DE2811288C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist.

Es handelt sich hier um ein Verfahren der elektronischen Fleckmuster- Interferometrie. Solche Verfahren sind z. B. von Butters, Leenderts und Denby im Physics Bulletin, Band 23 (1972), Seite 17, beschrieben worden, und weitere Einzelheiten insbesondere hierfür geeigneter Vorrichtungen sind der DE-OS 22 30 650 und der DE-OS 25 09 556 (GB-PS 13 92 448 und 14 60 861) zu entnehmen.

Es ist aus diesem Stand der Technik somit bekannt, bei Durchführung der elektronischen Fleckmuster-Interferometrie die Erzeugung von jeweils zwei Beleuchtungs-Fleckmuster-Bildern durchzuführen, die mit Hilfe von Licht jeweils einer von zwei verschiedenen Wellenlängen λ₁ und λ₂ auf einem lichtempfindlichen Schirm erzeugt werden. Bis jetzt ist der Vergleich dieser zwei Beleuchungsmuster als weitere Verfahrensmaßnahme mit Hilfe von elektronischem Subtraktionsverfahren durchgeführt worden. Zwar lassen sich hierbei befriedigende Ergebnisse erzielen, doch ergeben sich auch gewisse Nachteile. Werden z. B. die zwei Beleuchungsmuster nacheinander, also zu verschiedenen Zeitpunkten, erzeugt, so ist es erforderlich, eine elektronische Speichereinrichtung vorzusehen, die es ermöglicht, die Videosignale mindestens eines der Videobilder der zwei jeweils zusammengehörigen Beleuchtungsmuster zu speichern. Dies führt zu einem erheblichen Kostenaufwand, da die Speichereinrichtung der zur Erzeugung der Videosignale benutzten Fernsehkamera bezüglich der Bildauflösung angepaßt sein muß. In Fällen, bei denen die zwei Beleuchungsmuster gleichzeitig erzeugt werden können, wird zwar keine solche Speichereinrichtung benötigt, doch es ist erforderlich, die Fernsehkamera mit zwei getrennten lichtempfindlichen Einrichtungen (siehe auch DE-OS 22 30 650, Fig. 4) zu versehen, mittels derer die zu vergleichenden Videosignale erzeugt werden. Auch in diesem Falle entstehen hohe Kosten, da eine genaue gegenseitige Anpassung der Eigenschaften und Betriebsbedingungen der beiden lichtempfindlichen Einrichtungen erforderlich ist. Außerdem ist die Anordnung in beiden genannten Fällen empfindlich für eine Instabilität der Kamera bzw. der gegebenenfalls verwendeten Speichereinrichtung, so daß in der Praxis die Beziehung zwischen den beiden Beleuchtungs-Fleckmustern, diese erzeugt mit unterschiedlichen Wellenlängen, gestört wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung bzw. Vereinfachung zu einem solchen Verfahren zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe gibt der Anspruch 1 an.

Mit der Erfindung ist das bekannte Verfahren für die optische Prüfung einer Fläche weniger aufwendig gemacht. Das Verfahren umfaßt die Maßnahmen, mit Hilfe eines lichtempfindlichen Schirmes ein gemeinsames Videosignal zu erzeugen, das erfindungsgemäß die Summe der Intensitätswerte I₁ und I₂ der zwei Beleuchungsmuster ist, die auf dem Schirm unabhängig voneinander mit Hilfe von Licht zweier verschiedener Wellenlängen erzeugt worden sind. Die Erzeugung der Beleuchungs- Fleckmuster ist, wie bekannt, in der gleichen Weise erfolgt, wobei jedes Muster dadurch entsteht, daß der Schirm mit durch eine kohärente Quelle erzeugtem Licht bestrahlt wird, zu dem ein erster und ein zweiter Strahl gehören, die miteinander interferieren, wobei der erste Strahl für jedes Muster durch die zu untersuchende Fläche gestreut und auf dem Schirm abgebildet wird.

In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet der Ausdruck "Licht" nicht nur sichtbares Licht, sondern auch ultraviolette und infrarote Strahlung.

Wie vom Erfinder erkannt und wie nachstehend erläutert, enthält das erfindungsgemäß durch Summation erzeugte gemeinsame Videosignal die Informationen bezüglich der zu untersuchenden Fläche, die den Informationen gleichwertig sind, die man beim bisher bekanntermaßen angewendeten Subtrahieren von jeweils zwei Videosignalen erhalten hat, die die (räumlichen Unterschiede bezüglich der) Intensitätswerte I₁ und I₂ der beiden Beleuchtungsmuster darstellt.

Mit der Erfindung können diese Informationen in Form eines Fernsehbildes gewonnen werden, in dem ein Muster zu erkennen ist, das dem bekanntermaßen mit Hilfe des Subtraktionsverfahrens erzielbaren Muster ähnelt, wenn man das gemeinsame Videosignal einer Verarbeitung unterzieht, um seine Gleichspannungskomponente zu beseitigen. Zum Beispiel leitet man das Signal durch ein Bandpaß- oder Hochpaß-Filter, woraufhin das resultierende Signal gleichgerichtet wird, wenn man ein einseitig gerichtetes Signal wünscht.

Bei einer Ausführungsweise des Verfahrens wird dafür gesorgt, daß der zweite (Referenz-)Strahl für jedes der zwei Beleuchtungsmuster eine glatte Wellenfront aufweist; in diesem Falle stellen die Linien des erzielbaren gemeinsamen Musters Profillinien einer konstanten Verlagerung von Punkten auf der zu untersuchenden Fläche gegenüber einer gedachten Fläche dar, deren Form durch die tatsächliche Form der Beleuchung der Fläche bestimmt wird, wobei bekanntermaßen das Profilintervall umgekehrt proportional zum Unterschied zwischen den beiden Wellenlängen ist. Bei einem Verfahren dieser Art wird vorzugsweise dafür gesorgt, daß die Wellenfront des zweiten Strahls für jedes Beleuchtungsmuster eine solche Form erhält, daß an jedem Punkt innerhalb des Musters der größte Winkel zwischen einem Einzelstrahl des ersten Strahls und einem Einzelstrahl des zweiten Strahls nicht größer ist als der größte Winkel zwischen Einzelstrahlen des ersten (Objekt-)Strahls. In dieser Beziehung ergeben sich optimale Bedingungen, wenn der zweite (Referenz-)Strahl gegenüber einer praktisch punktförmigen Lichtquelle divergiert, die an einer Stelle angeordnet ist, welche optisch dem Mittelpunkt der Öffnung des optischen Systems gleichwertig ist, welches dazu dient, das Licht des ersten Strahls abzubilden. Die Verwendung einer solchen Form für den zweiten Strahl gewährleistet, daß sich der Bereich der räumlichen Frequenzen innerhalb des auf dem Schirm erzeugten Beleuchtungsmusters, durch welches der "Fleckeffekt" hervorgerufen wird, da es teilweise durch das Abbilden von gestreutem Licht einer kohärenten Lichtquelle erzeugt wird, nicht wesentlich über den Bereich der räumlichen Frequenzen des Fleckmusters hinaus erstreckt, das sich bei der Bestrahlung des Schirms nur mit dem Licht des ersten Strahls ergeben würde. Dieser letztere Bereich richtet sich natürlich nach der Größe der Öffnung des optischen Systems, mittels dessen das Licht des ersten Strahls auf dem Schirm abgebildet wird, und wenn ein hoher Ausnutzungsgrad der verfügbaren Beleuchtung erzielt werden soll, muß diese Öffnung hinreichend klein sein, um zu gewährleisten, daß die räumlichen Frequenzen innerhalb des auf dem Schirm erzeugten Beleuchtungsmusters ganz oder im wesentlichen innerhalb des Bereichs liegen, der durch die Anordnung aufgelöst werden kann, mittels welcher dem Schirm das Videosignal entnommen wird.

Bei einer anderen Ausführungsweise des Verfahrens wird der zweite (Referenz-)Strahl für jedes Beleuchtungsmuster bekanntermaßen durch solches Licht gebildet, das durch eine Fläche zerstreut wird, bei der es sich um eine andere Fläche als die zu untersuchende Fläche, jedoch um eine Fläche von ähnlicher Form handelt, wobei das zerstreute Licht auf dem lichtempfindlichen Schirm in der gleichen Weise abgebildet wird wie der der erste Strahl. Die Linien des in diesem Fall entstehenden Musters stellen die Profile der konstanten Abweichung zwischen den beiden Flächen an einander entsprechenden Punkten der Flächen dar, wobei wiederum das Profilintervall umgekehrt proportional zur Differenz zwischen den beiden Wellenlängen ist. Da das zerstreute Licht bei beiden Strahlen in der gleichen Weise abgebildet wird, führt bekanntermaßen auch hier die Interferenz zwischen den Strahlen nicht zu einer wesentlichen Erweiterung des Bereichs der räumlichen Frequenzen innerhalb des gesamten Beleuchtungsmusters über denjenigen Bereich hinaus, der zu dem Fleckmuster gehört, das jeweils durch einen der beiden Strahlen allein erzeugt würde. In diesem Fall gelten natürlich für die Wahl der Öffnung des optischen Systems zum Abbilden des gestreuten Lichtes ähnliche Gesichtspunkte wie bei dem zuerst geschilderten Verfahren.

Die Unabhängigkeit der beiden Beleuchtungsmuster voneinander läßt sich auf einfache Weise zum einen dadurch erreichen, daß man dafür sorgt, daß sie nacheinander auf dem lichtempfindlichen Schirm erzeugt werden; in diesem Fall ist es erforderlich, daß der Schirm, bezogen auf den Einfall des Lichts der beiden Beleuchtungsmuster mit entsprechend langzeitiger Integrationswirkung arbeitet. Auf die Erfüllung dieser Forderung kann verzichtet werden, wenn die beiden Beleuchtungsmuster auf dem Schirm nicht nacheinander, sondern gleichzeitig erzeugt werden, wobei jedoch dafür gesorgt werden muß, daß an dem Schirm keine Interferenz zwischen dem das eine Muster erzeugenden Lichts und dem das andere Muster erzeugenden Lichts auftritt. Um diese Bedingung zu erfüllen, kann man entweder sich hinreichend unterscheidende Werte für die beiden Wellenlängen λ₁ und λ₂ oder unterschiedliche Polarisation für das Licht, das jeweils zum Erzeugen der zwei Muster verwendet wird, wählen.

Bei dem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden lichtempfindlichen Schirm handelt es sich gewöhnlich um den Schirm einer Fernsehkameraröhre, z. B. einer Vidikonröhre. Bei einer typischen Anordnung könnte eine solche Röhre einen Schirm aufweisen, bei dem die aktive Fläche einen Durchmesser in der Größenordnung von 20 mm hat und geeignet ist, 600 Bildlinien bzw. Zeilen aufzulösen; in diesem Fall kann zweckmäßig mit der Öffnung f/16 gearbeitet werden.

Die Kameraanordnung wird so betrieben, daß sie ein Videosignal erzeugt, welches die räumlichen Unterschiede der Summe der Intensitätswerte der beiden Beleuchtungsmuster repräsentiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Aufbau eines einfachen Interferometers zur Verwendung bei der elektronischen Fleckmuster-Interferometrie,

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 das Blockschaltbild eines Fernsehsystems zur Verwendung in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 4 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Wirkungsweise eines anderen interferometrischen Systems, das zur Anwendung der Erfindung geeignet ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Interferometer wird ein parallelgerichteter Strahl 1 monochromatischen Lichtes durch eine kohärente Lichtquelle 2 erzeugt und durch einen Strahlenteiler 3 in einem Objektstrahl 4 und einen Bezugsstrahl 5 zerlegt. Der Objektstrahl 4 beleuchtet eine zu untersuchende Fläche 6, nachdem er durch einen Spiegel 7 abgelenkt und dann durch eine Linse 8 in einen divergierenden Strahl mit einer kugelförmigen Wellenfront verwandelt worden ist. Die Fläche 6 wird mit Hilfe einer Vidikonröhre 9 betrachtet, zu der ein lichtempfindlicher Schirm 10 gehört; hierbei wird das durch die Fläche 6 gestreute Licht auf dem Schirm 10 durch ein optisches System abgebildet, zu dem ein Objektiv 11 und eine Blende 12 gehören. Das abgebildete Licht wird durch eine Strahlenvereinigungseinrichtung 13 geleitet, die dazu dient, den Bezugsstrahl 5 auf den Schirm 10 zu leiten, nachdem der Bezugsstrahl vorher mit Hilfe eines prismenförmigen Reflektors 14 und eines Spiegels 15 umgelenkt worden ist und nachdem er durch ein Objektiv 16 in einen divergierenden Strahl mit einer kugelförmigen Wellenfront verwandelt worden ist. Der mehrfach geknickte Strahlenweg des Strahls 5 ist so gewählt, daß nach dem Erreichen des Schirms 10 die Strahlen 4 und 5 im wesentlichen gleich lange Strecken zurückgelegt haben. Das Objektiv 16 ist so angeordnet, daß der Punkt, von dem aus der Strahl 5 divergiert, eine Lage einnimmt, die optisch der Lage des Mittelpunktes der Öffnung der Blende 12 gleichwertig ist; die Größe dieser Öffnung ist unter Berücksichtigung der Auflösung der Vidikonröhre 9 so gewählt, daß sich die gewünschte Einschränkung des Bereichs der räumlichen Frequenzen in dem Fleckmuster ergibt, das entstehen würde, wenn der Schirm 10 nur mit dem durch die Fläche 6 gestreuten Licht beleuchtet würde. Natürlich interferiert dieses Licht an dem Schirm 10 mit dem Licht des Bezugsstrahls 5, so daß ein resultierendes Beleuchtungsmuster entsteht, das seinerseits die Form eines Fleckmusters hat. Die Dauer der Belichtung Schirms 10 mit einem bestimmten Beleuchtungsmuster kann mit Hilfe eines elektrisch betätigbaren Verschlusses 17 geregelt werden, der gemäß Fig. 1 im Weg des Strahls 1 angeordnet ist. Natürlich ist es normalerweise zweckmäßig, eine geeignete Abschirmung vorzusehen, um zu verhindern, daß unerwünschtes Licht zu dem Schirm 10 gelangt; zwar sind solche Abschirmungen in Fig. 1 nicht dargestellt, doch dürfte ihr Aufbau jedem Fachmann geläufig sein.

Der Aufbau des Interferometes nach Fig. 1 entspricht grundsätzlich der in Fig. 2 der DE-OS 22 30 650 (GB-PS 13 92 448) dargestellten Anordnung. Die Lichtquelle 2 ist so verstellbar, daß sich die Wellenlänge des Strahls 1 jeweils auf einen von zwei Werten λ₁, λ₂ einstellen läßt, wobei die Ausgangsleistung bei beiden Wellenlängen im wesentlichen die gleiche ist; ein solches Interferometer kann bei Verfahren für die elektronische Fleckmuster- Interferometrie verwendet werden, die es ermöglichen, die Form der zu untersuchenden Fläche 6 in Beziehung zur Form der Wellenfront des Objektstrahls 4 zu untersuchen, indem man dafür sorgt, daß auf dem Schirm 10 nacheinander zwei Beleuchtungsmuster erzeugt werden, und zwar mit Licht der beiden Wellenlängen, ohne daß irgendeine Veränderung der Fläche 6 eintritt: in solchen Fällen ist es zweckmäßig, als Lichtquelle 2 einen Argonlaser zu verwenden und für die beiden Wellenlängen die Werte von 496,5 und 488 nm zu wählen. Im folgenden werden bestimmte Aspekte solcher Verfahren näher betrachtet, doch sei bemerkt, daß sich die Anwendbarkeit der hierbei eine Rolle spielenden Prinzipien nicht auf Interferometer der in Fig. 1 dargestellten Form beschränkt. Beispielsweise würden die nachstehenden Ausführungen in gleicher Weise für die Benutzung eines Interferometers gelten, dessen Aufbau in Fig. 1 der DE-OS 25 09 556 (GB-PS 14 60 861) dargestellt ist und dessen Anwendung in der Praxis bevorzugt werden könnte, damit die zu untersuchende Fläche im wesentlichen im rechten Winkel von dem einfallenden Licht getroffen wird.

Zunächst sei für eine Wellenlänge das Fleckmuster betrachtet, das beim Fehlen des Bezugsstrahls 5 auf dem Schirm 10 erzeugt würde. Dieses Muster enthält Informationen über die Lage der Fläche 6 gegenüber der sie beleuchtenden Wellenfront des Strahls 4. Diese Informationen werden praktisch durch die Phase jedes Flecks übertragen, die sich ändert, wenn eine Änderung der Wellenlänge eintritt und diese Änderung klein ist; jedoch bleiben die Intensität, die Verteilung und die Größe der Flecke im wesentlichen unverändert.

Wegen der Interferenz, die an dem Schirm 10 zwischen dem Licht des Bezugsstrahls 5 und dem durch die Fläche 6 gestreuten Licht eintritt, werden bei dem ursprünglichen Fleckmuster auftretende Phasenveränderungen in Intensitätsveränderungen bei dem resultierenden Beleuchtungsmuster verwandelt, das auf dem Schirm 10 erzeugt wird, so daß ein durch die Röhre 9 erzeugtes Videosignal Informationen enthält, die in Beziehung zu den in dem ursprünglichen Fleckmuster enthaltenen Lageinformationen stehen. Dies läßt sich durch das in Fig. 2 dargestellten einfache Vektordiagramm erläutern, in dem die Vektoren A und B die Amplitude bzw. die Phase eines bestimmten Flecks des ursprünglichen Musters und der Wellenfront des Bezugsstrahls 5 an einem entsprechenden Punkt darstellen. Der resultierende Vektor C repräsentiert somit bezüglich seiner Amplitude und Phase den entsprechenden Fleck bei dem resultierenden Beleuchtungsmuster; die Intensität I dieses Flecks ist durch das Quadrat der Größe des Vektors C gegeben. Daher gilt

I = R² + S² + 2 RS cos Φ

Hierin bezeichnen R und S die Größe der Vektoren B und A und Φ den dazwischen vorhandenen Phasenunterschied. Ein Videosignal, das die räumlichen Veränderungen von I darstellt, enthält eine einseitig gerichtete Komponente, die den Gliedern R² und S² entspricht, sowie eine alternierende Komponente, die dem Glied 2 RS cos Φ entspricht, wobei der Frequenzbereich der letzteren Komponente dem Bereich der räumlichen Frequenzen in dem Beleuchungs-Fleckmuster entspricht.

Schon bei kleinen Veränderungen der Wellenlänge wird sich der relative Phasenwinkel Φ ändern, so daß sich die Fleckintensität I in dem resultierenden Muster verändert, wobei die Werte von R und S im wesentlichen unverändert bleiben. Benutzt man die Kennzahlen 1 und 2 zur Bezeichnung der Werte der maßgebenden Parameter für die beiden Wellenlängen, mittels welcher die Beleuchtungsmuster auf dem Schirm 10 erzeugt werden, erhält man

I₁ = R² + S² + 2 RS cos Φ

I₂ = R² + S² + 2 RS cos Φ
Daher ist

I₁ - I₂ = 2 RS (cos Φ₁ cos Φ₂)

Es sei bemerkt, daß die Intensitätsdifferenz (I₁-I₂) immer dann gleich Null ist, wenn die relative Phasenänderung (Φ₁-Φ₂), die im folgenden mit R bezeichnet ist, einen Wert von Null oder 2 N π Radian hat, wobei N eine ganze Zahl bezeichnet. Diese Bedingung ist für Punkte erfüllt, bei denen der Abstand zwischen der Fläche 6 und einer gedachten Fläche, deren Form durch die Form der die Beleuchtung bewirkenden Wellenfront des Strahls 4 gleich Null ist oder dem Ausdruck N λ₁ λ₂/2 (λ₁-λ₂) entspricht, in dem λ₁ und λ₂ die beiden verwendeten Wellenlängen bezeichnen.

Bei bekannten Verfahren der hier betrachteten Art hat man normalerweise die Vidikonröhre 9 benutzt, um nacheinander zwei Videosignale zu erzeugen, welche die räumlichen Veränderungen von I₁ und I₂ repräsentieren, und man hat diese Signale einer Subtraktionsschaltung zugeführt, um ein Signal zu erhalten, das die räumlichen Veränderungen von (I₁≈I₂) repräsentiert. Natürlich muß mindestens das erste Videosignal ohne einen bemerkbaren Auflösungsverlust aufgezeichnet werden, damit sich der Subtraktionsvorgang durchführen läßt. Als Ergebnis des Subtraktionsvorgangs erhält man ein alternierendes Signal, dessen Stärke entsprechend den Änderungen von Φ variiert, das in Augenblicken den Wert Null annimmt, die Punkten auf der Fläche 6 entsprechen, bei denen R den Wert Null oder 2 N π Radian hat, und das einen maximalen Wert in Augenblicken annimmt, die Punkten auf der Fläche 6 entsprechen, bei denen R den Wert (2 N-1)π Radian annimmt. Dieses Signal kann zur Erzeugung eines Fernsehbildes verwendet werden, und zwar gewöhnlich nach der Durchführung einer Vollweggleichrichtung; das Bild zeigt ein geflecktes Aussehen und bildet ein Linienmuster, das sich aus hellen und dunklen Flächen zusammensetzt; die dunklen Linien dieses Musters lassen sich leicht als eine Form- oder Umrißkarte auswerten.

Bei den erfindungsgemäßen Verfahren wird dagegen die Vidikonröhre 9 so betrieben, daß sie ein einziges Videosignal erzeugt, welches die räumlichen Veränderungen der Summe (I₁ + I₂) darstellt. Auf welche Weise dies geschieht, wird weiter unten erläutert; zunächst ist es zweckmäßig, die Eigenschaften eines solchen Signals und seine Verwendungsmöglichkeiten zu untersuchen. Aus den vorstehenden Gleichungen geht hervor, daß

I₁ + I₂ = 2 (R² + S²) + 2 RS (cos Φ₁ + cos Φ₂)

Dieses eine mit Hilfe der Röhre 9 erzeugte Videosignal enthält daher eine Gleichstrom-Komponente, die dem Glied 2 (R²+S²) entspricht, und eine alternierende Komponente entsprechend dem Glied 2 RS (cos Φ₁ + cos Φ₂). Die Stärke der alternierenden Komponente variiert entsprechend den Änderungen von R = Φ₁+Φ₂, d. h. sie ist in Augenblicken gleich Null, die den Punkten auf der Fläche 6 entsprechen, bei denen R den Wert (2 N-1)π Radian hat, und die ihren maximalen Wert in Augenblicken annimmt, die Punkten auf der Fläche 6 entsprechen, bei denen R den Wert Null oder 2 N π Radian annimmt. Somit wird im Vergleich zur Benutzung des Differenzsignals, das mit Hilfe des Subtraktionsverfahrens gewonnen wird, in umgekehrter Weise vorgegangen. Hier wird das einzige erzeugte Videosignal so verarbeitet, daß die einseitig gerichtete Komponente beseitigt wird und man somit ein alternierendes Signal F (Φ₁+Φ₂) gewinnt, mittels dessen sich ein Fernsehbild erzeugen läßt, dessen Form derjenigen des Bildes ähnelt, das sich mit Hilfe eines entsprechenden Differenzsignals erzeugen lassen würde, wobei jedoch die dunklen Linien des Interferenzmusters um einen Betrag verlagert sind, der einer Veränderung von R um π Radian entspricht.

Theoretisch müßte bei den Subtraktions- und Additionsverfahren ein ähnlicher Kontrast bei den Linien auftreten. Jedoch besteht in der Praxis ein erheblicher Nachteil des Subtraktionsverfahrens in der Gefahr, daß das elektronische System unstabil arbeitet, so daß eine unvollkommene zeitliche Anpassung der beiden Videosignale auftritt, die zu einer Verringerung des Linienkontrastes führt. Diese Gefahr ist bei den erfindungsgemäßen Verfahren nicht gegeben, bei denen der einzige maßgebende Faktor, der auch bei dem Subtraktionsverfahren eine Rolle spielt, durch die räumliche Anpassung der beiden Beleuchtungsmuster gebildet wird; letztere ist natürlich nur von der mechanischen Stabilität des Interometers abhängig.

Auch für das Additionsverfahren läßt sich aus der ersten weiter oben angegebenen Gleichung ableiten, daß sich der maximale Wirkungsgrad der Phasen-Intensitäts-Umwandlung dann ergibt, wenn das Verhältnis R/S den Wert 1 hat; hierbei handelt es sich um eine ideale Bedingung, bei der sich der größte Rauschabstand ergibt. Bei dem ursprünglichen Fleckmuster unterliegt jedoch der Wert von S räumlichen Veränderungen, so daß das Verhältnis R/S nicht bei sämtlichen Flecken den optimalen Wert annehmen kann, da sich R nicht bemerkbar verändert. In der Praxis zeigt es sich, daß sich der maximale Interferenzlinienkontrast dann ergibt, wenn man eine Bezugsintensität wählt, die etwas größer ist als die mittlere Intensität der Flecke.

Wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung des Interferometers nach Fig. 1 das einzige resultierende Videosignal mit Hilfe der Vidikonröhre 9 erzeugt, muß der Betrieb der Röhre im Vergleich zu der normalen Betriebsweise verändert werden, bei welcher der Schirm 10 kontinuierlich unter Verwendung eines gebräuchlichen Rasters abgetastet wird. Statt dessen wird die Abtastung des Schirms 10 dadurch verhindert, daß die Elektronenkanone der Röhre 9 bis über ihren Abschaltpunkt hinaus vorgespannt wird, und zwar während der gesamten Zeitspanne zwischen dem Beginn der Belichtung mit dem ersten Beleuchtungsmuster und dem Ende der Belichtung mit dem zweiten Beleuchtungsmuster. Um das gewünschte Signal zu erhalten, kann man dann die Abtastung des Schirms 10 erneut beginnen lassen; entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen der Röhre 9 erhält man dann ein verwendbares Signal entweder durch Abtasten des ersten Einzelbildes oder durch Abtasten mehrerer aufeinanderfolgender Einzelbilder. Bei diesem Verfahren wird die integrierende Arbeitsweise des Schirms 10 gegenüber dem einfallenden Licht ausgenutzt, und eine für die Praxis bedeutsame Tatsache besteht darin, daß der Schirm die Fähigkeit hat, Informationen festzuhalten, die einem bestimmten Beleuchtungsmuster entsprechen, denn hieraus ergibt sich eine Obergrenze für die zulässige Länge des Intervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungsvorgängen. Hierbei hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, eine Vidikonröhre des Typs 4542 zu verwenden, die von der Radio Corporation of America hergestellt wird, da sich in diesem Fall brauchbare Ergebnisse erzielen lassen, wenn die Intervalle zwischen zwei Belichtungsvorgängen bis zu 1 min betragen. Hierbei steht natürlich genügend Zeit zur Verfügung, um die erforderliche Änderung der Wellenlänge manuell oder automatisch herbeizuführen. Bei bestimmten Arten von Vidikonröhren, die auf bekannte Weise bei geschlossenen Fernsehsystemen verwendet werden, muß man das Intervall zwischen zwei Belichtungsvorgängen erheblich verkürzen, z. B. auf die Größenordnung von 100 ms, und hierbei ist es normalerweise erforderlich, die zeitabhängige Umschaltung für die beiden Belichtungsvorgänge, deren Länge gewöhnlich einigen wenigen Millisekunden entspricht, automatisch durchzuführen.

Wenn es erforderlich ist, eine längere Betrachtungszeit für ein Fernsehbild zur Verfügung zu haben, das mit Hilfe des einzigen durch die Röhre 9 erzeugten Videosignals gewonnen wird, muß man natürlich besondere Maßnahmen treffen, um die Tatsache zu berücksichtigen, daß dieses Signal jeweils nur während einer kurzen Zeitspanne verfügbar ist. Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, einen Monitor zu verwenden, der mit einer Kathodenstrahlröhre ausgerüstet ist, zu der ein lange nachleuchtender Bildschirm gehört, doch wird es gewöhnlich vorgezogen werden, einen Monitor bekannter Art zu benutzen und ihn mit einer gespeicherten Version des Bildsignals zu betreiben, das durch Filtern und Gleichrichten des ursprünglichen Videosignals gewonnen worden ist. Hierbei ist es nicht erforderlich, eine komplizierte oder kostspielige Speichereinrichtung zu benutzen, denn diese Einrichtung braucht bezüglich ihrer Auflösung der Vidikonröhre 9 nicht angepaßt zu sein, und es ist nicht erforderlich, ihren Betrieb mit einer höheren Genauigkeit als der allgemein üblichen mit dem Betrieb der Röhre 9 zu synchronisieren.

In Fig. 3 ist in einem Blockschaltbild ein Fernsehsystem dargestellt, das in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Verfahren sowie mit dem Interferometer nach Fig. 1 verwendet werden kann, wobei die Lichtquelle 2 in der beschriebenen Weise verstellbar ist und wobei eine Vidikonröhre 9 des weiter obengenannten Typs benutzt wird. Der Röhre 9 ist eine Abtasteinrichtung 18 zugeordnet, mittels welcher der Schirm 10 auf bekannte Weise abgetastet wird, d. h. mit Hilfe von Einzelbild- und Zeilensynchronisationssignalen, die durch einen Generator 19 erzeugt werden. Ferner ist der Röhre 9 eine Austastschaltung 20 bekannter Art zugeordnet, mittels welcher die Elektronenkanone der Röhre 9 über ihren Abschaltpunkt hinaus vorgespannt wird und die in der üblichen Weise durch die Abtasteinrichtung 18 gesteuert wird, um den Elektronenstrahl der Röhre 9 während der Rücklaufperioden bei der Abtastung dunkel zu tasten. Die Austastschaltung 20 kann außerdem durch ein Ausgangssignal betätigt werden, das einem JK-Flipflop 21 entnommen wird, welcher durch Taktimpulse gesteuert wird, die als Einzelbild-Synchronsignale durch den Generator 19 erzeugt werden. Der Eingang des Flipflops 21 ist an den Ausgang eines RS-Flipflops 22 angeschlossen, dessen Setzeingang mit einer Gleichspannungsquelle 23 durch zwei Kontakte eines Schalters 24 verbunden werden kann, der als Druckknopfschalter ausgebildet und normalerweise in seine Öffnungsstellung vorgespannt ist. Die Spannungsquelle 23 läßt sich auch an den Eingang eines monostabilen Multivibrators 25 anschließen, und zwar über einen Schalter 26 von ähnlicher Bauart wie der Schalter 24, wobei die Ausgangsimpulse des monostabilen Multivibrators 25 zur Betätigung des Verschlusses 17 dienen. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 25 ist ferner an den Eingang eines zweistufigen binären Zählers 27 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Rücksetzeingang des Flipflops 22 und einer Steuerleitung 28 für den monostabilen Multivibrator 25 verbunden ist, so daß die Betätigung des Multivibrators 25 gesperrt wird, sobalt in der Leitung 28 ein Signal erscheint. Zu dem Zähler 27 gehört eine Rücksetzleitung 29, die an dem Ausgang des Flipflops 21 angeschlossen ist.

Die durch die Röhre 9 erzeugten Videosignale werden dem Eingang eines Bandpaßfilters 30 zugeführt, das zweckmäßig einen Durchlaßbereich von etwa 1,5 bis 4 MHz aufweist. Das Ausgangssignal des Filters 30 wird einem Detektor 31 zugeführt, zu dem ein Vollweggleichrichter gehört, und an dessen Ausgang eine Speichereinrichtung 32 angeschlossen ist, die mit einer zur Speicherung dienenden Kathodenstrahlröhre versehen ist, deren Abtastung durch die Synchronsignale gesteuert wird, welche durch den Generator 19 erzeugt werden. Die Speichereinrichtung 32 arbeitet normalerweise im Lesebetrieb, doch ist eine Triggerschaltung vorhanden, die das Eingeben des Ausgangssignals des Detektors 31 in die Speichereinrichtung ermöglicht, und zwar während einer Zeitspanne, die gleich der Dauer einer kleinen Anzahl von Einzelbildern ist, wenn über eine Eingabeleitung 33 ein Impuls von vorbestimmter Polarität zugeführt wird; die Leitung 33 ist an den Ausgang einer Differenzierschaltung 34 angeschlossen, deren Eingang mit dem Ausgang des Flipflops 21 verbunden ist; hierbei ist die Anordnung derart, daß ein Impuls von geeigneter Polarität zum Betätigen der Triggerschaltung innerhalb der Speichereinrichtung 32 über die Leitung 33 am Ende jeder Periode zugeführt wird, während welcher die Austastschaltung 20 durch den Flipflop 21 betätigt wird. Wenn die Speichereinrichtung 32 im Lesebetrieb arbeitet, wird ihr Inhalt wiederholt verwendet, um ein Fernsehbild mit Hilfe eines Monitors 35 bekannter Art zu erzeugen, zu dem eine Kathodenstrahlröhre gehört, deren Abtastung durch die Synchronsignale des Generators 19 gesteuert wird. Ferner gehört zu der Speichereinrichtung 32 eine Löschleitung 36, die durch zwei weitere Kontakte des Schalters 24 mit der Gleichspannungsquelle 23 verbunden werden kann.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 3 für ein Arbeitsspiel unter der Annahme beschrieben, daß alle Informationen, die in Beziehung zu vorher abgelaufenen Arbeitsspielen stehen, auf dem Schirm 10 der Röhre 9 durch das normale Abtasten des Schirms vor dem Beginn des zu betrachtenden Arbeitsspiels gelöscht worden sind. Das Arbeitsspiel wird durch Betätigen des Schalters 24 eingeleitet, um den Inhalt der Speichereinrichtung 32 zu löschen und den Flipflop 22 zu setzen. Kurz nach dem Setzen des Flipflops 22 bewirkt das Erscheinen eines Einzelbild-Synchronsignals, daß der Flipflop 21 betätigt wird, um eine Abtastung des Schirms 10 einzuleiten; gleichzeitig wird der Zähler 27 auf Null zurückgestellt, so daß der monostabile Multivibrator 25 betätigt werden kann. Hierauf wird der Schalter 26 zweimal betätigt, damit der Schirm 10 nacheinander mit den beiden erforderlichen Beleuchtungsmustern belichtet wird, wobei die erforderliche Änderung der Wellenlänge natürlich zwischen den beiden Betätigungen des Schalters 26 durchgeführt wird; bei jeder Betätigung des Schalters 26 wird der monostabile Multivibrator 25 veranlaßt, einen Impuls zu erzeugen, durch den der Verschluß 17 betätigt wird; diese Impulse werden durch den Zähler 27 gezählt. Bei der zweiten Betätigung des Schalters 26 wird somit der Zähler 27 veranlaßt, ein Ausgangssignal zu erzeugen, durch das jede weitere Betätigung des Multivibrators 25 verhindert und der Flipflop 22 zurückgesetzt wird. Kurz nach dem Zurücksetzen des Flipflops 22 veranlaßt das nächste Einzelbild-Synchronsignal den Flipflop 21, in seinen Ausgangszustand zurückzukehren, so daß die Abtastung des Schirms 10 wieder aufgenommen werden kann und daß der Speichereinrichtung 32 neue Informationen eingegeben werden; hierbei gewährleistet der Flipflop 21, daß der Beginn und das Ende jeder Zeitspanne, während welcher die Abtastung des Schirms 10 verhindert wird, mit dem Beginn eines Einzelbildes zusammenfallen. Somit wird das gewünschte Videosignal durch die Röhre 9 während der ersten vollständigen Einzelbildabtastung erzeugt, die auf die Wiederaufnahme der Abtastung folgt, und ein Bild, das dem resultierenden Signal entspricht, welches dann in der Einrichtung 32 gespeichert worden ist, wird durch den Monitor 35 kontinuierlich dargestellt, bis das nächste Arbeitsspiel eingeleitet wird.

Man kann die Anordnung nach Fig. 3 vereinfachen, wenn man bei dem Interferometer nach Fig. 1 die Lichtquelle 2 durch eine solche kohärente Lichtquelle ersetzt, die geeignet ist, gleichzeitig Ausgangssignale von erheblicher Stärke bei zuviel Wellenlängen zu erzeugen, welche sich hinreichend unterscheiden, um sicherzustellen, daß das Licht mit der einen Wellenlänge nicht mit dem Licht der anderen Wellenlänge interferiert. Bei dieser Lichtquelle kann es sich z. B. um einen Farbstofflaser handeln, der zwei Resonanzräume aufweist, welche auf die beiden Wellenlängen abgestimmt sind; bei einem solchen Laser könnte man z. B. den unter der Bezeichnung "R6G" erhältlichen Farbstoff verwenden. In diesem Fall werden auf dem Schirm 10 gleichzeitig zwei voneinander unabhängige Beleuchtungsmuster erzeugt, wobei jedes Muster dadurch entsteht, daß an dem Schirm eine Interferenz zwischen dem Licht einer der beiden Wellenlängen, das durch die Fläche 6 gestreut wird, und dem Licht der gleichen Wellenlänge in dem Bezugsstrahl 5 auftritt. Bei jedem gegebenen Punkt auf dem Schirm 10 sind die Intensitätswerte der beiden Muster additiv, so daß man in diesem Fall der Vidikonröhre 9 ein Videosignal entnehmen kann, das die räumlichen Unterschiede der Summe (I₁+I₂) repräsentiert; hierzu ist es nur erforderlich, die Röhre 9 in der normalen Weise zu betreiben, wobei der Schirm 10 unter Anwendung eines Rasters bekannter Art kontinuierlich abgetastet wird. Bei dieser Anordnung kann man bei dem abgeänderten Interferometer den Verschluß 17 fortlassen, und die Röhre 9 kann z. B. einen Bestandteil einer vereinfachten Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 3 bilden, bei welcher die Schaltungselemente 17, 21 bis 27, 32 und 34 fortgelassen sind und das Ausgangssignal des Detektors 31 direkt dem Monitor 35 zugeführt wird. Es wird gewöhnlich erwünscht sein, die kohärente Lichtquelle mit Hilfe von Impulsen zu steuern; in diesem Fall soll die Wiederholungsfrequenz der Impulse vorzugsweise mindestens ebenso hoch sein wie die Einzelbildfrequenz bei der Abtastung des Schirms 10.

Fig. 4 veranschaulicht die Wirkungsweise eines Interferometers, das geeignet ist, bei einem erfindungsgemäßen Verfahren benutzt zu werden, bei welchem zwei getrennte Flächen 40 und 41 von ähnlicher Form verglichen werden; normalerweise ist eine dieser Flächen eine "Modellfläche", mit der die andere Fläche zur Prüfung verglichen wird. Bei dieser Anordnung wird durch eine kohärente Lichtquelle 43 ein parallelgerichteter Strahl 42 erzeugt, der geeignet ist, eine erhebliche Ausgangsleistung bei zwei verschiedenen Wellenlängen λ₁ und λ₂ zu liefern; der Strahl 42 wird dadurch erzeugt, daß der ursprüngliche Ausgangsstrahl der Lichtquelle 43 mit Hilfe von Linien 44 und 45 auseinandergezogen wird. Der Strahl 42 wird durch einen Strahlenteiler 46 so geteilt, daß das von dem Strahlenteiler durchgelassene Licht direkt die Fläche 40 beleuchtet, während das durch den Strahlenteiler reflektierte Licht auf die Fläche 41 fällt, nachdem es durch einen Spiegel 47 erneut reflektiert worden ist; die Flächen 40 und 41 sind gegenüber dem Strahlenteiler 46 möglichst genau an optisch gleichwertigen Punkten so angeordnet, daß sie jeweils annähernd im rechten Winkel vom Licht getroffen werden. Ferner sind die beiden Flächen so angeordnet, daß sie sich gleichzeitig im Bildfeld einer Vidikonröhre 9 befinden, zu der ein lichtempfindlicher Schirm 10 gehört; ferner ist gemäß Fig. 4 ein optisches System ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten vorhanden, das dazu dient, auf dem Schirm 10 das durch die Fläche 40 gestreute und durch den Strahlenteiler 46 reflektierte Licht sowie das durch die Fläche 41 gestreute und durch den Spiegel 47 reflektierte und von dem Strahlenteiler 46 durchgelassene Licht abzubilden. Für jede der Wellenlängen λ₁ und λ₂ werden einander auf dem Schirm 10 zwei Fleckmuster überlagert, die aus dem durch die Flächen 40 und 41 gestreutem Licht abgeleitet werden, und da der Spiegel 47 vorhanden ist, werden die Bilder beider Flächen einander im gleichen Sinne überlagert. Wenn die Flächen 40 und 41 eine allgemein symmetrische Form haben, kann man in der Praxis den Spiegel 47 fortlassen und die Fläche 41 so anordnen, daß die optische Gleichwertigkeit der Lage der beiden Flächen 40 und 41 erhalten bleibt, denn in diesem Fall spielt es keine Rolle, daß die Bilder der Flächen umgekehrt zueinander angeordnet sind; eine ähnliche Anordnung, bei welcher der Spiegel 47 fortgelassen ist, läßt sich auch benutzen, um zwei Flächen zu vergleichen, die bezüglich ihrer allgemeinen Form spiegelbildlich zueinander sind.

Je nach der Art der Lichtquelle 43 kann man die Anordnung nach Fig. 4 in der Weise benutzen, daß der Schirm 10 entweder nacheinander oder gleichzeitig mit Licht der beiden Wellenlängen λ₁ und λ₂ beleuchtet wird. Ähnliche Betrachtungen wie die weiter oben angestellten gelten für die Verfahren zum Betreiben der Röhre 9 in den beiden Fällen, in denen ein einziges Videosignal erzeugt wird, das die räumlichen Veränderungen der Summe der Intensitätswerte der beiden Beleuchtungsmuster darstellt, welche auf dem Schirm mit Hilfe von Licht der Wellenlängen λ₁ und λ₂ erzeugt werden; ferner gelten diese Betrachtungen für die Wahl der Wellenlängen im letzteren Fall. Werden z. B. die beiden Beleuchtungsmuster nacheinander erzeugt, kann die Röhre 9 einen Bestandteil einer Anordnung der in Fig. 3 dargestellten Art bilden, wobei die Anordnung nach Fig. 4 mit einem nicht dargestellten Verschluß versehen wird, der die gleiche Aufgabe erfüllt wie der Verschluß 17 nach Fig. 3. In beiden Fällen zeigt ein Fernsehbild, zu dessen Erzeugung das Videosignal dient, welches der Röhre 9 entnommen wird, ein Interferenzlinienmuster, das demjenigen ähnelt, welches mit Hilfe der weiter oben beschriebenen Verfahren zum Prüfen einer einzigen Fläche erzeugt wird. Das Interferenzlinienmuster liefert eine Profilkarte der Abweichung, die in der Betrachtungsrichtung zwischen den Flächen 40 und 41 an einander entsprechenden Punkten der Flächen vorhanden sind, wobei die dunklen Linien Punkte bezeichnen, an denen die Abweichung den Wert (2N-1) λ₁ g₂/4 (λ₁-λ₂) hat.

Claims (9)

1. Verfahren zum optischen Prüfen einer Fläche (6; 40, 41),

• a) bei dem unabhängig voneinander zwei Fleckenmuster als Beleuchtungsmuster (I₁, I₂) auf einem lichtempfindlichen Schirm (10) mit Hilfe von Licht zweier verschiedener Wellenlängen (λ₁, λ₂) erzeugt werden, wobei diese Beleuchtungsmuster in jeweils der gleichen Weise erzeugt werden, wobei jedes der zwei Beleuchtungsmuster dadurch entsteht, daß der Schirm mit Licht bestrahlt wird, das mit Hilfe einer kohärenten Lichtquelle (2; 43) erzeugt wird und sich aus einem ersten und einem zweiten Strahl (Objektstrahl und Referenzstrahl 4, 5) zusammensetzt, die interferieren, wobei bei jedem Beleuchtungsmuster der erste Strahl durch Licht gebildet wird, das durch die Fläche gestreut und auf dem Schirm abgebildet wird, so daß auf dem Schirm ein jeweiliges, in ein elektrisches Videosignal umsetzbares Videobild der zugehörigen Intensitätsverteilung (I = R²+S²+R · S cos Φ) entsteht,
• b) und bei dem die beiden Videobilder der zwei Beleuchtungsmuster der Wellenlängen λ₁ und λ₂ miteinander zu einem gemeinsamen elektrischen Signal weiterverarbeitet werden,

mit der Verbesserung, die dadurch gekennzeichnet ist,

• c) daß das gemeinsame elektrische Signal des Verfahrensschrittes b) durch jeweils Bildung der Summe der Intensitätswerte (I₁+I₂) gewonnen wird und
• d) die enthaltene Gleichspannungskomponente (2R²+2S²) dieses gemeinsamen Signals beseitigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Summenbildung (I₁+I₂) im lichtempfindlichen Schirm (10) einer Fernsehkameraröhre bewirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß für gleichzeitige Aufnahme der Videobilder der zwei Beleuchtungsmuster hinreichend unterschiedliche Werte der Wellenlängen λ₁ und g₂ gewählt werden, so daß keine Interferenz der zwei Beleuchtungsmuster auftritt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß für gleichzeitige Aufnahme der Videobilder der zwei Beleuchtungsmuster unterschiedliche Polarisation der für deren Erzeugung verwendete Strahlungen (λ₁; λ₂) gewählt werden, so daß keine Interferenz der zwei Beleuchtungsmuster auftritt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Gleichspannungskomponente (2R² + 2S²) mittels eines Band- bzw. Hochpasses in der Auswerteschaltung (Fig. 3) beseitigt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß das gemeinsame elektrische Signal nach Abtrennung der Gleichspannungskomponente gleichgerichtet wird.

7. Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 6 zum zeitgleichen Vergleich zweier Flächen (40, 41), wobei bei der Erzeugung der Beleuchtungsmuster (I₁, I₂) der eine Strahl (Objektstrahl) von der zu prüfenden Fläche (40 oder 41) und der andere Strahl (Referenzstrahl) von der Vergleichsfläche (41 oder 40) zerstreut werden (Fig. 4).

8. Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Feststellung einer zwischenzeitlichen Veränderung der zu prüfenden Fläche (6), wobei entsprechend zeitlich aufeinanderfolgend zwei jeweils gemäß den Verfahrensschritten a) bis d) erzeugte gemeinsame elektrische Signale miteinander in an sich bekannter Weise summiert werden.