DE19545691A1 - Verfahren und Einrichtung zur spektralen Auswertung flächenhafter, farbiger Objekte und Bilder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur spektra­ len Auswertung flächenhafter, farbiger Objekte und Objektbilder mit Hilfe eines modifizierten Michelson-Interferometers als Fourierspektrometer. Diese Erfin­ dung ist vor allem dort einsetzbar, wo es gilt, flächenhafte, farbige Objekte und Objektbilder umfassend, d. h. mit spektraler und lokaler Auflösung, zu charak­ terisieren, zu identifizieren, zu untersuchen und spektral auszuwerten. Anwen­ dungsgebiete sind, beispielsweise die boden-, luft- und weltraumgestützte Fernerkundung, die Prüfung von Dokumenten, Kunstgegenständen und Geld­ scheinen oder in der Medizin z. B. die Erkennung von Hautveränderungen und der gleichen. Allgemein handelt es sich um solche Objekte, deren physikalischer und biologischer Zustand durch die farbige Beschaffenheit ihrer Oberfläche manifestiert ist. Solche Oberflächen können als farbige, nicht kohärente Licht­ quellen angesehen werden.

Übliche Fourier-Spektrometer haben nur eine spektrale und keine lokale Auflö­ sung. Bei ihnen wird die zu untersuchende Lichtquelle oder ein zu untersu­ chendes, leuchtendes Objekt auf die Eintrittsblende in der Fokalebene einer kol­ limierenden Optik abgebildet. Ein Lichtbündel, das von dem in der Eintrittsblende angeordneten Objekt oder Objektbild ausgeht, wird an einer nachgeordneten Teilerfläche in zwei, getrennte Wege durch laufende Strahlen­ bündel aufgespalten, die nach Reflexion an je einem Interferometerspiegel und ihrer Zusammenführung in einer zur Eintrittsblende optisch konjugierten Ebene interferieren. Durch zeitliche Variation der optischen Wegdifferenz zwischen den beiden Strahlenbündeln erhält man ein zeitlich moduliertes Intensitätssignal, das sogenannte Interferogramm, welches durch einen in der Austrittsblende angebrachten Fotodetektor gemessen wird. Aus der Fourier­ transformierten des Interferogrammes erhält man das Spektrum des in der Ein­ trittsblende liegenden Objektes oder des Objektbildes. Ein Fourierspektrometer, das nach dieser Art für den ultravioletten und sichtbaren Spektralbereich gebaut wurde, wird in der Zeitschrift "Journal of Physics E: Scientific Instru­ ments", Vol. 20 (1987), Seite 54 ff, beschrieben.

Um die Vorteile der Fourier-Spektroskopie auch für bildgebende Spektrometer auszunutzen, wurden Fourier-Spektrometer mit spektraler und lokaler Auflö­ sung entwickelt ("Imaging Fourier Transform Spektrometer", IFTS). Im Vergleich zu dispersiven Anordnungen mit Gittern oder Prismen zeichnen sie sich vor allem durch einen höheren Lichtleitwert (Étendue), durch ihre große spektrale Bandbreite und durch die unabhängig wählbare räumliche und spektrale Auflö­ sung aus. Notwendig für diese Anordnungen ist eine zweidimensionale Fotoempfängermatrix (z. B. CCD-Sensoren).

In der Zeitschrift "Advanced Space Research", Vol. 11 (1991), Seite 387 ff, wird eine Anordnung beschrieben, bei der der einzelne Detektor in der Austritts­ blende durch eine zweidimensionale Fotoempfängermatrix ersetzt wurde. Dadurch wird jedem Detektorelement (Pixel) in der Austrittsblende ein Objekt­ detail in der Eintrittsblende zugeordnet. Durch Verschieben eines der beiden Interferometerspiegel wird der optische Weg aller Objektbündel in einem Inter­ ferometerarm verändert. Da jedes Fotoempfängerelement in der Matrix als unabhängiger Detektor arbeitet, erhält man für jedes Objektdetail in der Ein­ trittsblende ein Interferogramm, und somit nach Fouriertransformation die spektrale Intensitätsverteilung für jedes Objektelement. Die räumliche Auflö­ sung ist proportional zur Anzahl der Elemente in der Detektormatrix, die spek­ trale Auflösung wird bestimmt von der optischen Weglängendifferenz zwischen den Interferometerarmen. Nachteilig an diesen Anordnungen ist die Notwen­ digkeit eines präzisen Antriebsmechanismus für den beweglichen Interferome­ terspiegel. Dadurch wird die Anordnung empfindlich gegenüber Dejustierungen und allen Arten mechanischer und akustischer Störungen. Vorteilhaft ist, daß das theoretische spektrale Auflösungsvermögen sehr groß sein kann, wenn man die optische Wegdifferenz im Interferometer nur groß genug macht.

Eine Alternative zu den Anordnungen mit zeitlich modulierten Interferogram­ men bilden die räumlich modulierten bildgebenden Fourier-Spektrometer ("Spatially Modulated Imaging Fourier Transform Spektrometer", SMIFTS). Aus den "Proceedings of the European Southern Observatory Conference on Pro­ gress in Telescope and lnstrumentation Technologies", ESO, Garching (1992), Seite 721 ff, ist der Typ eines SMIFT'S bekannt mit einer dem Michelson-Inter­ ferometer ähnlichen Anordnung eines Zweistrahlinterferometers. Hierbei sind die Interferometerspiegel, anders als bei einem konventionellen Interferometer, in einer festen Position zueinander angeordnet. Die notwendige optische Weg­ differenz zwischen den beiden Teilbündeln wird hier nicht durch Längsverschie­ bung eines Interferometerspiegels gewährleistet, sondern man erzeugt statt des­ sen eine räumliche Wegdifferenz quer zum Strahlenbündel. Dies erreicht man, indem die virtuellen Ebenen der Interferometerspiegel einen kleinen Winkel ein­ schließen, durch den Interferenzen gleicher Dicke (Fizeau-Streifen) entstehen, die auf der Spiegeloberfläche lokalisiert sind. Ein nachgeschaltetes Abbildungs­ system bildet die Fizeau-Streifen ab. In dieser Bildebene wird ein räumliches Interferogramm erzeugt, welches durch ein Detektorarray aufgelöst und einer Auswerteeinrichtung zugeführt wird.

Um eine lokale Auflösung zu erzielen, wird für das Abbildungssystem eine zusätzliche Zylinderoptik benötigt. Sie bewirkt, daß in einer Dimension (z. B. die Spalte des Sensors) auf dem Detektorarray die lokale Information und in der dazu senkrechten Dimension (z. B. die Zeile des Sensors) die spektrale Informa­ tion, für jedes Objektdetail unabhängig, als räumliches Interferogramm vorliegt. Durch diese Anordnung wird eine eindimensionale örtliche Auflösung erreicht. Um flächenhafte Objekte zu untersuchen, muß das Objekt oder ein Objektbild über die Eintrittsblende verschoben werden. Die maximale spektrale Auflösung wird begrenzt durch die Anzahl der Pixel in einer Zeile. Vorteilhaft bei diesen Anordnungen ist vor allem das stationäre Prinzip, d. h. der Wegfall des aufwen­ digen Antriebssystems für einen beweglichen Spiegel, die kompakte Konstruk­ tion und die Möglichkeit der Echtzeit-Spektroskopie, da für jedes Objektdetail in einer Dimension alle spektralen Elemente gleichzeitig aufgenommen werden.

Nachteilig ist die notwendige Zylinderoptik. Sie erhöht die Kosten und senkt die Bildqualität.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein auf dem Prinzip der zeitlich modulierten Interferogramme beruhendes Verfahren und eine auf einem stationären Interferometerprinzip beruhende Einrichtung zur spektralen Aus­ wertung zweidimensionaler, farbiger, leuchtender oder beleuchteter Objekte oder Objektbilder unter Verwendung eines Interferometers nach Michelson zu schaffen, mit welcher es ermöglicht wird, solche Objekte oder Objektbilder mit örtlicher, spektraler und zeitlicher Auflösung zu erfassen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur spektralen Aus­ wertung flächenhafter, farbiger Objekte und Bilder mit den im kennzeichnen­ den Teil des ersten Anspruch es dargelegten Mitteln gelöst. In den weiteren Ansprüchen sind nähere Ausführungen zum Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens und weitere Ausgestaltungen der Einrichtung beschrieben.

Gemäß dem Verfahren wird das zweidimensionale Objekt oder ein Objektbild durch die erste Abbildungsoptik auf die leicht verkippten Interferenzspiegel des Interferometers abgebildet. Eine Nachabbildung dieser Spiegel auf die Fläche der Fotoempfängeranordnung, z. B. einer CCD-Matrix, zeigt dann zwei überla­ gerte Bilder des zweidimensionalen Objektes oder Objektbildes, welche infolge der leichten Verkippung der Interferenzspiegel zueinander von Interferenzstrei­ fen gleicher Dicke (Fizeau-Streifen) durchzogen sind. Wird das Objekt oder das Objektbild senkrecht zur Richtung der Streifen bewegt, so durchläuft jede lokale Einzelheit des Objektes oder Objektbildes nacheinander alle Interferenz­ streifen und damit alle Interferenzordnungen. Werden nun während der Objektbewegung die Pixel der Fotoempfängeranordnung ständig ausgelesen, erhält man für jedes örtliche Detail des zu untersuchenden Objektes oder Objektbildes einen Datensatz als Interferogramm. Eine Fouriertransformation dieser Datensätze liefert für jedes Objektdetail dann das individuelle Spektrum.

Der relative Abstand der beiden Interferometerspiegel zur Strahlteilerschicht muß dabei so gewählt werden, daß der Ort der Weißlichtinterferenz (der "Weißlichtstreifen") auf den Interferometerspiegeln liegt.

Das beschriebene Verfahren erfordert, daß die Interferenzordnung eine eindeu­ tige Funktion des Ortes auf den Interferometerspiegeln ist und nicht von der Neigung der Lichtstrahlen abhängt, die durch denselben Bildort gehen. Das läßt sich nur dadurch erreichen, daß die Ebene, in der die Ringe gleicher Neigung lokalisiert sind, Pupillenebene bei der Abbildung des Objektes oder Objektbildes und der Streifen gleicher Dicke ist.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist mit den im vierten Anspruch dargelegten Mitteln realisiert. Das zweidimensionale Farbmuster wird als Objekt direkt oder als selbstleuchtendes Objekt oder mit weißem Licht im Durch- oder Auflicht beleuchtetes Objektbild durch die erste Abbildungsoptik nach Aufspaltung durch die Teilerfläche des Strahlteilers auf die beiden Inter­ ferometerspiegel, die unter einem geringfügig von 90° abweichenden Winkel zueinander angeordnet sind, abgebildet. Diese Interferometerspiegel sind als diejenigen eines Interferometers nach Michelson anzusehen. Dadurch, daß diese Spiegel nicht genau senkrecht aufeinander stehen, entstehen durch Inter­ ferenz Streifen gleicher Dicke (Fizeau-Streifen), die auf den Oberflächen der Interferometerspiegel lokalisiert sind. Da aber auch hier das Bild des durch die erste Abbildungsoptik abgebildeten Objekts oder Objektbildes liegt, erhält man als Nachabbildung der Interferometerspiegeloberflächen auf die Fläche der Fotoempfängeranordnung (z. B. CCD-Matrix) ein von Interferenzstreifen durchsetztes Bild des Objektes, welches untersucht werden soll. Nun wird das Objekt oder Objektbild relativ zum Interferometer senkrecht zur Streifenrichtung bewegt. Während dieser Bewegung werden die Pixel der Fotoempfängermatrix ständig ausgelesen und dabei für jede örtliche Einzelheit ein Datensatz z. B. im Speicher eines Rechners oder in einer Auswerteeinheit zur späteren Analyse angelegt.

Vorteilhaft ist es, wenn die Eintrittspupille der Objektbündel, d. h. hier die als Aperturblende dienende Eintrittsblende des Interferometers, in der objektseitigen Brennebene des abbildenden Objektives liegt. Dadurch erhält man eine bildseitig telezentrische Abbildung des Objektes oder des Objektbildes auf die Interferometerspiegel. Durch diese Anordnung werden in den optischen Wegdifferenzen Terme vermieden, die in nichtlinearer Weise vom Ort auf dem Interferometerspiegel abhängen. Außerdem werden die Abbildungsfehler, die beim Durchgang der konvergenten Strahlenbündel durch die plane Strahlteileroberfläche entstehen, minimiert.

Eine weitere Optimierung der Einrichtung ergibt sich durch Verwendung eines zusätzlichen Objektives in der Ebene der Eintrittspupille. Die Objektebene sollte dann in der objektseitigen Brennebene dieses Objektives liegen. Die Bildebene ist dann mit der bildseitigen Brennebene der Abbildungsoptik identisch. Diese Anordnung minimiert die Baulänge der Einrichtung und den notwendigen Durchmesser des abbildenden Objektives.

Die Erfindung kann in äußerst stabiler Justierung ausgeführt werden, wenn man im Interferometer einen Strahlteilerwürfel mit verspiegelten Rückflächen erwendet, wobei diese Flächen jeweils der Strahleintritts- und der Strahlaustrittsfläche gegenüberliegen und einen Winkel einschließen, der geringfügig von 90° abweicht. Diese Abweichung vom rechten Winkel liegt vor­ teilhaft in der Größenordnung weniger Bogenminuten. Bei einer Ausführung mit zwei einzelnen Interferometerspiegeln besteht die Möglichkeit, den Winkel, den diese Spiegel einschließen, zu verändern. Damit kann der Abstand der Fizeau-Streifen in der Ebene der Fotoempfängeranordnung variiert und somit den jeweiligen Meßaufgaben angepaßt werden. Allerdings ist eine solche Mon­ tage aufwendiger und ihre Justierung weniger stabil.

Damit jede lokale Einzelheit des zu untersuchenden Objektes oder Objektbildes alle Interferenzordnungen, d. h. alle Fizeau-Streifen, durchläuft, wird das Objekt oder Objektbild relativ zum Interferometer, oder umgekehrt, bewegt. Die Bewegung erfolgt dabei so, daß sich Objektdetails oder Details vom Objektbild senkrecht zu den Interferenzstreifen gleicher Dicke bewegen. Dabei kann die Bewegung schrittweise ausgeführt werden, so daß nach jedem Schritt, wenn der nächste Auslesezyklus der Detektormatrix erfolgt, das Bild eines Objektde­ tails um mindestens einen Pixel auf der Detektormatrix verschoben ist. Die Bewegung kann auch kontinuierlich erfolgen.

Alternativ zu einer direkten Verschiebung zwischen Objekt und Interferometer ist es auch möglich, eine drehbare reflektierende Optik in der Eintrittspupille vorzusehen. Die Rotationsachse dieser Optik muß parallel zu der Achse sein, um die die Interferometerspiegel gegeneinander geneigt sind. Durch kontinuierliches oder schrittweises Drehen dieses Spiegels bewegen sich die Bilder der Objektdetails nun ebenfalls senkrecht zu den Interferenzstreifen gleicher Dicke, ohne die relative Lage von Objekt und Instrument verändern zu müssen. Vorteilhaft ist die Verwendung eines ebenen Spiegels zu diesem Zweck. Es kann aber auch ein Spiegel mit abbildenden Eigenschaften verwendet werden.

Die Erfindung gestattet in vorteilhafter Weise flächenhafte, farbige Objekte oder Objektbilder sowohl spektral als auch örtlich und zeitlich auszuwerten. Im Unterschied zu bekannten vergleichbaren Anordnungen werden weder eine präzise mechanische Verschiebeeinheit für einen der Interferometerspiegel noch spezielle Zylinderoptiken benötigt. Dadurch ergibt sich insbesondere bei der Einrichtung mit Strahlteilerwürfel eine kompakte, stabile und starre Einheit mit geringem Raumbedarf aus kostengünstigen Komponenten.

Der nutzbare spektrale Bereich wird begrenzt durch die Transmissions- und Reflexionscharakteristiken der verwendeten optischen Komponenten und der Verfügbarkeit von Sensoren mit lokaler Auflösung.

Für die zeitliche Auflösung gilt, daß die Lichtemission des Objektes oder Objektbildes innerhalb der Zeit, die benötigt wird,um das Objekt über das Gesichtsfeld der ersten Abbildungsoptik zu verschieben, konstant sein muß; das gilt sowohl für die spektrale Verteilung als auch für die Helligkeit. Ist das Objekt in den beiden genannten Eigenschaften zeitlich veränderlich, muß die Geschwindigkeit der Verschiebung so groß gewählt werden, daß die Verweil­ zeit des Objektes oder Objektbildes im Gesichtsfeld klein ist gegenüber der Zeit, in der das Objekt bereits eine merkliche Veränderung erfährt.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Einrichtung mit Strahlteilerwürfel,

Fig. 2 eine Einrichtung mit getrennt angeordneten Interferometerspiegeln und

Fig. 3 eine Einrichtung für endliche Objektweiten mit Strahlteilerwürfel und zusätzlichen Objektiven in der Eintritts- und Austrittspupille und

Fig. 4 eine Einrichtung mit drehbarer reflektierender Optik in der Eintrittspupille.

Das Verfahren ist durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:

• 1. Das farbige Objekt 12 oder ein Objektbild wird durch die erste Abbildungs­ optik 3 (Fig. 1) über den Strahlenteiler 4 des Interferometers in die zueinander geneigten Ebenen der Interferometerspiegel 5 und 6 abgebildet.
• 2. Diese Ebenen der Interferometerspiegel 5 und 6 werden dann, durch eine Teilerfläche 7 des Strahlenteilers 4 vereinigt und zur Interferenz gebracht, durch eine zweite Abbildungsoptik 8 auf eine Fotoempfängeranordnung 9, z. B. eine CCD-Matrix einer CCD-Kamera abgebildet, wodurch dort ein von Interferenz­ streifen durchsetztes zweidimensionales Muster des Objektes 12 oder Objekt­ bildes erzeugt wird.
• 3. Das Objekt 12 oder Objektbild wird senkrecht zur Richtung der Interferenz­ streifen relativ zum Interferometer verschoben. Während der Verschiebung wird das Muster des Objektes 12 oder Objektbildes durch die Fotoempfängeranord­ nung 9 ausgelesen und die gewonnenen elektrischen Signale zur weiteren Ver­ arbeitung an eine Auswerteeinheit 11 oder an einen Rechner geleitet.

Am Beispiel einer Einrichtung zur luft- oder weltraumgestützten Fernerkun­ dung, deren optisches Schema in Fig. 1 dargestellt ist, wird die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Diese Einrichtung umfaßt ein Interferometer nach Michelson mit dem Strahlenteiler 4 mit der Teilerfläche 7 zur Aufsplittung des Strahlenganges in zwei Teilstrahlengänge. Dieser Strahlenteiler 4 ist als ein Block ausgebildet und besitzt eine strahlteilende Fläche 7 und zwei als Interferometerspiegel 5 und 6 dienende reflektierende Flächen, von denen die eine der Strahleintrittsfläche des Strahltei­ lers 4 und die andere dessen Strahlaustrittsfläche gegenüberliegt. Die beiden Interferometerspiegel sind unter einem Winkel zueinander angeordnet, welcher geringfügig von 90°, etwa in der Größenordnung weniger Bogenminuten, abweicht. Dem Strahlenteiler 4 eingangsseitig vorgeordnet ist eine erste Abbil­ dungsoptik 3 und diesem ausgangsseitig nachgeordnet eine zweite Abbil­ dungsoptik 8 im Strahlengang vorgesehen. Dieser zweiten Abbildungsoptik 8 ist die Fotoempfängeranordnung 9, z. B. eine CCD-Matrix einer CCD-Kamera 10, im Strahlengang nachgeordnet.

Die Eintrittsblende 2 bildet für die vom Objekt 12 ausgehenden Strahlenbündel die Eintrittspupille. Diese ist in der objektseitigen Brennebene der ersten Abbil­ dungsoptik 3 angeordnet, so daß ein bildseitig telezentrischer Strahlengang auf der Eintrittsseite erreicht wird. Da in dieser speziellen Anwendung der Objekt­ abstand sehr groß ist, sind die einfallenden Lichtbündel quasiparallel, und es kann auf die Verwendung eines zusätzlichen Objektives in der Eintrittspupille verzichtet werden. Vorteilhaft sollte bei endlichen Objektweiten ein zusätzliches Objektiv 1 in der Eintrittspupille 2 vorgesehen werden. Die Brennweite dieses Objektives 1 wird vorteilhaft so gewählt, daß das Objekt oder das Objektbild in seiner objektseitigen Brennebene liegt. Bei dieser Anordnung wird das Bild des Objektes in die bildseitige Brennebene der ersten Abbildungsoptik 3 auf die Ebene der Interferometerspiegel 5 und 6 über die Teilerfläche 7 des Strahlenteilers 4 abgebildet. Diese in der Ebene der Interferometerspiegel 5 und 6 liegenden Bilder des Objektes werden durch die dem Strahlenteiler 4 nachgeordnete zweite Abbildungsoptik 8 auf die Fotoempfängeranordnung 9 abgebildet, wo ein durch Fizeau-Streifen 13 (Interferenzen gleicher Dicke) durchsetztes farbiges Muster des Objektes 12 entsteht. Die zweite Abbildungsoptik 8 wird analog zur eingangsseitigen Abbildungsoptik 3 so relativ zum Strahlenteiler 4 plaziert, daß auf der Ausgangsseite der Einrichtung eine objektseitige telezentrische Abbildung realisiert wird. Um nacheinander alle Details des zu untersuchenden Objektes 12 oder Objektbildes für die Auswertung zu erfassen, wird in diesem Beispiel das Interferometer relativ zum Objekt 12 bewegt in der Weise, daß sich Objektdetails oder Details des Objektbildes senkrecht zu den Fizeau-Streifen 13 verschieben. In Fig. 1 ist durch den Pfeil 14 die Flugrichtung angezeigt, und durch die gestrichelten Pfeile 15 ist die Bewegung von Objektdetails im Bezug zu den Fizeau-Streifen 13 bezeichnet.

Das lokale Auflösungsvermögen im Objekt 12 oder Objektbild wird durch den Maßstab seiner Abbildung auf die Interferometerspiegel 5 und 6 und von dort auf die Fotoempfängeranordnung 9 und durch der Pixelgröße bestimmt. Das theoretische spektrale Auflösungsvermögen ist gleich der Pixelanzahl in einer Zeile der Fotoempfängeranordnung 9 oder des Detektorarrays, wenn man die Stelle der Weißlichtinterferenz auf die Würfelkante 16 am Ende der Teilerfläche 7 legt. An dieser Würfelkante 16 stehen die beiden Interferometerspiegel 5 und 6 nicht genau senkrecht zueinander. Die Differenz des Winkels zu 90° und die Zahl der Pixel in einer Detektorzeile legt die nutzbare spektrale Bandbreite nach Maßgabe des Nyquist-Theorems fest.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung zur spektralen Auswertung flächen­ hafter, farbiger Objekte oder Objektbilder ist anstelle des in Fig. 1 benutzten Teilerwürfels eine aus zwei getrennt angeordneten Spiegeln 17 und 18 beste­ hende Interferometerspiegelanordnung vorgesehen. Die Spiegel 17 und 18 sind unter einem geringfügig von 90° abweichenden Winkel zueinander angeord­ net. Zur Strahlteilung ist ein strahlenteilender Spiegel 19 mit Kompensationsplatte (nicht dargestellt) vorgesehen. Eine solche Kompensationsplatte ist notwendig, um die durch die Dicke des Spiegels bedingte Änderung der optischen Wege auszugleichen. Die Wirkungsweise einer derart ausgeführten erfindungsgemäßen Einrichtung ist analog zu der in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Einrichtung. Im Gegensatz zur Einrichtung mit einem Teilerwürfel, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, kann bei der Einrichtung nach Fig. 2 der Winkel, unter dem die beiden Spiegel 17 und 18 zueinander angeordnet sind, leicht verändert werden. Hierzu ist dann mindestens einer der beiden Spiegel 17 oder 18 in an sich bekannter Weise justierbar angeordnet. Auch bei dieser Einrichtung entsteht auf der Fotoempfängeranordnung ein von Fizeau-Streifen 13 durchsetztes, farbiges Muster des Objektes 12 oder Objektbildes, welches untersucht werden soll.

In Fig. 3 ist vereinfacht der Strahlengang einer Einrichtung für endliche Objekt­ weiten mit einem Strahlenteiler 4 und zusätzlichen Objektiven in der Eintritts- und Austrittspupille dargestellt. Es ist in der objektseitigen Brennebene der ersten Abbildungsoptik 3, in der die Eintrittspupille für die Fizeau-Streifen und für das Objekt 12 oder Objektbild liegt, das Objektiv 1 angeordnet. Durch die erste Abbildungsoptik 3 wird das Objekt 12 oder Objektbild in die Ebenen der Interferometerspiegel 5 und 6, die in der bildseitigen Brennebene der Abbildungsoptik 3 liegen, abgebildet.

Empfängerseitig ist die zweite Abbildungsoptik 8, in deren objektseitiger Brennebene die Interferometerspiegel 5 und 6 liegen, zwischen dem Strahlen­ teiler 4 und der Fotoempfängeranordnung 9 gelegen. In der bildseitigen Brenn­ ebene der Abbildungsoptik 8, in welcher auch die Austrittspupille für das Objekt 12 oder Objektbild und für die Fizeau-Streifen 13 liegt, ist ein weiteres Objektiv 20 vorgesehen, das die Ebenen der Interferometerspiegel 5 und 6 und damit auch die Fizeau-Streifen 13 auf die Fotoempfängeranordnung 9 abbildet. Mit f₁ bis f₄ sind in Fig. 3 die entsprechenden Brennweiten des Objektivs 1 und der Abbildungsoptiken 3 und 8 bezeichnet.

Fig. 4 zeigt den Strahlengang einer Einrichtung mit einer um eine Rotationsachse 22 drehbaren, reflektierenden Optik 21 in der Eintrittspupille der ersten abbildenden Optik 3. Die Rotationsachse 22 verläuft parallel zur Würfelkante 16 des Strahlenteilers 4, welche die Achse darstellt, um die die beiden Interferometerspiegel 5; 6 gegeneinander geneigt sind. Durch schrittweises oder kontinuierliches Drehen dieser Optik 21 bewegen sich die Bilder der Objektdetails nun senkrecht zu den Interferenzstreifen gleicher Dicke, ohne die relative Lage von Objekt 12 und Interferometer verändern zu müssen. Vorteilhaft ist die Verwendung eines ebenen Spiegels als reflektierende Optik 21 zu diesem Zweck. Grundsätzlich kann auch ein Spiegel mit abbildenden Eigenschaften eingesetzt werden. Wie der Strahlengang dieser Einrichtung gemäß Fig. 4 zeigt, liegt die Bildebene (Ebene der Interferenzspiegel 5 und 6) nicht mehr in der hinteren Brennebene der ersten Abbildungsoptik 3, sondern sie ist weiter entfernt. Bildseitig ist aber der Strahlengang weiterhin telezentrisch.

Claims (14)

1. Verfahren zur spektralen Auswertung zweidimensionaler, farbiger Objekte oder Objektbilder mittels eines, einen Strahlenteiler und zwei Interferometer­ spiegel aufweisenden Interferometers nach Michelson, dadurch gekennzeich­ net,

• - daß die als Aperturblende dienende Eintrittsblende (2) die Eintrittspupille für die vom Objekt (12) oder Objektbild ausgehenden Strahlenbündel bildet,
• - daß das Objekt (12) oder Objektbild durch eine erste Abbildungsoptik (3) über den Strahlteiler (4) in die Ebenen der Interferometerspiegel (5 und 6) abgebildet wird,
• - daß diese Ebenen der Interferometerspiegel (5, 6), durch die strahlteilende Fläche (7) des Strahlteilers (4) vereinigt und zur Interferenz gebracht, durch eine zweite Abbildungsoptik (8) auf eine Fotoempfängeranordnung (9) abgebildet werden und dort ein von Interferenzstreifen gleicher Dicke (Fizeau-Streifen 13) durchsetztes, zweidimensionales Muster des Objektes (12) oder des Objektbil­ des erzeugt wird,
• - und daß auf die Interferometerspiegel (5; 6) abgebildete Bild des Objektes (12) oder des Objektbildes senkrecht zur Richtung der Interferenzstreifen (Fizeau-Streifen 13) verschoben wird und das Muster des Objektes oder des Objektbildes durch die Fotoempfängeranordnung (9) ausgelesen und die elektrischen Signale einer Auswerteeinheit (11) zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Interferometerspiegel (5; 6) abgebildete Bild des Objektes (12) oder des Objektbildes senkrecht zur Richtung der Interferenzstreifen (Fizeau- Streifen 13) verschoben wird und während der Verschiebung das Muster des Objektes oder des Objektbildes durch die Fotoempfängeranordnung (9) ausgelesen und die elektrischen Signale einer Auswerteeinheit (11) zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Interferometerspiegel (5; 6) abgebildete Bild des Objektes (12) oder des Objektbildes senkrecht zur Richtung des Interferenzstreifen schriftweise verschoben wird und nach jedem Schritt das Muster des Objektes oder des Objektbildes durch die Fotoempfängeranordnung (9) ausgelesen und die elektrischen Signale einer Auswerteeinheit (11) zugeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des auf die Interferometerspiegel (5; 6) abgebildeten Bildes des Objektes (12) oder Objektbildes dadurch erreicht wird, daß das Objekt (12) oder Objektbild senkrecht zur Richtung der Interferenzstreifen (Fizeau-Streifen 13) relativ zum Interferometer verschoben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des auf die Interferometerspiegel (5; 6) abgebildeten Objektes (12) oder des Objektbildes durch eine in der Eintrittspupille vorgesehene, drehbare, reflektierende Optik (21) realisiert wird, wobei die Rotationsachse (22) dieser Optik parallel zu der Achse liegt, um die die beiden Interferometerspiegel (5; 6) gegeneinander geneigt sind.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur spektralen Auswertung zweidimensionaler, farbiger Objekte oder Objektbilder,

• - mit einem Interferometer nach Michelson, welches einen Strahlteiler (4) mit strahlteilender Fläche (7) sowie zwei Interferometerspiegel (5 und 6) umfaßt, die relativ zueinander unter einem geringfügig von 90° abweichenden Winkel angeordnet sind,
• - mit einer als Aperturblende dienenden Eintrittsblende (2), welche die Eintrittspupille für die vom Objekt (12) oder Objektbild ausgehenden Strahlenbündel bildet.
• - mit einer dem Interferometer in Lichtrichtung vorgeordneten ersten Abbil­ dungsoptik (3) zur Abbildung des Objektes (12) oder Objektbildes in die Ebenen der beiden Interferometerspiegel (5, 6)
• - und mit einer zweiten, dem Interferometer nachgeordneten Abbildungsoptik (8) zur Abbildung der Ebenen der beiden Interferometerspiegel (5, 6) auf eine nachgeordnete Fotoempfängeranordnung (9), die elektrisch mit einer Auswer­ teeinheit (11) und/oder einem Speicher und/oder einem Rechner verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
- daß das Interferometer einen Strahlteilerwürfel (4) umfaßt, dessen der Strahleintritts- und Strahlaustrittsfläche gegenüberliegende Flächen reflektie­ rend ausgebildet sind und die Interferometerspiegel (5, 6) bilden
- und das diese reflektierenden Flächen unter einem Winkel zueinander ange­ ordnet sind, der geringfügig von 90° abweicht.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel, unter dem die Interferometerspiegel (17; 18) zueinander ange­ ordnet sind, veränderbar ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Eintrittspupille für die vom Objekt ausgehenden Strahlenbündel bildende Eintrittsblende (2) in der objektseitigen Brennebene der ersten Abbil­ dungsoptik (3) plaziert ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Austrittspupille für die von den Interferometerspiegeln ausgehenden Strahlenbündel bildende Austrittsblende (20) in der bildseitigen Brennebene der zweiten Abbildungsoptik (8) plaziert ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Eintrittsblende (2) ein zusätzliches Objektiv (1) angeordnet ist, dessen Brennweite (f₁ ) so gewählt ist, daß die Objektebene mit der objektseitigen Brennebene dieses Objektives (1) zusammenfällt.

12. Einrichtung nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (12) oder das Objektbild zum Interferometer oder das Interferometer zum Objekt (12) oder Objektbild bewegbar ist, derart, daß sich Objektdetails oder Details vom Objektbild quer zu den auf der Oberfläche der Fotoempfängeranordnung (9) gebildeten Interferenzstreifen (13) gleicher Dicke verschieben.

13. Einrichtung nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Eintrittspupille eine zusätzliche, drehbare, reflektierende Optik (21) angeordnet ist, wobei die Rotationsachse (22) dieser Optik (21) parallel zu der Achse oder Würfelkante (16) liegt, um die die Interferometerspiegel (5; 6 bzw. 17; 18) gegeneinander geneigt sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoempfängeranordnung (9) eine CCD-Matrix einer CCD-Kamera (10) ist, welche elektrisch mit der Auswerteeinheit (11), einem Speicher und/oder einem Rechner verbunden ist.