DE4129168A1

DE4129168A1 - Messkopf fuer ein speckle-scherinterferometer

Info

Publication number: DE4129168A1
Application number: DE19914129168
Authority: DE
Inventors: Michel Honlet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1991-09-03
Publication date: 1993-04-29
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: DE4129168C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Speckle-Interferometer und insbesondere auf Speckle-Scherinterferometer oder Speckle-Shearing-Interferometer. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf einen Meßkopf für ein Speckle-Scherinterferometer zur Messung räumlicher Differenzenquotienten von Verformungen eines Objekts, bestehend aus einer Aufnahmeoptik zur Abbildung des Objekts, einer Vorrichtung zur Erzeugung zweier versetzter Bilder und einem photosensitiven Medium, auf dem die zwei versetzten Bilder abgebildet werden.

Das Meßprinzip dieser Interferometer beruht auf dem interferometrischen Vergleich zweier versetzter Specklebilder des Untersuchungsobjekts. Hierzu wird das Objekt mit einem aufgewei teten Laserstrahl beleuchtet; das reflektierte oder transmittierte Licht wird über eine Optik, die zwei zu einander versetzte Bilder erzeugt, auf einem lichtempfindlichen Medium wie z. B. einem Film oder einem elektronischen Bildsensor wie einem CCD-Array abgebildet.

Aus dem Stand der Technik sind im wesentlichen fünf Typen von Speckle-Scherinterferometer bekannt, die sich im wesentlichen durch die Art der Erzeugung der verschobenen Bilder unterscheiden:

Aus dem Buch "Holographic and Speckle Interferometry" (von Jones & Wykes, Cambridge University Press, 1983/1989, Seiten 156-159) ist es bekannt, zwischen Objekt und der abbildenden Optik einen Teilerwürfel, der sich in einer Michelson-Anordnung befindet, anzuordnen; von jedem der beiden Spiegel wird das einfallende Licht über das Objektiv auf das lichtempfindliche Medium abgebildet. Die seitliche Verschiebung der Bilder wird durch eine gegenseitige Verkippung der Spiegel erzielt. Gravierender praktischer Nachteil ist, daß der Aufnahmewinkel durch die Michelson-Anordnung, genauer die Größe der optischen Komponenten der Michelson-Anordnung stark begrenzt ist. Nachteilig sind auch der Intensitätsverlust, der durch Verwendung des Teiler würfels mindestens 50% beträgt, sowie die Abbildungsfehler und Unschärfe aufgrund von Brechung des konvergenten Strahlenbündels an den Strahlteilerflächen. Desweiteren wird durch mehrfache Reflexionen innerhalb des Strahlteilerwürfels der Bildkontrast herabgesetzt.

Aus dem Dokument "Laser Speckle and related Phenomena" (von Dainty, Springer Verlag, Seiten 226-228 und Seite 333) ist eine Anordnung bekannt, bei der vor dem abbildenden Element eine Maske mit zwei getrennten Blendenöffnungen gesetzt wird. Die Versetzung der Bilder erreicht man durch zwei planparallele Platten, die vor die beiden Öffnungen gesetzt sind und die zur optischen Achse gekippt werden. Ein schwerwiegender Nachteil dieser Anordnung besteht im hohen Intensitätsverlust durch die Maske. Wird der maskierende Anteil auf ein Minimum reduziert, um den Gesamtintensitätsverlust so klein wie möglich zu halten, so bleiben trotzdem weitere Nachteile bestehen: der Bildversatz ist nicht nur in der Richtung festgelegt, sondern darüber hinaus auch wellenlängenabhängig. Scheranordnung (Maske und/oder Planplatten) und Abbildungsoptik sind aneinander gekoppelt, was den Einsatz von Wechselobjektiven deutlich erschwert.

Das gleiche Dokument beschreibt als weitere Anordnung die sogenannte "Out of focus"- Anordnung, wo zwei oder mehrere, zur optischen Achse symmetrisch plazierte Blendenöffnungen in einer Maske vor dem Abbildungsobjektiv gestellt werden. Die Versetzung zwischen den jeweiligen Bildern ergibt sich durch eine leichte Defokussierung des Objektivs gegenüber der Ebene des Aufzeichnungsmediums. Nachteile bestehen in den hohen Lichtverlusten, die unscharfe Abbildung und die eingeschränkten Möglichkeiten einer freien Objektivwahl. Der Winkel der Scherung, der den Bildversatz bestimmt, ist nur beschränkt und nur durch drastische Veränderung der Schärfe variabel.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung eines Bildversatzes ist dem Artikel von Hung und Liang in der Zeitschrift "Applied Optics" (Vol. 18, No. 7,1. April 1979, Seiten 1046-1051) zu entnehmen. Hier befindet sich unmittelbar vor dem Aufnahmeobjektiv ein Keilprisma, das etwa die halbe Apertur bedeckt. Der Scherwinkel ist nicht variabel, was allgemein ein wesentlicher praktischer Nachteil ist, denn damit ist der Aufbau wegen nicht einstellbarer Empfindlichkeit nur für eine spezifische Meßanordnung bestimmt. Der Bildversatz ist wellenlängenabhängig. Wie bei der Michelson-Anordnung ist auch hier nur ein kleiner Aufnahmewinkel zulässig, des weiteren erzeugt das Keilprisma im Objektstrahlengang einen zusätzlichen Fehler: Astigmatismus.

In einem weiteren Artikel in "Applied Optics" (von Nakadate/Yatagai/Saito, Vol. 19, No. 24, 15. Dezember 1980, Seiten 4241-4246) wird eine Anordnung vorgestellt, bei der ein Biprisma vor der Aufnahmelinse eine Bildverdopplung erzeugt. Hierbei entstehen die gleichen Nachteile wie bei der Verwendung eines Keils.

Aufgabe der Erfindung war es deshalb, eine Anordnung zu entwerfen, die in Bezug auf die Optik folgende Eigenschaften aufweist:

- hohe Lichtausbeute, da Laserquellen im optischen Bereich meist geringe Intensität aufweisen;
- minimalster Verlust an Bildqualität, um eine eindeutige Zuordnung der Meßergebnisse zum Objekt zu erzielen;
- wellenlängenunabhängiger und stufenloser Bildversatz in jeder Richtung, was eine flexible und auf die Objektverformung abstimmbare Empfindlichkeit bedeutet;
- Abstimmung auf die Objektgröße durch die Möglichkeit des Einsatzes von Wechselobjektiven; und
- variables Intensitätsverhältnis der beiden versetzten Bilder.

Die Lösung der Aufgabe gelingt bei Meßköpfen so wie in der Einleitung definiert dadurch, daß
* ein Zwischenbildübertragungssystem mit zwei optischen Elementen in den Strahlengang zwischen dem Abbildungsobjektiv und der Ebene des photosensitiven Mediums eingesetzt wird
* und daß sich die strahlteilende Vorrichtung, im weiteren auch Sheareinrichtung genannt, zwischen den beiden abbildenden Elementen befindet.

Das Zwischenbildübertragungssystem besteht vorzugsweise aus zwei optischen Abbildungs elementen wie Linsen oder Objektiven, wobei das erste Element so angeordnet ist, daß der objektseitige Fokuspunkt in der Bildebene des Aufnahmeobjektivs liegt, und wobei das zweite Element so angeordnet ist, daß der mediumseitige Fokuspunkt in der Ebene des photosensitiven Mediums liegt. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß der Strahlengang im Raum zwischen den beiden Elementen sich nur aus Bündeln paralleler Teilstrahlen zusammensetzt. Dies mit dem Ziel einen Raum zwischen den zwei Elementen zu schaffen, in dem eine Vorrichtung zur Bild aufteilung errichtet werden kann.

Die genaue Funktionsweise ist im folgenden beschrieben:
Die vom Aufnahmeobjektiv kommenden, zum reellen Bildaufbau in der Zwischenbildebene beitragenden Strahlen dringen in ihrer Verlängerung als divergentes Strahlenbündel in das erste optische Element ein. Da die Zwischenbildebene im Brennraum des ersten Elements liegt, wird das Zwischenbild ins Unendliche abgebildet. Sind die beiden optischen Elemente Objektive, so ist das Erste in Retrostellung montiert; beide Objektive sind auf Unendlich eingestellt. Das nun entstandene Bündel paralleler Strahlen, das in seiner Querschnittsfläche an jeder Stelle alle Bildinformationen enthält, gelangt nun in das zweite optische Element. Dieses empfängt also die Bildinformationen aus der unendlichen Ferne und fokussiert sie in seiner Brennebene. Diese Brennebene ist gleichzeitig Bildfläche des photosensitiven Mediums. Besteht das Zwischenbild übertragungssystem aus zwei optischen Elementen gleicher Brennweite, so wird das ursprüngliche, vom Aufnahmeobjektiv gelieferte Bild im Maßstab unverändert auf die photosensitive Fläche übertragen. Wird das Zwischenbildübertragungssystem mit ungleichen Brennweiten aufgebaut, so bringt das Veränderungen im Abbildungsmaßstab mit sich. Mit einer solchen Anordnung kann ein von einem beliebigen Wechselobjektiv stammendes, reelles Bild über eine gewisse Strecke als Bündel paralleler Strahlen auf die photosensitive Fläche übertragen werden.

Bei der Verwendung von Shear-Einrichtungen, deren Shearwirkung lediglich auf einer Ablenkung um einen Winkel beruht, bleibt das auf dem Medium erzeugte Bild des Objekts frei von Bildver zerrungen. Winkelablenkende Sheareinrichtungen zeichnen sich im allgemeinen durch eine einfache Konstruktion aus und können beispielsweise aus einem Biprisma oder einem optischen Gitter bestehen.

Besondere Vorteile ergeben sich bei der Verwendung zweier, leicht gegeneinander verkippbarer Spiegel. Je nach der gegenseitigen Verkippung der beiden Spiegel entsteht ein unterschiedlicher Versatz der beiden Bilder auf dem Medium; die Richtung und die Größe des Versatzes lassen sich durch die Einstellung der Verkippung wählen. Die Spiegel werden so in den Strahlengang eingebracht, daß die Trennlinie entweder auf oder in der Nähe der optischen Achse des Zwischenbildübertragungssystems liegt. Dabei ist klar, daß bei Verwendung von Spiegeln im Zwischenbildübertragungssystem die optische Achse umgelenkt bzw. gefaltet wird. Wird insgesamt nur ein Spiegel - ganz oder geteilt - verwendet, so erfolgt zwangsläufig eine Bildseitenumkehrung (-spiegelung). Diese kann beispielsweise durch Verwendung eines zweiten, ungeteilten Spiegels kompensiert werden.

Wirkungsweise der Bildverdopplung mittels geteiltem Spiegel:
Da das erste Abbildungselement des Zwischenbildübertragungssystems auf unendlich eingestellt ist, wird bei der Betrachtung einer Querschnittsfläche in dem Bündel paralleler oder fast paralleler Strahlengänge die Bildinformation an jeder Stelle dieser Fläche übertragen. Jeder lichtabsor bierende Eingriff in diesem Bündel wirkt sich anteilsmäßig proportional zur eingreifenden Fläche auf das Endbild aus. Wird beispielsweise ein Teil des Strahlenbündels abgedeckt oder irgendwie maskiert, so verschwindet nicht der entsprechende Teil der Bildfläche, sondern die Intensität des Bildes wird proportional dem Anteil der verdeckten Fläche zur Gesamtquerschnittsfläche reduziert; der ursprüngliche Bildausschnitt bleibt. So bewirkt eine Verkippung eines Spiegelteils und damit eines Bündelanteils gegenüber der Achse des übrigbleibenden Bündelanteils eine Bildverdopplung in der Ebene des photoempfindlichen Mediums.

Befindet sich das strahlbündelteilende Element auf einem Verschiebetisch, der das Verschieben in eine Richtung ermöglicht, die von der Achse des Zwischenbildübertragungssystem abweicht, so läßt sich damit das Intensitätsverhältnis der beiden versetzten Bildern auf dem photosensitiven Medium variieren, da auf dem am weitesten aus den Strahlengang heraus geschobenen Spiegel nur ein geringerer Lichtanteil auftrifft; das zugehörige Bild verliert somit an Intensität. Im gleichen Maß steigt natürlich der Intensitätsanteil des in dem Strahlenbündel hineingeschobenen Spiegels. Das Intensitätsverhältnis läßt sich auch bei einem Keilprisma oder einem Biprisma verändern. Durch diese Möglichkeit kann man eine Qualitätsverbesserung des Kontrasts der Interferenzstreifen erzielen. Intensitätsunterschiede in den Streifen lassen sich dadurch in den Bereich legen, in dem die Ansprechcharakteristik des photosensitiven Mediums am empfindlichsten auf Intensitäts differenzen reagiert.

Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung mindestens zweier Spiegel resultiert aus der Möglichkeit, den Meßkopf in Verbindung mit einem Auswertesystem zu verwenden, das interferometrische Aufnahmen nach dem Phasenshift-Verfahren analysiert. Bei der Verwendung zweier Spiegel läßt sich die Phasenverschiebung dadurch realisieren, daß einer der beiden Spiegel auf eine Vorrichtung montiert wird, mit der er in einer zur Spiegelfläche senkrechten Richtungskomponente verschiebbar ist. Vorzugsweise wird als Verschiebevorrichtung ein piezoelektrisches Material eingesetzt, da die notwendigen Verschiebungen lediglich in der Größe der Lichtwellenlänge zu liegen brauchen, und da ein solches piezoelektrisches Material elektrisch leicht ansteuerbar ist.

Ein Meßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine Anpassung des Aufnahmewinkels an die Objektgröße, da sich auf Grund des schon vorher beschriebenen Prinzips des Zwischenbildübertragungssystems an Stelle von festgelegten Brennweiten für die Aufnahmeoptik Wechselobjektive verwenden lassen. Hierzu ist auf der Objektseite des Zwischenbildübertragungssystems eine mechanische Vorrichtung zur Befestigung von unterschiedlichen Aufnahmeoptiken vorgesehen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Bildern 6 und 7 im Zeichnungsanhang zu entnehmen.

Praktisches Beispiel zur Gestaltung des Zwischenbild-Übertragungssystems:
Abbildendes Element (jeweils eins für AE1 und AE2): Videoobjektiv mit 75 mm Brennweite, Öffnung 1.8 , wobei sich die Objektive mit ihren größten Linsendurchmessern gegenüber stehen. Photosensitives Medium: elektronische CCD-Kamera mit 2/3 Zoll Empfängerfläche.

Hiermit ist der Raum zwischen den abbildenden Elementen, der bildteilenden oder sonstigen Vorrichtungen Platz bietet, bis zu ca. 15 cm groß, bevor Anzeichen von Vignettierung auftreten. Zwar erzeugt das Zwischenbildübertragungssystem eine axiale Bildrotation um 180° (Bild steht auf den Kopf), diese aber wird dadurch behoben, indem die CCD-Kamera auch auf dem Kopf montiert wird. Das Bild steht somit wieder naturgemäß gerade.

Als mechanische Vorrichtung für die Aufnahme von wechselbaren Optiken ist ebenso wie für die abbildenden Elementen ein C-Mount-Kameragewinde vorgesehen.

Liste der beigefügten Zeichnungen

Fig. 1 normaler Abbildungsstrahlengang mit einer Aufnahmeoptik, ohne Zwischenbildübertragungssystem und ohne strahlteilende Elemente

Fig. 2 Abbildungsstrahlengang mit einer Aufnahmeoptik und einem Zwischenbildübertragungssystem, ohne strahlteilende Elemente

Fig. 3 Faltung des Strahlenganges innerhalb des Zwischenbildübertragungssystems:
Variante 1: einfache Umkehrung

Fig. 4 Faltung des Strahlenganges innerhalb des Zwischenbildübertragungssystems:
Variante 2: doppelte Umlenkung

Fig. 5 Faltung des Strahlenganges innerhalb des Zwischenbildübertragungssystems:
Variante 3: doppelte Umlenkung

Fig. 6 Bildaufteilung innerhalb des Zwischenbildübertragungssystems:
Beispiel 1: Biprisma, stellvertretend für andere optisch transmittierende Elemente

Fig. 7 Bildaufteilung innerhalb des Zwischenbildübertragungssystems:
Beispiel 2: geteilter Spiegel, stellvertretend für andere optisch reflektierende Elemente

Verwendete Abkürzungen in den Zeichnungen

alpha Scherwinkel (Verkippungswinkel zwischen den beiden Spiegeln
AE1 erstes abbildendes Element
AE2 zweites abbildendes Element
AO Abbildungsoptik (Aufnahmeobjektiv)
B Bildebene (wo sich das photosensitive Medium befindet)
BP Biprisma
O Objektebene (in der sich das aufzunehmende Objekt befindet)
P Punkt auf dem Objekt
P' erster Abbildungspunkt vom Punkt P
P'' zweiter Abbildungspunkt vom Punkt P
P''1 zweiter Abbildungspunkt vom Punkt P, Bestandteil des ersten Teilbildes
P''2 zweiter Abbildungspunkt vom Punkt P, Bestandteil des zweiten Teilbildes
PIE piezoelektrischer Aktor
R Raumbereich, wo Vorrichtungen zur Erzeugung zweier versetzter Bilder eingesetzt werden können
S1 Spiegel 1
S2 Spiegel 2
S2A erste Spiegelhälfte
S2B zweite Spiegelhälfte
VSH Verstellschraube (für horizontale Verkippung)
VSV Verstellschraube (für vertikale Verkippung)
VT Verschiebetisch (für horizontale Verstellung)
VVT Verstellschraube (für den Verschiebetisch)
ZBE Zwischenbildebene (Bildebene der ersten Abbildungsoptik)
ZBÜS Zwischenbildübertragungssystem

Erläuterungen zu den Zeichnungen

zu Fig. 1
In einer Objektebene O befindet sich ein abzubildendes Objekt, dessen Endpunkt beispielsweise durch den Punkt P gekennzeichnet ist. Dieses Objekt wird nun durch die Aufnahmeoptik AO in dessen Brennebene, die zugleich die Bildebene B ist, abgebildet. In dieser Bildebene befindet sich das photosensitive Medium. Die vom Punkt P ausgehenden Mittel- und Parallelstrahlen vereinigen sich in der Bildebene im Punkt P′.

zu Fig. 2
Hier befindet sich hinter der Aufnahmeoptik ein Zwischenbildüber tragungssystem ZBÜS bestehend aus zwei abbildenden Elementen AE1 und AE2. In einer Objektebene O befindet sich ein abzubildendes Objekt, dessen Endpunkt beispielsweise durch den Punkt P gekennzeichnet ist. Dieses Objekt wird nun durch die Aufnahmeoptik AO in dessen Brennebene, die zugleich die Zwischenbildebene ZBE ist, abgebildet. Die vom Punkt P ausgehenden Mittel- und Parallelstrahlen vereinigen sich in der Zwischenbildebene im Punkt P′. Der Punkt des Objekts, der sich auf der optischen Achse des Systems befindet, wird ebenfalls auf der optischen Achse in der Zwischenbildebene abgebildet. Da die Zwischenbildebene ZBE zugleich die objektseitige Brennebene des ersten abbildenden Elementes AE1 ist, werden die Verlängerungen der zum Bildpunktaufbau in der Zwischenbildebene ZBE beitragenden Strahlen durch das abbildende Element AE1 in parallele Strahlenbündel umgewandelt. Diese parallelen Bündel treffen auf das zweite abbildende Element AE2, welches die aus dem scheinbar Unendlichen kommenden Strahlenbündel wiederum in dessen Brennebene, welche nun die Bild ebene B darstellt, fokussiert. Hier entsteht auch der zweite Abbildungs punkt P′′ des vom Objekt ausgehenden Punktes P. Zwischen den beiden abbildenden Elementen AE1 und AE2 befindet sich - gestrichelt dargestellt - der Raum R. Das ist der Bereich, wo Vorrichtungen zur Erzeugung zweier versetzter Bilder eingesetzt werden können.

Zu Fig. 3
Hier wird der Strahlengang innerhalb des Zwischenbildüber tragungssystems ZBÜS, das prinzipiell aus den beiden abbildenden Elementen AE1 und AE2 besteht, - stellvertretend für jegliche reflektierende Fläche - mit einem Spiegel S1 umgelenkt. Das von der Zwischenbildebene ZBE ausgehende, divergente Strahlenbündel wird durch das erste abbildende Element AE1 in ein paralleles Strahlenbündel umgewandelt. Nach Reflexion am Spiegel S1 trifft es auf das zweite abbildende Element AE2, welches dieses parallele Bündel in ein konvergentes umwandelt. Der Ausgangsbildpunkt entsteht - gespiegelt - erneut auf der optischen Achse in der Bildebene B, d. h. die Brennebene des zweiten abbildenden Elements AE2.

zu Fig. 4
Hier wird der Strahlengang innerhalb des Zwischenbildüber tragungssystems ZBÜS, das prinzipiell aus den beiden abbildenden Elementen AE1 und AE2 besteht, - stellvertretend für jeweils jegliche reflektierende Fläche - mit zwei Spiegeln S1 und S2 umgelenkt. Das von der Zwischenbildebene ZBE ausgehende, divergente Strahlenbündel wird durch das erste abbildende Element AE1 in ein paralleles Strahlenbündel umgewandelt. Nach Reflexion an den Spiegeln S1 und S2 trifft es auf das zweite abbildende Element AE2, welches dieses parallele Bündel in ein konvergentes umwandelt. Der Ausgangsbildpunkt entsteht - geometrisch unverändert, da zweimal gespiegelt - erneut auf der optischen Achse in der Bildebene B, d. h. die Brennebene des zweiten abbildenden Elements AE2.

zu Fig. 5
Hier wird der Strahlengang innerhalb des Zwischenbildüber tragungssystem ZBÜS, das prinzipiell aus den beiden abbildenden Elementen AE1 und AE2 besteht, - stellvertretend für jeweils jegliche reflektierende Fläche - mit zwei Spiegeln S1 und S2 umgelenkt. Die Spiegel müssen nicht unter einem rechten Winkel stehen. Auch die Anordnung kann beliebig sein. Das von der Zwischenbildebene ZBE ausgehende, divergente Strahlenbündel wird durch das erste abbildende Element AE1 in ein paralleles Strahlenbündel umgewandelt. Nach Reflexion an den Spiegeln S1 und S2 trifft es auf das zweite abbildende Element AE2, welches dieses parallele Bündel in ein konvergentes umwandelt. Der Ausgangsbildpunkt entsteht - geometrisch unverändert, da zweimal gespiegelt - erneut auf der optischen Achse in der Bildebene B, d. h. die Brennebene des zweiten abbildenden Elements AE2.

zu Fig. 6
Hier befindet sich hinter einer Aufnahmeoptik AO ein Zwischenbild übertragungssystem ZBÜS, das prinzipiell aus den beiden abbildenden Elementen AE1 und AE2 besteht, und eine Vorrichtung zur Erzeugung zweier versetzter Bilder, hier ein Biprisma (BP). Der Punkt P des Objekts in der Objektebene O, der die optische Achse des Systems schneidet, wird durch die Aufnahmeoptik AO in der Zwischenbildebene ZBE als Punkt P′ abgebildet. Da die Zwischenbildebene ZBE zugleich die objektseitige Brennebene des ersten abbildenden Elements AE1 ist, werden die Verlängerungen der zum Bildpunktaufbau in der Zwischenbildebene ZBE beitragenden Strahlen als divergentes Strahlenbündel beim Durchlauf im abbildenden Element in ein paralleles Strahlenbündel umgewandelt. Dieses parallele Bündel trifft in diesem Beispiel - stellvertretend für andere optisch transmittierende Elemente - auf das Biprisma BP. Dieses teilt das parallele Strahlenbündel in jeweils zwei Teilbündel auf, welche in einer zueinander unterschiedlichen Richtung abgelenkt werden. Diese Teilbündel treffen in ihrem weiteren Verlauf auf das abbildende Element AE2, welches diese parallele Bündel in konvergente umwandelt. Der Ausgangspunkt P entsteht nun in der Bildebene B nicht auf der optischen Achse als einziger Bildpunkt P′′, sondern als zwei voneinander unabhängigen Bildpunkten P′′1 und P′′2. Der Abstand beider Bildpunkte voneinander ist abhängig vom Ablenkwinkel des Biprismas BP. Da alle Strahlbündel das Biprisma BP durchlaufen, wird auch jeder ursprüngliche Punkt des Objekts in der Objektebene O in der Bildebene B doppelt dargestellt.

Zu Fig. 7
Hier befindet sich hinter einer Aufnahmeoptik ein Zwischenbild übertragungssystem ZBÜS, das prinzipiell aus den beiden abbildenden Elementen AE1 und AE2 besteht, und einer Vorrichtung zur Erzeugung zweier versetzter Bilder, hier ein geteilter Spiegel S2A und S2B. Um die Bildspiegelung zu kompensieren, ist ein weiterer Spiegel S1 vorhanden. Um das Bildintensitätsverhältnis variieren und das Phasenshift-Verfahren einsetzen zu können, ist der geteilte Spiegel S2A/S2B auf Verschiebevorrichtungen montiert. Der Punkt P des Objekts in der Objektebene O, der die optische Achse des Systems schneidet, wird durch die Aufnahmeoptik AO in der Zwischenbildebene ZBE als Punkt P′ abgebildet. Da die Zwischenbildebene ZBE zugleich die objektseitige Brennebene des ersten abbildenden Elements AE1 ist, werden die Verlängerungen der zum Bildpunktaufbau in der Zwischenbildebene ZBE beitragenden Strahlen als divergentes Strahlenbündel beim Durchlauf im abbildenden Element in ein paralleles Strahlenbündel umgewandelt. Dieses parallele Bündel trifft zuerst auf einen festen Spiegel S1, der Kompensation der Bildspiegelung, die durch die eigentliche Vorrichtung zur Erzeugung der beiden Teilbilder, nämlich den Spiegeln S2A und S2B entsteht, dient. Anschließend fallen die parallelen Strahlenbündel auf den geteilten Spiegel S2A/S2B. Da eine Teilfläche (S2B) gegenüber der anderen (S2A) um einen Winkel alpha gekippt ist, werden die zwei Teilstrahlenbündel in einem Winkel zueinander in das abbildende Element AE2 eindringen. Somit vereinigen sich nicht mehr alle Strahlen in einem, sondern nun in zwei Bildpunkten P′′1 und P′′2 in der Bildebene B. Der Spiegel S2A kann mittels dem piezoelektrischen Aktor PIE zwecks Phasenschiebung parallel zur spiegelnden Fläche verschoben werden. Der Spiegel S2B kann mittels der Verstellschraube VSV vertikal und mittels der Verstellschraube VSH horizontal gekippt werden. Um das Bildintensitätsverhältnis variieren zu können, sind beide Teilspiegel samt ihrer Verstellmöglichkeiten auf einen Verschiebetisch VT montiert, der mittels der Verstellschraube VVT in einer im wesentlichen zur Spiegelfläche(n) parallelen Richtung verschiebbar ist. Die Reihenfolge der im Strahlverlauf auftretenden spiegelnden Fläche S1 und der Gruppe, bestehend aus S2A und S2B, ist beliebig.

Claims

1. Meßkopf für ein Speckle-Scherinterferometer zur Messung räumlicher Differenzenquotienten von Verformungen eines Objekts bestehend aus einer Aufnahmeoptik zur Abbildung des Objekts, einer Vorrichtung zur Erzeugung zweier versetzter Bilder und einem photosensitiven Medium, auf dem die zwei versetzten Bilder abgebildet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenbildübertragungssystem mit zwei optischen Abbildungselementen zwischen der Aufnahmeoptik und dem photosensitiven Medium vorhanden ist, wobei der objektseitige Fokuspunkt des ersten Abbildungselements in der Ebene oder nahezu in der Ebene des von der Aufnahmeoptik erzeugten reellen Bildes liegt, und wobei der mediumseitige Fokuspunkt des zweiten Abbildungselements in der Ebene oder nahezu in der Ebene des photo sensitiven Mediums liegt, so daß der Strahlengang zwischen den beiden Abbildungselementen nur aus Bündeln paralleler oder fast paralleler Teilstrahlen besteht; und daß die Vorrichtung zur Erzeugung zweier versetzter Bilder im Strahlengang zwischen den beiden Abbildungselementen angeordnet ist.

2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung der zwei versetzten Bilder ein optisches System oder eine optische Komponente ist, welches einen Teil der Teilstrahlen um einen vorbestimmten Winkel ablenkt.

3. Meßkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung der beiden versetzten Bilder ein Biprisma ist.

4. Meßkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung der beiden versetzten Bilder ein optisches Gitter ist.

5. Meßkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung zweier verschobener Bilder aus mindestens zwei Spiegeln besteht, die verschiedene Teilstrahlen unabhängig voneinander auf das zweite Abbildungselement lenken.

6. Meßkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kippvorrichtung zur Verkippung mindestens eines Spiegels um mindestens eine Achse vorhanden ist, so daß ein vorbestimmter Versatz der beiden Bilder auf dem photosensitiven Medium erzielbar ist.

7. Meßkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Verschiebevorrichtung zur Verschiebung mindestens eines Spiegels in einer etwa zur Spiegelfläche senkrecht stehenden Richtung vorhanden ist, so daß zwischen den beiden versetzten Bildern eine vorbestimmte Phasenverschiebung einstellbar ist.

8. Meßkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Verschiebevorrichtung mit mindestens zwei darauf befestigten Spiegeln zur gemeinsamen Verschiebung in einer im wesentlichen zur Spiegelfläche parallelen Richtung vorhanden ist, so daß durch Reflexion unterschiedlicher Anteile des Bündels eine Veränderung der Intensitätsverhältnisse zwischen den beiden versetzten Bildern ermöglicht wird.

9. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf einen Diodenlaser aufweist.

10. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf Einrichtungen zur Einkopplung eines externen Laserstrahls über Lichtwellenleiter aufweist.

11. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeoptik ein Wechselobjektiv ist und auf einer Wechselobjektivhalterung befestigt ist.

12. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Strahlengangs im Zwischenbildübertragungssystem mittels spiegelnden Flächen gefaltet ist, um minimalsten mechanischen Aufwand bei allen Verstell- und Einsatzmöglichkeiten zu gewährleisten.