DE2110411A1

DE2110411A1 - Vorrichtung zur Untersuchung von kleinen Abstaenden zwischen wenigstens zwei Objekten

Info

Publication number: DE2110411A1
Application number: DE19712110411
Authority: DE
Inventors: Charles Aplin
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1970-03-04
Filing date: 1971-03-04
Publication date: 1971-09-16
Also published as: BE763122A; NL7102872A; SE374201B; CA922561A; CH521567A; GB1339348A

Description

DR. MÖLLER-BORS DiPL-PHYS. DR. MANITZ DIPL-CHEM. DR. DEUFEL DIPL-ING. FiNSTERWALD DIPL-ING. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE 711ΩΑ11

We/Sv - 0 2310

CQHPAGHIE G-ESEBAIiB D¹EEEOiGHIOIiEB rue la Boetie_f Paris 8, Frankreich

Vorrichtung zur Untersuchung von kleinen Abständen zwischen wenigstens zwei Objekten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung von Abständen zwischen den Punkten von Elementen homologer Oberflächen von zwei Objekten. Die Erfindung ist besonders interessant für die Untersuchung und die sehr genaue Messung von sehr geringen Amplitudenabständen. Sie läßt sich beispiels weise zur punktweisen Vergleichsanalyse von zwei verschiedenen Objekten anwenden, von denen das eine wenigstens durch sein holographisches Bild ersetzt ist.

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Dr. MtJtor-lor· Or. Manitz · Dr. DeuW · Dipl.-Ing. Finstwwald Dlpl.-Ing. Grflmkow S trawnidiwrig, Am Hrfi«rpark I 8 M0neh«n 22, Rob.rt-Koth-Stroe· 1 7 Stuttgart - lad CoiMtfatt

tOM'l 7X17 _T,,,_{fon (M11)} J₉₃₆₄₅, _Tt„_x MarMrirae.3T.W«.«eni) «1

Banki Zentralkau* Bayer. Volksbanicen, MOndien, Kto.-Nr. 9822 Pwhdmek: MOndnn 95495

Sie läßt sich in gleicher Weise zmj Untersuchung von Verlagerungen eier Punkte eines Objekts £ in bezug auf einen festen Bezugspunkt anwenden, wobei die .Anfangsstellung des Objektes in einem Hologramm gespeichert ist.

Die Erfindung hat ^um Gegenstand eine "Vorrichtung zur Untersuchung kleiner Abstände zwischen Elementen mit geringen Abmessungen, welche jeweils zwei Objekten angehören, mit Einrichtungen zur Überlagerung von Lichtwellenfronten, welche jeweils für die Stellungen der Punkte der Elemente repräsentativ sind_s um Interferenz streif en im Baum au liefern,, dactarefc gekennzeichnet _s dais ein Objektiv mit veränderlicher Brennweite vorgesehen ist, welches eine optische Sransformatioa liefert, lim in einer Ebene der scharfen Steifen Bilder - des? Interferenzstreif en zu erhalten_s da£ die optische Achse des Ob^ektivs cteuectla des, einen der Punkte der Elemente der Objekte-: hindurchgeht und daß Einrichtungen voriianden sind_s vat öle i.bst.ände zwlseilen den zwei Elementen als iimktioa des xrltomlieiieii fesmieas des Abstandes der scharfen Streif ea, de^ Stelltms &®& Gtasktives in bezug auf die Elemente und seiner Brennweite zu untersuchen.

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Bie Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser neigtt

Fig. 1 in schematisier Darstellung eine Auafuhrungsform der Vorrichtung goaäß der Erfindung,

fig. 2 Ma 6 in schematiguhsr Barstellung Beispiele von Bildern des Interferenzsyst«as, welches bei der Anwendung der erf indungsgemafien Torrichtung resultiert, und

Tig· 7 ein weiteres Beispiel einer Ausführungsforffl einer erfindungegemafien Torrichtung·

Zn der £ig· 1 ist eine besondere Ausführungsfox* der Vorrichtung gesafi der Erfindung dargestellt. Beispielsweise wird diese Vorrichtung verwendet, um die Verlagerungen von Punkten eines Objektes 1 su untersuchen, welches »riechen £wei Zeitpunkten t^ und t₂ Befoxmationen erleidet.

Sin Idehtbündel % w#1&iüs °rorsi2gpw<fig* τοη einen Lasergenerator 3 ausgesandt wird, ie ι bei «pielsweise Mit Hilfe einer halbreflektierenden optischen Platte 6 in ein Eeferensbündel 7t welches auf eine pnotographische Platte 2 auftrifft UI^ in ein BLeuehtungsbündel β des Objektes 1 aufgeteilt, nachdem es an der halbreflektierenden Platte 5 reflektiert wurde.

Bas Objekt Λ ist -vorzugsweise sehr starr auf einer Halterung 10 befestigt, welche in bezug auf die optische Beleuchtungseinrichtung absolut fest ist.

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Im Zeitpunkt t, wird auf der !Platte 2 ein Hologramm des Objektes 1 registriert, welches aus Interferenzen zwischen dem Referenzbündel 7 und der durch das Objekt 1 ausgesandten Wellenfront resultiert. Die Merkmale dieser Wellenfront hängen von der Wellenfront des Bündels δ und Tom Emissionsfaktor des Objektes 1 ab.

Die Platte 2 kann entwickelt und wieder exakt in ihre Aufnahmestellung gebracht werden. Ein Betrachter, welcher in einem Zeitpunkt to das Objekt 1 über das Hologramm betrachtet, kann dann das Objekt 1 sehen, und zwar einem holograph!- sehen Bild überlagert, welches dieses Objekt im Zeitpunkt t^. reproduziert.

Wenn das Objekt zwischen den Zeitpunkten t^ und tp weder eine Verlagerung noch eine Deformation erlitten hat, ist nur ein einziges gleichförmig beleuchtetes Bild zu beobachten.

Im gegenteiligen Falle beobachtet man im Feld des Hologramms ein einziges Objekt mit scharfen Konturen, welchem ein System von Streifen überlagert ist. Diese Streifen resultieren von Interferenzen zwischen der durch das holographische Bild ausgesandten Wellenfront des Objektes und von der Wellenfront her, welche es selbst aussendet. Diese Wellenfronten sind jeweils Merkmale der Lagen von Funkten des Objektes im Zeitpunkt t^ und im Zeitpunkt tg.

Wenn die Punkte des Objektes Verlagerungen in der Größenordnung von beispielsweise einigen Tausendstel der Wellenlänge des von der Quelle 3 ausgesandtem Lichtes erlitten haben, beobachtet man über das Hologramm ein Objekt mit weichen Konturen ohne System von Streifen.

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Es wird das Beispiel eines Objektes beschrieben, welches im Zeitpunkt t₂ seinem im Zeitpunkt t^ registrierten holographischen Bild überlagert ist. Offensichtlich erhält man analoge Resultate, wenn das Objekt durch sein im Zeitpunkt t₂ registriertes holographisches Bild ersetzt wird. Man kann in gleicher Weise das Objekt 1 mit einem holographischen Bild eines Modellobjektes vergleichen, welches unter analogen Bedingungen aufgenommen wurde.

Bisher war die Existenz dieser Interferenzstreifen bekannt, ohne daß ihnen eine nützliche Interpretation in der Praxis gegeben werden konnte.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, welche es gestattet, diese beobachteten Streifen zu interpretieren und insbesondere in der Umgebung jede Punktes des Objektes die Abstände oder die Verlagerungen zu messen, welche diese Streifen hervorgerufen haben.

Gemäß der Erfindung wählt man für einen beliebigen Punkt O des Objektes 1 eine Beobachtungsachse 11 und führt eine optische Transformation durch, um in einer Ebene 12 und in der Umgebung der Achse 11 ein scharfes Bild des Systems der Streifen zu entwerfen, welche in dem Baum erhalten wurden, und zwar bei beliebiger Anordnung dieses Systems in bezug auf den Punkt 0.

Gemäß einer besonderen Ausführungeform, welche die Folge der Operationen beträchtlich erleichtert, beleuchtet man das Objekt 1 während der Registrierung und eventuell auch während der Wiedergabe des Hologramms mit einem Bündel 8 aus parallelen Strahlen. Ia diesem falle ist es sehr vorteilhaft, die Achse parallel zum Bündel 8 und die Sbene 12 senkrecht zur Achse 11 väklem.

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Um die obengenannte optische Transformation durchzuführen, läßt sich ein Objektiv 13 mit veränderlicher Brennweite verwenden, dessen optische Achse vorzugsweise mit der Achse 11 zusammenfällt.

Bas Objektiv 13 kann ein optisches Element aufweisen, welches eine variable Brennweite besitzt, und zwar mit einem in einer senkrecht zur Achse 11 verlaufenden Ebene festgelegten Winkel, welcher zwischen der Einfallsebene dee Lichtes auf dieses optische Element und einer zur Achse 11 parallelen festen Bezugsebene gebildet ist.

Dieses optische Element kann durch wenigstens eine Zylinderlinse oder durch zwei Zylinderlinsen 15 und 16 gebildet sein, welche unterschiedliche Brennweiten aufweisen und deren Erzeugende zueinander senkrecht angeordnet sein können, um die nachfolgende Erläuterung der Meßergebnisse zu erleichtern.

Das Objektiv 13 kann in gleicher Weise eine photographische Linse oder ein photograph!schea Objektiv 17 aufweisen, dessen Brennebene mit der Ebene 12 zusammenfallen kann·

Wenn man das Objekt 1 in der Umgebung des Punktes O unter einem anderen Winkel beobachten möchte, genügt es beispielsweise, die gesamte Anordnung sur Registrierung und zur optischen Transformation um den Funkt Q zu drehen.

Die nachfolgende Erläuterung beschriebt eine Aueführungsform, welche insbesondere für die Vorrichtung gemäß der Erfindung vorteilhaft ist. Man stellt mit dem Bezugabündel 7 ^das Hologramm wieder her, welches auf der Platte 2 registriert ist, und zwar mit einem Beleuchtungebündel 8 aus parallelen Strahlen. Jeder Punkt 0 des Objekt·· kann drei Achsen (of, of, t zugeordnet werden, wobei OZ beispielsweise parallel zum Bündel 8 verläuft.

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Man vereinigt OZ und die optische Achse des Objektivs 13» welches zunächst aus einem Bündelungsobjektiv 17 besteht, in dessen Brennebene der Schirm 12 aufgestellt wird. Die Punkte dieses Schirmes können in bezug auf zwei Achsen uJ% und üj|£ bezeichnet werden, welche jeweils parallel zu OX und zu OX* verlaufen, wobei U) der Schnittpunkt der Achse 11 mit dem Schirm 12 ist.

Wenn man kein scharfes Bild des Streifensystems in der Umgebung von (»!beobachtet, läßt sich die optische Konjugation mit Hilfe eines Zylinderlinsenpaares 16 und 15 realisieren, deren Erzeugende jeweils parallel zu OX und zu OX gewählt sind und deren Brennweiten experimentell bestimmt werden.

Beispiele von Bildern der Streifensysteme, welche in der Ebene 12 erhalten wurden, sind in den Fig. 2,3»4,5 ¹^ ⁶ dargestellt«

Die Messung der räumlichen Frequenzen der Bilder der Systeme von Streifen in der Umgebung von LO gestattet es, in qualitativer und in quantitativer Weise die Verlagerungen zu bestimmen, welchen das Element des Objektes 1, welches in der Umgebung des Punktes 0 angeordnet ist, unterzogen wurde oder die Abstände zwischen diesem Element und seinem homologen Bild.

Die Bestimmung dieser Abstände kann mit Hilfe eines Rechners 18 erfolgen, dessen Eingänge über Verbindungen angeschlossen sind, die bei 19» 20, 21 und 22 rein schematisch dargestellt sind, und zwar in folgender Weise:

mit einer photoempfindlichen Einrichtung 23, welche dazu geeignet ist, Informationen zu liefern, welche die räumliche Frequenz und den Abstand der scharfen Streifen betreffen, welche in der Ebene 12 erhalten werden;

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mit dem Objektiv 13« welches Einrichtungen umfaßt, um die für die Stärken der verschiedenen Linsen 17» 15 und repräsentativen Signale zu liefernj

schließlich mit dem Objektiv 13 und der Halterung 10, um den Abstand zwischen dem Objekt 1 und dem Objektiv 13 zu bestimmen.

Diese Verlagerungen oder diese Abstände können durch folgende Translationen festgelegt sein:

Λ X parallel zu OX

™ /\ Y parallel zu 0?

·> Λ Ζ parallel zu OZ

und durch Rotationen:

φ um OX

θ um of

Y um OZ

Es werden folgende Bezeichnungen eingeführt:

A. für die Wellenlänge des Bezugsbündels 7»

f für die Brennweite des photographischen Objektivs 17,

Pg für die Stärke der Zylinderlinse 15, deren Erzeugende parallel zu OX verlaufen,

1?q für die Stärke der Zylinderlinse 16, deren Erzeugende parallel zu OY verlaufen,

S für die Entfernung des Systems der optischen Transformation 13 zum Objekt 1,

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für die Koordinaten eines Punktes, welcher in dem System der Achsen (w^ _tw>) bezeichnet ist,

\)r für die räumliche Frequenz in bezug auf die Richtung von

^ i

ο für die räumliche Frequenz in bezug auf die Richtung von CC^,

Δi für die Projektion nach t$t des Abstandes zwischen zwei Streifen der Ebene 12,

für die Projektion nach tiA des Abstandes zwischen zwei Streifen der Ebene 12,

für die Werte von Δ ^ und A^ iür ^ ^f=* O.

Die Werte von Δϊ, ΔΪ,ΔΖ, O, ^ sind durch die folgenden Formeln gegeben:

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fur ΔΧ : Xf(1 - SPg)v_£ für ξ«0,

für ΔΥ : Xf(1 - SPJv -.für η-Ο,

- SP J Φ

für ΔΖ j für ξ-0.

^λίνς " ^νξο³' ^νξο ^{isfc der Wert von}

für n-O, 2f² λ(υ -v„ ), v_ ist der Wert von

η ηο ηο

- Δξ

ξ₀ΧΔξ Δη - Δη

Δη_Λ χ Δη

für θ : für ξ~0.

hf ρ
2Δ^ ^Ρθ'

für Φ :

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Eine Drehung des Winkels- γ um Oz hat keinen Einfluß auf die Konfiguration des Systems der "beobachteten Streifen in der Ebene 12. Um diese Drehung offensichtlich werden zu lassen, kann man das Objekt 1 in der Umgebung des Punktes 0 unter einem anderen Winkel untersuchen, indem beispielsweise die Achse 11 mit OX vereinigt wird und indem Messungen und analoge Rechnungen zu denen angestellt werden, die beschrieben wurden.

Nachfolgend werden Beispiele für die Anwendung und Interpretation der oben angegebenen Formeln genannt:

BEISPIEL 1

Es wird auf die Fig. 2 Bezug genommen.

a) Mit Hilfe des Objektivs 17:

Das Objekt erleidet bei 0 eine reine Translation entlang OX mit dem Wert:

6 X -AfN-c

b) Mit Hilfe des Objektivs 17 und einer Zylinderlinse 16 der Stärke Pq :

Das Objekt ist einer Translation entlang OX und einer Rotation um OY mit folgenden Werten unterzogen worden:

\f (1 - ₉^)

c) Mit Hilfe des Objektivs 17 und einer Zylinderlinse 16 der Stärke P_Q =1

Das Objekt ist einer reinen Rotation um OX um den Winkel θ ■ -^- Pq^T unterzogen worden.

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BEISPIEL 2

Es wird auf die Fig. 3 Bezug genommen.

a) Mit HiJfe des Objektivs 17:

Das Objekt ist bei O einer reinen Translation entlang OY mit folgendem Wert unterzogen worden!

Δ Y

b) Mit Hilfe des Objektivs 17 und einer Zylinderlinse 15 der Stärke P :

Das Objekt ist einer Translation entlang OY und einer Rotation um OX mit folgenden Werten unterzogen worden:

(1 - SPJ y}„

c) Mit Hilfe des Objektivs 17 und einer Zylinderlinse 15 der Stärke P = g

Das Objekt ist einer reinen Rotation um OX mit folgendem Wert unterzogen worden:

* - ■¥ Vi

Es wird auf die Fig. 4- Bezug genommen,
a) Mit Hilfe des Objektivs 17:

Das Objekt ist einer Translation entlang OX und einer Translation entlang OY mit folgenden Werten unterzogen worden:

Δ X - Af V

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b) Mit Hilfe des Objektivs 17» welchem eine Zylinderlinse nachgeschaltet ist

b^j) mit der Stärke Pq :

Das Objekt ist Translationen ΔΧ, ΔΥ und einer Rotation um ÖY mit folgenden Werten unterzogen worden:

ΔΧ « λί (1 - SP₉)v>£

ΔΥ - Af ^

θ -

b₂) mit der Stärke P. :

Das Objekt ist Translationen ΔΧ, ΔΥ und einer Rotation um 3x mit folgenden Werten unterzogen worden:

ΔΧ » λΐ \)r

- Af ίΐ -

c) Mit Hilfe des Objektivs 17» welchem zwei Zylinderlinsen der jeweiligen Stärken P . und P_Q nachgeschaltet sind:

Das Objekt ist zwei Translationen ΔΧ, ΔΥ, einer Rotation um ÖX, einer Rotation um OY mit folgenden Werten unterzogen worden:

ΔΧ - (
ΔΥ - Af (1 -

2 ^^

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BEISPIEL 4-

Es wird auf die Fig. 5 Bezug genommen:

a) Mit Hilfe des Objektivs 17;

Das Objekt ist einer Translation entlang der Achse OZ unterzogen worden, deren WertAZ durch einen der folgenden Ausdrücke gegeben sein kann:

AZ

b) Mit Hilfe des Objektivs 17 und einer Zylinderlinse b^) mit der Stärke P_Q :

Das Objekt ist einer Translation der Achse ÖZ mit dem Wert Δ Z unterzogen worden, welcher bei a) angegeben ist und einer Eotation um OX. mit dem Wert:

b₂) mit der Stärke P ί

Das Objekt ist einer Translation der Achse OZ unterzo gen worden, deren Wert Δ Z in a) angegeben ist und ei ner Rotation um OX mit dem Wert:

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c) mit Hilfe von zwei Zylinderlinsen der Stärken P_Q und P,:

Das Objekt ist einer Translation ΔΖ und zwei Rotationen der Winkel θ und jrf unterzogen worden;

Die Werte von ΔΖ, θ und g! sind durch Ausdrücke gegeben, welche denjenigen bei a), b^) und b₂) identisch sind.

BEISPIEL· 5

Es wird auf die Fig. 6 Bezug genommen:

a) Mit Hilfe des Objektivs 17s

Das Objekt ist einer Translation unterzogen worden, deren Komponenten Δ X, AX und Δ Ζ gegeben sind durch:

λ f

b) Mit Hilfe des Objektivs 17ι welchem zwei Zylinderlinsen mit den Stärken Pq und P/ nachgeschaltet sind:

Das Objekt ist einer Translation mit den KomponentenAx, Δ X, Δ Z, einer Rotation um OX und einer Rotation um OX mit folgenden Werten unteragen worden: _ΔΧ »

Λ ζ - 2 f² ^Δξο -

ρ
θ

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Die oben beschriebenen verschiedenen Beispiele beweisen, daß die Tatsache, ein Bild des Systems der Streifen in einer einzigenlbene zu bilden und die räumlichen Frequenzen dieses Bildes zu messen, sehr einfache qualitative und quantitative Interpretationen dieses Systems von Streifen gestatten.

In einer durch die 2¹Xg. 7 veranschaulichten Ausführungsform umfaßt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ein Lichtbündel 24-, welches vorzugsweise von einem Lasergenerator 25 ausgesandt wird, welches beispielsweise mit Hilfe einer halbreflektierenden optischen Platte geteilt wird, und zwar in ein Bezugsbündel 28, welches eine photographische Platte 29 trifft und ein Beleuchtungsbündel 30 für das Objekt 31, welches durch eine halbreflektierende Platte 32 abgelenkt werden kann.

Das Objekt 31 ist vorzugsweise sehr starr in einer Halterung 33 angeordnet, welche vollkommen fest in bezug auf die optische Beleuchtungsvorrichtung angebracht ist.

Im Zeitpunkt t,- wird auf der Platte 29 ein Hologramm des Objektes 31 registriert, welches aus Interferenzen zwischen dem Bezugsbündel 28 und der durch das Objekt 31 ausgesandten Wellenfront ist. Die Merkmale dieser Wellenfront hängen von der Wellenfront der Beleuchtung ab, welche dem Bündel 30 zugeordnet ist und vom Emissionsfaktor des Objektes 31·

Die Platte 29 kann entwickelt und exakt in die Aufnahmestellung zurückgebracht werden. Ein / , welcher in einem Zeitpunkt t₂ das Objekt 31 über das Hologramm betrachtet, kann dann das Objekt 31 einem holographischen Bild überlagert sehen, welches dieses Objekt im Zeitpunkt t,- reproduziert.

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Wenn das Objekt keine Verlagerung und keine Deformation zwischen den Zeitpunkten t^, und t~ erlitten hat, beobachtet man ein einziges gleichförmig beleuchtetes Objekt.

Im gegenteiligen Falle beobachtet man im Feld des Hologramms ein einziges Objekt mit scharfen Konturen, welchem ein System von Streifen überlagert ist. Diese Streifen resultieren von Interferenzen zwischen der Wellenfront, die durch das holographische Bild des Objektes ausgesandt wurde und der Wellenfront her, welche das Objekt selbst aussendet. Diese Wellenfronten sind jeweils Merkmale der Stellungen der Punkte des Objektes im Zeitpunkt t,, und im Zeitpunkt t₂·

Wenn die Punkte des Objektes Verlagerungen in der Größenordnung von beispielsweise einigen Tausendstel Wellenlänge des von der,Quelle 25 ausgesandten Lichtes unterzogen wurden, beobachtet man über das Hologramm ein Objekt mit weichen Konturen ohne ein System von Streifen.

Es wird das Beispiel eines Objektes beschrieben, welches im Zeitpunkt t₂ seinem holographischen Bild überlagert wird, welches im Zeitpunkt t. aufgenommen wurde. Offensichtlich lassen sich analoge Ergebnisse erzielen, indem das Objekt durch sein holographisches Bild ersetzt wird, welches im Zeitpunkt t~ aufgenommen ist. Man kann in gleicher Weise das Objekt 31 mit einem holographischen Bild eines Modellobjektes vergleichen, welches unter analogen Bedingungen aufgenommen wurde.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform, welche die Folge der Operationen beträchtlich vereinfacht, beleuchtet man das Objekt 31, und zwar während der Aufnahme und eventuell während der Wiederherstellung der Hologramme, mit dem Bündel 30 aus parallelen Strahlen. In diesem Falle ist es sehr vorteilhaft, eine Achse 34- parallel zum Bündel 30 zu wählen und die Ebene

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senkrecht zur -Achse 34.

Im folgenden Stadium des Verfahrens wählt man für einen beliebigen Punkt CK des Objektes 31 die Beobachtungsachse 34 und führt eine optische Transformation durch, um in der Ebene 12 und in der Umgebung der Achse 34 ein scharfes Bild des Systems der Streifen zu erzeugen, und zwar bei einer beliebigen Anordnung dieses Systems in bezug auf den Punkt CK.

Gemäß der Erfindung verwendet man ein Objektiv 36 mit ver- ψ änderlicher Brennweite, dessen optische Achse mit der Achse 34 zusammenfällt. Dieses Objektiv 36 kann eine Linse oder ein Sammelobjektiv 37 umfassen, dessen Brennebene mit der Beobachtungsebene 35 zusammenfällt. Es umfaßt in gleicher Weise eine anzige Zylinderlinse 38, deren Erzeugende parallel zur Beobachtungsebene 35 verlaufen, wobei das Verfahren darin besteht, die Brennweite dieser Zylinderlinse auszuwählen und - die Orientierung ihrer Erzeugenden in ihrer Ebene derart zu modifizieren, daß ein scharfes Bild der Interferenzstreifen in der Ebene 35 in der Umgebung von u)^, erhalten wird. Die Einrichtungen zur Veränderung der Orientierung der Linse 38 sind durch einen Ring 39 dargestellt, welcher um u¹^ unter t der Wirkung einer Schraube 40 drehbar ist.

Um die quantitativen Ergebnisse des Verfahrens gemäß der Erfindung leichter ausdrücken zu können, werden die folgenden Bezeichnungen verwendet:

4 -> -)
O.X., O.jY., 0.Z- : ein Trieder mit drei rechten Winkeln und

dem Ursprung 0., wobei die Achse 0.Z^ in ihrer Richtung mit der Achse 34 zusammenfällt,

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Δ X_x,, AY. Komponenten der Translation, und aar jeweils

entlang 0*%* und O_xZY_x. * einer Verlagerung oder eines Abstandes in der Umgebung des Punktes

⁰V

und Q_x, Komponenten der Eotation, und zwar jeweils

um OX_x. und OY. einer Verlagerung oder eines Abstandes in der Umgebung des Punktes O^,

der Schnittpunkt der Achse 34· mit der Ebene ι

35,

( ,,, U_x, F₁ ^) ein System von Koordinatenachsen in der Ebene

OX d Ο^

35s jeweils parallel zu O^X. und ^

Λ. ein Radiusvektor der Ebene 35 orthogonal

zu den Interferenzstreifen in der Umgebung des Punktes L_x,,

der Winkel (cj^ ^, ti Jf^ ),

N_x. die Frequenz der Interferenzstreifen, ge

zählt entlang dem Vektor U^V_x.,

f. die Brennweite des Objektivs 37»

F_x. die Brennweite der Zylinderlinse 38,

der Winkel der Erzeugenden der Linse 38 mit einer parallelen Richtung zu ^_x. ^_x-,

die Entfernung des Objektives 36 mit veränderlicher Brennweite vom Punkt O_x.,

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BAO ORIGINAL

die Wellenlänge des Referenzbündels 28.

Die Messung der Größen n^, H^, C*^, ϊ¹^ gestattet es, die Werte

, ^ und Θ,, mit Hilfe eines Rechners 41 zu erhalten, dessen Eingänge mittels Verbindungen angeschlossen sind, die bei 42, 43, 44- und 4J? jeweils rein schematisch dargestellt sind:

mit einer photo empfindlichen Einrichtung 46, welche Informationen über die räumliche Frequenz und den Abstand der erhaltenen Streifen in der Ebene 35 liefern kann,

mit einem Objektiv 36 veränderlicher Brennweite, welches eine Einrichtung aufweist, die Signale übertragen kann, welche für die Stellung der Achse und die Stärke der Linse 38 ebenso wie die Stärke der Linse 37 repräsentativ sind und

schließlich mit dem Objektiv 36 und der Halterung 33» um die
Entfernung zwischen dem Punkt 0. und dem optischen Mittelpunkt cu ' des Objektivs 36 zu bestimmen.

Q^ zu bestimmen, führt der Rechner die fol
genden Operationen durch:

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1 1 t

\~\2- —0 sin²1 ^r1 ^r1

χ cosh-sin

-'i

1- ^-(2-^)sin² (μ, -αA 1 1

χ sin

2F,

sin

f- S

1- J-C2- -1) sin²Cy,-a,]

^Sin

sin a,.

Die Verwendung einer einzigen Zylinderlinse im Objektiv 36 mit veränderlicher Brennweite gestattet es, den Versuch, das System der Streifen in der Ebene 35 einzustellen, beträchtlich zu vereinfachen.

Wie es oben bereits zum Ausdruck gebracht wurde, gestattet die Untersuchung das Objektes 31 i-Q· der Umgebung des Punktes 0,. unter einem unterschiedlichen Winkel, die Translationskomponente ΔZ. des Abstandes entlang O.Z. und die Rotationskomponente um die Achse 0.Z. zu messen, Es genügt dazu, die gesamte Anordnung der Registrierung und der optischen Transin der Weise sich drehen zu lassen,

^p 0-^.j und

formation um den Punkt

daß eine zirkuläre Permutation der Achsen O^ Z. durchgeführt wird.

' - Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zur Untersuchung kleiner Abstände zwischen Elementen mit geringen Abmessungen, welche jeweils zwei Objekten angehören, mit Einrichtungen zur Überlagerung von Lichtwellenfronten, welche jeweils für die Stellungen der Punkte der Elemente repräsentativ sind, um Interferenzstreifen im Baum zu liefern, dadurch gekennz eichnet, daß ein Objektiv (13) mit veränderlicher Brennweite vorgesehen ^ ist, welches eine optische Transformation liefert, um in einer Ebene (12) der scharfen Streifen Bilder der Interferenzstreifen zu erhalten, daß die optische Achse (11) des Objektivs durch den einen der Punkte (0) der Elemente der Objekte hindurchgeht und daß Einrichtungen vorhanden sind, um die Abstände zwischen den zwei Elementen als Funktion der räumlichen Frequenz des Abstandes der scharfen Streifen, der Stellung des Objektives in bezug auf die Elemente und seiner Brennweite zu untersuchen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (13) niit veränderlicher Brennweite wenigstens ein Organ zur Fokussierung entlang einer Brenngeraden aufweist und weiterhin Einrichtungen besitzt, um die- W ses Organ in der Weise zu drehen, daß sich die Brenngerade in einer Ebene verlagert, welche in bezug auf die Objekte (i) fest ist und senkrecht z\iv optischen Achse (i 1) des Objektivs (13) verläuft.
3« Vorrichtung nach Anspruch ?._t dadurch geken 21 zeich η e t, daß das Organ zur Fokussierung eitle Zylinderlinse {pü) ist.

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4·. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv zwei Organe zur Fokussierung aufweist, von denen jedes einer Brenngeraden folgt und daß der zwischen der Richtung der Brenngeraden eingeschlossene Winkel ein Winkel ist, der nicht Null und konstant ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Organe jeweils durch zwei Zylinderlinsen (15 und 16) gebildet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Richtungen einem rechten Winkel gleich ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv im übrigen eine Sammellinse (17) aufweist, deren optisches Zentrum auf die optische Achse zentriert ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Untersuchung der Abstände einen Rechner (18) aufweisen, welcher die Werte der Abstände liefert, wenn die Abstände aus einer Translation und einer Rotation zusammengesetzt sind, die in bezug auf einen Trieder mit drei rechten Winkeln (OX, Ox, OZ) festgelegt sind, dessen Spitze (0) mit dem Punkt des Objektes zusammenfällt, durch den die optische Achse (11) verläuft und dessen Achsen (OX und Ox) parallel zu der Ebene (12) verlaufen, in welcher die scharfen Ringe gebildet sind, und zwar einerseits durch die Komponenten CAX, Δϊ, Λ Z), die jeweils parallel zu den Achsen (&Σ, OY und OZ) verlaufen und andererseits durch Winkel CfS und θ), welche jeweils um die Achsen (ÖX,und 0Ϊ) vorhanden sind, und zwar mit folgenden Bezeichnungen:

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der Schnittpunkt der Ebene (12) mit der optischen Achse (11),

jWi?) zwei Achsen, welche in der Ebene und jeweils parallel zu OX und OY verlaufen,

fi die Koordinaten eines Punktes der Ebene in dem System der Achsen (u>t,

eine räumliche Frequenz nach der Achse ω ξ,

eine räumliche Frequenz nach der Achse

der Wert der Projektion nach (ύζ eines Intervalls zwischen zwei Streifen des Bildes,

£ der Wert der Projektion nach w* eines Intervalls zwischen zwei Streifen des Bildes,

At .Ctf\_Q die jeweiligen Werte vonA^undAig für zwei Streifen., die sehr nahe an U liegen,

Λ- die Wellenlänge des verwendeten Lichtes, f die Brennweite der Sammellinse 17»

™ P. die Stärke der Zylinder lins en (15)» deren Erzeugende

parallel zu OX verlaufen,

P_Q die Stärke von einer der Zylinder lins en (16), deren Erzeugende parallel zu OY verlaufen,

S die Entfernung des Objektivs (1?) mit veränderlicher Brennweite von den Objekten, wobei der Rechner (18) die folgenden Operationen durchführt:

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£ ür ΔΧ : Xf£1 - SP_flDv_ für ξ*0.

Xf £1 - se 3

für ΔΥ : Xf(1 - SP.)ν r-für n-0.

■ ⁸V

für ΔΖ-s

ν_ξ .für ξ«Ο. ■ ,. ■

2f*

t ι — * ^ν

ς₀

der Wert von

ν . für

XCv -ν), ν ! ist der Wert von

- Δξ

Δξ₀ χ Δξ

Δη_Λ - Δη Δη₀ χ Δη

für θ:

~ P₀ für

Xf

2Δ? ^Ρθ'

für. Φ:

Xf

/φ

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9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (36) mit veränderlicher Brennweite weiterhin eine Sammellinse (37) aufweist, deren optisches Zentrum auf die optische Achse (34-) zentriert ist.
10, Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Untersuchung der Abstände einen Rechner (41) aufweisen, welcher die Werte der Abstände liefert, wenn die Abstände aus einer Iranslation und einer Rotation zusammengesetzt sind, die in bezug auf einen Trieder mit drei rechten Winkeln (O₁X₁, O₁Y₁, 0^) festgelegt sind, dessen Spitze (Q₁) mit dem Punkt des Objektes zusammenfällt, durch den die optische Achse (34·) verläuft und dessen Achsen (O]JX₁ und O₁Y₁) parallel zu der Ebene (35) verlaufen, in welcher die scharfen Ringe gebildet sind, und zwar einerseits durch die Komponenten (Δ X, ΔΥ), die jeweils parallel zu den Achsen (0„3L· und 0„Y„) verlaufen und andererseits durch Win-

Ib 9 I —f-f

kel (jjLund Q₁), welche jeweils um die Achsen (01X₁ und O₁Y₁) vorhanden sind, und zwar mit folgenden Bezeichnungen:

der Schnittpunkt der Ebene (35) ntit der optischen Achse

(οί^ξ/ρ k£j»l/ι) zwei Achsen, welche in der Ebene (35) angeordnet sind und zwar jeweils parallel zu O₁X₁ und zu

( £ V7/i) die Koordinaten eines Punktes der Ebene in dem System der Achsen ((J )

die räumliche Frequenz der Interferenzstreifen, gemessen entlang eines Radiusvektors (JtV₁, senk recht zu diesen Streifen in der Ebene,

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f.

der Winkel (

der Winkel zwischen der Richtung der Erzeugenden der Zylinderlinse und der Richtung von 0^^,

die Brennweite der Zylinderlinse (38), die Brennweite der Sammellinse (37)»

der Abstand des Objektivs (36) mit veränderlicher Brennweite von den Objekten,

•! V-

die Wellenlänge der Lichtquellen, wobei der Rechner (41) die folgenden Operationen durchführt:

1-

s, s.

χ cos

,-sin

-χ

2F„

x sin

-sin

^COS

sin

(2- ^i) sin²Cp.

sin

³⁸I I¹" TC¹²" F?"^

sin

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11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ζ ei chne t, daß die Einrichtungen zur Überlagerung der Lichtwellenfronten aus einem Lasergenerator (25) gebildet sind, welcher ein Lichtwellenbündel (24) liefert, daß eine Einrichtung (32) zur Beleuchtung eines der Objekte durch einen Teil des Bündels vorhanden ist, daß ein Hologramm (29) des anderen Objektes, welches durch einen anderen Teil des Bündels beleuchtet wird, dem durch das Objekt diffus reflektierten Licht überlagert ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel (24-) ein Parallelstrahlenbündel ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel (30), welches das eine der Objekte beleuchtet, parallel zur optischen Achse (34) angeordnet ist.

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