umfang dieser Erfindung hinaus.
  • Die zu lösende Aufgabe ist, dass die optischen Daten für alle Sensoren des Gesamtsystems parallelisiert und zeitgleich aus demselben Inspektionsgebiet oder Objektbereich gewonnen werden, also für alle Sensoren des multi-sensoriellen Systems derselbe und gemeinsam genutzte optische Inspektionskanal zum Objekt besteht. Dabei können die einzelnen Sensoren zeitgleich in unterschiedlichen spektralen Bereichen arbeiten.
  • Dabei besteht also auch die Aufgabe, Therapiestrahlung beispielsweise für Tumorzellen, beispielsweise aus einem Femtosekunden-Laser, einem Inspektionsgebiet fokussiert und zielgenau und in einer medizinisch sinnvollen Parametrisierung zuzuführen. Dazu ist somit die Aufgabe zu lösen, den optischen Zugang für die Therapiestrahlung zum Therapiegebiet in Echtzeit – bezogen auf den Vorgang einer chirurgischen Operation – zu ermöglichen. Art und Erzeugung sowie Parametrisierung von Therapiestrahlung – beispielsweise zur präzisen Zerstörung von Tumorzellen oder Gewebebehandlung – soll mit den Erkenntnissen der neuesten Forschung erfolgen und ist in seinen Details nicht Bestandteil dieser Erfindung.
  • Für die parallelisierte Gewinnung multi-sensorieller Datensätze ist weiterhin die Aufgabe zu lösen, eine interferometrische Anordnung mit mehr als einem Interferometer-Ausgang bereitzustellen, um weitere Sensor-Systeme, wie beispielsweise ein hochauflösendes Nah-Infrarot-Differenz-Spektrometer, ankoppeln zu können, das zielgenau Messungen im Operationsgebiet durchführt, um beispielsweise Verdachtsmomente auf Tumorzellen beim Patienten sicher zu entkräften oder bestätigen zu können. So sollen topografische als auch beispielsweise spektroskopische Daten parallelisiert und in Echtzeit gewonnen werden können.
  • Ein weiteres Anwendungsgebiet stellt auch die Messung von polierten und auch nichtpolierten optischen Asphären und Freiformflächen dar. Hier kann ein optisches Materialbearbeitungssystem dem erfinderischen Scout-Sensor beigeordnet sein. Dieses Bearbeitungssystem soll auf den Erkenntnissen der neuesten Materialforschung beruhen und ist in seinen Details und der Parametrisierung ebenfalls nicht Bestandteil dieser Erfindung.
  • Eine besondere Motivation für die Anwendung der Erfindung ist die Nutzbarmachung der interferometrischen Verstärkung eines schwachen Objektsignals von einem eher wenig kooperativen Messobjekt.
  • Die Messanordnung und das Verfahren sollen auch zur optischen Kohärenz-Tomografie (OCT), insbesondere mit Multi-Punkt-Antastung, für technische oder biologische Objekte eingesetzt werden.
  • Ein spezielles Anwendungsgebiet kann die biologische und medizinische Grundlagenforschung darstellen, beispielsweise können die erfinderischen Verfahren und Anordnungen durch die Ankopplung, insbesondere spektral höchstauflösender, Sensorsysteme zur Aufklärung der Entstehung und des Wachstums, einschließlich der Stoffwechselprozesse in vivo von Tumorzellen, eingesetzt werden.
  • Hier wird der Begriff Licht stets als Synonym für elektromagnetische Strahlung vom Terahertz-, über den Infrarot- bis zum tiefen UV-Bereich verwendet.
  • Verfahren zur Lösung der Aufgaben:
  • Zu 1. Es handelt sich um ein Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI), auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), zur Abstands-, Tiefen-, Profil-, Form-, Welligkeits-, Mikroform-, Mikroprofil- und/oder Rauheitsmessung oder zur Messung der optischen Weglänge eines Objekts oder eines Objektdetails oder dessen räumlicher oder zeitlicher Veränderung und/oder zur Optischen Kohärenz-Tomografie (OCT) oder zur Optischen Kohärenz-Mikroskopie (OCM), insbesondere auch als optisch messender Scout-Sensor in einem multisensoriellen System zur Materialmessung und zur Materialbearbeitung oder in einem System zur multisensoriellen Erkennung von Tumorzellen, lebenden Geweben und zur insbesondere optischen Behandlung derselben. Das multisensorielle System kann insbesondere mit spektraler Höchstauflösung in mehreren Spektralbereichen vom tiefen UV-Bereich, über den sichtbaren und den Nahinfrarot-Bereich bis in den mittleren, langwelligen Infrarot-Bereich sowie den Terahertz-Bereich ausgebildet sein.
  • Dazu ist mindestens ein Zweistrahl-Interferometer, auch in Form eines hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops, oder eine Vielzahl von Zweistrahl-Interferometern angeordnet.
  • Dabei ist mindestens eine monochromatische und/oder polychromatische Quelle elektromagnetischer Strahlung dem Zweistrahl-Interferometer oder der Vielzahl von Zweistrahl-Interferometern zugeordnet. Diese kann als Multipunkt-Lichtquelle lateral feinstrukturiert, auch in Linien- oder Flächenform oder auch dreidimensional, ausgebildet sein.
  • Dieses Zweistrahl-Interferometer oder eine Vielzahl von Zweistrahl-Interferometern ist jeweils mit einer Strahlteiler-Fläche in jedem Zweistrahl-Interferometer zur Erzeugung von Objekt- und Referenzlicht, also in Form von Objekt- oder Referenz-Strahlenbündeln oder Objekt- oder Referenz-Wellenfronten je nach geometrisch- oder wellenoptischer Betrachtungsweise, durch Teilung der Wellenamplitude des in das Zweistrahl-Interferometer eintretenden Lichts ausgebildet. Dieser Strahlteiler-Fläche ist jeweils eine zumindest näherungsweise parallel gegenüberliegende und von dieser räumlich separierte Strahlvereiniger-Fläche zur Wiedervereinigung von Objekt- und Referenzlicht zum Zweck der Interferenz zugeordnet.
  • Der Referenzstrahlengang im Zweistrahl-Interferometer ist jeweils mit einem Retro-Reflektor zur Retro-Reflexion des Referenzlichts ausgebildet. Der Retro-Reflektor weist jeweils mindestens zwei Teilaperturen (TAT-E, TAT-A oder TAF-E, TAF-A) auf, von denen eine Teilapertur (TAT-E, TAF-E) jeweils allein für in den Retro-Reflektor hineingehendes Licht und eine Teilapertur jeweils allein (TAT-A, TAF-A) für aus dem Retro-Reflektor herausgehendes Licht genutzt wird
  • Das Zweistrahl-Interferometer oder eine Vielzahl von Zweistrahl-Interferometern besitzt weiterhin einen Objektstrahlengang mit einem das Objekt oder mindestens ein Element des Objekts beleuchtenden und abbildenden Messobjektiv.
  • Für die Beleuchtung und Abbildung eines Objekts biologischer oder technischer Natur mittels Messobjektiv wird hier synonym auch der Begriff optisches Antasten verwendet.
  • Dem Zweistrahl-Interferometer oder einer Vielzahl von Zweistrahl-Interferometern ist weiterhin mindestens ein gerasterter Detektor oder eine Vielzahl von gerasterten Detektoren für elektromagnetische Strahlung zugeordnet, mit welchem mindestens ein räumliches Interferogramm registriert wird.
  • Erfindungsgemäß werden die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:
    • • Geometrische Separierung von hinlaufendem und zurücklaufendem Strahlenbündel im Referenzstrahlengang zumindest näherungsweise in der Größe des Referenz-Strahlenbündel-Durchmessers mittels Retro-Reflexion mittels der lateralen Positionierung und/oder der geometrischen Ausbildung des Retro-Reflektors im Zweistrahl-Interferometer. Dadurch wird eine Separierung von in den Retro-Reflektor einfallendem Licht und von nach der Retro-Reflexion austretendem Licht durchgeführt. Der Betrag dieser Separierung liegt mindestens in der Größe des Referenz-Strahlenbündel-Durchmessers, so dass sich die entgegenlaufenden Strahlenbündel nicht überdecken.
    • • Erzeugen einer vorbestimmten Neigung eines Referenzstrahlenbündels zu je einem Objektstrahlenbündel am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers durch Mittel zur zumindest näherungsweise achromatischen Strahlablenkung im Referenzstrahlengang auf der Basis von Reflexion und/oder Diffraktion und/oder Refraktion, einschließlich von Maßnahmen zur vorbestimmten geometrischen Ausbildung des Retro-Reflektors oder von Komponenten desselben,
    • • und/oder Erzeugen der vorbestimmten Neigung eines Referenzstrahlenbündels zu je einem Objektstrahlenbündel am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers mittels Reflexion von Referenzstrahlenbündel oder Objektstrahlenbündel bei deren Wiedervereinigung an der separierten Strahlvereiniger-Fläche, so dass als Resultat der Summe der Mittel und Maßnahmen zur achromatischen Strahlablenkung des Referenzstrahlenbündels und der Wiedervereinigung an der Strahlvereiniger-Fläche eine vorbestimmte Neigung des Referenzstrahlenbündels zu je einem Objektstrahlenbündel mit dem Winkel alpha am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers besteht,
    • • Erzeugen von räumlichen Kurzkohärenz-Interferenzen zueinander geneigter Objekt- und Referenzstrahlenbündel auf einem gerasterten Detektor elektromagnetischer Strahlung, wobei der Neigungswinkel alpha am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers zumindest näherungsweise unabhängig von der Wellenlänge gemacht ist, und diese vorbestimmte Neigung im Überdeckungsbereich von Objekt- und Referenzwellenfronten auf dem gerasterten Detektor – also im räumlichen Interferogramm – eine Änderung des optischen Gangunterschieds zwischen den interferierenden Wellenfronten über der lateralen Ausdehnung des räumlichen Interferogramms bewirkt, der zu einer Modulation der Intensität im räumlichen Interferogramm führt,
    • • Bildung mindestens eines Signalmaximums oder mindestens eines Signalminimums im räumlichen Interferogramm auf dem gerasterten Detektor,
    • • Detektion mindestens eines räumlichen Interferogramms auf dem gerasterten Detektor und
    • • Auswertung eines räumlichen Interferogramms zur Bestimmung von Abstand, Tiefe, Profil, Form, Mikroform, Welligkeit und/oder Rauheit oder der optischen Weglänge in oder an einem biologischen oder technischen Objekt oder Objektdetail.
  • Von Vorteil für den Betrieb eines hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) ist es, wenn auf dem gerasterten Detektor mindestens die Halbwertsbreite der Einhüllenden des räumlichen Interferogramms in der Mitte des Tiefenmessbereiches Platz findet.
  • Zu 2. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie zumindest näherungsweise eine Eliminierung der Lateral-Shear von Objekt- und Referenzstrahlenbündel auf dem gerasterten Detektor elektromagnetischer Strahlung durch die simultane Abstimmung
    • • des Betrags und des Vorzeichens der lateralen Bündelseparierung bei der Retro-Reflexion im Referenzstrahlengang,
    • • des Betrags und des Vorzeichens der vorbestimmten geometrischen Separierung der Strahlteilungsfläche und Strahlvereinigungsfläche unter Berücksichtigung der Brechungsindizes der optischen Materialien, die zwischen Strahlteilungsfläche und Strahlvereinigungsfläche angeordnet sind,
    • • sowie des Winkelbetrags und des Vorzeichens des Neigungswinkels alpha des Referenzstrahlenbündels R zum Objektstrahlenbündel O
    durchgeführt.
  • Zu 3. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie eine Wellenfrontformung von Objekt- und Referenzwellen am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers mittels Zylinderoptik oder anamorphotisch wirkender Prismen durchgeführt, so dass bei der Wellenfrontformung vorbestimmt ausgeprägter Astigmatismus für Objekt- und Referenzwellen eingeführt wird. Bei der Detektion eines jeden räumlichen Interferogramms durch astigmatische Fokussierung – von jeweils einer ein räumliches Interferogramm bildenden Objekt- und Referenz-Zylinderwelle wird dieses räumliche Interferogramm zumindest näherungsweise jeweils in linienhafter Form auf dem gerasterten Detektor ausgebildet.
  • Zu 4. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie eine konfokale Diskriminierung mittels Spalt oder Pinhole-Blende für das zurückkommende Objektlicht durchgeführt. Dadurch kann Streulicht vom Objekt reduziert werden.
  • Zu 5. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie eine konfokale Diskriminierung mittels Spalt oder Pinhole-Blende für das zurückkommende Referenzlicht durchgeführt. Dadurch entsteht eine tiefpassgefilterte Referenz-Wellenfront, wodurch sich der Einfluss von kohärenten Störungen im räumlichen Interferogramm verringern kann.
  • Zu 6. Bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie wird weiterhin vorzugsweise auch der zweite Ausgang A3 des Zweistrahl-Interferometers, der durch die Anordnung mit getrennten Orten für Strahlteilung und vereinigung vom Eingang geometrisch entkoppelt ist, gemeinsam mit dem Ausgang A2 für die Dual-balanced Technik genutzt. Dies erfolgt, um den Gleichanteil – aufgrund der Gegenphasigkeit des Signals des zweiten Ausgangs – im detektierten Interferogramm elektronisch und/oder numerisch zumindest näherungsweise eliminieren zu können.
  • Zu 7. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie mindestens ein Ausgang des Zweistrahl-Interferometers für die NIR-Spektroskopie genutzt. Damit können zusätzliche Informationen über das Objekt gewonnen werden, so dass multisensorielle Daten zur Erhöhung der Sicherheit, beispielsweise bei der Erkennung von Tumorzellen, gewonnen werden können.
  • Zu 8. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie mindestens ein Ausgang des Zweistrahl-Interferometers für die Raman-Spektroskopie genutzt. Damit können zusätzliche Informationen über das Objekt gewonnen werden, so dass multisensorielle Daten zur Erhöhung der Sicherheit, beispielsweise bei der Erkennung von Tumorzellen, zur Verfügung stehen.
  • Zu 9. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie mindestens ein Ausgang des Zweistrahl-Interferometers für die Fluoreszenz-Spektroskopie genutzt. Damit können zusätzliche Informationen über das Objekt gewonnen werden, so dass multisensorielle Daten zur Erhöhung der Sicherheit, beispielsweise bei der Erkennung von Tumorzellen, zur Verfügung stehen.
  • Zu 10. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie mindestens ein Ausgang des Zweistrahl-Interferometers für die Multiphotonen-Mikroskopie genutzt. Damit können zusätzliche Informationen über das Objekt gewonnen werden, so dass multisensorielle Daten zur Erhöhung der Sicherheit, beispielsweise bei der Erkennung von Tumorzellen, zur Verfügung stehen.
  • Zu 11. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie mindestens ein Ausgang des Zweistrahl-Interferometers simultan für die Differenz-Spektroskopie genutzt. Dies kann im nahinfraroten Bereich erfolgen. Damit können zusätzliche Informationen über das Objekt gewonnen werden, so dass multisensorielle Daten zur Erhöhung der Sicherheit, beispielsweise bei der Erkennung von Tumorzellen, zur Verfügung stehen.
  • Durch den Neigungswinkel alpha des Referenzstrahlenbündels R zum Objektstrahlenbündel O ist eine eindeutige Trennmöglichkeit von Objekt- und Referenzlicht bei der Detektion gegeben, so dass beispielsweise für die NIR-Differenz-Spektroskopie eine sehr präzise Referenz in Echtzeit zur Verfügung steht. So können auch kleinste Schwankungen der Intensität einer oder mehrerer Lichtquellen beispielsweise durch eine Subtraktions-Operation vom Messergebnis ferngehalten werden. Auch andere Differenzverfahren mit dem Ziel höchster Sensitivität sind hier anwendbar. Überall dort, wo eine Referenz zum Objektlicht benötigt wird, kann dieser Ansatz mit der Trennmöglichkeit von Objekt- und Referenzlicht durch Einführung des Neigungswinkels alpha zwischen Referenzstrahlenbündels R und Objektstrahlenbündel O angewendet werden.
  • Die Details dieser Verfahren wie NIR-Spektroskopie, Raman-Spektroskopie, Multiphotonen-Mikroskopie, Fluoreszenz-Spektroskopie und die Sinnhaftigkeit der Kopplung derselben innerhalb eines multisensoriellen Systems, insbesondere zur Diagnose von Tumorzellen, steht im Rahmen dieser Erfindung nicht im Vordergrund. Die Details der Applikation, die Parametrisierung sowie die sinnvolle Auswahl von Kopplungen dieser Verfahren sind hier durch den kundigen Fachmann anzugehen. Hierbei geht es speziell darum, multimodale und multisensoriell erzeugte Messdaten – wie insbesondere topografische und mehrfach spektroskopische – mit vergleichsweise geringer Messunsicherheit zu liefern, aus denen aussagefähige Indikatoren abgeleitet werden. Mittels rechnerunterstützter und modellbasierter Verknüpfung dieser Indikatoren zu komplexen Indikator-Matrizen sollen Aussagen mit hoher Zuverlässigkeit in Bezug auf das Vorhandensein von Tumorzellen – also bei der Krebsfrüherkennung – in Operations-Echtzeit getroffen werden können.
  • Zu 12. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie über eine Teilapertur des Messobjektivs geeignete Laser-Strahlung zur Laser-Behandlung von lebendem Gewebe oder biologischem toten Material oder Laser-Strahlung zur Bearbeitung von nichtbiologischem Material zugeführt. Die durch multisensorielle Messungen gewonnenen Informationen können in Prozess-Echtzeit zur In-Prozess-Bearbeitung von Material verwendet werden. Andererseits können beispielsweise kanzerogene Hautzellen nach deren multisensoriellgestützter Erkennung sehr schnell und den Patienten schonend und vollständig durch geeignete Laserbehandlung entfernt werden. Dabei kann eine Teilapertur des Messsystems, das vorzugsweise als Schwarzschild-Spiegel-Objektiv mit geeigneter Verspiegelung für die Laserstrahlung ausgebildet ist, genutzt werden.
  • Zu 13. Weiterhin sind vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie im Messobjektiv und/oder im Objektstrahlengang Mittel zur chromatischen Längsaufspaltung angeordnet, um eine Tiefenseparierung von Fokuspunkten zur Implementierung der chromatischkonfokalen Technik durchzuführen. Dies dient der erheblichen Vergrößerung des wellenoptischen Schärfentiefebereichs.
  • Zu 14. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie das Zweistrahl-Interferometer mit einer Vielzahl von Eingangsbündeln optisch gespeist, so dass eine Vielzahl von Objektbündeln und Referenzbündeln parallelisiert gebildet wird. Jedem gebildeten Referenzbündel ist ein Retro-Reflektor und jedem gebildeten Objektbündel ist ein Messobjektiv zugeordnet und es kann somit eine parallelisierte optische Abtastung des Objekts durchgeführt werden. Der Begriff optische Abtastung wird hier synonym für das optische Anmessen des Objekts gebraucht.
  • Anordnungen zur Lösung der Aufgaben:
  • Zu 15. Es geht hierbei um eine Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI), auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), zur Abstands-, Tiefen-, Profil-, Form-, Welligkeits-, Mikroform-, Mikroprofil- und/oder Rauheitsmessung oder zur Messung der optischen Weglänge eines Objekts oder eines Objektdetails oder dessen räumlicher oder zeitlicher Veränderung und/oder zur Optischen Kohärenz-Tomografie (OCT) oder zur Optischen Kohärenz-Mikroskopie (OCM), insbesondere auch als optisch messender Scout-Sensor in einem multisensoriellen System zur Materialmessung und zur Materialbearbeitung oder in einem System zur Erkennung von Tumorzellen und zur optischen Behandlung derselben mit den Merkmalen des Oberbegriffs.
  • Im Referenzstrahlengang ist der Retro-Reflektor dabei
    • • entweder als kompakter Tripelspiegelreflektor mit drei Planspiegelflächen,
    • • oder als Tripelspiegel-Anordnung, bestehend aus einer Dachkantspiegel-Anordnung und einer einzelnen, dieser Dachkantspiegel-Anordnung zugeordneten Planspiegelfläche,
    • • oder als Tripelspiegel-Anordnung, bestehend aus drei einzelnen Planspiegelflächen, die jeweils zumindest näherungsweise eine Raumecke darstellen,
    • • oder der Retro-Reflektor ist mit mindestens einem fokussierendem Referenzobjektiv und einem Referenz-Endreflektor ausgebildet, welcher jemals zumindest näherungsweise in der Fokusposition dieses Referenzobjektivs angeordnet,
    • • und der Retro-Reflektor weist dabei stets jeweils mindestens zwei Teilaperturen (TAT-E, TAT-A oder TAF-E, TAF-A) auf, von denen eine Teilapertur (TAT-E, TAF-E) jeweils allein für in den Retro-Reflektor hineingehendes Licht und eine Teilapertur jeweils allein (TAT-A, TAF-A) für aus dem Retro-Reflektor herausgehendes Licht genutzt wird.
  • Erfindungsgemäß besteht entweder eine vorbestimmte Winkelabweichung delta_beta von der idealen Raumecke mindestens einer Planspiegelfläche
    • • des kompakten Tripelspiegelreflektors,
    • • oder der Tripelspiegel-Anordnung, bestehend aus einer Dachkantspiegel-Anordnung und einer einzelnen, dieser Dachkantspiegel-Anordnung zugeordneten Planspiegelfläche
    • • oder der Tripelspiegel-Anordnung im Referenzstrahlengang.
    • • Oder, es sind erfindungsgemäß mindestens einer der beiden Teilaperturen (TAT-E, TAT-
    • A) Mittel zur Durchführung einer zumindest näherungsweise achromatischen Strahlablenkung zum Einführen einer vorbestimmten Strahlablenkung delta_rho zugeordnet.
    • • Oder, der Retro-Reflektor mit fokussierendem Referenzobjektiv und Referenz-Endreflektor weist in dessen kollimierten Strahlengang mindestens zwei Teilaperturen (TAF-E, TAF-A) auf, von denen eine Teilapertur (TAF-E) allein für in den Retro-Reflektor hineingehendes Licht und eine Teilapertur (TAF-A) allein für aus dem Endreflektor herausgehendes Licht genutzt wird. So wird eine Separierung von in den Retro-Reflektor einfallendem und austretendem Licht durchgeführt und im kollimierten Strahlengang sind mindestens einer dieser beiden Teilaperturen (TAF-E, TAF-A) Mittel zur Durchführung einer zumindest näherungsweise achromatischen Strahlablenkung zum Einführen einer vorbestimmten Neigung delta_rho des Referenzstrahlenbündels zugeordnet
    • • und/oder mittels vorbestimmter Rest-Winkelabweichung delta_gamma von der Parallelität von Strahlteiler-Fläche und dieser gegenüberliegenden, separierten Strahlvereiniger-Fläche besteht nach der Strahlvereinigung am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers jeweils eine vorbestimmte Neigung einer Referenzwellenfront zu je einer Objektwellenfront.
  • Zu 16. Weiterhin ist vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI), auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM) der Referenz-Endreflektor des Retro-Reflektors mit fokussierendem Referenzobjektiv als Planspiegel zur einmaligen Reflexion des fokussierten Referenzstrahlenbündels ausgebildet.
  • Zu 17. Weiterhin ist vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI), auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM) der Referenz-Endreflektor des Retro-Reflektors mit fokussierendem Referenzobjektiv als Dreifach-Planspiegel-Gruppe zur dreifachen Reflexion des fokussierten Referenzstrahlenbündels ausgebildet ist, wobei die drei Planspiegel jeweils senkrecht zu einer gemeinsamen Bezugsebene angeordnet sind. Der sich dadurch ergebende Querversatz des rücklaufenden Referenzstrahlenbündels führt zu einer Strahlablenkung, so dass sich eine Neigung des Referenzstrahlenbündels zum Objektstrahlenbündel am Ausgang des Interferometers ergibt.
  • Zu 18. Weiterhin sind vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie die Mittel zur zumindest näherungsweise achromatischen Strahlablenkung als achromatisierter Ablenkkeil oder eine Spiegeltreppe oder eine achromatische Prismenspiegeltreppe ausgebildet.
  • Zu 19. Weiterhin ist vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie der Ablenkkeil als Kombination aus refraktivem Prismenkeil und mindestens einem diffraktiven optischen Element (DOE) ausgebildet.
  • Zu 20. Weiterhin sind vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie sowohl die Anordnung von Strahlteiler-Fläche und Strahlvereiniger-Fläche als auch die Planspiegel der Tripelspiegel-Anordnung als eine Starrkörper-Anordnung ausgebildet, so dass die vorbestimmte Winkelabweichung delta_beta von der idealen Raumecke vorbestimmt fest und dauerhaft eingestellt ist.
  • Zu 21. Weiterhin ist vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie mindestens eine Lichtquelle lateral feinstrukturiert, auch in Linien- oder Flächenform oder auch dreidimensional, ausgebildet.
  • Zu 22. Weiterhin sind vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie im Messobjektiv und/oder im Objektstrahlengang refraktive und/oder diffraktive Mittel zur chromatischen Längsaufspaltung angeordnet.
  • Zu 23. Weiterhin sind vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie im Messobjektiv und/oder im Objektstrahlengang die Mittel zur chromatischen Längsaufspaltung mit diffraktiv-optischen Elementen ausgebildet.
  • Zu 24. Weiterhin sind bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie vorzugsweise viele miniaturisierte Messobjektive in Zeilen- oder Matrixanordnung angeordnet und dazu geometrisch entsprechend, Tripel-Reflektoren in Zeilen- oder Matrixanordnung ausgerichtet, wobei die Tripel-Reflektoren zumindest näherungsweise je eine vorbestimmte Winkelabweichung delta_beta aufweisen.
  • Zu 25. Weiterhin sind bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), vorzugsweise miniaturisierte Messobjektive in Form eines Mikrolinsen-Arrays angeordnet.
  • Zu 26. Weiterhin ist bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), der Retro-Reflektor vorzugsweise als Anordnung aus zwei halbierten, zumindest näherungsweise baugleichen Referenz-Halbobjektiven mit den Brennweiten f'_1 und f'_2 = f' ausgebildet. Diese beiden Referenz-Halbobjektive bilden ein Retro-Reflektor-System. Dabei befinden sich deren optischen Achsen in einem kleinen vorbestimmten Abstand delta_e parallel zueinander und die Brennebenen der beiden halbierten, baugleichen Referenz-Halbobjektive koinzidieren zumindest näherungsweise. Diese zwei Referenz-Halbobjektive sind hochstabil und starr zueinander kombiniert. Ein derartiges Retro-Reflektor-System erzeugt eine konstante achromatische Neigung des Ausgangsstrahlenbündels zu dessen Eingangsstrahlenbündel von delta_rho = (delta_e)/f' und kann somit im Referenzstrahlengang des robusten One-Shot-Interferometers eingesetzt werden, um einen Anteil an der vorbestimmten Neigung alpha von Objekt- zum Referenzstrahlenbündel am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers zu erreichen. In der Regel wird diese den Hauptanteil von alpha darstellen. Der Neigungswinkel delta_rho stellt somit die vorbestimmte Abweichung von der Parallelität von Ausgangsstrahlen- zum Eingangsstrahlenbündel des so modifizierten Retro-Reflektor-Systems dar.
  • Hierbei ist möglich, dass beispielsweise durch Single-Point-Diamantbearbeitung die beiden Spiegel eines Schwarzschild-Objektivs so als Referenz-Halbobjektive gefertigt werden, dass diese zwei zumindest näherungsweise baugleichen Schwarzschild-Halbsystemen entsprechen, deren optische Achsen parallel zueinander angeordnet und um einen kleinen Betrag delta_e versetzt sind. Im einfachsten Fall weisen die beiden Spiegel jeweils zwei Kugelschalen auf, deren Mittelpunkte etwas, also um delta_e, versetzt sind. Diese beiden Schwarzschild-Halbsysteme weisen die gleiche Brennweite f'_1 und f'_2 = f' auf und die Brennebenen der beiden Halbsysteme fallen zusammen. Die beiden Schwarzschild-Halbsystem-Spiegel befinden sich vorzugsweise jeweils auf demselben Grundkörper. Bei der Montage eines derartigen modifizierten Schwarzschild-Systems ist jedoch sorgfältig auf die azimutale Lage der beiden modifizierten Spiegelhälften zueinander zu achten, um die Aberrationen zu minimieren. Weiterhin ist bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), das objektabbildende Messobjektiv vorzugsweise mit einer vergleichsweise hohen numerischen Apertur ausgebildet. Diese numerische Apertur kann deutlich mehr als 0,1 betragen.
  • Zu 27. Weiterhin ist bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), vorzugsweise die Quelle elektromagnetischer Strahlung im Frequenzraum als über der Zeit durchstimmbare Frequenzkamm-Laserlichtquelle, oder als – hinsichtlich optischer Weglänge 2L über der Zeit – durchstimmbares Vielstrahl-Interferometer ausgebildet. Somit ändern sich die Abstände der Intensitätsmaxima der Frequenzkamm-Laserlichtquelle im Frequenzkamm, bzw. die Transmissionsmaxima des Vielstrahl-Interferometers im Frequenzraum. Dabei ist die optische Weglänge oder die optische Verzögerungslänge 2L jeweils zumindest näherungsweise einmal dem optischen Gangunterschied x im hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskop (HA KIM) zu einem Zeitpunkt des zeitlichen Durchstimmens gleichgemacht. Dieser Ansatz wurde bereits in der deutschen Offenlegungsschrift DE 2008 062 879 A1 von K. Körner und W. Osten für eine Frequenzkamm-Laserlichtquelle und in der deutschen Patentschrift DE 2008 020 902 B4 von K. Körner, W. Lyda und W. Osten für ein Vielstrahl-Interferometer beschrieben.
  • Zu 28. Weiterhin sind bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), vorzugsweise neben den Mitteln des Durchstimmens auch Mittel zur gleichzeitigen Durch- oder Nachfokussierung im Objektstrahlengang angeordnet, welche mit Mitteln zur Synchronisierung der durchstimmbaren Frequenzkamm-Lichtquelle oder mit Mitteln zur Synchronisierung eines über der Zeit durchstimmbaren Vielstrahl-Interferometers kombiniert sind. Somit ändern sich beim Durchstimmen die Abstände der Intensitätsmaxima des FC-Lasers im Frequenzkamm, bzw. die Transmissionsmaxima des Vielstrahl-Interferometers.
  • Zu 29. Weiterhin sind vorzugsweise bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), die Mittel zur gleichzeitigen Durch- oder Nachfokussierung im Objektstrahlengang als vorbestimmt steuerbare Flüssigkeitslinse, als vorbestimmt steuerbarer Membranspiegel oder als räumlicher, vorbestimmt steuerbarer Lichtmodulator ausgebildet. Vorzugsweise befinden sich dabei die Mittel zur gleichzeitigen Durch- oder Nachfokussierung im Objektstrahlengang in der Fourier-Ebene des Objektstrahlenganges, damit sich der Abbildungsmaßstab der Abbildung zumindest näherungsweise nicht ändert.
  • Weiterhin sind bei der Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), vorzugsweise Mittel zur Wellenfrontformung im Objektraum angeordnet. Damit besteht die Möglichkeit, Asphären zu vermessen. Diese können statisch ausgebildet sein, oder auch in der Zeit vorbestimmt veränderlich ausgebildet sein.
  • Weitere Verfahrensmerkmale zur Lösung der Aufgaben:
  • Zu 30. Weiterhin werden vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:
    • – Nach- bzw. Durchfokussieren des Sensors in Relation zum Messobjekt, so dass sich der optische Gangunterschied zumindest für den Hauptstrahl im Objektstrahlengang im Zweistrahl-Interferometer sich zumindest näherungsweise nicht ändert und
    • – gleichzeitiges Durchstimmen der Quelle elektromagnetischer Strahlung im Frequenzraum mittels durchstimmbarer Frequenzkamm-Laserlichtquelle oder mittels durchstimmbarem Vielstrahl-Interferometer hinsichtlich optischer Weglänge 2L – also des „einfachen” optischen Gangunterschieds x_zu im Vielstrahl-Interferometer. Dabei wird die aktuelle Fokusebene, speziell der Fokuspunkt auf der optischen Achse des Objektstrahlenganges des hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) stets zumindest näherungsweise dort lokalisiert, wo eine Kompensation des optischen Gangunterschieds x des Kurzkohärenz-Interferenz mikroskops durch die einfache optische Verzögerungslänge 2L der Frequenzkamm-Laserlichtquelle oder des Vielstrahl-Interferometers auf der optischen Achse des Objektstrahlenganges besteht.
  • Somit ändern sich beim Durchstimmen die Abstände der Intensitätsmaxima der Frequenzkamm-Laserlichtquelle im Frequenzkamm, bzw. die Transmissionsmaxima des Vielstrahl-Interferometers im Frequenzraum. Dabei ist die optische Verzögerungslänge 2L der Frequenzkamm-Laserlichtquelle oder des Vielstrahl-Interferometers jeweils zumindest näherungsweise einmal dem optischen Gangunterschied x im hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskop (HA KIM) zu einem Zeitpunkt des zeitlichen Durchstimmens gleichgemacht. Dabei erfolgt eine Detektion – vorzugsweise eine Kurzzeit-Detektion – in einem Zeitfenster in der Zeit des Durchstimmens mittels gerasterten Detektors. Dabei kann der gerasterte Detektor zur Kurzzeit-Detektion befähigt sein. Es kann aber auch dem optischen Strahlengang ein schnelles Shutter-System zugeordnet sein oder die Lichtquelle kann auch als Kurzpuls-Lichtquelle ausgebildet sein. Vorzugsweise kann auch in der Frequenzkamm-Laserlichtquelle oder im Vielstrahl-Interferometer eine schnelle Gegenbewegung mittels Piezostelltechnik vorbestimmt erzeugt werden, so dass sich im Zeitfenster der Bildaufnahme mittels gerasterten Detektors das räumliche Interferogramm praktisch nicht verändert, weil auch der optische Gangunterschied sich in diesem Zeitfenster nicht ändert. Dabei kann es von Vorteil sein, wenn die optische Abtastung im Objektraum vorzugsweise in Schritten der etwa halben Kohärenzlänge, welche sich aus dem globalen Spektrum der Lichtquelle ergibt, vorgenommen wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass die wellenoptische Schärfentiefe hierbei die Kohärenzlänge übersteigt. Der optische Gangunterschied im Objektarm des hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) wird also beim Durchstimmen der Frequenzkamm-Laserlichtquelle im Frequenzkamm oder des Vielstrahl-Interferometers nicht verändert.
  • Zu 31. Weiterhin werden vorzugsweise bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:
    • – Nach- bzw. Durchfokussieren des Sensors in Relation zum Messobjekt, so dass der optische Gangunterschied – zumindest für den Hauptstrahl im Objektstrahlengang im Zweistrahl-Interferometer – sich zumindest näherungsweise nicht ändert und
    • – gleichzeitiges Durchstimmen eines dem hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskop (HA KIM) zugeordneten Zweistrahl-Interferometers hinsichtlich seines optischen Gangunterschieds x_zu. Dabei wird die aktuelle Fokusebene, speziell der Fokuspunkt auf der optischen Achse des Objektstrahlenganges des hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) stets zumindest näherungsweise dort lokalisiert, wo eine Kompensation des optischen Gangunterschieds x des hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) durch den optischen Gangunterschied x_zu des zugeordneten Zweistrahl-Interferometers auf der optischen Achse des Objektstrahlenganges besteht.
  • Dabei ist der optische Gangunterschieds x_zu des zugeordneten Zweistrahl-Interferometers jeweils zumindest näherungsweise einmal dem optischen Gangunterschied x im hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskop (HA KIM) zu einem Zeitpunkt des zeitlichen Durchstimmens gleichgemacht. Somit besteht also eine Gangunterschieds-Kompensation und es erfolgt dabei eine Detektion – vorzugsweise eine Kurzzeit-Detektion – in einem Zeitfenster in der Zeit des Durchstimmens mittels gerasterten Detektors. Dabei kann der gerasterte Detektor zur Kurzzeit-Detektion befähigt sein. Es kann aber auch dem optischen Strahlengang ein schnelles Shutter-System zugeordnet sein oder die Lichtquelle kann auch als Kurzpuls-Lichtquelle ausgebildet sein. Vorzugsweise kann im zugeordneten Zweistrahl-Interferometer eine schnelle Gegenbewegung mittels Piezostelltechnik vorbestimmt erzeugt werden, so dass sich im Zeitfenster der Bildaufnahme mittels gerasterten Detektors das räumliche Interferogramm praktisch nicht verändert, weil auch der optische Gangunterschied sich in diesem Zeitfenster nicht ändert. Dabei kann es von Vorteil sein, wenn die optische Abtastung im Objektraum vorzugsweise in Schritten der etwa halben Kohärenzlänge, welche sich aus dem Spektrum des detektierten interferierenden Lichts ergibt, vorgenommen wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass die wellenoptische Schärfentiefe hierbei die Kohärenzlänge übersteigt. Der optische Gangunterschied im Objektarm des hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) wird also beim Durchstimmen des zugeordneten Zweistrahl-Interferometers hierbei nicht verändert.
  • Zu 32. Das kurzzeitige „zeitliche Einfrieren” der räumlichen Interferogramme” im Scan in der Zeit einer Bildaufnahme mittels gerasterten Detektors, also beim gleichzeitigen Durchstimmen und Nach- bzw. Durchfokussieren, kann vorzugsweise aber auch mittels einer schnellen „logistischen Gegenbewegung” mittels hochdynamischer Piezostelltechnik vorbestimmt am Reflektor im Referenzarm erfolgen. Der optische Gangunterschied im Objektarm wird auch hierbei im Messen nicht verändert. Dies ist insbesondere bei nichtendoskopischen Applikationen ein gut umsetzbarer Ansatz. Dies grenzt sich eindeutig vom Vorschlag von G. Häusler in DE 2005 023 212 B4 2007.07.12 [10] aus dem Jahr 2005 ab, wo sich beim Messen die optische Weglänge im Objektarm über der Zeit ändert.
  • Mit diesen Messverfahren ist es möglich, auch bei starken Vibrationen und starken Luftturbulenzen auswertbare räumliche Interferogramme aus dem Volumen des oder der Messobjekte zu generieren und zu detektieren. Mittels bei Vibrationen und/oder starken Luftturbulenzen in verschiedenen Fokuspositionen „in einem Schuss” detektierte Wavelets und Wavelet-Gruppen können in Verbindung mit Sensoren, welche zusätzlich auch Messergebnisse über Vibrationsbewegungen und Vibrationsfrequenzen des Messobjekts als Starrkörper und gegebenenfalls auch der Luftturbulenzen detektieren, zu in sich konsistenten dreidimensionalen Datensätzen, also Punktwolken verrechnet werden. Dies kann auch auf der Basis modellgestützter Ansätze mit a prioriInformationen über das Messobjekt erfolgen. Hierbei können gegebenenfalls auch elastische Deformationen des Messobjekts zeitaufgelöst und dreidimensional gemessen werden.
  • Dies ermöglicht den Einsatz der Interferometrie insbesondere auch in endoskopischen Applikationen, in denen eine Fokussierung mittels vorbestimmt steuerbarer Flüssigkeitslinse, steuerbaren Membranspiegels als räumlichen Lichtmodulators gut möglich ist, jedoch kein Tiefen-Scannen oder eine Änderung des optischen Gangunterschiedes im Referenzarm, beispielsweise sich aus Gründen des verfügbaren Volumens verbietet. Diese Ansätze ermöglichen somit auch das erfolgreiche Betreiben von interferometrischer In line-Messtechnik in Bereichen und industriellen Umgebungen, insbesondere auch in der metallverarbeitenden Fertigungstechnik, die der Interferometrie bisher wegen nicht beherrschbarer Störeinflüsse weitgehend verschlossen blieben.
  • Zu 33. Weiterhin können bei dem Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie, auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:
    • – Verschieben des Interferometers zum Messobjekt oder Verschieben des Messobjekts zum Interferometer und dadurch Ändern der optischen Weglänge im Objektarm,
    • – kurzzeitiges Ändern der optischen Weglänge im Referenzarm in Zeitabständen, in denen der optische Gangunterschied sich maximal um die Kohärenzlänge beziehungsweise die halbe Kohärenzlänge des interferierenden Lichts geändert hat, so dass sich durch dieses kurzzeitige Ändern der optischen Weglänge im Referenzarm in einem Zeitfenster der optische Gangunterschied im Interferometer nicht ändert. Diese Bewegung zum kurzzeitigen Ändern der optischen Weglänge im Referenzarm kann mittels Piezostelltechnik vorbestimmt erzeugt werden. Dabei erfolgt eine Detektion mittels gerasterten Detektors vorzugsweise eine Kurzzeit-Detektion in diesem Zeitfenster, also bei einem zumindest näherungsweise unveränderlichen optischen Gangunterschied.
  • Dies entspricht dem Vorschlag von G. Häusler aus dem Jahr 2005, dargestellt in [10], und wird deshalb hier nicht beansprucht.
  • Beschreibung der Figuren
  • Die Erfindung wird beispielhaft anhand der 1 bis 10 und zusätzlich anhand von sechs Ausführungsbeispielen AB1 bis AB6 ohne Figuren beschrieben.
  • Hier wird der Begriff Licht stets als Synonym für elektromagnetische Strahlung vom Terahertz-, über das Infrarot- bis zum tiefen UV-Spektrum verwendet.
  • Die 1 stellt einen Sensor auf der Basis eines Interferometers dar, das im Grundtyp im Jahr 1988 von K. Körner und H. Fritz vorgeschlagen wurde [2]–[4]. Der Sensor gemäß 1, hier als Punktsensor ausgebildet, kann auch zur Prüfung polierter Asphären eingesetzt werden. Das Licht von einer spektral vergleichsweise breitbandigen Lichtquelle 1 im nah-infraroten Bereich tritt über eine Single-Mode-Faser 2 aus, deren Faserende einen Lichtquellpunkt darstellt, und wird durch einen Kollimator 3 nach Unendlich abgebildet. Das kollimierte Bündel gelangt auf eine Strahlteiler-Fläche 4 einer Planparallelplatte 5, wo das Licht in ein Referenzbündel R und ein Objektbündel O aufgespaltet wird. Der Verlauf von zwei Strahlen A und B kann bis zur Detektion auf dem gerasterten Empfänger 131 nachverfolgt werden. Der Strahlteiler-Fläche 4 auf der Planparalleleplatte 5 gegenüber und etwas versetzt ist eine Strahlvereiniger-Fläche 6 angeordnet, die im Weiteren der Strahlvereinigung dient.
  • Das Licht, welches an der Strahlteiler-Fläche 4 in den Objektstrahlengang reflektiert wird, gelangt in ein Halb-Schwarzschild-Messobjektiv 7, welches aus einem Zentralspiegel 8 und einem Außenspiegel 9 besteht, der in der Draufsicht symbolisch im Detail A dargestellt ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel (AB1) ist das Schwarzschild-Messobjektiv auch als Vollsystem ausgebildet, welches dann hier nur zur Hälfte genutzt wird. Das Halb-Schwarzschild-Messobjektiv weist eine mittlere numerische Apertur von 0,14 auf. Der Randstrahlwinkel des Messobjektivs variiert hier azimutal etwas aufgrund des Halbsystems.
  • Das Objektlichtbündel trifft nach dem Passieren des Halb-Schwarzschild-Messobjektivs 7 fokussiert im Messpunkt MP auf die spiegelnde Objektoberfläche des Objekts 101. Dieses Objekt 101 stellt hier eine zur Formmessung optisch anzutastende Asphäre dar. Die Objektoberfläche derselben im abgetasteten Ringbereich soll sich innerhalb des wellenoptischen Schärfentiefebereiches des fokussierten Lichts befinden. Das vom Objekt 101 zurückkehrende Licht wird nach dem Passieren des Halb-Schwarzschild-Messobjektivs 7, der Transmission an der Strahlteiler-Fläche 4 und nach Transmission der Strahlvereiniger-Fläche 6 über den Interferometer-Ausgang in Richtung des gerasterten Detektors 131 gelenkt. Das bei der Strahlteilung des Eingangsbündels die Strahlteiler-Fläche 4 geradlinig passierende Referenzlichtbündel R gelangt auf den Tripelspiegel-Reflektor 11. Bei diesem Tripelspiegel-Reflektor 11 ist der Planspiegel 12 um den Winkel delta_beta aus der idealen Raumecke heraus gekippt. Das Referenzlichtbündel R erfährt nach Reflexion der ersten beiden Planspiegel des Tripelspiegel-Reflektors 11 und schließlich nach Reflexion am Planspiegel 12 eine Strahlneigung zum Eingangsstrahlenbündel von delta_rho, trifft auf die Strahlvereiniger-Fläche 6 und gelangt nach Reflexion an derselben auf den gerasterten Detektor in Form einer Matrixkamera 131, wo es zur Interferenz mit dem vom Objekt über die Strahlteiler-Fläche 4 und die Strahlvereiniger-Fläche 6 kommenden Objektstrahlenbündel O kommt. Der Winkel zwischen Referenz- und Objektstrahlenbündel, beziehungsweise zwischen den Normalen der beiden interferierenden Wellenfronten beträgt alpha. Es entstehen hier Zweistrahl-Interferenzen. Dabei ist TAT-E die Teilapertur des Tripelreflektors in dessen Eingangsbereich. TAT-A stellt die Teilapertur des Tripelreflektors in dessen Ausgangsbereich dar. Die Lateral-Shear zwischen den interferierenden Wellenfronten – also auf der Matrixkamera 131 – ist zumindest näherungsweise zu null gemacht, um auch die durch den Kollimator 3 sich ergebenden Wellenfrontaberrationen weitgehend unwirksam werden zu lassen. Das auf der Matrixkamera 131 entstehende flächenhafte Kurzkohärenz-Interferogramm, das in jeder durch das Interferenzlicht beleuchteten Zeile der Matrixkamera 131 ein Intensitäts-Wavelet 140 bildet, wird ausgewertet, um die Formfehler der Asphäre zu ermitteln, wobei die Asphäre sich zur optischen Abtastung auf einem rotierenden, jedoch hier nicht dargestellten Ultra-Präzisions-Drehtisch befindet. Vor der Auswertung wird eine Mittelwertbildung der Intensitätswerte der räumlichen Interferogramme durchgeführt. Auf der Matrixkamera sollte mindestens die Halbwertsbreite der Einhüllenden des räumlichen Interferogramms Platz finden, die sich aus dem Spektrum des interferierenden Lichts und den Daten der geometrisch-optischen Abbildung auf die Matrixkamera 131 ergibt. Vorteilhaft ist hierbei, wenn mindestens die volle Breite der Einhüllenden des räumlichen Interferogramms der Länge des detektierten Interferogramms auf die Matrixkamera 131 entspricht. Die Messanordnung ist im Zusammenhang mit der wellenoptischen Schärfetiefe der Objektabbildung zu dimensionieren.
  • Die 2 stellt einen Punktsensor dar, der auf der Anordnung nach 1 basiert, wobei hier das Detail B dem Detail A in 1 entspricht. Dieser Punktsensor kann ebenfalls zur Prüfung polierter Asphären eingesetzt werden. Zur Vergrößerung des wellenoptischen Schärfetiefenbereichs ist hier zusätzlich ein schwach fokussierendes, diffraktiv-optisches Element 15, ein DOE, hier eine Fresnellinse mit positiver Brechkraft, angeordnet. Dieses diffraktiv-optische Element 15 führt zu einer chromatischen Tiefenaufspaltung von Foki im Bereich delta_z, also von MPmin bis MPmax, im Objektraum, so dass sich der Tiefenmessbereich des Punktsensors im Vergleich zur einfachen wellenoptischen Schärfentiefe – gegeben durch die numerische Apertur und die jeweils wirkende Wellenlänge – hier um ein Mehrfaches vergrößert. Zur Kompensation des optischen Gangunterschieds und zur Eliminierung von Gangunterschiedsvariationen im Interferometer ist im Referenzstrahlengang eine Planparallelplatte 16 zum Ausgleich des optischen Gangunterschieds und zur Anpassung der Dispersion angeordnet, welche durch das Substrat des diffraktiv-optischen Elements 15 eingebracht wird. Am Ausgang des Interferometers befindet sich eine Zylinderoptik 17, welche die kollimierten Bündel aus dem Objekt- und Referenzarm zu einer Lichtlinie fokussiert, die das räumliche Interferogramm darstellt, wobei in der Fokusebene der Zylinderoptik 17 eine Spaltblende 18, siehe auch Detail C, angeordnet ist, wodurch auch eine partielle konfokale Diskriminierung gegeben ist. Dieses räumliche Interferogramm wird durch ein Teleskop auf eine Zeilenkamera 132 abgebildet. Das Teleskop besteht aus dem ersten Teleskopobjektiv 19, dem zweiten Teleskopobjektiv 21 sowie einer Doppelspaltblende 20, siehe auch Detail D, in der gemeinsamen Brennebene der Teleskopobjektive 19 und 21, welche auch der Tiefpassfilterung des Objektlichtbündels und einer weiteren partiellen konfokalen Diskriminierung dient. So überlagern sich Objekt- und Referenzwellenfronten auf der Zeilenkamera 132 zu einem räumlichen Interferogramm, dessen Intensitätsverteilung als Wavelet 140 dargestellt ist.
  • Die 3 stellt einen Multipunkt-Liniensensor dar, der im optischen Basiskonzept ebenfalls auf der optischen Anordnung gemäß 1 beruht, wobei hier das Detail E dem Detail A in 1 entspricht. Die spektral breitbandige Lichtquelle 100 ist hierbei als Anordnung mit mehreren Single-Mode-Fasern in einer geraden Linie ausgebildet. Die einzelnen Lichtquellpunkte an den Faserenden werden jeweils durch einen Kollimator 3 nach Unendlich abgebildet. Die somit kollimierten Bündel gelangen auf eine Strahlteiler-Fläche 4 einer Planparallelplatte 5, wo jedes auftreffende Lichtbündel in ein Referenzbündel durch Transmission und ein Objektbündel durch Reflexion aufgespaltet wird. Der Strahlteiler-Fläche 4 auf der Planparalleleplatte 5 gegenüber und etwas versetzt ist eine Strahlvereiniger-Fläche 6 angeordnet, die im Weiteren der Strahlvereinigung dient. Im Referenzstrahlengang ist ein Schwarzschild-Referenzobjektiv 22 mit Referenzspiegel 23 in dessen Fokusposition angeordnet. Dabei ist TAF-E, siehe auch Detail F, die Teilapertur des Schwarzschild-Referenzobjektivs 22 in dessen Eingangsbereich und TAF-A stellt die Teilapertur des Schwarzschild-Referenzobjektivs 22 in dessen Ausgangsbereich dar. Die Strahlablenkung wird mittels achromatischen optischen Keils 24, bestehend aus einem Prismenkeil mit einem aufgebrachten diffraktiv-optischen Element, erzeugt. Dadurch gibt es für alle Wellenlängen einen zumindest näherungsweise gleichen Winkel alpha zwischen Referenz- und Objektstrahlenbündel, beziehungsweise zwischen den Normalen der beiden interferierenden Wellenfronten am Ausgang des Interferometers. Im Objektstrahlengang ist eine Planparallelplatte 16 zum Ausgleich des optischen Gangunterschieds im Interferometer angeordnet, so dass die Wirkung des Substrats hinsichtlich optischer Weglänge und Dispersion des achromatischen optischen Keils 24 zumindest näherungsweise kompensiert ist. Das Messobjekt stellt hier ein metallisches, feinstbearbeitetes Messobjekt 102 dar, wodurch eine konfokale Diskriminierung des Objektlichts nicht zwingend notwendig ist, da physikalisch bedingt kein Streulicht aus dem Inneren des metallischen Objekts austritt, welches die optische Datenerfassung erschweren würde. Am Ausgang des Interferometers ist eine Zylinderoptik 17 angeordnet, welche die Vielzahl von kollimierten Bündeln aus dem Objekt- und Referenzarm zu einer Vielzahl von separierten und parallel zueinander angeordneten Lichtlinien fokussiert, wobei jede Lichtlinie jeweils ein räumliches Interferogramm auf einer Matrixkamera 131 darstellt, so dass eine Vielzahl von räumlich separierten Interferogramm simultan mittels Matrixkamera 131 in einem Kamera-Frame in Form eines Stapels detektiert wird, was im Detail G symbolisch dargestellt ist. Die Intensitätsverteilungen von zwei Interferogrammen 141 und 142 sind dargestellt. Damit wird bei entsprechender Auslegung des Sensors eine linienhafte Profilmessung am Messobjekt 102 in der Zeit eines einzigen Kamera-Frames möglich, da für die Profilmessung jedes räumliche Interferogramm einen Tiefenmesspunkt liefert.
  • Die 4 stellt ebenfalls einen Liniesensor dar und basiert teilweise auf der Anordnung nach 3, wobei das Detail H dem Detail A in 1 entspricht und das Detail J dem Detail F in 3. Zur Vergrößerung des wellenoptischen Schärfetiefenbereichs ist auch hier – wie schon in 2 – ein schwach fokussierendes diffraktiv-optisches Element 15, ein DOE, hier eine Fresnellinse mit positiver Brechkraft, angeordnet. Dieses diffraktiv-optische Element 15 führt eine chromatische Tiefenaufspaltung von Foki im Bereich delta_z, also von MPmin bis MPmax, im Objektraum durch, so dass sich der Tiefenmessbereich dieses Liniensensors im Vergleich zur einfachen wellenoptischen Schärfentiefe – gegeben durch die numerische Apertur und die jeweils wirkende Wellenlänge – hier um ein Mehrfaches vergrößert. Das biologische Messobjekt 103 wird in einer Schnittfläche durch eine Vielzahl von Foki gleichzeitig sowohl lateral als auch in der Tiefe optisch abgetastet. Zur Kompensation der Wirkung des Substrats diffraktiv-optisches Element 15 auf den optischen Gangunterschieds im Interferometer ist das Substrat des achromatischen optischen Keils 24 im Referenzstrahlengang mit zumindest näherungsweise gleicher optischer Weglänge wie das Substrat des diffraktiv-optischen Elements 15 ausgebildet. Auch die Dispersion der Substrate ist zumindest näherungsweise angeglichen. Am Ausgang des Interferometers befindet sich eine Zylinderoptik 17, welche die Vielzahl kollimierter Bündel aus dem Objekt- und Referenzarm zu einer Vielzahl von Lichtlinien fokussiert, die jeweils räumliche Interferogramme in der Fokusebene der Zylinderoptik 17 bilden. Dabei ist in der Fokusebene der Zylinderoptik 17 eine Multispaltblende 25, siehe auch Detail K, angeordnet, wodurch auch eine partielle konfokale Diskriminierung gegeben ist. Die räumlichen Interferogramme werden durch ein Teleskop auf eine Matrixkamera 131 abgebildet. Dieses Teleskop besteht aus dem ersten Teleskopobjektiv 19, dem zweiten Teleskopobjektiv 21 sowie einer Doppelspaltblende 20, siehe auch Detail L, die sich in der gemeinsamen Brennebene des Teleskops befindet, welche auch der Tiefpassfilterung des Objektlichtbündels und einer weiteren partiellen konfokalen Diskriminierung dient. So überlagern sich tiefpassgefilterte Objekt- und Referenzwellenfronten auf der Matrixkamera 131, dargestellt im Detail M, zu räumlichen Interferogrammen, deren Intensitätsverteilungen beispielhaft in Form von zwei Wavelet 141 und 142 dargestellt sind.
  • Die 5 zeigt eine Spiegeltreppe 26, die aus einem ersten Planspiegel 261 und einem zweiten Planspiegel 262 aufgebaut ist. Diese Spiegeltreppe 26 erzeugt eine Strahlrichtungsänderung von delta_rho für das Referenzstrahlenbündel R und wird einem Tripelspiegel-Reflektor 11 oder einem Schwarzschild-Referenzobjektiv 22 mit Referenzplanspiegel 23, welche zusammen ein Retro-Reflektor-System bilden, zu- oder nachgeordnet, um eine Neigung mit dem Winkel alpha zwischen Referenz- und Objektstrahlenbündel am Ausgang des Interferometers zu erzeugen.
  • Die 6 stellt eine Drei-Planspiegel-Reflektorgruppe 270 dar, wobei der erste Planspiegel 271, der zweite Planspiegel 272 und der dritte Planspiegel 273 jeweils senkrecht auf einer gemeinsamen Bezugsebene E stehen. Diese Drei-Planspiegel-Reflektorgruppe 270 erzeugt eine Lateral-Shear. Bei Anordnung derselben im Fokusbereich eines Referenz-Schwarzschild-Objektivs 22 – an Stelle eines einzelnen Planspiegels – entsteht eine Strahlrichtungsänderung für das Referenzstrahlenbündel R, um den Winkel alpha zwischen Referenz- und Objektstrahlenbündel zu erzeugen.
  • Die 7 stellt einen Referenz-Retro-Reflektor 280 dar, der zwei Teilaperturen TAF-E und TAF-A aufweist, von denen die Teilapertur TAF-E jeweils allein für in den Referenz-Retro-Reflektor 280 hineingehendes Licht und eine Teilapertur TAF-A jeweils allein für aus dem Referenz-Retro-Reflektor 280 herausgehendes Licht genutzt wird. Der Referenz-Retro-Reflektor 280 ist als Anordnung aus zwei halbierten, zumindest näherungsweise baugleichen Referenz-Halbobjektiven 281 und 282 mit den Brennweiten f'_1 = f'_2 = f' ausgebildet. Diese beiden Referenz-Halbobjektive 281 und 282 bilden gemeinsam mit dem Referenzplanspiegel 23 den Referenz-Retro-Reflektor 28. Dabei befinden sich die optischen Achsen der beiden Referenz-Halbobjektive 281 und 282 in einem kleinen vorbestimmten Abstand delta_e parallel zueinander und die Brennebenen der beiden halbierten, baugleichen Referenz-Halbobjektive 281 und 282 koinzidieren. Diese zwei Referenz-Halbobjektive 281 und 282 sind hochstabil und mechanisch starr zueinander kombiniert. Ein derartiger Referenz-Retro-Reflektor 280 erzeugt eine konstante achromatische Neigung delta_rho des Ausgangsstrahlenbündels zu dessen Eingangsstrahlenbündel von delta_rho = (delta_e)/f' und kann somit im Referenzstrahlengang eines robusten One-Shot-Interferometers eingesetzt werden, um zumindest einen Anteil an der vorbestimmten Neigung alpha von Objekt- zum Referenzstrahlenbündel am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers zu realisieren. In der Regel wird dies der Hauptanteil von alpha sein. Der Neigungswinkel delta_rho stellt somit die vorbestimmte Abweichung von der Parallelität von Ausgangsstrahlen- zum Eingangsstrahlenbündel des Referenz-Retro-Reflektors 280 dar.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel (AB2) – hier ohne Darstellung in einer Figur – ist als Schwarzschild-Objektiv aufgebaut. Hierbei sind durch Single-Point-Diamantbearbeitung die beiden Spiegel des Schwarzschild-Objektivs so als Referenz-Halbobjektive gefertigt, dass diese zumindest näherungsweise zwei baugleichen Schwarzschild-Halbsystemen entsprechen, deren optische Achsen parallel zueinander angeordnet und um einen kleinen Betrag delta_e versetzt sind. Im einfachsten Fall weisen die beiden Spiegel jeweils zwei Kugelschalen auf, deren Mittelpunkte etwas, also um delta_e, versetzt sind. Diese beiden Schwarzschild-Halbsysteme weisen die gleiche Brennweite f'_1 und f'_2 = f' auf und die Brennebenen der beiden Halbsysteme fallen zusammen. Die beiden Schwarzschild-Halbsystem-Spiegel befinden sich vorzugsweise jeweils auf demselben Grundkörper. Bei der Montage eines derartigen modifizierten Schwarzschild-Systems ist jedoch sorgfältig auf die azimutale Lage der beiden modifizierten Spiegelhälften zueinander zu achten, um die Aberrationen zu minimieren.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel (AB3) – hier ohne Darstellung in einer Figur – ist mit einer Multipunktlichtquelle, deren Lichtpunkte nach Abbildung ein Messfeld flächig abdecken, zur Mikroformmessung an rauen Oberflächen aufgebaut. Dabei ist eine Matrixkamera 131 zur Detektion einer Vielzahl räumlicher Interferogramme etwas verdreht angeordnet. Ein derartiger Ansatz, der hier zur Abwendung kommt, wurde bereits für die flächenhaft messende Spektral-Interferometrie bereits in der Schrift DE 10 2006 007 172 A1 im Absatz 0056 sowie den 8 bis 10 geoffenbart.
  • Die 8 stellt einen Linien-Sensor am optischen Gangunterschied null mit Vollbildbeobachtung dar. Diese Ausführung ist insbesondere für Objekte gut geeignet, die eine eher gute Pupillenausleuchtung im rücklaufenden Objektlicht gewährleisten und bei denen Speckling nicht oder nur in vernachlässigbarem Maße auftritt. Dies ist bei der Mikro-Materialbearbeitung, wenn die bearbeiteten Flächen spiegeln, in der Regel gegeben.
  • Das Licht von einer spektral breitbandigen Lichtquelle 110 im nahinfraroten Bereich zur linienhaften Beleuchtung trifft auf eine Einheit 111, bestehend aus einer Mikrolinsenzeile mit einer nachgeordneten Pinhole-Zeile, die hier nicht im Detail dargestellt ist. So entsteht eine Linie von mikroskopisch kleinen Punktlichtquellen, deren Licht hoher räumlicher Kohärenz von einem Spiegel-Objektiv 112 ohne Mittenabschattung nach Unendlich abgebildet wird. Nach dem Passieren eines Strahlteilers 113, der allein der Ein- und Auskopplung von Licht aus der Lichtquelle 170 zur gleichzeitigen Beleuchtung und Detektion des Bearbeitungsgebietes im sichtbaren Spektralbereich dient, tritt das kollimierte Licht der Punktlichtquellen in den Interferometerblock 114 ein. Dort trifft es auf die Strahlteiler- und Strahlvereiniger-Einheit 115, die aus der Planparallelplatte 5 besteht, an die mehrere 90°-Prismen 116a, 116b und 116c mit optischem Kontakt angefügt sind, um einen jeweils senkrechten Strahlein- und -ausfall zu ermöglichen. Nach der Strahlenteilung an der Strahlteilerfläche 4 entstehen das Objektstrahlen bündel O und das Referenzstrahlenbündel R. Das Objektstrahlenbündel O gelangt in ein Schwarzschild-Objektiv 117, welches aus dem Zentralspiegel 118 und dem Außenspiegel 119 besteht. Ein Teilbereich des Zentralspiegels 118 und ein Teilbereich S1 des Außenspiegels 119 sind jeweils für Messstrahlung reserviert. Das Schwarzschild-Objektiv 117 weist eine numerische Apertur von 0,14 für die Messstrahlung auf, die auf das metallische Werkstück 102 fokussiert wird. Zur Bearbeitung des metallischen Werkstücks 102 ist ein Femtosekunden-Laser 120 angeordnet, dessen kurzgepulstes Licht das metallische Werkstück 102 über einen Umlenkspiegel und über einen Teilbereich des Zentralspiegels 118 und den Teilbereich S2 für Bearbeitungsstrahlung des Außenspiegels 119 erreicht. Die Parametrisierung des Femtosekunden-Lasers 120 ist nicht Gegenstand dieses Ausführungsbeispiels.
  • Das vom metallischen Werkstück 102 zum interferometrischen Messen und zur Inspektion zurückkommende Licht gelangt über Teilbereiche des Schwarzschild-Objektivs 117 in die Strahlteiler- und Strahlvereiniger-Einheit 115, wo an der Strahlteilerfläche 4 eine erneute Aufspaltung stattfindet. Ein Teil des Lichts aus dem Inspektionsgebiet, das von der Lichtquelle 170 im sichtbaren Bereich zur Objektraumbeleuchtung mit rechteckiger Gesichtsfeldblende 171 und Kollimator 172 stammt, wird nach Verlassen der Strahlvereiniger-Einheit 115 über den Ausgang A, dann über den Strahlteiler 113 in Reflexion, den Umlenkspiegel 173, den Sperrfilter 174, welcher der Blockierung des nahinfraroten Sensor-Messlichts und der Laserstrahlung aus dem Bearbeitungsprozess dient, und das Kameraobjektiv 175 auf eine CCD-Kamera 176 gebracht. Dadurch wird das Inspektionsgebiet des metallischen Werkstücks 102 hochauflösend und flächig abgebildet. Die Lichtquelle 170 ist schaltbar gemacht, damit im interferometrischen Messvorgang deren Licht nicht zu Messfehlern führt. Die Möglichkeit der Inspektion des Bearbeitungsgebietes mittels Lichtquelle 170 und CCD-Kamera 176 dient auch der Einrichtung des interferometrischen Linien-Sensors vor und im Bearbeitungsprozess mit den Mitteln der mikroskopischen Bildverarbeitung. Das Messlicht aus der Lichtquelle 110 passiert die Strahlteilerfläche 4, durchsetzt die Planparallelplatte 5 aus refraktivem Material aus und trifft auf die Strahlvereinigerfläche 6, wo es zur Überlagerung mit dem Referenzstrahlenbündel R aus dem Referenzstrahlengang kommt. Zum Referenzstrahlenbündel R: Das Referenzstrahlenbündel R transmittiert beim Eintritt des Lichts von der spektral breitbandigen Lichtquelle 110 an der Strahlteilerfläche 4 und gelangt in den Tripelspiegel-Reflektor 11. Dort passiert es auch den Planspiegel 12 des Tripelspiegel-Reflektors 11, der um den Winkel delta_beta aus der idealen Raumecke, beziehungsweise idealen Würfelecke, herausgekippt ist. Je nach Lage des Tripelspiegel-Reflektors 11 zum einfallenden Referenzstrahlenbündel R ergibt sich – als Folge der Winkelablage delta_beta des Planspiegels 12 – am Ausgang des Tripelspiegel-Reflektors 11 eine Abweichung von der Parallelität der einzelnen Strahlen des Referenzstrahlenbündels R vom Winkel delta_rho. Die Entfernung des Tripelspiegel-Reflektors 11 von der Strahlteiler- und Strahlvereiniger-Einheit 15 ist hierbei so gewählt, dass die optischen Laufwege des Referenzstrahlenbündels R denen des Objektstrahlenbündels O nach der Strahlvereinigung zumindest näherungsweise entsprechen. Das Referenzstrahlenbündel R trifft nach dem Passieren des Tripelspiegel-Reflektors 11 auf die Strahlvereinigerfläche 6, wo es also zur Überlagerung mit dem Referenzstrahlenbündel R aus dem Referenzstrahlengang kommt. Es entstehen zwei Interferenzbündelpaare IB1 und IB2, wobei das Interferenzbündelpaar IB1 am Ausgang IA1 über das Prisma 116c und das Interferenzbündelpaar IB2 am Ausgang IA2 über die polierte Planfläche 116d der Planparallelplatte 5 austritt. Die Interferogramme, welche die Interferenzbündelpaare IB1 und IB2 liefern, sind aufgrund des dielektrischen und somit verlustfreien Schichtpaketes der Strahlvereinigerfläche 6 an den Ausgängen IA1 und IA2 des Interferometerblocks 114 zumindest näherungsweise gegenphasig. Damit wird die Dual-balanced-Technik anwendbar, die durch Differenzoperationen den Gleichanteil von Interferogrammen eliminiert. Somit werden auch bei wenig kooperativen Messobjekten noch nutzbare Messergebnisse geliefert. Am Prisma 116b, wenn dieses im Fertigungsprozess des Sensors als letztes Prisma im Interferometerblock 114 an die Planparallelplatte 5 angebracht wird, kann beim optischen Kontaktieren an diese Planparallelplatte 5 – mittels spezieller rechnergestützter Interferogramm-Auswertung zur Dispersionsanalyse – durch ein mikrometerfeines laterales Verschieben eine unterschiedliche Dispersion zwischen Objekt und Referenzstrahlengang im interferometrischen Strahlengang für ein metallisches Messobjekt 102 vollständig ausgeglichen werden. Dabei kann der optische Gangunterschied mittels Entfernungseinstellung am Tripelspiegel-Reflektor 11 sukzessive nachgeführt werden, damit bei Anwendung des Sensors die Detektion einer Vielzahl von Interferogrammen in der Nähe des optischen Gangunterschieds null erfolgen kann.
  • Die beiden Interferenzbündelpaare IB1 und IB2 verlassen den Interferometerblock 114 und werden über die Planspiegel 177 und 178 umgelenkt, so dass diese sich zumindest näherungsweise symmetrisch zur Strahlvereinigerfläche 6 ausbreiten, und werden durch die Zylinderspiegeloptiken 179 und 180 zu einer Vielzahl von linienförmigen räumlichen Interferogrammen auf die CCD-Matrixkamera 131 auf die beiden Teilbereiche SB IB1 und SB IB2 derselben fokussiert, nachdem ein VIS-UV-Sperrfilter 181 – für die Blockierung von Strahlung aus dem sichtbaren und UV-Spektralbereich – von der Nah-Infrarot-Strahlung passiert wurde. Das Detail N zeigt die in die Zeichenebene gedrehte CCD-Matrixkamera 131 mit den schmalen Teilbereichen, die einen Stapel bilden und wo die linienförmigen räumlichen Interferogramme einzeln und jeweils separiert detektiert werden. Das ist im Detail N dargestellt. Die laterale Shear ist in den beiden Interferenzbündelpaaren IB1 und IB2 bei der Detektion jeweils zu null gemacht. Jedes linienförmige räumliche Interferogramm repräsentiert hier einen Messpunkt entlang einer Linie auf dem metallischen Messobjekt 102.
  • In einem anderen hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel (AB4) wird – um ein besonders schlankes System zu generieren – das Licht des Ferntosekunden-Lasers 120 in 8 über einen dichroitischen Strahlteiler in den Teilbereich S1 des Außenspiegels 119 eingekoppelt. Die Bearbeitungs- und Messzeiten sind zeitlich ineinander verschachtelt, so dass es keine Beeinträchtigung des Messens aufgrund der energiereichen Strahlung aus dem Bearbeitungsprozess gibt.
  • Die 9 stellt ein multi-modales System für die In-Vivo-Erkennung, bzw. die In-Vivo-Diagnose, und die In-Vivo-Behandlung von Tumorzellen und kanzerogenen Gewebebereichen also einen Krebszellen-Detektor mit einem integrierten Femtosekunden-Laser 121 zur Behandlung dar. Die In-Vivo-Diagnose erfolgt auf der Basis einer multi-sensoriellen Detektion in Kombination mit einem rechnergestützten Diagnose-System. Das multi-modale System ist als spektrales Weitbereichssystem konfiguriert, um mit möglichst hoher Sicherheit in chirurgischer „Operations-Echt-Zeit” über das Vorhandensein von Tumorzellen und das weitere Vorgehen fundiert entscheiden zu können.
  • Dieses multi-modales Messsystem ist auch für eine Objektklasse geeignet, die aufgrund der Objektcharakteristik keine sehr gute Pupillenausleuchtung im rücklaufenden Objektlicht gewährleistet, wobei hier im detektierten Objektlicht auch Speckling auftreten kann, also Speckling tolerierbar ist, auch, wenn sich dadurch die Messunsicherheit vergrößert. Durch eine hardware-basierte konfokale Filterung an einer Spaltblende wird eine zumindest partiell tiefpassgefilterte Objekt-Zylinderwelle erzeugt.
  • Die Beleuchtung erfolgt unter anderem mit einem Lichtquellen-System 301 zur linienhaften Strahlenbündelformung, das sowohl eine räumlich kohärente, spektral schmalbandige Nah-Infrarot-Quelle als auch einen geeigneten Laser für die Raman-Spektroskopie enthält. In der 9 werden Abschattblenden und Lichtfallen grundsätzlich nicht dargestellt, da deren Anordnung und Einsatz dem kundigen Fachmann eine Selbstverständlichkeit ist. Das vom Lichtquellen-System 301 ausgesendete Licht – Licht im Sinne von elektromagnetischer Strahlung – passiert den Strahlteiler 302. An diesem Strahlteiler 302 wird in Reflexion zusätzlich spektral breitbandiges Licht aus einer Nah-Infrarot-Quelle 303 für die Nah-Infrarot-Spektralanalyse von menschlichem Gewebe 103 eingekoppelt. Das linienhaft fokussierte Licht trifft auf eine Einheit 111, bestehend aus einer Mikrolinsenzeile mit einer nachgeordneten Pinhole-Zeile, die hier nicht im Detail dargestellt ist. So entsteht eine Linie von mikroskopisch kleinen Punktlichtquellen, deren Licht hoher räumlicher Kohärenz nach Passieren eines Strahlteiler 303 – zur Auskopplung von zurückkommenden Objektlicht – und von einem Spiegel-Objektiv 112 ohne Mittenabschattung nach Unendlich abgebildet wird.
  • Nach dem Passieren eines weiteren Strahlteilers 113, der allein der Ein- und Auskopplung von Licht aus der Lichtquelle 170 im sichtbaren Spektralbereich zur gleichzeitigen Beleuchtung und Inspektion des Untersuchungs-, beziehungsweise des Operationsgebietes, am menschlichen Organ dient, welches das zu untersuchende menschliche Gewebe 103 enthält, tritt das kollimierte Licht der Punktlichtquellen in den Interferometerblock 114 ein. Dort trifft es auf die Strahlteiler- und Strahlvereiniger-Einheit 115, die aus der Planparallelplatte 5 besteht, an die mehrere 90° Prismen 116a, 116b und 116c mit optischem Kontakt angefügt sind, um einen jeweils senkrechten Strahlein- und -ausfall zu ermöglichen. Nach der Strahlenteilung an der Strahlteilerfläche 4 entstehen das Objektstrahlenbündel O und das Referenzstrahlenbündel R. Das Objektstrahlenbündel O gelangt in ein Schwarzschild-Objektiv 117, welches aus dem Zentralspiegel 118 und dem Außenspiegel 119 besteht. Ein Teilbereich des Zentralspiegels 118 und ein Teilbereich S1 des Außenspiegels 119 sind jeweils für Messstrahlung reserviert. Das Schwarzschild-Objektiv 117 weist eine numerische Apertur von 0,14 für die Messstrahlung auf, die auf das menschliche Gewebe 103 mit Verdacht auf Tumorzellen fokussiert wird, so dass eine Vielzahl von Fokuspunkten in einer Linie entsteht. Die Art der Auswertung auf der Basis der topografischen oder Tiefen-Informationen, die aus den Fokuspunkten – also den optisch adressierten Messpunkten am menschlichen Gewebe 103 – gewonnen werden kann, sowie der spektroskopischen Informationen mit dem Ziel der sicheren Diagnose über die Art der Zellen oder der Art des menschlichen Gewebes 103 ist nicht Bestandteil dieser Erfindung. Zur Behandlung des menschlichen Gewebes 103 nach Auswertung der umfangreichen Datenlage durch den Arzt in Verbindung mit einem rechnergestützten Diagnose-System ist ein Femtosekunden-Laser 121 angeordnet, dessen kurzgepulstes Licht das menschliche Gewebe 103 über einen Umlenkspiegel und über einen Teilbereich des Zentralspiegels 118 und den Teilbereich S2 des Außenspiegels 119 erreicht. Die Parametrisierung des Femtosekunden-Lasers 121 für die Behandlung von menschlichem Gewebe 103 mit Verdacht auf einen Tumor ist nicht Gegenstand dieses Ausführungsbeispiels.
  • Das vom menschlichen Gewebe 103 zum interferometrischen Messen und zur Diagnose zurückkommende Licht gelangt über Teilbereiche des Schwarzschild-Objektivs 117 in die Strahlteiler- und Strahlvereiniger-Einheit 115, wo an der Strahlteilerfläche 4 eine erneute Aufspaltung stattfindet. Ein Teil des Lichts aus dem Inspektionsgebiet, das von der Lichtquelle 170 im sichtbaren Bereich zur Objektraumbeleuchtung mit rechteckiger Gesichtsfeldblende 171 und Kollimator 172 stammt, wird nach Verlassen der Strahlvereiniger-Einheit 115 über den Ausgang A, dann über den Strahlteiler 113 in Reflexion, den Umlenkspiegel 173, den Sperrfilter 174, welcher der Blockierung des nah-infraroten Sensor-Messlichts und der Laserstrahlung aus dem Behandlungsprozess dient, und das Kameraobjektiv 175 auf eine CCD-Kamera 176 gebracht. Dadurch wird das menschliche Gewebe 103 hochauflösend und flächig abgebildet. Die Lichtquelle 170 ist schaltbar gemacht, damit im interferometrischen Messvorgang deren Licht nicht zu Messfehlern führt. Die Möglichkeit der Inspektion des menschlichen Gewebes 103 mittels Lichtquelle 170 und CCD-Kamera 176 im Vollbild-Modus dient auch der Einrichtung des interferometrischen Linien-Sensors vor und im Behandlungsprozess mit den Mitteln der mikroskopischen Bildverarbeitung. Das Messlicht aus der Lichtquelle 110 passiert die Strahlteilerfläche 4, durchsetzt die Planparallelplatte 5 aus refraktivem Material aus und trifft auf die Strahlvereinigerfläche 6, wo es zur Überlagerung mit dem Referenzstrahlenbündel R aus dem Referenzstrahlengang kommt. Zum Referenzstrahlenbündel R: Das Referenzstrahlenbündel R transmittiert beim Eintritt des Lichts von der spektral breitbandigen Lichtquelle 110 an der Strahlteilerfläche 4 und gelangt in den Tripelspiegel-Reflektor 11. Dort passiert es auch den Planspiegel 12 des Tripelspiegel-Reflektors 11, der um den Winkel delta_beta aus der idealen Raumecke, beziehungsweise idealen Würfelecke, herausgekippt ist. Je nach Lage des Tripelspiegel-Reflektors 11 zum einfallenden Referenzstrahlenbündel R ergibt sich – als Folge der Winkelablage delta_beta des Planspiegels 12 – am Ausgang des Tripelspiegel-Reflektors 11 eine Abweichung von der Parallelität der einzelnen Strahlen des Referenzstrahlenbündels R vom Winkel delta_rho. Die Entfernung des Tripelspiegel-Reflektors 11 von der Strahlteiler- und Strahlvereiniger-Einheit 15 ist hierbei so gewählt, dass die optischen Laufwege des Referenzstrahlenbündels R denen des Objektstrahlenbündels O nach der Strahlvereinigung zumindest näherungsweise entsprechen. Das Referenzstrahlenbündel R trifft nach dem Passieren des Tripelspiegel-Reflektors 11 auf die Strahlvereinigerfläche 6, wo es also zur Überlagerung mit dem Referenzstrahlenbündel R aus dem Referenzstrahlengang kommt. Es entstehen zwei Interferenzbündelpaare IB1 und IB2, wobei das Interferenzbündelpaar IB1 am Ausgang IA1 über das Prisma 116c und das Interferenzbündelpaar IB2 am Ausgang IA2 über die polierte Planfläche 116d der Planparallelplatte 5 austritt. Die Interferogramme, welche die Interferenzbündelpaare IB1 und IB2 liefern, sind aufgrund des dielektrischen und somit verlustfreien Schichtpaketes der Strahlvereinigerfläche 6 an den Ausgängen IA1 und IA2 des Interferometerblocks 114 zumindest näherungsweise gegenphasig. Damit wird die Dual-balanced-Technik anwendbar, die durch Differenzoperationen den Gleichanteil von Interferogrammen eliminiert. Somit werden auch bei dem in der Regel wenig kooperativen menschlichen Gewebe 103 noch nutzbare Messergebnisse geliefert. Das Interferenzbündelpaar IB2 gelangt über den Umlenkplanspiegel 183, den Strahlteiler 188 in Transmission auf den Zylinderspiegel 184, wobei ein weiterer Strahlteiler, der zur Einkopplung in den Detektionsstrahlengang benötigt wird, hier nicht dargestellt ist. Das über den Ausgang IA1 austretende Interferenzbündel IB1 gelangt über den Umlenkplanspiegel 182 auf den Zylinderspiegel 184, wobei der weitere, hier nicht dargestellte Strahlteiler zur Einkopplung in den Detektionsstrahlengang passiert wird. Die beiden Interferenzbündelpaare IB1 und IB2 werden durch das Paar von Zylinderspiegeln 184 und 185 zu Zylinderwellen fokussiert. Aufgrund der Neigung des Referenzstrahlenbündels R zum Objektstrahlenbündel O mit dem Winkel alpha an den Ausgängen IA1 und IA2 des Zweistrahl-Interferometers sind die Foki der Bündel an der Doppelspaltblende 186 getrennt. So kann eine angepasste Tiefpassfilterung insbesondere für das Objektlicht durchgeführt werden. Das Spiegel-Objektiv 187 ohne Mittenabschattung fokussiert das Objektstrahlenbündel O und das Referenzstrahlenbündel R nach dem Passieren VIS-UV-Sperrfilter 181 auf die VIS-UV-Sperrfilter 133. Dor entstehen etwa parallel zur Zeichenebene die räumlichen Interferogramme. Es kann hierbei sehr gut die anerkannte Dual-balanced-Technik zur Anwendung kommen. Dazu werden die räumlichen Interferogramme, die sich aus den einzelnen Lichtpunkten der Einheit 111, bestehend aus einer Mikrolinsenzeile mit nachgeordneter Pinhole-Zeile in Fokusposition, in den Strahlengängen der gegenphasig arbeitenden Ausgänge von IA1 und IA2 „auf Lücke” gesetzt. Dadurch befinden sich räumliche Interferogramme mit gegenphasigen Wechselanteilen auf der InGaAs-Infrarot-Matrixkamera 133 nebeneinander. Dies ist im Detail M dargestellt. Die laterale Shear ist in den beiden Interferenzbündelpaaren IBI und IB2 bei der Detektion jeweils zu null gemacht. Jedes linienförmige räumliche Interferogramm repräsentiert hier einen Messpunkt für das angemessene menschliche Gewebe 103 entlang einer Linie. Auf die Scan-Bewegungen zur globalen optischen Abtastung von menschlichem Gewebe 103 wie A-Scans oder B-Scans in feiner oder grober Skale oder auch Mikro-Scans zur Erhöhung des Füllgrades der Messung wird hier nicht eingegangen, weil diese Möglichkeiten dem kundigen Fachmann selbstverständlich bekannt ist.
  • Die über das Strahlteilersystem 188 ausgekoppelten Objekt- O und Referenzstrahlenbündel R werden über ein zweistufiges Spiegelobjektiv ohne Mittenabschattung 189 in je eine Lichtpunktkette fokussiert, die jeweils auf die beiden Eingangsspalte des optischen Teils eines Linien-Differenz-One-Shot-Spektrometers 190 treffen. Lichtpunkt für Lichtpunkt des in die Spalte eintretenden Lichts wird spektral analysiert, also lateral aufgelöst. Die Quelle für die Nah-Infrarot-Spektralanalyse stellt eine spektral breitbandige Nah-Infrarot-Quelle 303 dar, die über den Strahlteiler 302 den Eingang in den Strahlengang zum Interferometerblock 114 findet. Das Linien-Differenz-One-Shot-Spektrometer, was ja ein Doppel-Spektrometer darstellt, ist entweder als dispersives oder als statisches Fourier-Transformations-Spektrometer, letzteres gegebenenfalls auch mit zyklischem Strahlengang, jedoch in jedem Fall als One-shot-System, ausgebildet. Im Signalverarbeitungs-System 191 erfolgt die Differenzbildung der Signale aus jedem Spektrometer des Doppelsystems, so dass für jeden Lichtpunkt das Differenzspektrum vorliegt. Jedem spektral analysierten Lichtpunkt wird auch seine Tiefeninformation zugeordnet, die aus den beiden zugehörigen räumlichen Interferogrammen mittels hier nicht dargestellter Rechnerhardware errechnet wird. Die Detektion erfolgt wie dargestellt mittels InGaAs-Infrarot-Matrixkamera 133, So können jedem Messpunkt entlang einer Linie für das angemessene menschliche Gewebe 103 die Spektraldaten zugeordnet werden. Es werden mehrere Linienschnitte vom menschlichen Gewebe 103 aufgenommen, so dass auch die Raumkoordinaten dreidimensional vorliegen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ABS ist über den Strahlteilersystem 188 auch ein Fluoreszenz-Spektrometer angekoppelt. Um hier auch Raman-Spektroskopie betrieben zu können, ist im Lichtquellen-System 301 auch ein Laser für die Raman-Spektroskopie integriert. Ein Raman-Spektrometer 192 ist dem Strahlteiler 304 für das zurückkommende und bereits an der Einheit 111 mit Pinhole-Zeile streng konfokal diskriminierte Licht zugeordnet.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel AB6 ist die PPPS aus Kalziumfluorit ohne angefügte Prismen ausgebildet, so dass der multisensorielle Liniensensor auch als spektrales Weitbereichssystem vom ultravioletten Spektralbereich bis zur Wellenlänge von 2,5 μm im Infrarot-Bereich genutzt werden kann.
  • Die 10 basiert auf der Anordnung gemäß 9 und stellt ebenfalls eine Anordnung zur linienhaften Detektion von Tumorzellen mit einem integrierten Femtosekunden-Laser 121 zur Behandlung dar. Anstelle des Umlenkplanspiegels 182 ist ein Strahlteilersystem 193 angeordnet. Dieser Ausgang kann für weitere Sensorik, auch auf der Basis der Raman-Spektroskopie zur Generierung von weiteren Messdaten zur Erkennung von Tumorzellen genutzt werden. Im Objektstrahlengang ist ein brechkraftkompensiertes diffraktiv-optisches Element 194 angeordnet. Somit kann der Tiefenmessbereich durch chromatische Längsaberration um ein Mehrfaches gegenüber der wellenoptischen Schärfentiefebereich vergrößert werden. Die Tiefenaufspaltung beträgt hier etwa das Dreifache dieses wellenoptischen Schärfentiefebereichs. Die Tiefenmessunsicherheit erhöht sich gegebenenfalls etwas, da sich die Breite der Einhüllenden im räumlichen Interferogramm durch die Ausblendung von Spektralanteilen durch die konfokale Diskriminierung vergrößert. Auf der InGaAs-Infrarot-Matrixkamera 133 sollte mindestens die Halbwertsbreite der Einhüllenden des räumlichen Interferogramms in der Mitte des Tiefenmessbereiches Platz finden. Diese Halbwertsbreite ergibt sich aus dem Spektrum des interferierenden Lichts, welches durch die chromatische Aufspaltung mit nachfolgender konfokaler Diskriminierung, wesentlich beschnitten wird, und den Daten der geometrisch-optischen Abbildung auf die InGaAs-Infrarot-Matrixkamera 133. Bezugszeichenliste
    Bezugszeichen Bezeichnung
    1 Punktlichtquelle, spektral breitbandig
    2 Single-Mode-Faser
    3 Kollimator
    4 Strahlteiler-Fläche
    5 Planparallelplatte aus refraktivem Material
    6 Strahlvereiniger-Fläche
    7 Halb-Schwarzschild-Messobjektiv
    8 Zentralspiegel des Halb-Schwarzschild-Messobjektivs 7
    9 Außenspiegel des Halb-Schwarzschild-Messobjektivs 7
    11 Tripelspiegel-Reflektor
    12 Planspiegel des Tripelspiegel-Reflektors
    15 Schwach fokussierendes diffraktiv-optisches Element mit positiver Brechkraft (Fresnellinse)
    16 Planparallelplatte zum Ausgleich des optischen Gangunterschieds im Interferometer
    17 Zylinderoptik
    18 Spaltblende
    19 erstes Teleskopobjektiv
    20 Doppelspaltblende
    21 zweites Teleskopobjektiv
    22 Schwarzschild-Referenzobjektiv
    23 Referenzplanspiegel
    24 Achromatischer Keil, bestehend aus Prismenkeil und aufgebrachtem diffraktiv-optischen Element
    25 Multispaltblende
    100 Spektral breitbandige Lichtquelle mit Anordnung von Single-Mode-Fasern in einer Linie
    110 Spektral breitbandige Lichtquelle zur linienhaften Beleuchtung
    111 Einheit, bestehend aus einer Mikrolinsenzeile mit nachgeordneter Pinhole-Zeile in Fokusposition
    112 zweistufiges Spiegel-Objektiv ohne Mittenabschattung
    113 Strahlteiler
    114 Interferometerblock
    115 Strahlteiler- und Strahlvereiniger-Einheit
    116a, b, c 90°-Prismen
    117 Schwarzschild-Objektiv mit einer Teilpupille für Messstrahlung und einer Teilpupille für Bearbeitungsstrahlung
    118 Zentralspiegel des Schwarzschild-Objektivs 117
    119 Außenspiegel des Schwarzschild-Objektivs 117
    120 Femtosekunden-Laser zur Bearbeitung
    121 Femtosekunden-Laser zur Behandlung
    101 Spiegelndes Messobjekt, ein asphärischer Glasprüfling
    102 Metallisches, feinstbearbeitetes Messobjekt
    103 Menschliches Gewebe
    104 biologisches Messobjekt
    131 Matrixkamera
    132 Zeilenkamera
    133 VIS-UV-Sperrfilter
    140 Intensitäts-Wavelet des Kurzkohärenz-Interferogramms
    141 Intensitäts-Wavelet des Kurzkohärenz-Interferogramms aus einem Stapel
    142 Intensitäts-Wavelet des Kurzkohärenz-Interferogramms aus einem Stapel
    170 Lichtquelle im sichtbaren Bereich zur Objektraumbeleuchtung zwecks Inspektion mittels mikroskopischer Bildverarbeitung
    171 rechteckige Gesichtsfeldblende für Objektraumbeleuchtung
    172 Kollimator
    173 den Umlenkspiegel
    174 Sperrfilter für das Linien-Sensor-Messlicht
    175 Kameraobjektiv
    176 CCD-Kamera
    177 Planspiege
    178 Planspiegel 2
    179 Zylinderspiegeloptik
    180 Zylinderspiegeloptik
    181 VIS-UV-Sperrfilter
    182 Umlenkplanspiegel
    183 Umlenkplanspiegel
    184 Zylinderspiegel
    185 Zylinderspiegel
    186 Doppelspaltblende
    187 zweistufiges Spiegel-Objektiv ohne Mittenabschattung
    188 Strahlteilersystem
    189 zweistufiges Spiegelobjektiv ohne Mittenabschattung
    190 Optischer Teil eines Linien-Differenz-One-Shot-Spektrometers
    191 Signalverarbeitungs-System des Linien-Differenz-One-Shot-Spektrometers
    192 Raman-Spektrometer
    193 Strahlteilersystem
    194 Brechkraftkompensiertes diffraktiv-optisches Element
    260 Spiegeltreppe
    261 Planspiegel 1
    262 Planspiegel 2
    270 Drei-Planspiegel-Reflektorgruppe
    271 Erster Planspiegel
    272 Zweiter Planspiegel
    273 Dritter Planspiegel
    280 Referenz-Retro-Reflektor mit achromatischer Strahlablenkung
    281 erstes Halbobjektiv des Referenz-Retro-Reflektors 280 mit achromatischer Strahlablenkung
    282 zweites Halbobjektiv des Referenz-Retro-Reflektors 280 mit achromatischer Strahlablenkung
    301 Lichtquellen-System mit räumlich kohärenter, spektral schmalbandiger Nah-Infrarot-Quelle und Laser für die Raman-Spektroskopie
    302 Strahlteiler im Beleuchtungsstrahlengang
    303 Spektral breitbandige Nah-Infrarot-Quelle für Nah-Infrarot-Spektralanalyse
    304 Strahlteiler
    O Objektstrahlenbündel
    R Referenzstrahlenbündel
    IB1 Interferenzbündelpaar 1
    IB2 Interferenzbündelpaar 2
    TAT-E Teilapertur für Tripelreflektor, Eingangsbereich
    TAT-A Teilapertur für Tripelreflektor, Ausgangsbereich
    TAF-E Teilapertur für Halb-Schwarzschild-Messobjektivs 7, Eingangsbereich
    TAF-A Teilapertur für Halb-Schwarzschild-Messobjektivs 7, Ausgangsbereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • DE 102006007172 A1 [0098]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
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    • M. Hering, K. Körner und B. Jähne in Applied Optics, Vol. 48, Nummer 3, Seite 525 bis 538 vom 20. Januar 2009 [0011]
    • M. Hering, S. Herrmann, M. Banyay, K. Körner und B. Jähne bereits im Jahr 2006 in den Proceedings of SPIE, Vol. 6188, 61880E-1 bis 61880E-11 [0011]
    • G. W. Stroke und A. T. Funkhouser im Jahr 1965 zurückgeht, s. a. G. W. Stroke, A. T. Funkhouser, ”Fourier-Transform Spectroscopy using imaging without computing and with stationary interferometers”, Physics Letters, Vol. 16, S. 272–274, 1965 [0017]

Claims (32)

  1. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI), auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), zur Abstands-, Tiefen-, Profil-, Form-, Welligkeits-, Mikroform-, Mikroprofil- und/oder Rauheitsmessung oder zur Messung der optischen Weglänge eines Objekts oder eines Objektdetails oder dessen räumlicher oder zeitlicher Veränderung und/oder zur Optischen Kohärenz-Tomografie (OCT) oder zur Optischen Kohärenz-Mikroskopie (OCM), insbesondere auch als optisch messender Scout-Sensor in einem multisensoriellen System zur Materialmessung und zur Materialbearbeitung oder in einem System zur multisensoriellen Erkennung von Tumorzellen und zur optischen Behandlung derselben mit mindestens einem Zweistrahl-Interferometer, auch in Form eines hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM), oder einer Vielzahl von Zweistrahl-Interferometern, mit mindestens einer monochromatischen und/oder polychromatischen Quelle (1, 100) elektromagnetischer Strahlung am Eingang des Zweistrahl-Interferometers, mit einer Strahlteiler-Fläche (4) in jedem Zweistrahl-Interferometer zur Erzeugung von Objekt- und Referenzlicht, also in Form von Objekt- und Referenz-Strahlenbündeln oder Objekt- und Referenz-Wellenfronten, durch Teilung der Wellenamplitude- und mit einer dieser Strahlteiler-Fläche (4) jeweils zumindest näherungsweise parallel gegenüberliegenden und von dieser räumlich separierten Strahlvereiniger-Fläche (6) zur Wiedervereinigung von Objekt- und Referenzlicht zum Zweck der Interferenz mit einem Referenzstrahlengang im Zweistrahl-Interferometer jeweils mit einem Retro-Reflektor (11, 22, 28), der jeweils mindestens zwei Teilaperturen (TAT-E, TAT-A oder TAF-E, TAF-A) aufweist, von denen eine Halbapertur (TAT-E, TAF-E) jeweils allein für in den Retro-Reflektor hineingehendes Licht und eine Teilapertur jeweils allein (TAT-A, TAF-A) für aus dem Retro-Reflektor (11, 22, 28) herausgehendes Licht genutzt wird, wodurch eine Separierung von in den Retro-Reflektor (11, 22, 28) einfallendem Licht und von – nach der Retro-Reflexion – austretendem Licht durchgeführt wird, mit einem Objektstrahlengang im Zweistrahl-Interferometer mit einem das Objekt (101, 102, 103) oder mindestens ein Element des Objekts (101, 102, 103) beleuchtenden und abbildenden Messobjektiv (7), und mit mindestens einem gerasterten Detektor (131, 132, 133) oder einer, Vielzahl von gerasterten Detektoren für elektromagnetische Strahlung, mit welchem mindestens ein räumliches Interferogramm registriert wird, gekennzeichnet mit den Verfahrensschritten: • Geometrische Separierung von hinlaufendem und zurücklaufendem Strahlenbündel im Referenzstrahlengang zumindest näherungsweise in der Größe des Referenz-Strahlenbündel-Durchmessers mittels Retro-Reflexion mittels der lateralen Positionierung und/oder der geometrischen Ausbildung des Retro-Reflektors (11, 22, 28) im Zweistrahl-Interferometer, • Erzeugen einer vorbestimmten Neigung eines Referenzstrahlenbündels R zu je einem Objektstrahlenbündel O am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers durch Mittel (24) zur zumindest näherungsweise achromatischen Strahlablenkung im Referenzstrahlengang auf der Basis von Reflexion und/oder Diffraktion und/oder Refraktion, einschließlich von Maßnahmen zur vorbestimmten geometrischen Ausbildung des Retro-Reflektors (11, 22, 28) oder von Komponenten desselben, • und/oder Erzeugen der vorbestimmten Neigung alpha eines Referenzstrahlenbündels R zu je einem Objektstrahlenbündel O am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers mittels Reflexion von Referenzstrahlenbündel R oder Objektstrahlenbündel O bei deren Wiedervereinigung an der separierten Strahlvereiniger-Fläche (6), so dass als Resultat der Summe der Mittel und Maßnahmen zur achromatischen Strahlablenkung des Referenzstrahlenbündels R und der Wiedervereinigung an der Strahlvereiniger-Fläche (6) eine vorbestimmte Neigung des Referenzstrahlenbündels R zu je einem Objektstrahlenbündel O mit dem Winkel alpha am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers besteht, • Erzeugen von räumlichen Kurzkohärenz-Interferenzen zueinander geneigter Objekt- und Referenzstrahlenbündel auf einem gerasterten Detektor (131, 132, 133) elektromagnetischer Strahlung, wobei der Neigungswinkel alpha am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers zumindest näherungsweise unabhängig von der Wellenlänge gemacht ist, und diese vorbestimmte Neigung im Üerdeckungsbereich von Objekt- und Referenzwellenfronten auf dem gerasterten Detektor (131, 132, 133) – also im räumlichen Interferogramm – eine Änderung des optischen Gangunterschieds zwischen den interferierenden Wellenfronten über der lateralen Ausdehnung des räumlichen Interferogramms bewirkt, der zu einer Modulation der Intensität im räumlichen Interferogramm führt, • Bildung mindestens eines Signalmaximums oder mindestens eines Signalminimums im räumlichen Interferogramm auf dem gerasterten Detektor (131, 132, 133), • Detektion mindestens eines räumlichen Interferogramms auf dem gerasterten Detektor (131, 132, 133) und • Auswertung eines räumlichen Interferogramms zur Bestimmung Abstand, Tiefe, Profil, Form, Mikroform, Welligkeit und/oder Rauheit oder der optischen Weglänge in oder an einem biologischen (103) oder technischen Objekt (101, 102) oder Objektdetail.
  2. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometie nach Anspruch 1, dass zumindest näherungsweise eine Eliminierung der Lateral-Shear von Objekt- und Referenzstrahlenbündel auf dem gerasterten Detektor (131, 132, 133) elektromagnetischer Strahlung durch die simultane Abstimmung • des Betrags und des Vorzeichens der lateralen Bündelseparierung bei der Retro-Reflexion im Referenzstrahlengang, • des Betrags und des Vorzeichens der vorbestimmten geometrischen Separierung der Strahlteilungsfläche und Strahlvereinigungsfläche unter Berücksichtigung der Brechungsindizes der optischen Materialien, die zwischen Strahlteilungsfläche (4) und Strahlvereinigungsfläche (6) angeordnet sind, • sowie des Winkelbetrags und des Vorzeichens des Neigungswinkels alpha des Referenzstrahlenbündels R zum Objektstrahlenbündel O durchgeführt wird.
  3. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass eine Wellenfrontformung von Objekt- und Referenzwellen am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers mittels Zylinderoptik (17) oder anamorphotisch wirkender Prismen durchgeführt wird, so dass bei der Wellenfrontformung vorbestimmt ausgeprägter Astigmatismus für Objekt- und Referenzwellen eingeführt wird und bei der Detektion eines jeden räumlichen Interferogramms durch astigmatische Fokussierung – von jeweils einer ein räumliches Interferogramm bildenden Objekt- und Referenz-Zylinderwelle – dieses räumliche Interferogramm zumindest näherungsweise jeweils in linienhafter Form auf dem gerasterten Detektor (131, 132, 133) ausgebildet wird.
  4. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass eine konfokale Diskriminierung mittels Spalt (18, 20, 25) oder Pinhole-Blende für das zurückkommende Objektlicht durchgeführt wird.
  5. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass eine konfokale Diskriminierung mittels Spalt (18, 20) oder Pinhole-Blende für das zurückkommende Referenzlicht durchgeführt wird.
  6. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass auch der zweite Ausgang IA2 des Zweistrahl-Interferometers, der durch die Anordnung mit getrennten Orten für Strahlteilung (4) und -vereinigung (6) vom Eingang geometrisch entkoppelt ist, gemeinsam mit dem Ausgang IA1 für die Dual-balanced Technik genutzt wird, um den Gleichanteil im detektierten räumlichen Interferogramm numerisch zumindest näherungsweise vollständig eliminieren zu können.
  7. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens ein Ausgang (A, IA1, IA2) des Zweistrahl-Interferometers für die NIR-Spektroskopie genutzt wird.
  8. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens ein Ausgang (A, IA1, IA2) des Zweistrahl-Interferometers für die Raman-Spektroskopie genutzt wird.
  9. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens ein Ausgang (A, IA1, IA2) des Zweistrahl-Interferometers für die Fluoreszenz-Spektroskopie genutzt wird.
  10. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens ein Ausgang (A, IA1, IA2) des Zweistrahl-Interferometers für die Multiphotonen-Mikroskopie genutzt wird.
  11. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens ein Ausgang (A, IA1, IA2) des Zweistrahl-Interferometers für die Differenz-Spektroskopie genutzt wird.
  12. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, dass über eine Teilapertur des Messobjektivs (7, 117) geeignete Laser-Strahlung zur Laser-Behandlung von lebendem Gewebe oder biologischem toten Material oder Laser-Strahlung zur Laser-Bearbeitung von nichtbiologischem Material zugeführt wird.
  13. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, dass im Messobjektiv (7, 117) und/oder im Objektstrahlengang Mittel (24) zur chromatischen Längsaufspaltung (15) und zur zumindest partiellen konfokalen Diskriminierung (18, 20, 25) angeordnet sind, um eine Tiefenseparierung von Fokuspunkten zur Implementierung der chromatisch-konfokalen Technik durchzuführen.
  14. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, dass das Zweistrahl-Interferometer mit einer Vielzahl von Eingangsbündeln optisch gespeist wird, so dass eine Vielzahl von Objektbündeln und Referenzbündeln parallelisiert gebildet wird, und jedem gebildeten Referenzbündel ein Retro-Reflektor und jedem gebildeten Objektbündel ein Messobjektiv (7, 117) zugeordnet ist und eine parallelisierte optische Abtastung des Objekts (101, 102, 103) durchgeführt wird.
  15. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI), auch in Form der hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskopie (HA KIM), zur Abstands-, Tiefen-, Profil-, Form-, Welligkeits-, Mikroform-, Mikroprofil- und/oder Rauheitsmessung oder zur Messung der optischen Weglänge eines Objekts oder eines Objektdetails oder dessen räumlicher oder zeitlicher Veränderung und/oder zur Optischen Kohärenz-Tomografie (OCT) oder zur Optischen Kohärenz-Mikroskopie (OCM), insbesondere auch als optisch messender Scout-Sensor in einem multisensoriellen System zur Materialmessung und zur Materialbearbeitung oder in einem System zur Erkennung von Tumorzellen und zur optischen Behandlung derselben mit den Merkmalen des Oberbegriffs und im Referenzstrahlengang der Retro-Reflektor dabei • entweder als kompakter Tripelspiegelreflektor (11) mit drei Planspiegelflächen, • oder als Tripelspiegel-Anordnung, bestehend aus einer Dachkantspiegel-Anordnung und einer einzelnen, dieser Dachkantspiegel-Anordnung zugeordneten Planspiegelfläche, • oder als Tripelspiegel-Anordnung (11), bestehend aus drei einzelnen Planspiegelflächen, die jeweils zumindest näherungsweise eine Raumecke darstellen • oder der Retro-Reflektor mit mindestens einem fokussierendem Referenzobjektiv (22) und einem Referenz-Endreflektor (23, 27) ausgebildet ist, welcher jeweils zumindest näherungsweise in der Fokusposition dieses Referenzobjektivs angeordnet ist, • und der Retro-Reflektor (11, 22, 28) dabei stets jeweils mindestens zwei Teilaperturen (TAT-E, TAT-A oder TAF-E, TAF-A) aufweist, von denen eine Teilapertur (TAT-E, TAF-E) jeweils allein für in den Retro-Reflektor (11, 22, 28) hineingehendes Licht und eine Teilapertur jeweils allein (TAT-A, TAF-A) für aus dem Retro-Reflektor (11, 22, 28) herausgehendes Licht genutzt wird, gekennzeichnet dadurch, dass – entweder eine vorbestimmte Winkelabweichung delta_beta von der idealen Raumecke mindestens einer Planspiegelfläche (12) – des kompakten Tripelspiegelreflektors (11), – oder der Tripelspiegel-Anordnung, bestehend aus einer Dachkantspiegel-Anordnung und einer einzelnen, dieser Dachkantspiegel-Anordnung zugeordneten Planspiegelfläche – oder der Tripelspiegel-Anordnung (11) im Referenzstrahlengang besteht – oder mindestens einer der beiden Teilaperturen (TAT-E, TAT-A) Mittel (24) zur Durchführung einer zumindest näherungsweise achromatischen Strahlablenkung zum Einführen einer vorbestimmten Strahlablenkung delta_rho zugeordnet sind, – oder der Retro-Reflektor mit fokussierendem Referenzobjektiv (22, 281, 282) und Referenz-Endreflektor (23) in dessen kollimierten Strahlengang mindestens zwei Teilaperturen (TAF-E, TAF-A) aufweist, von denen eine Teilapertur (TAF-E) allein für in den Retro-Reflektor hineingehendes Licht und eine Teilapertur (TAF-A) allein für aus dem Endreflektor herausgehendes Licht genutzt wird, so dass eine Separierung von in den Retro-Reflektor einfallendem und austretendem Licht durchgeführt wird, und im kollimierten Strahlengang mindestens einer dieser beiden Teilaperturen (TAF-E, TAF-A) Mittel (24, 26) zur Durchführung einer zumindest näherungsweise achromatischen Strahlablenkung zum Einführen der vorbestimmten Neigung delta_rho zugeordnet sind – und/oder dass mittels vorbestimmter Rest-Winkelabweichung delta_gamma von der Parallelität von Strahlteiler-Fläche (4) und dieser gegenüberliegenden, separierten Strahlvereiniger-Fläche (6) nach der Strahlvereinigung am Ausgang des Zweistrahl-Interferometers jeweils eine vorbestimmte Neigung alpha einer Referenzwellenfront zu je einer Objektwellenfront vorbestimmt besteht.
  16. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI) nach Anspruch 15, gekennzeichnet dadurch, dass der Referenz-Endreflektor des Retro-Reflektors (22, 28) mit fokussierendem Referenzobjektiv als Planspiegel (23) zur einmaligen Reflexion des fokussierten Referenzstrahlenbündels ausgebildet ist.
  17. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI) nach Anspruch 15, gekennzeichnet dadurch, dass der Referenz-Endreflektor des Retro-Reflektors (22, 28) mit fokussierendem Referenzobjektiv (22) als Dreifach-Planspiegel-Gruppe (27) zur dreifachen Reflexion des fokussierten Referenzstrahlenbündels ausgebildet ist, wobei die drei Planspiegel (271, 272, 273) jeweils senkrecht zu einer gemeinsamen Bezugsebene (E) angeordnet sind.
  18. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI) nach Anspruch 16, gekennzeichnet dadurch, dass die Mittel zur zumindest näherungsweise achromatischen Strahlablenkung als achromatisierter Ablenkkeil (24) oder eine Spiegeltreppe (26) oder eine achromatische Prismenspiegeltreppe ausgebildet sind.
  19. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI) nach mindestens einem der Ansprüche 15, 16 und 17, gekennzeichnet dadurch, dass der Ablenkkeil (24) als Kombination aus refraktivem Prismenkeil und mindestens einem diffraktiven optischen Element (DOE) ausgebildet ist.
  20. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI) nach Anspruch 15, gekennzeichnet dadurch, dass sowohl die Anordnung von Strahlteiler-Fläche (4) und Strahlvereiniger-Fläche (6) als auch die Planspiegel der Tripelspiegel-Anordnung (11) als eine Starrkörper-Anordnung ausgebildet sind, so dass die vorbestimmte Winkelabweichung delta_beta von der idealen Raumecke vorbestimmt fest und dauerhaft eingestellt ist.
  21. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI) nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 20, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens eine Lichtquelle (1, 100) lateral feinstrukturiert, auch in Linien- oder Flächenform oder auch dreidimensional, ausgebildet ist.
  22. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI)) nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 21, gekennzeichnet dadurch, dass im Messobjektiv (7, 117) und/oder im Objektstrahlengang refraktive und/oder diffraktive Mittel (15) zur chromatischen Längsaufspaltung angeordnet sind.
  23. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie-(ROSI)) nach Anspruch 22, gekennzeichnet dadurch, dass im Messobjektiv (7, 117) und/oder im Objektstrahlengang die Mittel zur chromatischen Längsaufspaltung mit diffraktiv-optischen Elementen ausgebildet sind.
  24. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI) nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 23, gekennzeichnet dadurch, dass viele miniaturisierte Messobjektive in Zeilen- oder Matrixanordnung angeordnet und dazu, Tripel-Reflektoren in Zeilen- oder Matrixanordnung ausgerichtet sind, wobei die Tripel-Reflektoren zumindest näherungsweise je eine vorbestimmte Winkelabweichung delta_beta aufweisen.
  25. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI) nach Anspruch 24, gekennzeichnet dadurch, dass miniaturisierte Messobjektive in Form eines Mikrolinsen-Arrays angeordnet sind.
  26. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI) nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 24, gekennzeichnet dadurch, dass der Retro-Reflektor als Anordnung aus zwei halbierten, zumindest näherungsweise baugleichen Referenz-Halbobjektiven mit den Brennweiten f'_1 und f'_2 = f' ausgebildet ist und diese beiden Referenz-Halbobjektive ein Retro-Reflektor-System bilden und sich deren optischen Achsen in einem kleinen vorbestimmten Abstand delta_e parallel zueinander befinden und die Brennebenen der beiden halbierten, baugleichen Referenz-Halbobjektive zumindest näherungsweise koinzidieren.
  27. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI) nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 26, gekennzeichnet dadurch, dass die Quelle elektromagnetischer Strahlung im Frequenzraum als über der Zeit durchstimmbare Frequenzkamm-Laserlichtquelle, oder als – hinsichtlich optischer Weglänge 2L über der Zeit – durchstimmbares Vielstrahl-Interferometer ausgebildet ist.
  28. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI) nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 27, gekennzeichnet dadurch, dass neben den Mitteln des Durchstimmens auch Mittel zur gleichzeitigen Durch- oder Nachfokussierung im Objektstrahlengang angeordnet sind, welche mit Mitteln zur Synchronisierung der durchstimmbaren Frequenzkamm-Lichtquelle oder mit Mitteln zur Synchronisierung eines über der Zeit durchstimmbaren Vielstrahl-Interferometers kombiniert sind.
  29. Anordnung zur robusten One-Shot-Interferometrie (ROSI) nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 28, gekennzeichnet dadurch, dass die Mittel zur gleichzeitigen Durch- oder Nachfokussierung im Objektstrahlengang als vorbestimmt steuerbare Flüssigkeitslinse, als vorbestimmt steuerbarer Membranspiegel oder als räumlicher, vorbestimmt steuerbarer Lichtmodulator ausgebildet sind.
  30. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, dass die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: – Nach- bzw. Durchfokussieren des Sensors in Relation zum Messobjekt, so dass sich der optische Gangunterschied zumindest für den Hauptstrahl im Objektstrahlengang im Zweistrahl-Interferometer sich zumindest näherungsweise nicht oder nicht sehr stark ändert und – gleichzeitiges Durchstimmen der Quelle elektromagnetischer Strahlung im Frequenzraum mittels durchstimmbarer Frequenzkamm-Laserlichtquelle oder mittels Vielstrahl-Interferometer hinsichtlich optischer Weglänge 2L – also des „einfachen” optischen Gangunterschieds x_zu, wobei die aktuelle Fokusebene, speziell der Fokuspunkt auf der optischen Achse des Objektstrahlenganges des hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) stets zumindest näherungsweise dort lokalisiert wird, wo eine Kompensation des optischen Gangunterschieds x des Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops durch die einfache optische Verzögerungslänge 2L der Frequenzkamm-Laserlichtquelle oder des Vielstrahl-Interferometers auf der optischen Achse des Objektstrahlenganges besteht.
  31. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, dass die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: – Nach- bzw. Durchfokussieren des Sensors in Relation zum Messobjekt, so dass sich der optische Gangunterschied zumindest für den Hauptstrahl im Objektstrahlengang im Zweistrahl-Interferometer zumindest näherungsweise nicht ändert und – gleichzeitiges Durchstimmen eines dem hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskop (HA KIM) zugeordneten Zweistrahl-Interferometers hinsichtlich seines optischen Gangunterschieds x_zu, wobei die aktuelle Fokusebene, speziell der Fokuspunkt auf der optischen Achse des Objektstrahlenganges des hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) stets zumindest näherungsweise dort lokalisiert wird, wo eine Kompensation des optischen Gangunterschieds x des hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskops (HA KIM) durch den optischen Gangunterschied x_zu des zugeordneten Zweistrahl-Interferometers auf der optischen Achse des Objektstrahlenganges besteht, so dass dabei der optische Gangunterschieds x_zu des zugeordneten Zweistrahl-Interferometers jeweils zumindest näherungsweise einmal dem optischen Gangunterschied x im hochaperturigen Kurzkohärenz-Interferenzmikroskop (HA KIM) zu einem Zeitpunkt des zeitlichen Durchstimmens gleichgemacht ist.
  32. Verfahren zur robusten One-Shot-Interferometrie nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 und Ansprüche 30 und 31, gekennzeichnet dadurch, dass das kurzzeitige „zeitliche Einfrieren” der räumlichen Interferogramme” im Scan in der Zeit einer Bildaufnahme mittels gerasterten Detektors (131, 132, 133) mittels hochdynamischer Piezostelltechnik vorbestimmt am Reflektor im Referenzarm erfolgt.
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