DE2857265A1 - Optical apparatus and method for producing same - Google Patents

Description

Paul, W. REMIJAN, Blodgett Road, R.F.D. No.2 (Hailand) South Bridge, Mass. 01550/USA

Walter REMIJAN, P; 151 Morris Street, South Bridge, Mass. 01550/USA

Interferometer

Die Erfindung betrifft ein Interferometer zur Erzeugung eines Interferenzmusters mit hohem Kontrast und geringem

Rauschen.

Es gibt zwei grundsätzliche Methoden zur Erzeugung von Randmustern: (l) eine interferometrische Technik, welche das Interferenzphänomen benutzt und (2) eine Moire-Technik,

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welche eine Schattenerzeugung (shadow casting) und/oder Muster-Multiplikation benutzt.

Es gibt eine große Mannigfaltigkeit von Meß- und Testyerfahren, welche Interferenz-Randmuster, d.h. Interferenz-Streifenmuster benutzen und es gibt viele Arten_/Interferenz-Streifen zu erzeugen und zu steuern. Im allgemeinen wird ein Interferenz-Streifenmuster erzeugt, wenn wenigstens zwei kohärente Lichtstrahlen zusammengebracht werden und eine Wechselwirkung gegeneinander ausüben. Wenn die beiden kohärenten Strahlen zusammenwirken, interferieren sie destruktiv, um schwarze Punkte oder Bänder zu erzeugen und sie interferieren konstruktiv, um helle Punkte oder Bänder zu liefern.

Moire-Streifen werden erzeugt, wenn zwei ähnliche, geometrisch regelmäßige Muster aus gut definierten klaren und opaken Gebieten nebeneinander angeordnet und durchleuchtet werden. Einige Beispiele von geometrisch regelmäßigen Mustern, die zur Erzeugung von Moire-Streifen verwendet werden, enthalten (i) Ronchi-Linien (Furchen), (2) Sätze von konzentrischen Kreisen und (3) radiale Gitter. Die Erzeugung von Moire-Streifen kann als Schattenerzeugung (Schattenwerfen) angesehen werden, d.h. der Schatten des ersten Musters, der auf das zweite Muster fällt, erzeugt die Moire-Streifen. Die mathematische Funktion, welche die Moire-Streifen beschreibt, wird durch Multiplizierung der Intensitäts-Durchlässigkeiten oder Beleuchtungen der überlappten geometrischen regelmäßigen Muster erreicht.

Streifen, die sowohl durch Interferenz als auch durch Moire-Techniken erzeugt werden, werden von Ophthalmologisten zum Testen der retinalen Schärfe benutzt. Bei einem derartigen

Gerät wird ein Licht von einer Laserquelle in zwei kohärente Strahlen mittels eines optischen Elementes geteilt, das aus zwei

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aneinanderliegenden Keil-Prismen (dove-prisms) besteht. Diese beiden Strahlen werden konvergiert und in das Auge gerichtet, wo sie zusammenwirken, um ein Interferenz-Streifenmuster auf der Netzhaus zu erzeugen.

Bei einer anderen Vorrichtung, die auf dem Gebiet der Ophthalmologie verwendet wird, wird eine Laserquelle und eine übliche Ronchi-Furche zur Erzeugung eines Interferenz-Streifenmusters benutzt. Die Laserquelle erzeugt einen Laserstrahl, der auf die Ronchi-Linierung gerichtet ist. Die Ronchi-Linierung teilt den auffallenden Strahl in eine Vielzahl kohärenter Strahlen mit stark ändernder Stärke. Es ist notwendig, komplizierte Bewegungen einer Vielzahl von optischen und mechanischen Komponenten zu benutzen, um nur zwei kohärente Strahlen auszuwählen und um den Abstand der Interferenz-Streifen zu steuern, die gegebenenfalls auf die Netzhaut projiziert werden. Bei einem anderen ophthalmischen Gerät werden zwei Ronchi-Linierungen benutzt. Sie erzeugen Moire-Streifen, die gegebenenfalls auf die Netzhaut abgebildet werden.

Ophthalmologisten verwenden die vorstehend beschriebene Vorrichtung, welche entweder die Moire- oder Interferenz-Techniken benutzen, um die Netzhautschärfe (retinale Schärfe) zu testen und zu messen. Diese Messung wird dadurch erreicht, daß die "Feinheit" der auf die Netzhaus projezierten Streifen verändert und die Fähigkeit des Patienten überwacht wird, dieselben aufzulösen bzw. zu zerlegen. Die Fähigkeit des Patienten, ein Streifenmuster mit bestimmter "Feinheit" aufzulösen, wird direkt in die Messung der Netzhautschärfe umgesetzt.

Bei einer vollständig unterschiedlichen Meßanwendung werden Streifenmuster, die unter Verwendung interferometrischer oder Moire-Techniken erzeugt werden, dazu benutzt, um exakt zwei Elemente relativ

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zueinander zu positionieren. Mit den interferometrischen Techniken wird ein einfallender Lichtstrahl im allgemeinen in zwei Teile geteilt. Ein Teil wird von einer Bezugsposition reflektiert, während der andere Teil von einem beweglichen Element reflektiert wird. Die reflektierten Strahlen werden wieder zusammengefügt, um ein Ausgangs-Streifenmuster zu liefern, welches sich bewegt, wenn sich das bewegliche Element bewegt. Bei einem Beispiel der Moire-Technik werden zwei Ronchi-Linierungen mit hohem Kontrast und geringen unterschiedlichen räumlichen Frequenzen nebeneinander angeordnet und durchleuchtet. Eine Linierung ist stationär, während die andere in einer vorbestimmten Ebene beweglich ist. Fotodetektoren erfassen die Änderungen im Licht, das durch die Gitter hindurchgeht und erzeugen Signale, welche die Bewegung anzeigen. Bei einem Gerät, welches die interferometrischen Techniken zur Erzeugung von Streifenmusters bei verschiedenen Anwendungen liefert, einschließlich der ophthalmischen und positionserfassenden Anwendung, beinhalten einige Nachteile. Beispielsweise passieren bei einem derartigen Gerät die zwei Lichtstrahlen auf unterschiedlichen Lichtwegen, die unterschiedliche optische Elemente enthalten. Wenn die Elemente auf jedem Weg nicht optisch aneinander angepasst sind, zerstören Aberrationen das Streifenmuster. Aufeinander abgestimmte optische Elemente können das Aberrationsproblem beseitigen, jedoch erhöht sich dadurch der Gesamtpreis des Geräts beträchtlich. Außerdem unterliegt das Gerät verschiedenen äußeren Einflüssen, beispielsweise Schwingung und thermischer Änderung (Temperaturänderung). Diese Einflüsse können eine Bewegung des Streifenmusters oder der Störung(Rauschen) hervorrufen und zu ungeeigneten Messungen führen.

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Die Moire-Techniken haben viele Beschränkungen. Wenn kleiner Platz und hohe Genauigkeit erforderlich sind, sind die geometrisch regelmäßigen Muster zur Erzeugung der Moire-Streifen sehr schwierig und teuer zu erzeugen. Bei Anwendungen, bei welchen eine Linie bzw. Furche sich zur nächsten festen Linie bzw. Furche bewegt, muß der Abstand zwischen den Linien konstant gehalten werden oder es ergeben sich Fehler. Auch werden die y Moire-Streifen lokalisiert, d.h. sie bestehen in einem sehr

, kleinen Bereich eines Raumes und zusätzliche optische Elemente

;,| sind häufig erforderlich, um die Moire-Streifen in die gell '

'i wünschten Gebiete abzubilden.

i| In jüngster Zeit wurde ein Amplitudengitter (Raster) und eine

räumlich kohärente, quasi-monochromatische Lichtquelle zur Erzeugung von Interferenzstreifen benutzt. Ein Amplitudengitter ist ein im wesentlichen transparentes bis halbtransparentes i> Medium, dessen Lichtdurchlässigkeit entsprechend eines räumlichen

A periodischen Musters geändert wird. Ein Amplitudengitter bewirkt

f* ein "Aufbrechen" oder Beugen eines einfallenden Lichtstrahles

in eine Reihe von gebeugten "Kegeln" oder Ordnungen. Die Stärke oder der Betrag des Lichtes in jeder Ordnung hängt von der exakten

■: Form der periodischen Opazität des Amplitudengitters ab. Obgleich

verschiedene gebeugte Ordnungen ungefähr die gleiche Stärke haben können, bestimmt die skalare Beugungstheorie für ein dünnes Amplitudengitter, daß die dominante Stärke in einem nicht gebeugten Licht nullter Ordnung liegt und daß die Stärke der übrigen gebeugten Ordnungen sich ändert. Tatsächlich zeigen praktische ν

Anwendungen diese Voraussage.

Bei einer derartigen Anwendung wurde vorgeschlagen, das Licht von einer Quelle über ein Amplitudengitter zu führen, um "Kegel" , d.h. ₍ Lichtbündel^unterschiedlicher Ordnungen des gebeugten Lichtes

" zu erzeugen:

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beispielsweise Kegel nullter und ersterOrdnung. Um unterschiedliche Intensitäten zu kompensieren, wird das gebeugte Licht durch das Gitter zurückreflektiert. Nach einem zweiten Durchgang durch das Gitter werden der Kegel erster Ordnung des reflektierenden Kegels erster Ordnung und der Kegel erster Ordnung des reflektierenden Kegels nullter Ordnung gleiche Stärke haben und kombiniert, um ein Interferenz-Streifenfeld hohen Konstrastes zu bilden. Dieses doppelt geführte System ist sehr stabil, da es sich sehr stark an ein Interferometer mit gemeinsamem Weg annähert. Bei einem Interferometer mit gemeinsamem Weg ( common path interferometer ) verlaufen die interferierenden Strahlen über den gleichen optischen Weg. Daher beeinträchtigen Störungen beide Strahlen gleichzeitig und verzerren nicht das Ausgangsstreifenmuster, das nur auf Unterschiede zwischen den beiden optischen Wegen empfindlich ist. Jedoch treten in einem derartigen Doppelführungssystem Schwierigkeiten auf, da es schwierig ist, Gitter-Substrat-Aberrationen und die Spiegel-Gitter-Trennung zu steuern.

Es wurden weitere Verbesserungen bei dem Erscheinen der durch Holographie erzeugten Amplitudengitter vorgenommen. Holographische Amplitudengitter werden dadurch hergestellt, daß eine photographische Emulsion mit hoher Auflösung gegenüber einem

•■ϊ exakten Interferenzmuster eines Zweistrahl-Interferometers |

vom Lasertyp bestrahlt werden. Während der üblichen Photographie | wandelt sich das photoempfindliche Silberhalogenid in der Emul- '■·{ sion in ein opakes metallisches Silber um, um das Amplitudengitter zu bilden.

Bei einer Anwendung eines derartigen holographischen Gitters liefert ein Doppelfrequenz-holographisches - Gitter ein sogenanntes "Shearing"-Muster. Dieses Gitter wird durch sequentielles

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Belichten einer einzigen photographischen Emulsion mit einem ersten Laser-Interferenzmuster mit einer ersten räumlichen Frequenz f. und dann mit einem zweiten Laser-Interferenzmuster mit einer zweiten räumlichen Frequenz f~ erzeugt. Gleiche Amplituden-Durchlässigkeitsmodulationen bei beiden Frequenzen f.. und f_ werden-dadurch erreicht, daß die Belichtung mit dem ersten uns zweiten Laser-Muster eingestellt wird. Üblicherweise werden die beiden aufeinanderfolgenden Belichtungen identisch sein, wenn jedoch f. und f.. sehr unterschiedlich sind oder wenn ein Laser-Muster mit rotem Licht und das andere mit grünem Licht erzeugt wird,müßten die aufeinanderfolgenden Belichtungen hinsichtlich der spektralen und frequenzmäßigen Empfindlichkeit der photographischen Platte ausgeglichen werden. Diese Belichtungseinstellungen zum Erreichen einer gleichen Amplituden-Durchlässigkeitsraodulation mit f, und f« werden üblicherweise durch Ausprobieren ausgeführt. Bei Beleuchtung mit einem räumlich kohärenten quasi-monochromatischem Licht liefert dieses Doppelfrequenz-Gitter zwei Lichtkegel erster Ordnung gleicher Stärker, wobei ein Lichtkegel jeder der Frequenzen f, und f„ zugeordnet ist. Diese beiden Lichtkegel erster Ordnung wirken zusammen, um ein sehr stall biles Streifenmuster mit hohem Kontrast zu formen. Ein derar- \l tiges holographisches Doppelfre quenz-"Shearing"-Interferometer ■J ist ebenfalls ein Interferometer mit gemeinsamem bzw.. gleichem ;Ü Weg. Es ist einfach zu konstruieren. Bei diesem Interferometer ist es allerdings notwendig, den Kegel nullter Ordnung gegen-

über einem Zusammenwirken mit den Kegeln erster Ordnung zu trennen. Dieses Trennungserfordernis begrenzt die f-Zahl des Eingangslichtkegels und den erreichbaren Betrag des Shearing. Wenn die Kegel erster Ordnung unterschiedliche Beugungswinkel haben, besteht eine astigmatische Verzeichnung des Ausgangs-

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streifenfeldes. Hinzu kommt, daß der Wirkungsgrad oder das Verhältnis von Ausgangsstreifenfeldenergie zur Eingangsenergie nur etwa 2% betrögt.

Viele Jahre lang wurden die photographisch aufgezeichneten Amplitudengitter gebleicht, um "Phasengitter" zu erhalten. Eine bekannte Art eines derartigen Bleichens, das als "Volumenbleichen" bekannt ist, wandelt das opake Silber in der photographischen Emulsion chemisch in ein transparentes Silbersalz mit hohem Index um. Eine zweite Art des Bleichens, welches als Gerben bekannt ist, beseitigt chemisch das entwickelte Silber innerhalb der Emulsion und läßt einen Hohlraum. Ein gegerbtes Phasengitter weist eine gerippte bzw. gewellte Oberfläche auf. Während ein Amplitudengitter selektiv Licht absorbiert, führt ein gebleichtes Phasengitter selektiv Phasenverzögerungen in den Eingangslichtstrahl ein. Infolgedessen ist ein Phasengitter wirksamer als ein Amplitudengitter, d.h. daß das Verhältnis zwischen der Energie bzw. Leistung erster Ordnung zu der Eingangsenergie größer ist.

Gebleichte Gitter sind jedoch durch erhebliche Probleme charakterisiert. Sie haben sehr große Störungen (Rauschen) und können sich physikalisch bei einer längeren Belichtung durch Licht in Amplitudengitter zurück verschlechtern. Gebleichte Gitter haben auch einen geringeren räumlichen Frequenzgang als Amplitudengitter. Obgleich volumengebleichte Gitter geringeres

Rauschen haben und einen größeren räumlichen Frequenzgang besitzen als ihre gegerbten Gegenstücke, sind sie im allgemeinen schwächer und weniger wirksam.

Der Wirkungsgrad eines volumengebleichten Gitters kann durch Erhöhung seiner Dicke verbessert werden. Eine wesentliche Erhöhung der Dicke ändert jedoch drastisch die grundsätzlichen |

I Beugungseigenschaften des Gitters. Jedes Amplituden- oder |

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Phasengitter kann als dick betrachtet werden, wenn die physikalische Dicke der Emulsion größer als das Fünffache des Gitterabstandes ist. Ein Gitter kann als dünn angesehen werden, wenn die Emulsionsdicke weniger als die Hälfte des Gitterabstandes beträgt. Die Eigenschaften dicker Gitter werden exakt durch die elektromagnetische Theorie vorhergesagt, während die Ei genschaften dünner Gitter durch die skalare Beugungstheorie beschrieben wird. Beispielsweise besteht der Ausgang eines dicken Phasengitters nur aus einem gebeugten Kegel nullter Ordnung und einem Kegel erster Ordnung. Darüber hinaus findet die Beugung nur für eine ebene Eingangswelle unter einem vorbestimmten, spezifizierten Winkel gegenüber dem Gitter statt. Andererseits erzeugt ein dünnes Gitter mit dem gleichen Abstand eine Vielzahl von Ordnungen (z.B. 0, + 1, + 2, + 3 usw.) entweder mit einer sphärischen Welle oder einer ebenen Welle als Eingangssignal unter einem beliebigen Winkel gegenüber dem Gitter.

Unterschiede zwischen einem dünnen Amplituden- und einem dünnen Phasengitter werden exakt durch die skalare Beugungstheorie vorausgesagt. Wenn eine reine sinusförmige Durchlaßstörung in einem dünnen Amplitudengitter besteht, liegen nur die nullte und gebeugte +1. Ordnung vor. Wenn eine rein sinusförmige Phasenstörung in einem dünnen Phasengitter auftritt, können viele Ordnungen, h z.B. die 0, + 1, + 2, + 3 und andere Ordnungen beobachtet werden.

N₁ _ _ —

l· Die Stärke der Phasengitterordnungen sind proportional zu den

j auf Normalform gebrachten Bessel-Funktionen [j -I wobei η

j- die Ordnungszahl (z.B. η = 0, + 1, + 2, ···) und m die Stärke

^! oder Größe der Phasenstörung in Grad sind. Wenn die Amplituden-

■j gitterstörung von einer reinen sinusförmigen Form abweicht, werden

ρ zusätzlich gebeugte Ordnungen erzeugt. Die Stärke dieser zusätz-

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lichen Ordnungen stehen in direkter Beziehung zu der Stärke H

bzw. Größe der Fourier-Komponenten, die der betreffenden i

Gitterstörungsfunktion zugeordnet sind. 1

Bei einem Phasengitter werden die gebeugten Ordnungen, die i;

der nicht sinusförmigen Phasenstörung zugeordnet sind, dadurch vorausgesagt, daß die einzelnen Ausgänge bzw. Ausgangssignale jeder Fourier-Komponente der Phasenstörung gefaltet werden. Eine derartige vielzahlige Faltung zeigt komplizierte Phasenverhältnisse zwischen den vielzahligen Ordnungen, die gerade einer besonderen Fourier-Komponente zugeordnet sind. Außerdem werden gebeugte Ordnungen entsprechend der Summe und den Differenzfrequenzen erzeugt, wenn die Phasenstörung aus mehr als einer Grundraumfrequenz, d.h. Ortsfrequenz, besteht. Es könnte beispielsweise angenommen werden, daß das Bleichen des vorstehend angegebenen Doppelfrequenz-Holografie-Gitters zur Verbesserung des geringen Wirkungsgrades beitragen kann. Obgleich das Bleichen den Gesamtwirkungsgrad eines derartigen [ Gitters erhöht, erzeugt ein entsprechend der Faltungsoperation ί (convolutional operation) gebleichtes Gitter Summen- und Differenz- ' Frequenzbeugungskegel, die zusätzlich zu den gewünschten Grund- J frequenz-Beugungskegeln geliefert werden und mit letzteren Kegeln |

zusammenwirken. Dann ist es für die Summen- und Differenz- i

■ ■.·. ij

Frequenz-Beugungskegel möglich, das Streifenfeld.zu zerstören. ä

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Interferometer zu ' schaffen, welches ein Interferenzmuster mit hohem Kontrast liefert.

j Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patent- ■'!

anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben

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sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung schafft insbesondere ein verbessertes holografisches Phasengitter zur Lieferung von Interferenzmusters mit hohem Kontrast. Die Erfindung schafft ein holografisches Phasengitter, das in vielfaltiger Weise einsetzbar ist. Außerdem schafft die Erfindung ein verbessertes Interferometer,das ein holografisches Phasengitter benutzt.

Die Erfindung schafft weiterhin ein verbessertes holografisches Gitter, das sich in vielfältiger Weise anwenden läßt, insbesondere auch beim Testen der Retinalschärfe (Netzhautschärfe). Außerdem schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Prüfung der Netzhautschärfe.

,! Die Erfindung schafft ein verbessertes holografisches Gitter, das

Ι sich auch zur Positionserfassung einsetzen läßt.

'I Außerdem schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur exakten Feststellung einer Positionsinforraation. Weiterhin schafft die Erfindung ein holografisches Phasengitter, das als optisches Fourier- $ Flächengitter wirksam ist. Das holografische Gitter ist auch bei

k der Erzeugung von gleichen Höhen: linien aus einem Paar von verti-

kalen Stereo-Fotografien einsetzbar. Außerdem läßt sich mit der

f Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung von gleichen Höhenli-

■ nien aus einem Paar von vertikalen Stereo-Fotografien erhalten.

j Die Erfindung schafft ein holografisches Phasengitter für eine

einzige Frequenz durch Belichten einer fotografischen Emulsion ! mit einem Zweistrahl-Interferenzmuster mit einer einzigen Frequenz.

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Vorliegen von Hornhaut- oder Augen-Linsenopazitäten messen, die als Katarakts bekannt sind.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine quasi-monochromatische räumlich kohärente Lichtquelle neben einer Seite des holografischen Gitters angeordnet und richtet Licht auf das Gitter entlang einer Achse. Fotodetektoren sind an der gegenüberliegenden Seite des Gitters vorgesehen, um das Interferenzmuster aufzunehmen. Eine Relativbewegung zwischen der Fotodetektoreinheit und dem Gitter in einer Ebene senkrecht

llj zur Lichtachse wird leicht erfasst und durch die Fotodetektoren

ils exakt gemessen.

ύ Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das holografische

P Phasengitter in der Fourierebene eines kohärenten optischen

'< Prozessors vorgesehen. Der Prozessoreingang besteht aus Licht

von zwei durchleuchteten vertikalen Stereo-Diapositiven. Durch

|| die erfindungsgemäßen Eigenschaften des holografischen Phasen-

|f gitters wird ein dunkler, üblicherweise irregulärer Interferenz-

! streifen in jedem Prozessor-Ausgangsbild erzeugt. Jeder dieser

Γ Interferenzstreifen ist eine Konturlinie gleicher Höhe in der

] Perspektive des zugeordneten Bildes.

j Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

I anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Merkmale be-

: schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Vorrichtung zur ^ Erzeugung eines holografischen Gitters gemäß der Erfindung,

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Fig. 2 eine Darstellung der verschiedenen Grundschritte zur Bearbeitung eines holografischen Gitters gemäß der Erfindung,

Fig. 3 ein Diagramm eines Interferometers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zur Erzeugung von Streifenmustern,

Fig. 4 ein Diagramm einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Messung der Netzhautschärfe,

Fig. 5 typische Streifenmuster, die in der Vorrichtung nach Fig.4 erzeugt werden,

Fig. 6 ein Diagramm einer abgewandelten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Prüfung der Netzhautschärfe,

Fig. 7k eine Perspektivansicht der Vorrichtung zur Prüfung der Netzhautschärfe gemäß der Erfindung,

Fig. 7B eine detaillierte Perspektivansicht der in Fig.7A gezeigten Vorrichtung, wobei das Gehäuse teilweise entfernt ist,

Fig. 8A eine Darstellung einer Ausführungsform eines Positions-Kodierers gemäß der Erfindung,

Fig. 8B und 8C typische Streifenmuster, die mit der Vorrichtung nach Fig. SA erzeugt werden,

Fig. 9A eine weitere Ausführungsform eines Positions-Kodierers gemäß der Erfindung zur Erfassung der Bewegung entlang der

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orthogonalen Achsen,

Fig. 9B typische Streifenmuster, die mit der Vorrichtung nach Fig.9A erzeugt werden,

Fig.10 Streifenmuster, die mit dem Gerät nach Fig.8A erzeugt werden, wobei eine Modifizierung zur Lieferung von Quadratursignalen vorgenommen ist,

Fig.HA eine Darstellung eines Positions-Kodierers zur Erzeugung" von stabilen Quadratur-Positionssignalen,

Fig.1IB Streifenmuster, die mit dem Positions-Kodierer nach Fig.!IA erzeugt werden,

Fig.l2A eine Vorrichtung zur Erzeugung von gleichen Höhenkonturlinien aus einem Paar von vertikalen Stereo-Fotografien, und

Fig.12B Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig.l2A.

In Fig. 1 ist schematisch die Anordnung einer Vorrichtung dargestellt, die zum Belichten einer fotografischen Platte während der Herstellung eines holografischen Phasengitters notwendig ist.

j Das holografische Phasengitter, das mit der Anordnung nach Fig.l

und mit den in Fig. 2 angegebenen Schritten hergestellt wird, hat

: im wesentlichen die Arbeitsweise der verschiedenen Ausführungs

formen, die unter Bezugnahme auf die übrigen Figuren erläutert werden. Diese Vorrichtung enthält eine Laserquelle 10, die Licht

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entlang einer Achse 11 richtet. Der übrige Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 teilt das Licht in Teile, die über zwei getrennte Wege verlaufen und dann zusammen zurückverbracht werde/i, um eine fotografische Platte 12 zu belichten.

Ein konventioneller Strahlenteiler 13 teilt das Licht in zwei Teile. Ein erster Teil verläuft entlang eines ersten Weges, der Spiegel 14 und 15 zum Reflektieren des Lichtes auf eine Objektivlinse und ein Stiftloch 16 aufweist,wodurch eine Kugelwelle erzeugt wird, die von einer Punktquelle an dem Stiftloch austritt. Die Welle erscheint in einem Kegel bzw. Bündel 17 und ist auf die fotografische Platte 12 entlang einer Achse 18 gerichtet. Der zweite Weg wird durch den Strahlenteiler 13 festgelegt, welcher einen Spiegel 20 und eine Objektivlinse sowie ein Stiftloch 21 enthält, welche ein Kugelwellenbündel 22 erzeugen, das von einer Punktquelle am Stiftloch entlang einer Achse 23 ausstrahlt. Die Lichtwellen dieser beiden Punktquellen kombinieren sich; sie interferieren destruktiv, um schwarze Bänder zu liefern und interferieren konstruktiv, um helle Bänder an der fotografischen Platte 12 zu erzeugen.

Die fotografische Platte 12 trägt einen drehfähigen Tisch, der die fotografische Platte 12 positioniert und einen Winkel θ zwischen den Achsen 18 und 23 exakt begründet. Die Raumfrequenz £■ des Interfernzmusters an der Platte 12 entspricht nahezu folgender Gleichung

0) S = 2 sin ( Θ/2) .

wobei λ die Laserwellenlänge ist. Obgleich die an der Platte erzeugten Streifen geringfügig hyperbolisch sind, stellen sie

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ausgezeichnete Näherungen an geradlinige Bänder dar und sind daher als solche in den verschiedenen Figuren dargestellt. Eine bessere Näherung an geradlinige Bänder wird durch Erhöhung der Ehtfernung entlang der Achsen 18 und 23 zwischen der Platte 12 und den Stiftlöchern 16 bzw. 21 erreicht.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung wird zur Herstellung von Gittern benutzt, welche erwünschte Eigenschaften gemäß vorliegender Erfindung beinhalten. Die Ausrüstung ist einfach und relativ billig. Beispielsweise kann der Laser 10 ein TEM__- Laser sein;

CXJ

der Strahlenteiler 13 kann ein konventioneller Strahlenteiler mit variabler Dichte sein, der es ermöglicht, daß die Intensität der zwei Strahlen gleich gestaltet wird. Die Spiegel 14, 15 und 20 sind übliche ebene Spiegel. Die Objektivlinse weist ein übliches 1OX Mikroskopobjektiv auf,und Stiftloch, im folgenden einfach als Loch bezeichnet, ist auf die Objektivlinse abgestimmt. Die Entfernungen 18 und 23 betragen etwa 2 Meter. Mit dieser speziellen Anordnung läßt sich ein 500-Linien pro Millimeter-Interferenzstreifenmuster Über eine Fläche von 2,5 χ 2,5 cm (3x3") mit einem maximalen Streifenversetzungsfehler von etwa 0,00254 Millimeter erreichen.

Wenn die Anordnung nach Fig. 1 hergestellt ist, kann die Emulsion auf einem fotografischen Film mit einem Interferenzmuster belichtet werden, wie dies durch den Schritt 1 ind Fig. 2 gezeigt ist. Während des Belichtungsschrittes müssen bestimmte Stuerungen ausgeführt werden, um ein holographisches Gitter guter Qualität zu gewährleisten. Beispielsweise sollte die Belichtung in einer Umgebung ausgeführt werden, die keinen Schwingungen unterliegt. Thermische Störungen sollten auf ein Minimum reduziert werden,

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da jeder Luftstrom zwischen dem Strahlenteiler 13 und der Platte die resultierenden Streifen verzerren kann. Bei Anwendungen, bei welchen sehr hohe Dichten und minimale Verzeichnungen erforderlich sind, müssen die Entfernungen entlang der Achsen 18 und 23 auf 5 oder sogar 10 Meter erhöht werden. Präzise Bestimmungen von r\ und θ müssen ausgeführt werden. Obgleich diese grundsätzliche Vorrichtung verwendet werden kann, um äußerst exakte holographische Phasengitter zu erzeugen, wird die maximale Genauigkeit letztlich durch die Genauigkeit der Winkelmeßeinrichtung bestimmt, durch die Stabilität des Einzelfrequenz-Lasers, die Stabilität des optischen Tisches und die atmosphärischen und thermischen Steuerungen, die ausgeführt werden.

Um ein Phasengitter mit speziellen Eigenschaften zu erzeugen, welche den Aufbau der verschiedenen, beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen, ist es zuerst notwendig, ein Amplitudengitter zu erzeugen. Die verschiedenen Eigenschaften der kommerziell verfügbaren fotografischen Emulsionen und Entwickler sind vorgegeben; es wird eine fotografische Platte mit einer dünnen Emulsion und ein chemisch kompatibler Entwickler ausgewählt. Ein Prozeß mit starker Uberbelichtung und Unterentwicklung der Emulsion reduziert die optische Dicke der bearbeiteten Emulsion auf einen Bruchteil ihrer ursprünglichen physikalischen Dicke. Dadurch wird durch Benutzung der Steuerungen bzw. Kontrollen gemäß den Schritten 1 und 2 nach Fig. 2 ein Amplitudengitter erzeugt, welches folgende Merkmale hat:

1. eine optisch dünne Emulsion, die konform mit der skalaren Beugungstheorie ist,

2. eine spezielle Form für die Absorbtionsfunktion, welche nach einem Bleichen in eine entsprechende spezifische Phasenübertragungsfunktion umgewandelt ^uird' ^und 030607/0011

3. eine spezielle Amplitude oder Stärke der Absorbtionsfunktion, welche nach dem Bleichen in eine spezielle Spitzen/Spitzen-Phasenmodulation umgesetzt wird.

Spezielle Plattentypen, Belichtungen, Entwicklungszeiten und Entwickler werden noch nachfolgend erläutert.

Wenn die Entwicklung des Schrittes 2 beendet ist, wird die fotografische Platte gemäß einem Schritt 3 in einer Säurelösung mit schneller Unterbrechung (Short-stop-Lösung) gewaschen. Die Lösung enthält einen Säurehärter. Eine zweiminutige Behandlung in einem Härtungsbad liefert akzeptable Ergebnisse.

Im Schritt 4 wird die Emulsion der fotografischen Platte fixiert und gehörtet. Ein übliches Fixierbad und Säurehärter wurden erfolgreich benutzt, wobei die Platte in das Bad über etwa 10 Minuten eingetaucht wurde.

Im nächsten Schritt (Schritt 5) wurde die Emulsion über 30 Sekunden lang vorgewaschen und in einem Fixiernatronbad (hypo-clearing-bath) etwa 2 Minuten lang gereinigt (hypoclearing). Im Schritt 6 wird die Emulsion gewaschen (z.B. 70 Minuten in abgefiltertem Wasser) und dann in ein Methanolbad eingetaucht, bis die gesamte übrige lichtempfindlichmachende Färbung entfernt ist (Schritt 7). Wenn das Methonaolbad beendet ist, wird die Platte in einem leicht blasenden Luftstrom getrocknet.

Die vorstehenden Schritte sind übliche fotografische Bearbeitungsschritte, die übliche verfügbare Chemikalien verwenden.

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Nach Beendigung des Schrittes ist ein Amplitudengitter hergestellt. Die Schritte 8 und 9 wandeln dann dieses Amplitudengitter in ein Phasengitter um, welches die gewünschten Eigenschaften hat.

Nach dem sorgfältigen Trocknen der fotografischen Platte im Schritt 7 wird sie während des Schrittes 8 in einem Bromdampf gebleicht, bis die Platte klar ist. Wenn der Bleichvorgang beendet ist, wird die Platte in einem Methanolbad abgewaschen, um übriges Br_ zu entfernen und in einem Schritt 9 durch einen leichten Luftstrom sorgfältig getrocknet.

Im folgenden werden bestimmte Eigenschaften dieser holographischen Phasengitter erläutert, die besonders wünschenswert sind. Die Belichtungs- und Entwicklungszeiten und die Emulsion wurden derart gewählt, daß "dünne" Gitter erzeugt werden. Gemäß einem speziellen Beispiel wurden Gitter mit 393,7 Zeilen pro Millimeter auf Kodak 131-01-Platten gemäß dem vorstehenden Verfahren hergestellt, wobei eine durchschnittliche Belichtung von 200 ergs/cm und eine Entwicklungszeit von 15 Sekunden mit einem üblichen Kodak D-19 Entwickler bei 80 F benutzt wurden. Eine gleichmäßige Entwicklung wird dadurch erreicht, daß ein großer Entwicklertank und ein schnelles, manuelles Rühren der Platte eingesetzt wurden. Nach vollständiger Bearbeitung gemäß den Schritten, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, beugt das sich ergebende dünne Phasengitter sowohl eingehende Kugelwellen als auch eingehende ebene Wellen; wie vorstehend angegeben ist,beugt ein dickes Gitter nur ebene Eingangswellen, die unter einem besonderen Winkel gegenüber dem Gitter einfallen.

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Messungen haben gezeigt, daß ein dünnes Phasengitter, welches gemäß vorstehendem Verfahren hergestellt wird, eine rein siunuförmige Phasenübertragungsfunktion hat, dessen Spitze zu Spitze - Phasenverzögerung Beugungen mit der Ordnung Null und + 1 gleicher Stärke erzeugen. Die Belichtung mit 200 ergs/cm liefert eine durchschnittliche Amplitudentransmission von etwa 0,45 für entwickelte, jedoch ungebleichte Kodak 131-01 Platten. Die experimentellen Daten haben bestätigt, daß die rein sinusförmige Phasenübertragungsfunktion beibehalten wird, wenn das dünne Gitter eine durchschnittliche Amplitudenübertragung (Amplitudendurchgang) von 0,5 oder weniger im entwickelten, jedoch ungebleichten Zustand hat. Die Stärke oder Spitzen zu Spitzen-Phasenverzögerung des endgültigen Phasengitters wird dadurch eingestellt, daß die anfängliche Belichtung (Schritt 1 in Fig. 2) innerhalb von Grenzen gesteuert wird, die durch eine durchschnittliche Amplitudenübertragung von 0,5 (gemessen nach Schritt 7- in Fig. 2) gegeben ist. Ein sehr schwaches Phasengitter, das mit geringen Belichtungswerten hergestellt wird,zeigt eine starke Beugung nullter Ordnung, eine schwache Beugung erster Ordnung und eine noch schwächere Beugung zweiter Ordnung. Stärkere Gitter, die mit höheren Belichtungswerten hergestellt werden, zeigen zunehmend kräftigere Beugungen erster und zweiter Ordnung und reduzierte Beugungen nullter Ordnung. Beugungen mit gleicher Stärke und mit nullter und + 1 -ter Ordnung oder Beugungen gleicher Stärker mit nullter und + 2 -ter Ordnungen werden durch Probeeinstellungen der Anfangsbelichtung erreicht

Die Vorteile eines derartigen dünnen Phasengitters, das zwei unterschiedliche Beugungsordnungen gleicher Stärke liefert, wird aus folgender Beschreibung eines Inferometers ersichtlich, welches ein derartiges Phasengitter benutzt.

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Im folgenden wird ein Interferometer näher erläutert, wobei auf Fig. 3 Bezug genommen wird.

Das schematisch dargestellte Interferometer weist einen Helium-Neon-Laser 30 auf, der ein Licht entlang einer Achse 31 auf eine negative Linse 32 richtet. Die negative Linse 32 vergrößert den Strahl geringfügig, so daß er vollständig ein Mikroskopobjektiv 33 ausfüllt. Das Mikroskopobjektiv 33 fokussiert dieses Licht auf einen Brennpunkt FP, der über eine Entfernung Z, vom holographischen Gitter 34 versetzt ist, welches seinerseits den oben beschriebenem Aufbau hat. Der Laser 30, die negative Linse 32 und das Mikroskopobjektiv 33 bilden eine Quelle für eine quasi-monochromatische, divergierende Kugelwelle, die vom Brennpunkt FP ausstrahlt. Bei einer Ausführungsform ist der Kegel bzw. das LichtbUndel vom Brennpunkt FP ein f/2-Kegel.

Wenn die Kugelwelle von der Punktquelle FP das Gitter 34 passiert, erzeugt sie eine Vielzahl von gebeugten LichtbUndeln. Gemäß der skalaren Beugungstheorie wird die Stärke der gebeugten Bündel oder Kegel durch die Besselfunktion /J (m/2) / bestimmt, wobei η die Ordnungszahl der Beugung und m die Spitzen-Spitzen-Phasenverzögerung der Gitter-Ubertragungsfunktion in Grad ist. Die vorstehend angegebenen Belichtungs- und Entwicklungszeiten liefern einen Wert von m = 2,870 bei A =£328. A . Die Beugungsbündel nullter und erster Ordnung haben gleiche Intensität, da fj (1,435)} ² = (j (l,435)1 ². Da die Beugungswinkel außerdem derart sind, daß das Lichtbündel nullter Ordnung beide Lichtbündel erster Ordnung überdeckt, während die Lichtbündel erster Ordnung nur aneinander anstoßen. An einem Punkt in der Entfernung Z~ vom Gitter 34 wird ein Ausgangssignal erzeugt, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Das Lichtbündel nullter Ordnung erscheint als ebener Kreis 35,und die Bündel zweiter Ordnung erscheinen als ebene Kreise 36A und 363. Die Gebiete 37A und 37B sind sich über-

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läppende Flächen, und die Streifen werden in diesen Gebieten erzeugt. Die Streifen in den Gebieten 37A und 37B sind zueinander außer Phase. Wenn somit der zentral liegende Streifen im Gebiet 37A ein dunkles Band ist, ist der entsprechende Streifen im Gebiet (Fläche) 37B ein Lichtband oder helles Band. Als Lichtband und dunkles Band werden nicht Bänder verstanden, welche gleiche Intensität über das Band haben, wie die Bänder, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Die Streifenintensität ändert sich tatsächlich sanft bzw. langsam und ist proportional dem Quadrat einer Sinusfunktion, obgleich das Auge bei bestimmten Beleuchtungsbedingungen unterschiedliche, abwechselnde Bänder wahrnehmen kann.

Die Phasenverschiebung von 180 zwischen den Streifen in den Flächen 37A und 37B ist ein direktes Ergebnis einer reinen sinusförmigen Phasenübertragungsfunktion, die dem Gitter 34 zugeordnet ist. Wenn die PhasenUbertragungsfunktion bzw. Phasendurchgangsfunktion des Gitters 34 von einer reinen Sinuswelle abweicht, haben die Streifen in den Flächen 37A und 37B eine andere Phasenbeziehung, die nicht gleich 180 ist. Die 180 Phasenverschiebung ist nicht wesentlich für die Erzeugung von Streifenmustern mit hohem Kontrast; sie ist jedoch bei einer Anwendung zur Positionserfassung wichtig, wenn quadratische elektrische Signale von den mittleren Streifen abgeleitet werden. Die Steuerung der Gitter-Durchgangsfunktionsform wird durch Auswahl einer geeigneten Kombination von Emulsion, Entwickler, Belichtungs- und Entwicklungszeit erreicht, wie dies vorstehend erläutert ist.

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Das in Fig. 3 dargestellte Interferometer hat mehrere Eigenschaften. Wenn der Abstand Z- verändert wird, ändert sich die Zahl der Streifen innerhalb der sich überlappenden Gebiete 37A und 37B. Eine Verringerung des Abstandes Z, reduziert die Zahl der Streifen, die in den sich überlappenden Gebieten erscheinen. Da Z. verändert wird, "fließen" die Streifen in die Gebiete oder aus den Gebieten 37A und 37B heraus. Obgleich dieses "Streifenfließen" die mittleren Streifen erweitern oder schmälern läßt, bewirkt dies nicht, daß die mittleren Streifen sich bewegen; sie bleiben an der Mitte der augehörigen Gebiete. Die Bedeutung dieses Verhaltens des mittleren Streifens bei Änderungen von Z, wird nachfolgend erläutert. Wenn das Gitter 34 in eine Ebene bewegt wird, die senkrecht zur Achse 31 und senkrecht zur Richtung der Streifen liegt, scheinen sich alle Streifen in den Gebieten 37A und 37B durch diese Gebiete zu bewegen, jedoch bleibt-die Zahl der Streifen in diesen Gebieten unverändert. Wenn der Abstand Z. geändert wird, bleibt die Zahl der Streifendie gleiche, jedoch ändern sie in diesem Fall ihre Größe, wobei die Streifenbreite kleiner wird, wenn Z~ kleiner wird. Die Parameter des Interferometers ergeben sich aus folgender Gleichung:

(2) T = (Z₂ + Z₁) /f Z₁

Dabei ist T die Streifenperiode in den sich überschneidenden Gebieten 37A und 37B,tdie die Ortsfrequenz des Gitters 34, welche durch die Gleichung (l) definiert ist und Z. und Z sind die positiven Entfernungen, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind.

Das holographische Gitter-Interferometer nach Fig. 3 ist sehr stabil und frei von Streifenverzeichnungen von äußeren Einflüssen, da es im wesentlichen ein Inteferometer mit einem ge-

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meinsamen (einzigen) Weg ist.Atmosphärische Änderungen, Luftströme und thermische Instabilitäten verzeichnen die Streifen nicht. Darüberhinaus ist die Intensität des Lichtes in jedem Beugungs- Lichtbündel (Kegel) viel größer als üblicherweise durch Amplitudengitter erhalten wird, da das Phasengitter im v/esentlichen transparent ist und auf Zeitverzögerungen innerhalb des Gitters 34 zur Erzeugung der Beugungs-Bündel basiert. Als Ergebnis wird die Gesamthelligkeit des Streifenmusters erhöht. Da außerdem die Intensitäten jeder Bündel mit nullter und erster Ordnung gleich sind, tendieren die destruktiven und konstruktiven Interferenzen dazu, vollständig zu sein, so daß die dunklen Bänder im wesentlichen schwarz sind, während die hellen Bänder im wesentlichen zweimal so hell sind wie das Durchschnittslicht. Somit ermöglicht das Gitter die Herstellung eines Interferometers mit einem einzigen, gemeinsamen Weg, welches helle Streifen mit hohem Kontrast liefert.

Die vorstehenden Eigenschaften liefern eine Basis zur Erläuterung von drei speziellen Anwendungen eines gebleichten Phasengitters, das auf verschiedenen Gebieten eingesetzt werden kann. Bei einer Anwendung ist die Entfernung Z. absichtlich verändert, um die Zahl der Streifen zu verändern, die in einer vorgegebenen Fläche auftreten. Eine Vorrichtung mit diesem Merkmel eignet sich besonders zur Verwendung bei der überprüfung der Netzhaut-Schärfe, wobei diese Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 7B erläutert wird. Gemäß einer weiteren Anwendung bleiben die Entfernungen Z. und Z_? im wesentlichen unverändert, jedoch kann das Gitter sich bewegen, um dadurch die Streifen zu verschieben. Eine Vorrichtung mit diesem Merkmal eignet sich insbesondere zur Verwendung in Positionier-

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systemen. Bei einer dritten Anwendung werden Hilfsoptiken vor das Gitter gesetzt, um zwei räumlich kohärente Quellen aus dem Licht zu bilden, das durch zwei Stereo-Diapositive durchgeht. Diese beiden räumlichen kohärenten Quellen werden an der Gitteroberfläche oder bei Z=O überlagert. Der Ausgang bei Z„ = öd ist ein Null-Streifen oder eine Konturlinie, im folgenden als Höhenlinie bezeichnet, die an der rückwärtigen Brennebene einer Linse beobachtet wird, die hinter dem Gitter angeordnet ist. Das Phasengitter, das bei dieser Anwendung benutzt wird, ist ähnlich dem einen, vorstehend erwähnten Phasengitter, mit der Ausnahme, daß anstelle von Beugungen gleicher Stärke mit nullter und erster Ordnung Beugungen gleicher Stärke mit nullter und zweiter Ordnung verwendet werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird eine Vorrichtung zum Test der Netzhaut-Schärfe erläutert. Diese Vorrichtung enthält gemäß Fig. 4 einen Laser 40, der ein Helium-Neon-Laser zylindrischer Form oder dergleichen mit geringer Leistung ist, beispielsweise ein Helium-Neon-Laser vom Typ TEM . Das Licht des Lasers 40 wird entlang einer Achse 41A durch einen Filterrevolver 42 gerichtet. Der Filterrevolver 42 enthält mehrere übliche,metallische, beschichtete neutrale Dichte-Filter. Diese Filter steuern die Intensität des Lichtes, das zu den übrigen Elementen in dem Testgerät übertragen wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Helligkeit der Streifen zu steuern, die evtl. auf die Netzhaut eines Patienten projiziert werden.

Eine negative Linse 43 und eine Mikroskopobjektivlinse 44, die entlang der Achse 41A bewegbar sind, fokussieren das Licht auf einen Brennpunkt FP. Die negative Linse 43 bewirkt eine Verbreiterung des Strahles vom Laser in geringfügiger Weise,

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so daß der Strahl bzw. das Lichtbündel vollständig die Öffnung der Hikroskopobjektivlinse 44 bei gleichförmiger Lichtverteilung ausfüllt. Eine bekonkave Linse mit 4 mm Brennweite 'ist als negative Linse zufriedenstellend. Das Mikroskopobjektiv 44 ist eine übliche Objektivlinse, wobei eine 1OX N.A. 0,25 Objektivlinse ausreicht.

Das Gitter 45 weist ein holographisch aufgezeichnetes Phasengitter mit einer einzigen Frequenz auf, das entsprechend vorstehender Erläuterung erzeugt wird. Die Gitterfrequenz beträgt 400 l/mm (Linien pro Millimeter), um eine ideale Trennung der Beugungen nullter und + 1 -ter Ordnungen von dem N.A. 0,25 Objektiv-Eingangslichtstrahl zu ermöglichen. Das Gitter 45 ist auch optisch dünn,und die Beugungen nullter und erster Ordnungen haben gleiche Stärke. Wie aus folgendem noch ersichtlich ist, besteht kein Grund, die Phase der Ausgangsstreifen des Gitters 45 zu steuern, wenn das Gitter in einer Vorrichtung zur überprüfung der Netzhaut-Schärfe verwendet wird. Daher sind die zusätzlichen Erfordernisse bei dem Herstellungsverfahren, die mit der \fermeidung einer Störung der reinen sinusförmigen Phase verbunden sind, beseitigt. Eine übliche Entwicklungszeit, die mit den Erfordernissen der Erzeugung einer optisch dünnen Emulsion kompatibel ist, wird ausgewählt. j Die Belichtungszeit wird durch Versuche eingestellt, bis die

erforderliche Stärke der Phasenmodulation erreicht wird.

In diesem Fall wird eine Modulation erhalten, die eine gleiche Stärke der Beugungen nullter und + 1 -ter Ordnung liefert. Dünne, sehr saubere bzw. fehlerfreie Phasengitter mit niedrigem Rauschen für eine Netzhaut-Schärfenprüfung kann auf Kodak 120-01 Platten erzeugt werden, wobei eine Durchschnittsbelich-

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- AZ-

tung von 1000 ergs/cm bei 6328 A benutzt werden. Diese Platten werden 100 Sekunden lang in einem Kodak D-19 Entwickler bei 68°F (Schritte 1 und 2 in Fig. 2) entwickelt. Die Schritte 3 bis 9 in Fig. 2 werden zur Vervollständigung des Verfahrens ausgeführt.

Das Gitter 45 erzeugt divergierende Bündel mit Beugungen unterschiedlicher Ordnung. Insbesondere liegt ein Bündel nullter Ordnung vor, das durch den Kreis 35 gezeigt ist, sowie Bündel erster Ordnung, die durch die anstoßenden Kreise 36A und 36B dargestellt sind. Diese Bündel oder Kegel haben gleiche Stärke, so daß sie Streifen mit hohem Kontrast erzeugen, wie durch die Gebiete 37A und 37B gezeigt ist, wobei sich die Bündel nullter und erster Ordnung überschneiden. Bei dieser Ausführungsform verläuft eine Achse 41B von der Mitte des Gitters 45 durch die Mitte des Gebiets 37A. Ein Keilprisma 46 (vergl. Fig. 4) ist derart angeordnet, daß es das Streifenfeld aufnimmt, und ferner ist es derart angeordnet, OaB seine Längsachse auf der Achse 41B liegt. Da das Keilprisma um seine Längsachse gedreht wird, dreht sich auch der Winkel der Streifenorientierung mit dem Streifenfeld 37A um die Achse 41B um den doppelten Winkel des Prismen-Drehwinkels.

Das Streifenfeld verläuft durch das Keilprisma 46 zu einem Offnungsrevolver 47 (Rad mit Öffnungen). Eine Öffnung in dem Rad 47 wird selektiv zur Achse 41B dadurch ausgerichtet, daß das Rad 47 gedreht wird. Ein Okular 48 empfängt das durch die ausgewählte Öffnung aufgenommene Licht. Dieses Okular 48 bildet innerhalb einer Augen-Pupille 49 des Patienten Zwillingspunktquellen (Doppelpunktquellen). Diese Punktquellen entsprechen den Punktquellen, die bei der Ausführungsform nach Fig. 1 durch die Objektivlinsen und Löcher 16 und 21 gebildet werden. Das Streifenfeld in dem Gebiet 37A schrei-

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tet darauf durch das Auge fort und wird auf die Netzhaut 50 projiziert.

Während der Netzhautüberprüfung positioniert der Patient seine Pupille 49 auf der Achse 41B nahe des Okulars 48, um die Zwillingspunktquellen vom Okular 48 aufzunehmen. Wenn das Auge in günstige* Position liegt, wird der Patient das Streifenmuster, das auf seine Netzhaut 50 projiziert wird, erfassen oder "sehen". Die Hornhaut und die Augenlinse haben eine vernachlässigbare optische Vergrößerung in einer derartigen Anordnung und daher einen vernachlässigbaren Effekt auf das Streifenmuster, das auf die Netzhaut projiziert wird.

Die negative Linse 43 und das Mikroskopobjektiv 44 sind auf einem Schieber 51 positioniert, so daß sie entlang der Achse 41A bewegt werden können, um dadurch den Brennpunkt FP in Bezug auf das Gitter 45 zurUck zu positionieren. Da der Schieber 51 und der Brennpunkt FP zurück positioniert werden, ändert sich die Zahl der Streifen innerhalb des Streifenfeldes 37A. Die Fähigkeit des Patienten, ein Muster mit gegebener Zahl von Streifen innerhalb des auf die Netzhaut projizierten Feldes zu sehen oder wahrzunehmen, wird direkt mit den Standardmessungen der Schärfe gleichgesetzt.

Während der Netzhautprüfung spielen das Keilprisma 46 und das Rad 47 eine untergeordnete, aber wichtige Rolle, da der Netzhauttest ziemlich subjektiv ist. Die prüfende Person ist imstande, die Ausrichtung der Streifen durch Drehung des Keilprismas 46 zu kontrollieren, wodurch bestimmt wird, ob die Angabe eines Patienten,

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daß er das Muster in einer bestimmten Ausrichtung sehen kann, tatsächlich Gültigkeit hat. In dem Umfang, daß die Netzhaut-Empfindlichkeit Änderungen der Ausrichtung zeigen kann, kann die Natur solcherÄnderungen ausgewertet werden.

Der Durchmesser der Öffnung, die durch Positionieren des Rades 47 ausgewählt wird, steuert die Größe des Netzhautgebietes, das durch das Streifenmuster stimuliert wird. Diese Feldsteuerung ist bei der Bestimmung des Umfanges jeder fleckenförmigen Degen?- rierung von Bedeutung. Die Netzhautfelder, die durch verschiedene Öffnungen im Rad 47 angeboten werden, reichen bei einem speziellen Beispiel von 20 bis 0,5 ; diese Felder entsprechen den kreisförmigen Bereichen, die auf der Retina mit einem Durchmesser von 5,0 bis 0,15 mm stimuliert werden.

Fig. 5 zeigt eine Zahl von unterschiedlichen Mustern, wie sie von einem Patienten wahrgenommen werden, der unter Verwendung der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung überprüft wird. Wenn der Schieber in eine Zwischenposition verbracht wird, könnte der Patient das Streifenmuster mit abwechselnd dunklen und hellen Bändern wahrnehmen, das als Muster A dargestellt ist. Wenn ein Laser benutzt wird, der rotes Licht emitiert, sind die hellen Gebiete rot und die dunklen Gebiete schwarz. Somit nimmt der Patient eine Serie von geraden roten und schwarzen Linien wahr. Wenn der Schieber entlang der Achse 51A in Fig.4 auf das Gitter 45 bewegt wird, nimmt die Zahl der Streifen ab und der Patient nimmt das Muster B wahr, welches weniger und breitere Streifen enthält. Eine Bewegung des Schiebers 51 in Richtung von dem Gitter 45 weg über die Mittelposition läßt die Zahl der Streifen erhöhen, wie durch das Muster C gezeigt ist. Wenn andererseits der Schieber 51 in der gleichen

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Position liegt, welche das Muster A liefert, läßt eine Drehung von 22,5 des Keilprismas 46 in Fig.4 die Streifen um 45 in eine Ausrichtung drehen, die durch das Muster D gezeigt ist.

Eine weitere AusfUhrungsform einer Vorrichtung zur überprüfung der Netzhaut-Schärfe wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert. Diese Vorrichtung unterscheidet sich von der in Fig.4 gezeigten Vorrichtung durch die zusätzliche Anordnung eines Betrachtungssystems für die testende Person. Dieses Betrachtungssystem kann hinzugefügt werden, da das Prinzip mit gemeinsamem Weg für die sich Überlappenden Ordnungen/ welche das Gebiet 37A ergeben. Verschiedene Betrachtungssystem-Konstruktionen können verwendet werden, da die Wahl der speziellen Komponenten nicht durch Erwägungen der Streifenverzeichnung diktiert werden. Die Komponenten des Betrachtungssystems sollten jedoch von vernünftiger Qualität sein, um die beste Leistung des Betrachtungssystems zu gewährleisten.

Das in Fig.6 gezeigte Betrachtungssystem weist einen Strahlenteiler 52 auf, der zwischen dem Rad 47 mit den Öffnungen und dem Okular 48 angeordnet ist. Der Strahlenteiler 52 richtet weißes Licht von einer Faseroptik-Lichtführung 53 durch das Okular 48 auf das Auge. Die Lichtquelle für die Lichtführung kann eine nicht dargestellte übliche Beleuchtungseinrichtung mit niedriger Leistung aus Faseroptik enthalten. Das von dem Auge reflektierte Licht gelangt durch das Okular 48, den Strahlenteiler 52 und die Öffnung im Rad 47, welche zur Achse 41B ausgerichtet ist, und dann zu einem weiteren Strahlenteiler 54. Normalerweise ist die größte Öffnung (des Rades 47) entsprechend ausgerichtet, um das größte Betrachtungsfeld zu schaffen. Der Strahlenteiler 54 richtet dieses Licht auf einen konkaven Spiegel 55, der ein reelles Bild der Augenoberfläche nahe dem Strahlenteiler 54

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formt. Eine Linse 56 überträgt das reelle Bild der Augenoberfläche durch einen Polarisator 57 zur Brennebene eines Okulars zur Beobachtung. Der Polarisator 57 wirkt mit einem weiteren in Querrichtung angeordneten Polarisator 59 zusammen, der zwischen dem Keilprisma 46 und dem Strahlenteiler 54 vorgesehen ist, um den Bereich des Streifenfeldes zu beseitigen, der vom Strahlenteiler 54 in Richtung auf das Okular 58 reflektiert wird. Aberrationen des Betrachtungssystems werden dadurch reduziert, daß das Rad 47 mit seinen Öffnungen in der Mitte der Krümmung des Spiegels 55 angeordnet wird und eine symmetrische Relaislinse 56 benutzt wird, die bei 1:1 konjugiert.

Auch wenn das Kinn gut ruht bzw. aufsitzt, besteht eines der am meisten auftretenden Probleme bei ophthalmisehen Prüfungen in der geeigneten Positionierung des Auges des Patienten. Bei einem geeignet ausgerichteten Betrachtungssystem der in Fig.! dargestellten Art ist der exakte Hittelpunkt des Bildes, das durch das Okular betrachtet wird, zwischen den kohärenten Doppelpunktquellen mittig angeordnet, die durch das Okular 58 gebildet werden. Wenn somit die prüfende Person in geeigneter Weise die Pupille des Auges des Patienten positioniert, damit die kohärenten Zwillingspunktquellen aufgenommen werden, dann wird die prüfende Person ein klares, mittig ausgerichtetes Bild der Pupille über das Okular 58 beobachten. Das Betrachtungssystem ist besonders geeignet zum überprüfen von Katarakt-Patienten, da es eine exakte Anordnung der kohärenten Zwillingspunktquellen bei jeder bestehenden Öffnung in einem Katarakt ermöglicht.

Fig. 7A und 7B sind zwei Darstellungen einer Einrichtung zur Prüfung

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der Netzhautschärfe gemäß der Erfindung. Diese Testeinrichtung beinhaltet die Elmente, die unter Bezugnahme auf Fig.4 beschrieben sind. Dieses Gerät bzw. diese Vorrichtung enthält ein Gehäuse 60 mit einem üblichen Laser 61, der sich vom einen Ende 62 des Gehäuses 60 weg erstreckt. Der Laser 61 ist an eine übliche Laser-Energiequelle 63 angeschlossen.

Die verschiedenen Elemente innerhalb des Gehäuses 60 sind auf einer Grundplatte 64 angeordnet. Ein erstes Element enthält eine aufrechtstehende Stütze 65, welche den Filterrevolver 42 lagert. Die prüfende Person dreht einen Teil des Umfangs des Revolverrades 42, der sich durch einen Schlitz in einer oberen Platte 62 des Gehäuses 60 erstreckt.derart, daß das entsprechende Filter auf die Lichtachse positioniert wird. Obgleich die Winkelposition des Revolverrades 42 durch Reibung beibehalten werden kann, kann eine sichere Positioniereinrichtung vorgesehen werden, die einen Rast-Schaltmechanismus aufweist, der zwischen der Stütze 65 und dem Revolverrad 42 wirksam ist.

Die negative Linse 43 und die Mikroskop-Objektiv-Linse 44 nach Fig.4 sind in einem Gehäuse 70 angeordnet, das auf einem Schieber getragen wird. Eine drehfähige Nockenscheibe 71 weist eine Welle auf, die sich durch eine Seitenwand 72 des Gehäuses 60 erstreckt und ist auf einer Stützeinrichtung 72A gelagert. Die Welle trägt einen Positionierknopf 73, eine Skala 74 und einen nicht dargestellten Sperrmechanismus. Die Skala 74 ist direkt in äquivalenten Snellen-Schärfewerten eingeteilt, die von 20/15 bis 20/400 reichen. Wenn die prüfende Person den Knopf 73 dreht, dreht sich die Kurven- bzw. Nockenscheibe 71 und verlagert den Schieber 51 in Längsrichtung, infolgedessen die negative Linse 43 und die Mikroskop-

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Objektivlinse 44 die Position des Brennpunktes FP (Fig.4) ändern. Bei dieser Ausführungsform besteht der Schieber 51 aus einem Nockenfolger, der mit dem Nocken bzw. der Kurvenscheibe 71 in Berührung steht und in einer Gleiteinrichtung (Schlitten) 75 gelagert ist. Die Gleiteinrichtung 75 enthält außerdem Federn, welche den Schieber 51 gegen die Nockenscheibe 71 vorspannen.

Eine weitere aufrechtstehende Stutzeinrichtung 76 ist an der Grundplatte 54 befestigt. Diese Stutzeinrichtung 76 trägt das Gitter A">. Wenn somit die Energiequelle 63 eingeschaltet wird, gelangt das vom Laser 61 austretende Licht durch den Filterrevolver 42, die negative Linse 43, die Mikroskop-Objektiv-Linse 44 zu dem Gitter 45, wodurch die gebeugten Lichtbündel nullter und erster Ordnung erzeugt werden, die gleiche Stärke haben und sich schneiden. Bei einer speziellen Anordnung beträgt der Abstand zwischen dem Gitter 45 und dem Brennpunkt zwischen 0,6 mm bis 25 mm. Dieser Entfernungsbereich ermöglicht es der Vorrichtung, Streifenmuster zu erzeugen, die Schärfemessungen zwischen 20/400 bis 20/15 entsprechen.

An einer festen Position auf der Basisplatte 64 ist eine weitere Stütz- oder Lagereinrichtung 77 angeordnet. Diese Stützeinrichtung ist geringfügig gegenüber dem Gehäuse 60 schräggestellt, um die Längsachse des Kantenprismas 46 auf der Achse 41B zu positionieren, wie es in Fig.4 gezeigt ist. Die Stützeinrichtung 77 trägt ein drehfähiges Rad 80. Ein Teil des Rades 80 erstreckt sich durch einen weiteren Schlitz in der Oberseite 67. Das Rad 80 trügt das Keilprisma 4-6, so daß die Drehung des Rades 80 durch die testende Person das Keilprisma 46 dreht und die Ausrichtung der Streifen verändert, wie dies durch das Muster D in Fig.5 gezeigt ist.

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Das nächste Element in der Vorrichtung ist eine Endwand 81, welche das Rad 47 mit den Öffnungen und das Okular 48 auf der Achse 41B (Fig.4) lagert. Ein Teil des Rades 47 erstreckt sich durch einen Schlitz in der Wand 60, so daß die testende Person imstande ist, verschiedene Öffnungen auf die Achse 41B (Fig.4) zu zentrieren. Außerdem enthält die Endwand 81 zwei Aussparungen bzw. Kerben 82,83 an einem äußeren Teil der Wand. Diese Aussparungen sind zu den gegenüberliegenden Seiten des Okulars 48 versetzt. Sie gestatten es dem Patienten, während des Tests seine Nase gegenüber dem Gehäuse zu positionieren. Beispielsweise verbringt der Patient seine Nase in die Aussparung 82 während der Prüfung seines rechten Auges.

Aus vorstehender Erläuterung ist ersichtlich, daß die unter Bezugnahme auf Fig.7A und 7B beschriebene Vorrichtung zur Prüfung der Netzhautschärfe kompakt ist und einfachen Aufbau hat. Alle optischen Elemente mit Ausnahme des Gitters 45 sind übliche Elemente, die leicht verfügbar sind und relativ niedrigen Preis haben. Derartige Elemente werden benutzt, da die Testvorrichtung ein Beispiel für ein Interferometer mit gemeinsamem Weg ist und da die Streifen keinen thermischen Änderungen, Schwingungen oder Störungen durch die Umgebung ausgesetzt sind.

Im folgenden wird ein Positions-Kodierer näher erläutert. Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebene Interferometer imstande, in einem Positions-Steuersystem verwendet zu werden. Wie vorstehend bereits angedeutet ist, bewegen sich die Streifen in den Überschneidungsbereichen 37A und 37B (Fig.3) durch das Überschneidungs-

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-f- S)

gebiet in Richtung der Bewegung des Gitters. Wenn der Abstand Z, zwischen dem Brennpunkt FP und dem Gitter konstant bleibt, bleibt auch die Zahl der Streifen in dem Uberschneidungsgebiet konstant. Wenn der Abstand Z„ geändert wird, bleibt zwar die Zahl der Streifen in dem Uberschneidungsbereich die gleiche, jedoch ändert sich das Uberschneidungsgebiet, wie dies bei einem Projektionssystem erwartet wird.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig.8A eine spezielle AusfUhrungsform eines Positions-Kodierers beschrieben, der bei einer. Vielzahl von Messungen und für Steuerfunktionen verwendet werden kann. Gemäß Fig.8A tritt ein Licht von einer Punktquelle mit quasi-monichromatischem, räumlich kohärentem Licht aus. Ein holografisch aufgezeichnetes Phasengitter 101 für eine einzige Frequenz ist auf einem Träger 102 befestigt, der sich in X-Richtung einer XY-Ebene bewegt-, die senkrecht zum Licht oder zur Z-Achse steht. Das Licht von der Quelle 100 wird durch das Gitter 101, das auf einem Träger 102 gelagert ist, in Bündel nullter und erster Ordnung gleicher Stärke gebeugt. Die Verteilung nullter Ordnung ist als ebener Kreis 103 dargestellt, während die Verteilungen erster Ordnung durch ebene Kreise 104 und 105 in Fig.8A dargestellt sind. Die Streifen in den Überschneidungsgebieten 106 und 107 werden auf Fotodetektoren 110 und 111 projiziert, die Eingangssignale für eine Positions-Detektorschaltung 112 liefern, wobei derartige Schaltungen an sich bekannt sind.

Gemäß Fig.8B sind die Fotodetektoren 110 und 111 horizontal in dem mittleren Streifen ausgerichtet, der in jedem Überschneidungsgebiet 106 und 107 erzeugt wird, d.h. auf der Achse 120 bzw. 121. Wie vorstehend angedeutet ist, bewirkt die Steuerung der Form der

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Phasenübertragungsfunktion des Gitters, daß die Streifen in einem Gebiet der Überlappung um 180 außer Phase zu den Streifen in dem anderen Uberschneidungsgebiet sind. Wie in Fig.8B gezeigt ist, ist der Fotodetektor 110 zu einem dunklen Band an der mittleren Streifenposition ausgerichtet, während der Fotodetektor 111 zu einem hellen Band an einer mittleren Streifenposition ausgerichtet ist. Für die Fotoerfassung ist diese spezielle Ausführungsform teilweise vereinfacht, wenn die Lichtquelle 100 rotes oder nahezu infrarotes Licht erzeugt, wenn die Fotodetektorzellen, beispielsweise Fotodioden, besonders in diesem Bereich des Spektrums empfindlich sind.

Wenn der Träger 102 sich geringfügig nach rechts in Fig.8A entlang der X-Achse bewegt, verschieben sich die Streifen mit dieser Bewegung. Nach einer zusätzlichen Bewegung verschieben sich die Bänder, die auf die Fotodetektoren 110 und 111 in Fig.SB auftreffen, "in die Positionen, die in Fig.8C gezeigt sind. Nun trifft das helle Band auf den Fotodetektor 110 und ein dunkles Band auf den Fotodetektor 111. Wenn das Gitter 101 ein Phasenmuster mit 400 Linien pro Millimeter hat, repräsentiert diese binäre Änderung eine Translation bzw. Bewegung entlang der X-Achse um etwa 0,00127 mm (0.000050 inches). Sogar mit dieser Genauigkeit ist die Vorrichtung relativ einfach aufzubauen, da die Bänder, die auf die Fotodetektoren treffen, relativ breit sind. Bänder, die beispielsweise eine Breite von etwa 2,5 mm (θ,1 inch) haben, werden erhalten, wenn Z₁ = 5 cm (2 inches) und Z, = 0,025 mm ( 0,00linches ) sind. Insoweit wird auf Gleichung (l) hingewiesen. Bänder mit dieser Breite erleichtern die Anordnung der Fotodetektoren, da deren Positionen mit ziemlich freien bzw. großen Toleranzen festgelegt werden können.

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Diese Vorrichtung ist im wesentlichen unempfindlich gegenüber Änderungen im Abstand zwischen dem Gitter 101 und den Fotodetektoren 110 und 111 entlang der Achse 120 und 121. Wie vorstehend angegeben ist, ändert sich die Größe der Streifenj felder 10ό und 107, wenn sich Z₀ ändert, jedoch ändert sich

j die Zahl der Streifen innerhalb der Felder nicht. Somit bleiben

j in Fig.8B die Detektoren 110 und 111 mittig ausgerichtet auf

ihre jeweiligen mittleren Streifen, unabhängig von Änderungen im Abstand Z₀ entlang der Achse 120 und 121.

' Die Punktquelle 100 gemäß Fig.8A weist Elemente, beispielsweise

; den Laser 40, die negative Linse 43 und das Mikroskop-Objektiv 44

(Fig.6) auf. Mit einer Quelle dieser Konstruktion kann eine Laserstrahlung ermöglicht werden, welche das Objektiv übermäßig ausfüllt, so daß ein gut abgegrenztes Strahlungsfeld mit radialer Symmetrie erhalten werden kann, wie es in Fig.8A gezeigt ist.

Andererseits kann auch eine einfache Laserdiode selbst verwendet werden oder in Kombination mit dem Mikroskop-Objektiv 33. Die Form des Strahlungsbereichs der Laser-Diode ist etwa rechteckig anstelle von kreisförmig. Wenn daher eine Laser-Diode selbst verwendet wird, sind die Verteilungen nullter und +^ erster Ordnung radial nicht symmetrisch und durch scharf eingegrenzte Kreise 103, 104 und 105 (Fig.8) gebildet. Fig.8A zeigt eine ungefähre Darstellung der tatsächlichen Strahlungsverteilungen in der XY-Ebene, wenn die räumlich kohärente quasi-monochromatische Quelle nur eine Laser-Diode enthält. Wenn eine Laser-Diode und ein Mikroskop-Objektiv in Kombination verwendet werden, kann die Strahlung der Laser-Diode das Mikroskop-Objektiv "überfüllen", d.h. größer als die Öffnung dos Mikroskop-Objektivs sein. Somit wird ein gut eingegrenztes Strahlungs-

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feld mit größerer radialer Symmetrie erzeugt. Für jede derartige "Quelle" sind die Erläuterungen, betreffend die verschiedenen Positions-Kodierer,vollständig gültig und werden durch die Verwendung der idealisierten Darstellungen 103,104,105 (Fig.8A) nicht beeinträchtigt.

Während die Vorrichtung nach Fig.8A nützlich ist, Messungen in einer Richtung auszuführen, ist in Fig.9A ein Träger 122 dargestellt, der sich in X- und Y-Richtungen bewegt. Das Gitter 123 differiert gegenüber dem Gitter 101 in Fig.8A und der Unterschied läßt sich leicht dadurch verstehen, daß auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen wird. Bei der Bildung des Gitters 123 wird die fotografische Platte 102 gemäß vorstehender Beschreibung unter Bezugnahme auf Schritt 1 (Fig.2) belichtet. Die Platte wird dann um 90° gedreht und wiederum belichtet, bevor sie entwickelt wird. Diese doppelte Belichtung erzeugt überlagerte horizontale und vertikale Einzelfrequenz-Interferenzmuster.

Nunmehr wird wieder auf Fig.9A Bezug genommen; wenn das Gitter mit irgendeiner Punktquelle für räumlich kohärentes quasi-monochromatisches Licht beleuchtet wird, erzeugt das Gitter fünf Beugungsbündel bzw. Beugyngskegel, die interessant sind, welche in Fig.9A angenähert dargestellt sind und noch klarer durch eine ebene Projektion in Fig.9B gezeigt sind. Das vertikale Phasenmuster auf dem Gitter erzeugt Kegel- bzw. Lichtbündel, die durch Kreise 103 bis 105 dargestellt sind, wie dies vorstehend beschrieben ist; diese Lichtbündel erzeugen Uberschneidungsgebiete 106A und 107A. Das horizontal angeordnete Phasengitter erzeugt ein Paar von Lichtbündel erster Ordnung in Vertikalrichtung, welche durch die Bezugszeichen 114 und 115 angegeben sind. Vier Uberschneidungsgebiete sind

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-y/. Ή

von Bedeutung. Bogenförmige Keilgebiete 106A und 107A entsprechen den Gebieten 106 und 107 in Fig.8B₇ die von dem Einfluß unabhängig sind, der durch die Lichtbündel 114 und 115 erster Ordnung ausgeübt wird. Die bogenförmigen Keilgebiete 116A und Π7Α werden durch überschneiden des Lichtbündels 103 nullter Ordnung und der Lichtbündel 114,115 erster Ordnung erzeugt und sind unabhängig vom Einfluß durch die Lichtbündel 104,105 erster Ordnung. Die Fotodetektoren sind auf den mittleren Streifen für jeden Überschneidungsbereich ausgerichtet. Die Fotodetektoren 110 und 111 sind zu den Gebieten 106A und 107A ausgerichtet und sprechen auf die Bewegung entlang der X-Achse an, wie vorstehend erläutert ist. Die Fotodetektoren 120 und 121 sind zu den Gebieten 116A und Π7Α ausgerichtet. Sie erfassen eine Vertikalbewegung entlang der Y-Achse.Diese vier Fotodetektoren werden dann mit der Positions-Detektorschaltung 124 gekoppelt, welche auf diese Signale entweder zur Anzeige einer XY-Bewegung oder zur Lieferung eines Eingangs für einen XY-Positions-Servo-Mechanismus ansprechen.

Fig. 10 zeigt schematisch eine Vorrichtung, welche Quadratursignale erzeugt. Diese Vorrichtung verwendet grundsätzlich die unter Bezugnahme auf Fig.8A beschriebene Vorrichtung und zusätzlich Fotodetektoren 125 und 126. Die Fotodetektoren 110 und 111 sind nach oben verschoben, bleiben jedoch auf den mittleren Streifen positioniert. Die zusätzlichen Fotodetektoren 125 und 126 sind um ein Viertel der Streifenperiode nach rechts gegenüber jedem mittleren Streifen verschoben angeordnet, d.h. um 90 außer Phase oder in einer Quadratur-Position. Somit ist ersichtlich, daß die Signale dieser vier Fotodetektoren Quadratur-Signale liefern, die auf inhärente Weise Positions- und Richtungs-Informationen liefern.

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Bei jeder der vorstehend erwähnten Anwendungsmöglichkeiten wird angenommen, daß der Abstand Z- zwischen der Punktquelle des Lichtes und dem Gitter konstant bleibt. Es ist jedoch ersichtlich, daß eine derartige konstante Dimensionierung bei einigen praktischen Anwendungen schwierig erreichbar ist. Fig.HA und 11B zeigen eine Vorrichtung, die im wesentlichen unempfindlich auf einen vernünftigen Änderungsbereich der Dimension Z, ist. Dies wiederum ist in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Erfassung einer Translation entlang der X-Achse veranschaulicht. Die resultierenden Signale werden einem Positions-Detektor-System 127 zugeführt, das einen auf- und abwärts zählenden Zähler enthält, um den Durchgang der Streifen zu zählen und um eine exakte Anzeige der Bewegung zu liefern.

Eine Laser-Lichtquelle 100 erzeugt dabei ein Licht durch das Gitter 101 zur Erzeugung der Lichtbündel 103,104 und 105 mit nullter und erster Ordnung mit Uberschneidungsgebieten 106,107. Aus Fig. HB ist ersichtlich, daB die Fotodetektoren 110, 111 dann eine erste Gruppe von Signalen erzeugen. Eine andere Lichtquelle 130 befindet sich unterhalb der Lichtquelle 100. Sie ist derart angeordnet, daß sie ein Bündel 133 nullter Ordnung und Bündel 134,135 erster Ordnung erzeugt, die unterhalb der Beugungsbündel liegen, die durch das Licht von der Quelle 100 erzeugt werden. Die horizontale oder X-Position der Quelle 130 wird dann derart eingestellt, daß Uberschneidungsgebiete 136 und 137 erzeugt werden, deren zentrale Streifen um 90 außer Phase zu den zentralen Streifen der Uberschneidungsgebiete 106,107 stehen. Fotodetektoren 140 und 141 sind gegenüber diesen zentralen Streifen in den Uberschneidungsgebieten 136 und 137 ausgerichtet. Mit dieser Anordnung

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werden Quadratursignale von den vier zentralen Streifen erzeugt, deren Position durch Änderungen von Z-, unbeeinträchtigt ist. Eine Erhöhung von Z, bewirkt, daß die Breite der zentralen Streiter abnimmt; solange die Öffnung des Fotodetektors die zentralen Streifen aufzulösen vermag, wird ein exaktes Quadratursignal erzeugt.

Im folgenden wird ein Generator zur Erzeugung von Konturlinien bzw. Höhenlinien beschrieben. Das vorstehend in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Positionserfassung und zum Test der Netzhautschärfe beschriebene holografische Einzelfrequenz-Phasengitter kann auch zur Verwendung als Fourier-Planfilter eingesetzt werden. Fig.12A zeigt ein optisches Subtraktionssystem mit einem Gitterfilter, dessen kritische Komponente das holografische Einzelfrequenz-Phasengitter 207 ist. Das grundsätzliche System der Anordnung nach Fig.l2A ist als kohärenter optischer Prozessor bekannt. Ein Laser 200 und ein Strahlen-Dehner/Kollimator 201 sind die Quelle einer räumlich kohärenten, quasi-monochromatischen ebenen Welle 203. Zwei vertikale Stereo-Diapositive, d.h. Diapositive 2o4 und 205, sind in der vordem Brennebene einer Linse 206 angeordnet und werden durch die ebene Welle 203 durchleuchtet. Die Fourier-Transformation der Welle, welche durch die Stereo-Bilder hindurchgeht, erscheint auf dem holografischen Phasengitter 207. Das Gitter 207 ist auf einer Mikro-Positioniereinheit befestigt und entlang einer Achse angeordnet, um für die Fourier-Transformations-Lichtverteilung ein kosinusförmiges Phasengitter zu bilden. Eine Linse 208 bildet dann Ausgangsbilder auf einer Ebene 209 von der gefilterten Fourier-Transformations-Verteilung ab.

Die bedeutsamen Ausgangsbilder gemäß Fig.l2B sind kohärente Überlagerungen von zwei reellen Bildverteilungen. Daher werden die "Ausgangsbilder" 210 und 211 keine Bilder im klassischen Sinn sein.

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Ein wichtiges Merkmal des "Ausgangsbildes" 210 ist ein dunkler Streifen, der einer Höhenlinie gleicher Höhe entspricht. Die Höhenlinie von 210 ist eine perspektivische Höhenlinie, die in der Perspektive des ursprünglichen Diapositivs 205 erscheint, und in ihrem klassischen Bild 205A. Das "Ausgangsbild" 211 enthält die Höhenlinie gleicher"Höhe wie die Linie 210, jedoch ist in diesem Fall die Höhenlinie in der Perspektive des ursprünglichen Diapositivs 204 und in dem klassischen Bild 204A wiedergegeben. Die Höhenlinie in dem "Ausgangsbild" 210 ergibt sich, wenn ein Lichtbündel nullter Ordnung durch das Gitter 207 in Abhängigkeit von dem Licht des Diapositivs 205 erzeugt und mit dem Bündel + 2ter Ordnung überschnitten wird, welches von dem Gitter 207 abhängig von dem Licht des Diapositivs 204 erzeugt wird. Auf ähnliche Weise resultiert die Höhenlinie im "Ausgangsbild" 211 aus der Überschneidung der Lichtbündel nullter Ordnung und - 2ter Ordnung der Beugung durch das Gitter 207, die abhängig von dem Licht der Diapositive 204 bzw. 205 erzeugt werden. Die Linse 208 formt reelle klassische Bilder der Höhenlinien in einer Ebene 209. Andere Höhenlinien für eine gleiche Höhe können durch mechanische Änderung der Trennung B der ursprünglichen Diapositive 204 und 205 erzeugt werden.

Die kritische Komponente in diesem System ist das Gitter 207, welches die klassischen Bilder verschiedener Ordnung erzeugt, die überlappt werden, d.h. sich schneiden, um Höhenlinien zu bilden. Insbesondere ist das Gitter 207 ein 90 l/mm optisch dünnes, holografisch hergestelltes Phasengitter. Bei dieser Anwendung ist die Spitzen zu Spitzen-Phasenverzögerung der Gitter-Übertragungsfunktion 3,68 , ein Wert, der erforderlich ist, um Beugungsbündel nullter und -l·

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zweiter Ordnung mit gleicher Stärke zu erzeugen. Außerdem muß die Phasenübertragungsfunktion eine rein sinusförmige Funktion sein, damit die BeugungsbUndel zweiter Ordnung um 180 außer Phase zu dem Beugungsbündel nullter Ordnung sind, so daß eine vollständige optische Subtraktion zwischen den Bündeln überschneidender Ordnung vorliegen kann. Wenn klassische Bilder 204A und 205A identisch sind, ist die optische Subtraktion vollständig und es wird eine dunkle Höhenlinie oder ein llöhenstreifen erzeugt.

Das Gitter 207 kann auf einer AGFA 8E75-Emulsion erzeugt worden, die mit einem 90 l/mm-Interferenzmuster belichtet wird, das durch das in Fig.l gezeigte optische System hergestellt wird. Die durchschnittliche Belichtung beträgt 2000 ergs/cm bei 6328 A mit einer Entwicklungszeit von 45 Sekunden bei einem Kodak D-76-Entwickler bei 80 F. Wenn Gitter mit einer relativ niedrigen Frequenz erzeugt werden, kann die Beiz- bzw. Gerbwirkung bestimmter Entwickler unerwünschte Phasenstörungen hervorrufen. Aus diesem Grund wird ein schwach beizender Entwickler D-76 und eine chemischkompatible Emulsion von AGFA 8E75 zur Herstellung des Gitters mit 90 l/mm ausgewählt. Die vorstehend beschriebenen Verfahren zur Belichtungseinstellung werden eingesetzt, um durch das endgültige Phasengitter eine Beugung nullter und zweiter Ordnung mit gleicher Stärke zu erhalten, während eine rein sinusförmige Phasenstörfunktion beibehalten wird. Die verbleibenden Schritte 3 bis 9 in Fig.2 werden zur Vervollständigung des Herstellungsverfahrens eingesetzt.

Die Erfindung schafft somit eine grundsätzliche Interferometer-Konstruktion, die ein holografisch aufgezeichnetes Einzelfrequenz-Phasengitter, das gebleicht wurde, zur Erzeugung von stabilen Streifenmustern mit hohem Kontrast mit hohem V/irkungsgrad benutzt.

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-Hi-

Außerdem sind verschiedene Anwendungsmöglichkeiten des Interferometers möglich, von denen drei Anwendungen beschrieben wurden, nämlich die Prüfung der Schärfe der Netzhaut, die Erfassung oder Steuerung der Position eines mechanischen Elementes und die Erzeugung von Höhenlinien. Außerdem läßt sich die Erfindung bei einem speziellen Beispiel zur Prüfung der Schärfe der Netzhaut einsetzen.

Die Erfindung bezieht sich somit allgemein auf optische ließ- und Testverfahren und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Erzeugung, Steuerung und Verwendung von Streifenmustern für Meß- und Testzwecke.

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Claims (55)

Patentansprüche

1. Interferometer zur Erzeugung eines Interferenzmusters mit hohem Kontrast und geringem Rauschen, dadurch gekennzeichnet, daß eine quasi-monochromatische, räumlich kohärente Lichtquelle (1O;3O;4O; 100/200) und ein holografisch aufgezeichnetes Einzelfrequenz-Phasengitter (34;45;1O1; usw.) vorgesehen ist, wobei das Phasengitter auf die Energie der Lichtquelle zur Erzeugung von sich überlappenden bzw. überschneidenden Beugungen unterschiedlicher Ordnungen anspricht, so daß zwei der Lichtbündel unterschiedlicher Ordnungen gleiche Stärke haben, um das rauscharme Interferenzmuster mit hohem Kontrast in dem Überschneidungsgebiet zu erzeugen.

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η-

2. Interferometer noch Anspruch I₇ dadurch gekennzeichnet, daß das Phasengitter eine dünne, fotografische Emulsion aufweist.

3. Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasengitter eine dUnne, gebleichte fotografische Emulsion aufweist.

4. Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasengitter eine dünne, mit Brom gebleichte fotografische Emulsion aufweist.

5. Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Laser ist.

6. Interferometer nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der Lichtquelle zu dem Gitter entlang einer Achse geführt wird und daß eine zusätzliche, mit dem Gitter verbundene Einrichtung (51) zur Bewegung des Gitters in einer Ebene vorgesehen ist, die quer zur Achse liegt, um dadurch die Bewegung des Interferenzmusters zu erzeugen.

7. Interferometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektoreinrichtung (110,111) im Uberschneidungsgebiet vorgesehen ist, um ein Signal zu erzeugen, welches die Bewegung des Interferenzmusters anzeigt.

8. Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Energie der Lichtquelle zu dem Gitter entlang einer Achse geführt wird, daß eine in dem Uberschneidungsgebiet angeordnete Detektoreinrichtung (110,111) entsprechend dem Interferenzmuster angeordnet ist, daß eine mit dem Gitter und der Detektoreinrichtung verbundene Einrichtung zur Einführung einer Relativbewegung zwischen dem Gitter und der Detektoreinrichtung in einer Ebene quer zur Achse vorgesehen ist.

9. Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der Lichtquelle zu dem Gitter entlang einer Achse geführt wird, daß eine mit der Lichtquelle und dem Gitter verbundene Einrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Lichtquelle und dem Gitter entlang der Achse angeordnet und daß eine in dem Uberschneidungsgebiet zur Fokussierung des Interferenzmusters angeordnete optische Einrichtung vorgesehen ist.

10. Interferometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Achse zwischen der Lichtquelle und dem Gitter eine Einrichtung zur Fokussierung der Energie angeordnet ist, um eine Punktquelle an einem Brennpunkt (FP) zu liefern, der von dem Gitter versetzt ist.

11. Interferometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der optischen Einrichtung und dem Phasengitter eine Einrichtung (42,47) zur Drehung des Interferenzmusters vorgesehen ist.

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12. Interferometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle und der Fokussiereinrichtung eine Einrichtung zur Änderung der Intensität der zum Phasengitter geführten Energie angeordnet ist.

13. Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fokussiereinrichtung im Uberschneidungsgebiet zur Fokussierung des Interferenzmusters angeordnet ist.

14. Interferometer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Fokussiereinrichtung auf der Achse zwischen der Lichtquelle und dem Phasengitter zur Erzeugung einer Punktquelle für das Licht neben dem Phasengitter angeordnet

N ist.

15. Interferometer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

\\ daß das Interferometer eine zwischen der ersten Fokussier

einrichtung und dem Gitter angeordnete Einrichtung zur Drehung des Interferenzmusters aufweist.

16. Interferometer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Achse zwischen der Lichtquelle und der zweiten Fokussiereinrichtung eine Einrichtung zur Änderung der Intensität des Lichtes vorgesehen ist, das dem Phasengitter zugeführt wird.

17. Interferometer nach Anspruch 1, zur Erzeugung von Höhenlinien gleicher Höhe auf perspektivischen Bildern, die von Stereo-Diapositiven erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Halterung der Stereo-Diapositive in vorbe-

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5Λ-

stimmtetn Abstand in einer Ebene angeordnet ist, um die Diapositive durch die Lichtquelle zu beleuchten, daß eine Einrichtung zur Erzeugung einer Fourier-Transformations-Lichtverteilung aus den Lichtquellen vorgesehen ist, die von den Diapositiven erhalten werden, daß das holografisch aufgezeichnete Gitter in Abstand zu der Fourier-Transformations-Einrichtung vorgesehen ist, um die Fourier-Transformation zu filtern, und daß eine Einrichtung zur Umsetzung der gefilterten Fourier-Transformationen des Gitters zur Erzeugung von zwei Perspektivbildern vorgesehen ist, welche die Höhenlinie für die gleiche Höhe haben, die in jedem der Perspektivbilder geformt ist.

18. Interferometer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder der Diapositive entlang von Achsen übertragen werden, die senkrecht zu derjenigen Ebene liegen, welche die Diapositive enthalten, daß die Lagereinrichtung eine Einrichtung zur Einstellung des Abstandes der Diapositive in der Ebene aufweist, um dadurch Höhenlinien entsprechend unterschiedlicher Höhen zu liefern.

19. Interferometer nach Anspruch YI₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle einen Laser aufweist und daß die die Fourier-Transformation liefernde Einrichtung eine Kollimatorlinse enthält, um eine ebene Welle zur Beleuchtung der Stereo-Diapositive zu erzeugen sowie eine Linse zur Aufnahme bzw. zum Sammeln des Lichtes von den Diapositiven zur Erzeugung der Fourier-Transformation-Lichtverteilung.

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20. Interferometer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzeinrichtung eine Linse aufweist, die vorgesehen ist, um das gefilterte Licht der Fourier-Transformation von dem Gitter zur Erzeugung von Perspektivbildern zu empfangen.

21. Ophthalraische Vorrichtung zur Erzeugung eines Interferenzmusters auf der Netzhaus eines Auges, dadurch gekennzeichnet,

daß ein holografisches Gitter zur Erzeugung eines Interferenzmusters vorgesehen ist, das durch überschneidende Bündel unterschiedlicher Beugungsordnung erzeugt wird, welche die gleiche relative Stärke haben, und daß eine Fokussiereinrichtung derart angeordnet ist, die Interferenzmuster des Gitters zur Projektion des Musters auf die Netzhaut des Auges zu empfangen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Interferenzmusters eine quasi-monochromatische, räumlich kohärente Lichtquelle und ein holografisch aufgezeichnetes einzelfrequentes Gitter aufweist, welches auf die Energie von der Lichtquelle zur Erzeugung der gebeugten Lichtbündel anspricht.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Fokussiereinrichtung zwischen der Lichtquelle und dem Gitter zur Fokussierung des Lichtes auf einen Brennpunkt, der in Richtung auf die Lichtquelle von dem Gitter versetzt angeordnet ist, und eine Positioniereinrichtung vorgesehen sind, wobei die Positioniereinrichtung mit der zweiten Fokussiereinrichtung und dem Gitter zur Bewegung

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des Brennpunktes in bezug auf das Gitter angeordnet ist,
um das Interferenzmuster zu ändern.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung eine negative Linse zum Empfang von Licht von der Lichtquelle und eine Objektivlinse zur
Fokussierung des Lichtes von der negativen Linse auf einen Brennpunkt enthält.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter vorgesehen ist, welches zwischen die Lichtquelle und die negative Linse zur Änderung der Intensität des
Lichtes von der Lichtquelle eingesetzt ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fokussiereinrichtung zwischen der Lichtquelle
und dem Gitter zur Fokussierung des Lichtes von der Lichtquelle auf einen Brennpunkt gegenüber dem Gitter versetzt ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle und der zweiten Fokussiereinrichtung ein Filter zur Steuerung der Intensität des Lichtes der
Lichtquelle vorgesehen ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtung ein Okular und eine zwischen dem Gitter und dem Okular angeordnete Einrichtung mit einer
öffnung aufweist.

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29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Betrachtungseinrichtung zwischen dem Okular und dem Gitter vorgesehen ist, um die Betrachtung des Auges durch das Okular zu ermöglichen.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzmuster von dem Gitter entlang einer

Achse projiziert wird und daß die optische Betrachtungsi
' einrichtung eine Strahlenteilereinrichtung, die auf der

Achse zwischen dem Gitter und dem Okular angeordnet ist, eine zweite Lichtquelle zur Projektion von Licht senkrecht zur Achse der Strahlenteilereinrichtung, wobei die Strahlenteilereinrichtung das Licht durch das Okular auf das Auge richtet und eine Betrachtungseinrichtung aufweist, die zum Empfang des reflektierten Lichtes von dem Okular durch den Strahlenteiler zur Betrachtung des Auges vorgesehen ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Betrachtungseinrichtung eine Quer-Polarisierungseinrichtung auf der Achse aufweist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Betrachtungseinrichtung eine zweite Strahlenteilereinrichtung, die auf der Achse zwischen der ersten Strahlenteilereinrichtung und dem Gitter angeordnet ist, ein auf der Betrachtungsachse ausgerichtetes Okular, das die zweite Strahlenteilereinrichtung und die erste Achse aufnimmt, und eine erste und zweite Querpolarisierungs-

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einrichtung aufweist, die auf der Betrachtungsachse
zwischen dem Okular und der zweiten Strahlenteilereinrichtung und auf der ersten Achse zwischen dem
Gitter und der zweiten Strahlenteilereinrichtung liegt,
daß zwischen der ersten querpolarisierenden Einrichtung
und der zweiten Strahlenteilereinrichtung eine Linse
zur Erzeugung eines betrachtungsfähigen Bildes vorgesehen ist, und daß auf einer Verlängerung der Betrachtungsachse auf einer Seite der zweiten Strahlenteilereinrichtung
gegenüber der Linse ein Spiegel vorgesehen ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtung ein Keilprisma aufweist, das

auf der Achse zwischen dem Gitter und dem Okular vorgesehen ist, sowie eine Einrichtung zur Drehung des Keilprismas,
um dadurch das Interferenzmuster, das auf der Netzhaut erzeugt wird, zu drehen.

34. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter ein dünnes, gebleichtes Gitter aufweist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter eine bromgebleichte fotografische Emulsion aufweist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle einen Laser enthält.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Helium-Neonlaser zylindrischer Form ist,

und daß eine Strahlenformeinrichtung zur Formung des Licht-

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Strahles des Lasers angeordnet ist.

38. Vorrichtung zur Anzeige der Position eines entlang einer Bewegungsachse beweglichen Elementes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines räumlich kohärenten quasi-monochromatischen Lichtes an einem Brennpunkt entlang einer Achse, die senkrecht zur Bewegungsachse steht, ein holografisch aufgezeichnetes Gitter zur Erzeugung von überlappenden bzw. überschneidenden Beugungen unterschiedlicher Ordnungen, von denen zwei Lichtbündel der Beugungsordnungen gleiche Stärke haben, um ein Interferenzmuster mit hohem Kontrast und geringem Rauschen in dem Uberschneidungsgebiet zu erzeugen, sowie eine Detektoreinrichtung angeordnet ist, die in dem Überschneidungsgebiet zur Abgabe von Signalen abhängig von dem Interferenzmuster liegt,das auf die Detektoreinrichtung auftritt, und daß eine Bewegungseinrichtung vorgesehen ist, um eine Relativbewegung zwischen dem Gitter und der Detektoreinrichtung zu erzeugen, so daß das Interferenzmuster gegenüber der Detektoreinrichtung bewegt wird.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausführung einer Bewegung mit dem Gitter verbunden ist und das Gitter in einer Ebene senkrecht zur Lichtachse bewegt.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung Fotodetektoren, die in einem viereckigen Raum entlang einer Achse parallel zur Bewegungsachse sich befinden, und eine Schaltung aufweist, die mit

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-X-

der Fotodetektoreinrichtung zur Erzeugung von Positionssignalen verbunden ist.

41. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittereinheit ein dünnes, holografisch aufgezeichnetes Einzelfrequenz-Phasengitter aufweist,das auf einer gebleichton fotografischen Emulsion geformt ist.

42. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittereinheit ein holografisch aufgezeichnetes Einzelfrequenz-Phasengitter enthält, das auf eine dünne, durch Brom gebleichte fotografische Emulsion aufgezeichnet ist.

43. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Lichtquelle gegenüber der ersten Lichtquelle versetzt angeordnet ist, um ein zweites Interferenzmuster ζυ erzeugen, das phasenmäßig gegenüber dem durch das Licht der ersten Lichtquelle erzeugten Interferenzmuster versetzt ist.

44. Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Detektoreinrichtung vorgesehen ist, die in dem zweiten Interferenzmuster angeordnet ist.

45. Vorrichtung zur Erzeugung von Höhenlinien gleicher Höhe auf Perspektivbildern, die von Stereo-Diapositiven erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lagereinheit zur Halterung der Diapositive in vorbestimmtem Abstand in einer Ebene und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Fourier-Transformations-Lichtverteilung aus den Lichtwellen, die

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"Χ"

von don Diapositiven empfangen werden, angeordnet sind, daß eine holografisch aufgezeichnete Gittereinheit in Abstand zu der Foörier-Transformationseinrichtung zur Filterung der Fourier-Transformation und zur Erzeugung überschneidender Beugungen mit unterschiedlichen Beugungsordnungen entsprechend den Bildern jedes Diapositives angeordnet ist, wobei zwei der gebeugten Lichtbündel unterschiedlicher Ordnung gleiche Stärke haben, um ein rauscharmes Interferenzmuster mit hohem Kontrast in dem Uberschneidungsgebiet zu liefern, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die gefilterten Fourier-Transformationen der Gittereinheit zur Erzeugung zweier Perspektivbilder umzusetzen, welche die Höhenlinie gleicher Höhe in jedem Perspektivbild enthalten.

46. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder der Stereo-Diapositive entlang von Achsen übertragen werden, die senkrecht zu derjenigen Ebene liegen, welche die

■( Diapositive enthält, daß die Lagereinheit eine Einrichtung

' zur Einstellung des Abstandes der Diapositive in der Ebene

aufweist, um dadurch die Höhenlinien entsprechend unterschiedlicher Höhen zu liefern.

47. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die die Fourier-Transformation liefernde Einrichtung eine Laserlichtquelle, eine Kollimatorlinse zur Erzeugung einer ebenen Welle zwecks Beleuchtung der Stereo-Diapositive sowie eine Linse zum Sammeln des Lichtes von den Diapositiven zwecks Erzeugung der Fourier-Transformations-Lichtverteilung aufweist.

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48. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zur Umsetzung der Fourier-Transformation eine Linse aufweist, die angeordnet ist, um das gefilterte, Fourier-transformierte Licht von dem Gitter zur Erzeugung von Perspektivbildern zu empfangen.

49. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasengitter eine dünne, fotografische Emulsion aufweisi.

50. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß

das Phasengitter eine dünne, gebleichte fotografische Emulsion aufweist.

51. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß

das Phasengitter eine dünne, durch Brom gebleichte fotografische Emulsion aufweist.

52. Verfahren zur Herstellung eines holografisch aufgezeichneten Einzelfrequenz-Phasengitters nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche auf einer Emulsion eines fotografischen Filmes, welcher divergierende Beugungen liefert, wobei die Beugungen von zwei unterschiedlichen Beugungsordnungen gleiche Stärke haben und sich überschneiden bzw. überlappen, um ein rauscharmes Interferenzmuster mit hohem Kontrast zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß auf optische V/eise ein Einzelfrequenz-Zweistrahlen-Interferenzmuster in der Ebene der Emulsion erzeugt wird, daß der Film belichtet und entwickelt wird, um ein Amplitudengitter mit dünner Emulsion zu liefern, und daß die Emulsion gebleicht wird, um das Amplitudengitter in ein dünnes Phasengitter zu transformieren.

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-to-

53. Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet,

daß der Bleichschritt durch Bleichen mit einer Brombleiche ausgeführt wird.

54. Verfahren nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet,

daß beim Belichten und Entwickeln die Zeiten der Belichtung und Entwicklung und die Temperatur der Entwicklung gesteuert werden, um die Emulsion überzubelichten und unterzubelichter.. um dadurch die Endeigenschaften der Emulsion zu variieren.

55. Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Herstellung des Interferenzmusters die Teilung des Lichtstrahles des quasi-monochromatischen, räumlich kohärenten Lichtes beinhaltet, um unterschiedliche optische Wege mit verschiedenen Winkeln zu erzeugen, welche sich in der Ebene der Emulsion überlappen, um dadurch das Interferenzmuster zu erzeugen.

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DIPL. -PHYS. F. ENDLICH

PATENTANWALT

DlPL-PHYS. F. ENDLICH, POSTFACH, D-6034 GERMERINQ

21. August 1979 S/kn

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PATENDLICH MÖNCHEN

52 1730 pate D

Meine Akte: R-4489

Paul W. Remijan, Walter P. Remijgn, South Bridge, USA PCT/US78/00237

Geänderte Patentansprüche

I. Interferometer zur Erzeugung eines Interferenzmusters mit hohem Kontrast und geringem Rauschen, dadurch gekennzeichnet, daß eine quasi-monochromatische, räumlich kohärente Lichtquelle (10; 30; 40; 100; 200) und ein holografisch aufgezeichnetes, optisch dünnes Einzelfrequenz-Phasengitter (34; 45; 101; usw.) vorgesehen sind, wobei das Phasengitter auf die Energie der Lichtquelle zur Erzeugung von sich überlappenden bzw. überschneidenden Beugungen unterschiedlicher Ordnungen anspricht, so daß zwei der Lichtbündel unterschiedlicher Ordnungen gleiche Stärke haben, um das rauscharme Interferenzmuster mit hohem Kontrast in dem Überschneidungsgebiet zu erzeugen.

4. Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasengitter eine dünne, mit Bromdampf gebleichte fotografische Emulsion aufweist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Interferenzmusters eine

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quasi-monochromatische, räumlich kohärente Lichtquelle und ein holografisch aufgezeichnetes, optisch dünnes einzelfrequentes Gitter aufweist, welches auf die Energie von der Lichtquelle zur Erzeugung der gebeugten Lichtbündel anspricht.

35. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter eine bromdampfgebleichte fotografische Emulsion aufwei st.

41. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittereinheit ein optisch dünnes, holografisch aufgezeichnetes Einzelfrequenz-Phasengitter aufweist, das auf einer gebleichten fotografischen Emulsion geformt ist.

42. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittereinheit ein holografisch aufgezeichnetes, optisch dünnes Einzelfrequenz-Phasengitter enthält, das auf eine dünne, durch Bromdampf gebleichte fotografische Emulsion aufgezeichnet ist.

45. Vorrichtung zur Erzeugung von Höhenlinien gleicher Höhe auf Perspektivbildern, die von Stereo-Diapositiven erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lagereinheit zur Halterung der Diapositive in vorbestimmtem Abstand in einer Ebene und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Fourier-Transformations-Lichtverteilung aus den Lichtwellen, die von den Diapositiven empfangen werden, angeordnet sind, daß eine holografisch aufgezeichnete, optisch dünne Einzelfrequenz-Gittereinheit in Abstand zu der Fourier-Transformationseinrichtung zur Filterung der Fourier-Transformation und zur Erzeugung überschneidender Beugungen mit unterschiedlichen Beugungsordnungen entsprechend den Bildern jedes Diapositives angeordnet ist, wobei zwei der gebeugten Lichtbündel unterschiedlicher Ordnung gleiche Stärke haben, um ein rauscharmes

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Interferenzmuster mit hohem Kontrast in dem Uberschneidungsgebiet zu liefern, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die gefilterten Fourier-Transformationen der Gittereinheit zur Erzeugung zweier Perspektivbilder umzusetzen, welche die Höhenlinie gleicher Höhe in dem Perspektivbild enthalten.

51. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasengitter eine dünne, durch Bromdampf gebleichte fotografische Emulsion aufweist.

53. Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß der Bleichschritt durch Bleichen mit einer Bromdampfbleiche ausgeführt wird.

54. Verfahren nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß beim Belichten und Entwickeln die Zeiten der Belichtung und Entwicklung und die Temperatur der Entwicklung gesteuert werden, um die Emulsion überzubelichten und unterzubelichten, um dadurch die Endeigenschaften der Emulsion einschließlich deren Dicke zu variieren.

Die vorstehend nicht aufgeführten Patentansprüche sind unverändert.

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