NL1024070C2 - Werkwijze en inrichting voor het uitlijnen van een interferometer. - Google Patents

Description

Werkwiize en inrichting voor het uitlijnen van een interferometer Gebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor 5 het uitlijnen van een interferometeropstelling, zoals een spikkelinterferometer, waarbij de interferometeropstelling omvat een objectbundelgedeelte voor het verkrijgen van twee onderscheidbare bundels (zoals een eerste en tweede objectbundel die circulair gepolariseerd zijn in tegengestelde richting, of die een onderscheidbare lineaire polarisatie hebben) waarvan ten minste een eerste onderscheidbare bundel afkomstig is 10 van een te onderzoeken object. Verder omvat de interferometeropstelling een bundelsplitsgedeelte voor het splitsen van de twee onderscheidbare bundels over n optische paden, waarbij n een integer getal is en n 22, en een bundelcombineergedeelte dat is ingericht voor het ontvangen van de twee onderscheidbare bundels, het toepassen van een fases tap in het tussen de twee onderscheidbare bundels aanwezige onderlinge 15 faseverschil in n-1 van de n optische paden, en het richten van de door ieder van de n optische paden lopende twee onderscheidbare bundels naar een detectoreenheid. De detectoreenheid is ingericht voor het detecteren van een interferentiepatroon van de twee onderscheidbare bundels via elk van de n optische paden, en de interferometer wordt uitgelijnd door het instellen van ten minste n-1 van in het 20 bundelcombineergedeelte aanwezige spiegelende elementen (zoals spiegels) teneinde het interferentiepatroon op de detectoreenheid behorend bij ten minste n-1 van de optische paden te verschuiven.

De uitvinding kan worden toegepast in zogenaamde ‘shearing’ spikkelinterferometers, waarbij de objectbundels een verschillende kijkrichting naar het 25 object hebben (‘shearography’), maar ook in andere interferometers, waaronder spikkelinterferometers, waarbij een van de objectbundels (in dit geval referentiebundel genoemd) direct van de lichtbron afkomstig is. Deze technieken zijn bekend aan de deskundige en behoeven hier geen verdere toelichting.

30 Stand van de techniek

Een dergelijke werkwijze en inrichting zijn bekend uit P.A.A.M. Somers en H. van Brug, “A single camera, dual image real-time-phase-stepped shearing speckle interferometer”, Fringe 2001, proceedings pag. 573-580.

1024070

De uitlijning van systemen met meerdere optische paden is zeer kritisch, de I

fasegestapte interferentiebeelden moeten op sub-pixelniveau met elkaar I

overeenstemmen. Stabiele uitlijning is goed mogelijk in laboratoriumomstandigheden, I

maar voor industriële toepassing (waarbij de interferometer ook vervoerd moet worden)

5 is een correcte en niet-verlopende uitlijning moeilijk te realiseren. In dergelijke I

omstandigheden hebben een beperkte mechanische stabiliteit, stijfheid en I

temperatuurafhankelijk gedrag een negatieve invloed op de uitlijning. Een industrieel I

toepasbare interferometer van dit type, dat in verschillende omstandigheden (mobiel) I

gebruikt moet kunnen worden, dient daarom uitgerust te zijn met zware en kostbare I

10 mechanische uitlijn- en bevestigingsmiddelen, zoals statieven en grondplaten.

Belangrijk hierbij zijn de stabiliteit van spiegelhouders, objectieven, en het gebruik van I

(dure) temperatuurstabiele materialen. I

Samenvatting van de uitvinding I

15 De onderhavige uitvinding tracht een werkwijze voor het uitlijnen van een I

spikkelinterferometer en een uitlijnsysteem voor een spikkelinterferometer te I

verschaffen die, zonder noodzaak van zware mechanische uitlijn- en I

bevestigingsmiddelen, op verschillende plaatsen industrieel toe te passen zijn. I

Volgens de onderhavige uitvinding wordt in een eerste aspect een werkwijze I

20 volgens de in de aanhef gedefinieerde soort verschaft, waarbij de ten minste n-1 I

spiegelende elementen in het bundelcombineergedeelte ingesteld worden afhankelijk I

van een uit de gedetecteerde interferentiep atronen afgeleid uitlijnsignaal. I

Een dergelijke werkwijze zorgt ervoor dat op snelle en efficiënte wijze de

interferometer uitgelijnd kan worden. De interferometer kan daardoor relatief I

25 eenvoudig en licht worden uitgevoerd, waardoor deze goed transporteeibaar en snel I

inzetbaar is. De uitlijning van een spikkelinterferometer vormt met de onderhavige I

werkwijze geen beperkende factor bij het operationeel maken van de interferometer. I

Het uitlijnsignaal kan in een uitvoeringsvorm worden weergegeven op een I

beeldscherm, waardoor de ten minste n-1 spiegelende element interactief kunnen I

30 worden ingesteld door een gebruiker van de interferometer. Als alternatief worden in I

een verdere uitvoeringsvorm de ten minste n-1 spiegelende elementen ingesteld met I

behulp van een van het uitlijnsignaal afgeleid besturingssignaal naar een bijbehorende I

spiegelbesturing. De spiegelbesturing kan bijvoorbeeld een micromanipulator met een I

1024070 I

3 hoge resolutie zijn, bijvoorbeeld een spiegelbesturing die elektrisch instelbaar is met behulp van een piëzo-element of een elektrostrictief element. Dit maakt een geautomatiseerd uitlijnproces mogelijk, dat voor een gebruiker in hoge mate transparant plaatsvindt 5 Het uitlijnsignaal kan op een aantal manieren worden afgeleid, die elk leiden tot een nog verschillende mate van nauwkeurigheid. Ten eerste kan het uitlijnsignaal een verschilsignaal zijn van beelddata van de bij de ten minste twee optische paden behorende interferentiepatronen. Met name in het geval van interactieve uitlijning door een gebruiker kan dit een goed resultaat opleveren.

10 In een verdere uitvoeringsvorm wordt het uitlijnsignaal verkregen door een correlatie van beelddata van de bij de ten minste twee optische paden behorende interferentiepatronen. De correlatie kan worden berekend voor een aantal relatieve pixelposities van de betreffende beelden. De hoogste waarde voor de correlatie indiceert de pixelpositie met de beste uitlijning. Subpixelresolutie van de uitlijning kan 15 bijvoorbeeld door interpolatie of een andere wiskundige methode worden afgeleid, en daarmee kan een uitlijnsignaal worden bepaald.

In een specifieke uitvoeringsvorm correspondeert het uitlijnsignaal met het maximale correlatiesignaal dat bepaald wordt uit beelddata van een reeks van interferentiepatronen die door de detectoreenheid worden opgenomen bij verschillende 20 instellingen van de ten minste n-1 spiegelende elementen. Door interpolatie of een andere wiskundige bewerking kan de juiste instelling van de ten minste n-1 spiegels bepaald worden.

Het uitlijnsignaal wordt in een nog verdere uitvoeringsvorm afgeleid uit een kruiscorrelatie van beelddata, bijvoorbeeld van secties (zoals de middensecties), van de 25 bij de ten minste twee optische paden behorende interferentiepatronen. Door daarnaast bijvoorbeeld alleen gedeelten van de beelddata te bekijken die interessante informatie bevatten (meest bruikbare, meest betrouwbaar, meest relevant voor uitlijning,..., zoals bijvoorbeeld het centrale gebied), kan de benodigde rekencapaciteit lager zijn. Dit kan gebruikt worden om de wericwijze sneller en/of nauwkeuriger te maken.

30 Ook kan het uitlijnsignaal afgeleid worden uit een kruiscorrelatie van beelddata van een veelvoud van secties van de bij de ten minste twee optische paden behorende interferentiepatronen, bijvoorbeeld verspreid over het gehele beeld. Dit geeft een grote 1024070

4 I

hoeveelheid gegevens, waardoor een zeer nauwkeurige uitlijning plaats kan vinden. I

Tevens kan in dit geval ook rotatie afgeregeld worden bij de uitlijning. I

Het uitlijnsignaal kan representatief zijn voor een rotatieverschuiving, die I

bijvoorbeeld veroorzaakt kan worden door fabricagetoleranties van de in de I

S interferometer gebruikte (optische) elementen. Deze fouten kunnen door een juiste I

instelling van deyten minste n-1 spiegels (in een vooikeursuitvoeringsvorm zijn twee I

spiegels aanwezig in het bundelcombineergedeelte) gecorrigeerd worden. I

In een nog verdere uitvoeringsvorm wordt een van de twee onderscheidbare I

objectbundels voor het uitlijnproces geblokkeerd. Hierdoor is het mogelijk om in de I

10 beschreven spikkelinterferometer optredende modulatie-effecten, die kunnen leiden tot I

een zwakker of afwezig uitlijnsignaal, te voorkomen om toch een nauwkeurige I

uitlijning te verkrijgen. I

In een verder aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een I

uitlijninrichting voor het uitlijnen van een interferometeropstelling, waarbij de I

15 interferometeropstelling omvat een objectbundelgedeelte voor het verkrijgen van twee I

onderscheidbare bundels, waarvan ten minste een eerste onderscheidbare bundel . I

afkomstig is van een te onderzoeken object, een bundelsplitsgedeelte voor het splitsen I

van de twee onderscheidbare bundels over n optische paden, waarbij n een integer getal I

is en η en een bundelcombineergedeelte dat is ingericht voor het ontvangen van de I

20 twee onderscheidbare bundels, het toepassen van een fasestap in het tussen de twee I

onderscheidbare bundels aanwezige onderlinge faseverschil in n-1 van de n optische I

paden, en het richten van de door ieder van de n optische paden lopende twee I

onderscheidbare bundels naar een detectoreenheid. De detectoreenheid detecteert een I

interferentiepatroon van de twee onderscheidbare bundels via elk van de n optische I

25 paden, en de interferometeropstelling wordt uitgelijnd door het instellen van ten minste I

n-1 van in het bundelcombineergedeelte aanwezige spiegelende elementen teneinde het I

interferentiepatroon op de detectoreenheid behorend bij ten minste n-1 van de optische I

paden te verschuiven. De uitlijninrichting omvat een verwerkingsinrichting die I

verbonden is met de detectoreenheid en ten minste η-1 spiegelbesturingen voor het I

30 instellen van de ten minste n-1 spiegelende elementen in het bundelcombineergedeelte, I

waarbij de verwerkingsinrichting is ingericht voor het aansturen van de ten minste n-1 I

spiegelbesturingen in afhankelijkheid van een uitlijnsignaal dat verkregen wordt uit de I

van de detectoreenheid ontvangen interferentiepatronen. I

1024070 I

5

De spiegelbesturing is in een uitvoeringsvorm voorzien van een elektrisch bestuurbare fijnmechanisch instelelement, zoals een piëzo-actuator of een electrostrictief element

Voor de hierboven besproken uitvoeringsvorm met interactieve uitlijning door 5 een gebruiker is de verwerkingsinrichting verbonden met een weergeefscherm en invoermiddelen.

De verwerkingsinrichting is in verdere uitvoeringsvormen ingericht voor het uitvoeren van een of meer van de hierboven besproken werkwijzen.

10 Korte beschrijving van de tekeningen

De onderhavige uitvinding zal nu in meer detail worden besproken aan de hand van een aantal voorbeelduitvoèringsvormen, met verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarin

Fig. 1 een schematische weergave toont van een voorbeeld van een IS spikkelinterferometer,

Fig. 2 een blokschema toont van een uitvoeringsvorm van de uitlijninrichting volgens de onderhavige uitvinding.

Gedetailleerde beschrijving van voorbeelduitvoeringsvormen 20 In Fig. 1 wordt een schematische weergave getoond van een spikkelinterferometer 1 die geschikt is voor het uitvoeren van fasegestapte spikkelinterferometrie in ware tijd. Voor de deskundige zal het duidelijk zijn dat bij spikkelinterferometrie gebruik wordt gemaakt van een (coherente) lichtbron (niet weergegeven in Fig. 1) waarvan het licht door een object 3 wordt verstrooid, zodat 25 spikkels ontstaan. In een dergelijke spikkelinterferometer 1 is sprake van meer dan een bundelpaar, elk bestaande uit een eerste en een tweede objectbundel, waarbij elk bundelpaar een eigen optisch pad doorloopt. In een van de bundelparen wordt een extra faseverschil aangebracht tussen de bijbehorende eerste en tweede objectbundel, terwijl in het andere bundelpaar geen wijzigingen worden aangebracht Het verschil in 30 optische weglengte, uitgedrukt als faseverschil tussen de eerste en tweede objectbundel, kan kwantitatief worden bepaald. De getoonde interferometer 1 is een zogenaamde ‘shearing’ spikkelinterferometer, waarbij de beide objectbundels afkomstig zijn van het object 3, onder een verschillende kijkhoek. De uitvinding kan echter ook worden 1024070

I 6 I

I toegepast in een conventionele spikkelinterferometer, waarbij een van de objectbundels I

I direct van de lichtbron komt (en dan referentiebundei wordt genoemd). I

I Verschillende soorten fasegestapte spikkelinterferometers 1 bestaan, afhankelijk I

I van hoe de objectbundels worden opgewekt. Fasestappen tussen verschillende I

I 5 objectbundelparen kunnen sequentieel worden opgewekt, waarbij een enkel I

I objectbundelpaar sequentieel in tijd wordt aangepast, of kunnen ruimtelijk gescheiden I

I worden opgewekt, waarbij een verschillend optische pad voor elk objectbundelpaar I

I nodig is. Bij ruimtelijk gescheiden objectbundels is alle informatie die nodig is om de I

I fase van het object op een specifiek tijdstip te bepalen, beschikbaar op een bepaald I

I 10 tijdstip, waardoor deze implementatie de voorkeur heeft bij het meten van dynamische I

I gebeurtenissen. I

I In Fig. 1 is een fasegestapte spikkelinterferometer 1 getoond, die een I

I interferentiepatroon opwekt voor elk optisch pad, waarbij de interferentiepatronen I

I gedetecteerd worden door een enkele camera 2 (bv. een CCD camera). Deze I

I 15 interferometer 1 wordt ook aangeduid als ‘2-bucket, 1-camera, real time phase stepping I

I shearing speelde interferometer’. In dit geval zijn er twee relatieve faseverschillen I

I tussen de eerste en tweede objectbundeL I

Iedere tweede objectbundel doorloopt samen met een eerste objectbundel, I

I afkomstig van een te onderzoeken object 3, een ander optisch pad, waardoor per I

I 20 optisch pad met behulp van bijvoorbeeld polarisatiegevoelige optiek een voor dat pad I

I geschikte fasestap kan worden aangebracht. De interferometer 1 kan zijn uitgerust voor I

I het opwekken van meer dan twee objectbundels. De interferometer 1 kan zijn uitgerust I

I met een detector (camera 2) per pad, of zoals in de in Fig. 1 aangegeven I

I uitvoeringsvorm, met een camera 2 voor het detecteren van twee deelbeelden. Ook is I

I 25 het mogelijk, indien er meerdere deelbeelden zijn, dat er een of meer camera’s I

I aanwezig zijn die ieder meerdere deelbeelden opnemen. Met de in Fig. 1 weergegeven I

I interferometer 1 kunnen alle fasegestapte spikkelpatronen die worden opgewekt, en die I

I behoren bij een bepaalde toestand van het te bestuderen object 3, op hetzelfde moment I

I vastgelegd worden. I

I 30 De interferometer 1 omvat drie gedeelten, te weten een objectbundelgedeelte 4 I

I dat twee bundels levert met verschillende polarisafietoestanden waarvan er een een I

I schuinstand heeft (‘shearing’), een bundelsplitsgedeelte 5 dat twee identieke paden I

I 1024070 I

7 vormt, en een combineergedeelte 6 dat is ingericht om de fases tap in één van de paden aan te brengen.

Het objectbundelgedeelte 4 heeft in de getoonde uitvoeringsvorm een zogenaamde Michelson configuratie. Het is ook mogelijk een aan de deskundige 5 bekende Mach-Zehnder configuratie te gebruiken of nog andere configuraties. Via een veldleus 7 en overdrachtlens 8 wordt een bundel licht afkomstig van het object 3 ontvangen op een ingangsvlak van een polariserend bundelsplitselement 9. Het bundelsplitselement 9 is aan drie zijden voorzien van λ/4-plaatjes 10 die georiënteerd zijn op π/4, zodat aan deze zijden licht kan uittreden met een circulaire polarisatie. Een 10 normale spiegel 12 creëert een normale bundel, en een schuinstandspiegel 11 (‘shearing mirror*) creëert een bundel met schuinstand, die beide gereflecteerd worden naar het polariserende bundelsplitselement 9. lineair gepolariseerd licht dat het objectbundelgedeelte 4 binnengaat, treedt naar buiten als twee circulair gepolariseerde bundels, met tegengestelde draairichting. Binnenkomend licht is bij voorkeur onder 45° 15 gepolariseerd, waardoor het bundelsplitselement 9 de bundel verdeelt in twee bundels met dezelfde amplitude en met verschillende polarisatierichtingen. Ook ongepolariseerd licht wordt gelijkelijk verdeeld.

Het bundelsplitsgedeelte 5 splitst deze twee bundels over twee paden met behulp van een normaal bundelsplitselement, en richt ze naar het bundelcombineergedeelte 6, 20 bijvoorbeeld met een prisma zoals getoond, of met een spiegel.

Het bundelcombineergedeelte 6 omvat een 4S°-spiegel 16 en een normaal georiënteerde spiegel 17. In een pad worden de eerste en tweede objectbundel onderworpen aan een fasestap met behulp van een polari satievlakrotatie-element 13, in het andere pad kan de referentiebundel normaal doorlopen. Het is ook mogelijk om 25 slechts een van de eerste en tweede objectbundel aan een fasestap te onderwerpen, bijvoorbeeld met behulp van een element dat licht met een bepaalde polarisatierichting vertraagt ten opzichte van licht met een andere polarisatierichting (bijvoorbeeld materialen die in een richting een andere brekingsindex hebben dan in een andere richting (loodrecht daarop), zoals kwarts).

30 Twee circulair gepolariseerde bundels met tegengestelde draairichting zullen met elkaar interfereren wanneer ze invallen op een detector, zoals via overdrachtlens 18 op camera 2 in Fig. 1, nadat ze een polarisator gepasseerd zijn. Het roteren van de polarisatierichting van invallend licht door polarisatievlak-roterend element 13 over een 1024070 I 8 I hoek φ zal een fasestap van 2<p veroorzaken, zodat een fasestap tussen de twee paden I kan worden geïntroduceerd door het plaatsen van een polarisatievlakrotatie-element 13 I in één pad.

I Het bundelcombineergedeelte 6 omvat een polariserende bundelsplitser 14» met I 5 aan één zijde een TJA plaatje 15. Het bundelcombineergedeelte 6 ontvangt circulair gepolariseerd licht vanuit de beide paden op een verschillend ingangsvlak. Aan een I ingangsvlak is het polarisatievlak-roterend element 13 bevestigd. Na het doorlopen van I het polariserende bundelsplitselement 14 zijn de circulair gepolariseerde bundels I horizontaal gepolariseerde bundels geworden. De component loodrecht op de I 10 polarisatierichting van het polariserende element 14 is uit de bundel verdwenen.

I De bundels in één pad worden, na het doorlopen van het bundelsplitsgedeelte 5 I en de 45°-spiegel 16, direct doorgelaten naar een helft (beeldgedeelte) van de camera 2, I waar interferentie optreedt I Circulair gepolariseerd licht van het andere pad wordt tevens doorgelaten als 15 horizontaal gepolariseerd licht, maar valt op een spiegel 17 na het doorlopen van het I λ/4-plaatje 15 dat georiënteerd is op π/4, waardoor de polarisatietoestand wederom I wijzigt naar een circulaire polarisatie. Vervolgens wordt het terug gereflecteerd door I spiegel 17 en doorloopt het opnieuw het λ/4-plaatje 15 en polariserend I bundelsplitselement 14. Door deze tweede weg door het λ/4-plaatje 15 wordt de I 20 polarisatietoestand verticaal, waardoor het polariserende bundelsplitselement 14 de I bundel reflecteert naar de andere helft van de camera 2, waar wederom interferentie I optreedt I De beide fasegestapte spikkelpatronen zijn dus gelijktijdig beschikbaar, waardoor een goede basis ontstaat voor het berekenen van faseverschillen voor een bepaalde I 25 toestand van het object 3.

I In een alternatieve uitvoeringsvorm van het bundelcombineergedeelte 6 is het I polarisatievlak-roterend element 13 vervangen door een λ/2-plaatje met een oriëntatie I van 22,5° ten opzichte van de horizontale as. Een dergelijk λ/2-plaatje met een I dergelijke oriëntatie veroorzaakt ook een rotatie van 45° en dus de gewenste fasestap I 30 van 90*.

In een nog verdere uitvoeringsvorm wordt het polarisatievlak-roterend element 13 op één van de ingangsvlakken van het bundelsplitselement 14 vervangen door een I polarisator op beide ingangsvlakken van het bundelsplitselement 14. Eén van de I 1024070 9 polarisatoren heeft een oriëntatie van +22,5° ten opzichte van de horizontale as, de andere een oriëntatie van -22,5° ten opzichte van de horizontale as. Ook hier geldt dat de fases tap twee maal het verschil in oriëntatie is, d.w.z. 90°. Deze uitvoeringsvorm geeft een gering lichtverlies, maar is minder afhankelijk van de invalshoek en van de 5 golflengte. Ook kan de fasestap bij montage nauwkeurig worden afgeregeld (met de geschikte afiegelvoorzieningen).

In de hierboven beschreven spikkelinterferometer 1 met twee beelden (interferentiepatronen) op de camera 2, zijn de twee beelden gespiegeld ten opzichte van elkaar. Indien tijdens een uitlijnprocedure twee niet-gespiegelde beelden met elkaar 10 worden vergeleken, zou de mogelijkheid bestaan, dat geometrische aberraties invloed hebben op de correcte uitlijning. Bij niet gespiegelde beelden kan de uitlijning nog wel correct zijn, maar zullen pixels in de randen als gevolg van symmetrische aberraties (bijvoorbeeld ton- of kussenvormige vervorming) slecht corresponderen, terwijl pixels in het midden goed kunnen zijn uitgelijnd. Door het gebruik van twee gespiegelde 15 beelden treedt dit in veel mindere mate op, waardoor het systeem veel minder gevoelig is voor symmetrische aberraties. De positie van elk van de twee beelden kan worden beïnvloed door het wijzigen van de hoekpositie (in twee richtingen) van de 45°-spiegel 16 of de spiegel 17. Na het instellen van de 45°-spiegel 16 op een juiste hoekpositie kan de spiegel 17 met de hand worden gemanipuleerd totdat het andere beeld ongeveer 20 de juiste positie heeft. Dit kan gecontroleerd worden door de twee beelden van elkaar af te trekken, nadat een van de beelden gespiegeld is. De resulterende uitlijning is niet nauwkeurig en zal niet voor lange tijd gehandhaafd blijven als de onderdelen van de spikkelinterferometer 1 niet uiterst stabiel zijn bevestigd.

De onderhavige uitvinding lost het probleem van correcte uitlijning op door 25 gebruik te maken van een regelinrichting 20, waarvan een voorbeelduitvoeringsvoim in blokschematische weergave is getoond in Fig. 2. De regelinrichting 20 omvat een verwerkingsinrichting 21 (zoals een op een (micro-)processor gebaseerd systeem of andere verweridngsmiddelen) die verbonden is met de opneeminrichting 2 (CCD-camera). Tevens is de verwerkingsinrichting verbonden met een eerste spiegelbesturing 30 23 en een tweede spiegelbesturing 24 voor het besturen van de hoekpositie van respectievelijk de 45°-spiegel 16 en spiegel 17. De spiegelbesturingen 23,24 zijn gebruikelijke mechanische fijninstelelementen (zoals micrometer-aanpaselementen) gecombineerd met elektrisch aangedreven instelelementen met hoge resolutie, zoals 1024070 I 10 I met piëzo-elektrisch of elektrostrictieve elementen, die mechanisch verbonden zijn met I de 45°-spiegel 16 en spiegel 17. Dergelijke spiegelbesturingen verschaffen een I voldoende resolutie voor het instellen van de hoekpositie van de 45°-spiegel 16 en/of I spiegel 17, en kunnen bijvoorbeeld door een computer (verwerkingsinrichting 21) I 5 bestuurd worden. De spiegelbesturingen 23,24 zijn ingericht om de hoekpositie van de I spiegels 16,17 in twee dimensies aan te passen. De spiegels zijn dus roteerbaar met een I hoek a, resp. β zoals aangegeven in Fig. 1 om een as loodrecht op het tekenvlak in Fig.

I 1. Daarnaast zijn de spiegels tevens roteerbaar om een as door de respectieve spiegel 16,17 en het tekenvlak van Fig. 1. Een spiegelbesturing voor een van de spiegels (bij I 10 voorkeur spiegel 17) is, na een initiële uitlijning, voldoende om de uitlijning uit te I voeren.

Ineen eerste variant wordt de uitlijning in een open-lusregeling uitgevoerd.

Hiertoe is de regelinrichting 20 voorzien van een met de verwerkingsinrichting 21 I verbonden weergeefscherm 25 en een met de verwerkingsinrichting 21 verbonden I 15 invoereenheid 26 (zoals een toetsenbord, muis of ander invoermiddel). Door het pixel voor pixel vergelijken van de twee door de camera 2 gedetecteerde deelbeelden, en het I weergeven van een verschilsignaal (bijvoorbeeld een verschilbeeld) op het weergeefscherm 25) kunnen via de invoereenheid 26 de spiegelbesturingen 23,24 worden aangestuurd om een zo klein mogelijk verschil tussen de twee deelbeelden te I 20 verkrijgen. Uiteraard is het ook mogelijke om de (nauwkeurige) spiegelbesturingen 23, 24 met de hand in te stellen.

I In een tweede variant wordt de uitlijning in een gesloten-lusregeling uitgevoerd.

I De verwerkingsinrichting 21 voert daartoe de vergelijking van de twee deelbeelden uit I door een verschilsignaal te berekenen, en de spiegelbesturingen afhankelijk van het 25 verschilsignaal aan te sturen.

Het pixel voor pixel vergelijken van de twee deelbeelden kan op een aantal H verschillende manieren worden geïmplementeerd door de verwerkingsinrichting 21. De meest eenvoudige is het (na het spiegelen van een van de deelbeelden) pixelgewijs aftrekken van de twee deelbeelden.

30 Een andere manier is het door de verwerkingsinrichting 21 berekenen van een H correlatiecoëfEciënt, die aangeeft in hoeverre de twee deelbeelden op elkaar lijken. Als dit wordt toegepast op de twee interferentiebeelden zoals verkregen door de camera 2, I 1024070 11 wordt een indicator verkregen die gebruikt kan worden om de mate van overeenkomst te kwantificeren, alsmede de relatieve positie van de beelden.

De correlatie kan berekend worden voor de volledige deelbeelden, waarbij de correlatie dan berekend wordt voor een reeks posities van de spiegels 16,17 rond hun S startpositie. De spiegels 16,17 (of een van de spiegels 16,17) kunnen door hun respectieve spiegelbesturingen 23,24 tot op sub-pixelniveau nauwkeurig in twee assen ingesteld worden. Op de reeks correlaties kan een kromme gepast worden, en de juiste spiegelpositie wordt gevonden bij de maximale correlatiewaarde van de kromme. Vervolgens stuurt de verwerkmgsinrichting 21 de spiegelbesturingen 23,24 aan om 10 deze juiste spiegelpositie in te nemen. Dit kan als een geheel gesloten besturingslus worden geïmplementeerd in de regelinrichting 20 (automatische uitlijning).

In een verdere uitvoeringsvorm worden niet de gehele deelbeelden gebruikt, maar alleen secties daarvan, zoals de middengedeeltes. Bij vaste positie van de spiegels 16, 17 (niet noodzakelijk de optimaal uitgelijnde toestand) wordt een reeks 1S correlatieberekeningen uitgevoerd van de onderling verschoven secties van de deelbeelden. Voor elke positie (variatie over zowel x- als y-richting) wordt de onderlinge correlatie berekend. Verder kan een kruiscorrelatie worden berekend, geïmplementeerd door bijvoorbeeld een berekening van een reeks correlaties, voor verschillende onderlinge posities van de te correleren beelden, ofwel via technieken in 20 het frequentiedomein, hetgeen leidt tot een twee-dimensionale kraiscorrelatiegrafiek. Elke x-y-positie hierin levert een correlatiewaarde voor een bepaalde onderlinge verschuiving van de twee deelbeelden. Als de deelbeelden correct uitgelijnd zijn, zal de hoogste kruiscorrelatiewaarde optreden in het midden van de x-y-grafiek (0,0). Als de deelbeelden niet correct uitgelijnd zijn, geeft de kruiscorrelatiepiek de verschuiving aan 25 tussen de beelden.

De x-y-grafiek van correlatiewaarden of de ligging van de kruiscorrelatiepi ek kan worden weergegeven op het weergeefschenn 25, bijvoorbeeld in kleurcodering of helderheidscodering. Dit maakt een interactieve instelling van de spiegels 16,17 mogelijk totdat de beste uitlijnpositie is bereikt 30 Dit kan uiteraard ook weer geheel als gesloten-lusregeling worden geïmplementeerd. Op op zich bekende wijzen kan uit de x-y-grafiek van kruiscorrelaties, bijvoorbeeld door interpolatie of andere wiskundige methoden, de hoogste correlatiewaarde gevonden worden met sub-pixelnauwkeurigheid. De 1024070 12 verwerkingsinrichting 21 kan vervolgens, met behulp van vooraf bepaalde (en mogelijk vooraf opgeslagen) verhouding tussen benodigde stuurspanningen voor een bepaalde hoekverplaatsing van elk van de spiegels 16,17 en de uitlijnverschuivingen in x- en y-richting.

S In een nog verdere variant worden niet van alleen het middengedeelte van elk deelbeeld kruiscorrelaties berekend, maar van een veelvoud van deelsecties van elk deelbeeld, waardoor lokale correlatiewaarden en posities van kruiscorrelatiepieken worden verkregen, die het gehele deelbeeld (interferentiepatroon) omspannen. De lokale posities van alle kruiscorrelatiepieken kunnen bijvoorbeeld door interpolatie of 10 andere wiskundige methoden verkregen worden, en wederom worden weergegeven in x-y-grafieken. Een dergelijke x-y-grafiék kan worden weergegeven op het weergeefscherm 25 om de volledige uitlijnkarakteristieken van het gehele beeld te tonen. Door het middelen van de lokale data (piékposities), kunnen verschuivingen in x- en y-richting, die uitlijnverschuivingen representeren, berekend worden en 15 interactief of met een gesloten-lusregeling gecorrigeerd worden.

Dergélijke uitlijnkarakteristieken kunnen tevens gebruikt worden om eventuele I aanwezige rotatiefouten te detecteren. Dergelijke rotatiefouten kunnen veroorzaakt I worden door afwijkingen in de 45°-reflectievlakken in de spikkelinterferometer 1. Uit I de berekende correlatiepieken (sub-pixelnauwkeurighdd door interpolatie) van 20 kruiscorrelaties voor een aantal deelsecties kan de optredende rotatie berekend worden en, interactief of met behulp van een gesloten-lusregeling, gecorrigeerd door het bijstellen van de hoekpositie van de spiegel 17 en de 45°-spiegel 16. Door de 45e- spiegel 16 om de horizontale as te roteren kan een rotatiefout in de rest van het systeem I gecompenseerd worden. Dit heeft als neveneffect een verticale translatie van een van 25 de deelbeelden, die gecorrigeerd kan worden door ook spiegel 17 om zijn horizontale H as te roteren. Eventueel moeten beide bundels weer op de juiste hoogte voor de camera worden geplaatst door de spiegels in het objectbundelgedeelte na te stellen. Het compenseren van rotatiefouten kan met name gebruikt worden na assemblage van de verschillende elementen van de spikkelinterferometer 1, en behoeft in de regel niet 30 meer herhaald te worden.

Met behulp van de besproken uitvoeringsvormen van de uitlijninrichting en - werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is een snelle en efficiënte uitlijning mogelijk van een spikkelinterferometer 1, zonder dat een zwaar en kostbaar I 1024070 13 mechanisch uitlijnsysteem nodig is. Met name voor fasegestapte spikkelinterferometers 1 die twee of meer fasegestapte beelden gelijktijdig registreren, is de onderhavige uitvinding voordelig. De uitlijning volgens de onderhavige uitvinding kan eenvoudig en snel in het veld (buiten het laboratorium) worden toegepast, zowel voor initiële 5 uitlijning als voor periodieke calibratie.

Bij bestaande spikkelinterferometers 1 kunnen met betrekking tot de uitlijning problemen ontstaan door modulatie van de interfererende beelden. De uitlijntechniék berust op de beschikbaarheid van twee deelbeelden die voldoende overeenkomsten -vertonen. Bij elkaar overlappende spikkelpatronen, treedt de beoogde interferentie qp, 10 maar niet op alle posities. Vele posities in een spikkelpatroon zijn donker, en er treedt dan ook geen modulatie op als een lichte spikkel uit het ene patroon samenvalt met een donkere spikkel uit het andere patroon. Dit geldt voor beide optische paden, en de intensiteiten voor pixels waar geen modulatie optreedt zijn dan voor beide optische paden gelijk. Deze pixels zijn bij uitstek geschikt om mee uit te lijnen. Voor andere 15 pixels waar beide spikkelpatronen wel een bepaalde intensiteit hebben, treedt wel modulatie op, en aangezien er een faseverschil (de fasestap) is aangebracht in een van de twee optische paden, is de resulterende intensiteit na interferentie voor deze pixels juist verschillend voor beide paden. Deze pixels zijn dus niet geschikt voor uitlijning (de correlatie tussen beelden met een fasestap van π/2 is nul). In de meeste 20 omstandigheden zijn er voldoende pixels die niet zijn gemoduleerd, zodat er toch uitlijning plaats kan vinden.

Echter, indien een vlakke of sferische referentiebundel wordt gebruikt als een van de twee onderscheidbare bundels zijn alle spikkels gemoduleerd. Voor de uitlijning dient dan de referentiebundel geblokkeerd te worden, zodat de twee deelbeelden 25 (afkomstig van de twee optische paden), in principe aan elkaar gelijk zijn.

Ook in het geval van shearografie waarbij twee spikkelpatronen met elkaar interfereren is het gunstig modulatie te verhinderen, zodat over een zo groot mogelijk aantal bruikbare spikkels kan worden beschikt in de uitlijnprocedure.

Dit kan op verschillende manieren geïmplementeerd worden. Spiegel 11 of 30 spiegel 12 kunnen worden geblokkeerd, waardoor geen interferentie meer optreedt Verder kan de polarisatie van het via de lens 7 binnenkomende licht worden gewijzigd in uitsluitend horizontaal of uitsluitend verticaal, waardoor de spiegel 11 of de spiegel 12 geen licht meer ontvangt. Dit is te realiseren met een (roteerbare) polarisator (niet 1024070 I 14 I getoond) of een combinatie van een vaste polarisator met een roteerbaar λ/2-plaatje.

I Deze elementen kunnen voor of na de lens 7, lens 8 of voor de bundelsplitser 9 worden I geplaatst. Tijdelijke plaatsing (gedurende het uitlijnen) voor lens 7 is operationeel I voordelig en afdoende. Plaatsing voor bundelsplitser 9 is optisch beter wanneer de I 5 betreffende elementen permanent worden aangebracht. In dat geval dient wel een I besturingsinrichting voor de polarisator of het λ/2-plaatje te worden verschaft die de juiste polarisatie instelt Een eenvoudige implementatie wordt gevormd door een I bestuurbaar vertragingselement op basis van vloeibaar kristal, omdat deze geen mechanisch bewegende delen omvat, wat de betrouwbaarheid ten goede komt Als I 10 alternatief kan een optische sluiter op basis van een LCD-element met polarisatoren I worden gebruikt waarmee afhankelijk van een stuurspanning al dan niet licht wordt I doorgelaten. Deze optische sluiter kan geplaatst worden tussen spiegel 11 of 12 en de I bundelsplitser 9. Een verder alternatief wordt geboden door een ruimtelijke I lichtraodulator (Spatial Light Modulator, SLM) te gebruiken, die het extra voordeel I 15 beidt dat de spikkelpatronen verder gemanipuleerd kunnen worden, zodat een aantal I onafhankelijke patronen kan worden verkregen waarmee de signaal/ruisverhouding van I de spikkelinterferometer verbeterd kan worden.

De hierboven beschreven uitvoeringsvormen zijn louter bedoeld als toelichting en niet als beperking van de beschermingsomvang, die door de bijgevoegde conclusies H 20 gedefinieerd wordt. Zo kan bijvoorbeeld de oriëntatie van de delen 4,5, en 6 van de spikkelinterferometer 1 (en dus de onderlinge oriëntatie van object 3 en camera 2) gewijzigd worden.

I 1024070

Claims (20)

1. Werkwijze voor het uitlijnen van een interferometeropstelling, waarbij de interferometeropstelling omvat 5 een objectbundelgedeelte (4) voor het verkrijgen van twee onderscheidbare bundels, waarvan ten minste een eerste onderscheidbare bundel afkomstig is van een te onderzoeken object (3); een bundelsplitsgedeelte (5) voor het splitsen van de twee onderscheidbare bundels over-n optische paden,-waarbij n een-integer getal is en n^; en - -10 een bundelcombineergedeelte (6) dat is ingericht voor het ontvangen van de twee onderscheidbare bundels, het toepassen van een fases tap in het tussen de twee onderscheidbare bundels aanwezige onderlinge faseverschil in n-1 van de n optische paden, en het richten van de door ieder van de n optische paden lopende twee onderscheidbare bundels naar een detectoreenheid, 15 waarbij de detectoreenheid is ingericht voor het detecteren van een interferentiepatroon van de twee onderscheidbare bundels via elk van de n optische paden, en de interferometer uitgelijnd wordt door het instellen van ten minste n-1 van-in het bundelcombineergedeelte aanwezige spiegelende elementen teneinde het interferentiepatroon op de detectoreenheid behorend bij ten minste n-1 van de optische 20 paden te verschuiven, gekenmerkt doordat de ten minste n-1 spiegelende elementen in het bundelcombineergedeelte ingesteld worden afhankelijk van een uit de gedetecteerde interferentiepatronen afgeleid uitlijnsignaal. 25

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het uitlijnsignaal wordt weergegeven op een beeldscherm, en de ten minste n-1 spiegelende elementen interactief worden ingesteld.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de ten minste n-1 spiegelende elementen worden ingesteld met behulp van een van het uitlijnsignaal afgeleid besturingssignaal naar een bijbehorende spiegelbesturing. 1024070 Η I 16

4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het I uitlijnsignaal een verschilsignaal is van beelddata van de bij de n optische paden I behorende interferentiepatronen. I 5

5. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en met 3, waarbij het I uitlijnsignaal wordt verkregen door een correlatie van beelddata van de bij de n I optische paden behorende interferentiepatronen.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarbij het uitlijnsignaal correspondeert met I 10 het maximale correlatiesignaal dat bepaald wordt uit beelddata van een reeks van I interferentiepatronen die door de detectoreenheid worden opgenomen bij verschillende instellingen van de ten minste n-1 spiegelende elementen.

7. Werkwijze volgens conclusie 5 of 6, waarbij het uitlijnsignaal afgeleid wordt I 15 uit een kruiscorrelatie van beelddata, bijvoorbeeld van secties, van de bij de n optische paden behorende interferentiepatronen.

8. Werkwijze volgens conclusie 5 of 6, waarbij het uitlijnsignaal afgeleid wordt uit een kruiscorrelatie van beelddata van een veelvoud van secties van de bij de n 20 optische paden behorende interferentiepatronen.

9. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het uitlijnsignaal representatief is voor een rotatieverschuiving.

10. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij een van de twee onderscheidbare objectbundels geblokkeerd wordt

11. Uitlijninrichting voor het uitlijnen van een interferometeropstelling, waarbij de interferometeropstelling (1) omvat: 30 een objectbundelgedeelte (4) voor het verkrijgen van twee onderscheidbare bundels, waarvan ten minste een eerste onderscheidbare bundel afkomstig is van een te onderzoeken object (3); I 1024070 een bundelsplitsgedeelte (5) voor het splitsen van de twee onderscheidbare bundels over n optische paden, waarbij n een integer getal is en n^; en een bundelcombineergedeelte (6) dat is ingericht voor het ontvangen van de twee onderscheidbare bundels, het toepassen van een fasestap in het tussen de twee 5 onderscheidbare bundels aanwezige onderlinge faseverschil in n-1 van de n optische paden, en het richten van de door ieder van de n optische paden lopende twee onderscheidbare bundels naar een detectoreenheid, waarbij de detectoreenheid een interferentiepatroon detecteert van de twee onderscheidbare bundels via elk van de n optische paden, en de 10 interferometeropstelling uitgelijnd wordt door het instellen van ten minste n-1 van in het bundelcombineergedeelte aanwezige spiegelende elementen teneinde het interferentiepatroon op de detectoreenheid behorend bij ten minste n-1 van de optische paden te verschuiven, met het kenmerk, 15 dat de uitlijninrichting een verwerkingsinrichting (21) omvat die verbonden is met de detectoreenheid en ten minste n-1 spiegelbesturingen (23,24) voor het instellen van de ten minste n-1 spiegelende elementen (16,17) in het bundelcombineergedeelte (6), waarbij de verwerkingsinrichting (21) is ingericht voor het aansturen van de ten minste n-1 spiegelbesturingen (23,24) in afhankelijkheid van een uitlijnsignaal dat verkregen 20 wordt uit de van de detectoreenheid ontvangen interferentiepatronen.

12. Uitlijninrichting volgens conclusie 11, waarbij de spiegelbesturing (23,24) voorzien is van een elektrisch bestuurbare fijnmechanisch instelelement, zoals een piëzo-actuator of een electrostrictief element. 25

13. Uitlijninrichting volgens conclusie 11 of 12, waarbij de verwerkingsinrichting (21) verbonden is met een weergeefscherm (25) en invoermiddelen (26) voor het interactief uitlijnen van de interferometeropstelling.

14. Uitlijninrichting volgens conclusie 11,12 of 13, waarbij de verwerkingsinrichting (21) is ingericht voor het berekenen van verschilwaarden van beelddata van het interferentiepatroon behorend bij elk van de n optische paden. 1024070 Η I 18

15. Uitlijninrichting volgens conclusie 11,12 of 13, waarbij de I verwerkingsinrichting (21) is ingericht voor het berekenen van correlatiewaarden van I beelddala van het interferentiepatroon behorend bij elk van de n optische paden. I 5

16. Uitlijninrichting volgens conclusie 15, waarbij de verwerkingsinrichting (21) I is ingericht om uit een reeks van interferentiepatronen die door de detectoreenheid I worden opgenomen bij verschillende instellingen van de ten minste n-1 spiegelende I elementen (16,17) het uitlijnsignaal te bepalen.

17. Uitlijninrichting volgens conclusie 15 of 16, waarbij de verwerkingsinrichting (21) is ingericht voor het berekenen van kruiscorrelatiewaarden van beelddata van het I interferentiepatroon behorend bij gedeelten van elk van de n optische paden.

18. Uitlijninrichting volgens een van de conclusies 15 of 16, waarbij de I 15 verwerkingsinrichting (21) is ingericht voor het berekenen van kruiscorrelaties van I beelddata, bijvoorbeeld van een veelvoud van secties van de bij de n optische paden I behorende interferentiepatronen.

19. Uitlijninrichting volgens een van de conclusies 11 tot en met 18, waarbij het I 20 uitlijnsignaal representatief is voor een rotatieverschuiving.

20. Uitlijninrichting volgens een van de conclusies 11 tot en met 19, verder H omvattende blokkeenniddelen voor het blokkeren van eau van de twee onderscheidbare I objectbundels. 25 *********** I 1024070