DE69213644T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Analyse einer Lichtwellenfront - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Analyse der Wellenoberfläche oder "Wellenfront" eines Lichtstrahls und insbesondere die Analyse der Fehler der Wellenfront. Solche Fehler ereignen sich im allgemeinen während der Ausbreitung des Strahls in eine anderen Milieu als dem Vakuum.
• Diese Art von Analyse ermöglicht ebenso die Prüfung optischer Elemente wie die Bewertung optischer Geräte. Sie ermöglicht auch die Untersuchung von nicht direkt meßbaren physikalischen Phänomenen wie z.B. den Veränderungen der Lichtbrechzahl in turbulenten Medien, denen man bei der Durchquerung der Erdatmosphäre begegnen kann oder z.B. auch in einem Windkanal.
• Bei der Wellenfrontanalyse gibt es zwei Hauptgruppen von Verfahren: die, welche die Messung einer direkt mit der Phase der Welle verbundenen Größe ermöglichen, und jene, die eine Größe messen, die verbunden ist mit den Gradienten und/oder mit der lokalen Krümmung der Phase von eben dieser Welle.
• Die wichtigsten Geräte der ersten Gruppe haben den Vorteil einer großen Einfachheit bei der Verarbeitung der Messungen, da es nicht nötig ist, ein oder zwei Integrationen an diesen vorzunehmen, um das Profil der Wellenfront zu erhalten. Jedoch sind ihre Dynamik und ihre Empfindlichkeit nicht verstellbar, was ihr Anwendungsgebiet im allgemeinen begrenzt auf das Messen von schwachen Phasenverschiebungen.
• Die zweite Gruppe von Geräten (Gradienten und/oder lokale Krümmungen der Phase) kann unterteilt werden in zwei Untergruppen.
• Die erste Untergruppe arbeitet mit "geometrischen" Systemen. Ein erstes Beispiel ist der HARTMANN-Test (Zverev V.A. et al., "Testing the primary mirror of the Large Azimuthal Telescope by the Hartmann method during its manufacture", Sov. J. Opt. Technol., Bd. 44, Nr. 3, 1977). Das Prinzip besteht darin, in die Analysenebene eine Maske einzuführen, um gut lokalisierte Strahlenbüschel zu definieren. Man untersucht dann deren Abweichung in bezug auf die Idealwege, denen sie hätten folgen müssen, so wie vorgesehen durch die Gesetze der geometrischen Optik. Diese Notwendigkeit einer Maske ist ein Hindernis bei zahlreichen Anwendungen, zum Beispiel bei schwachen Lichtströmen.
• Eine Variante ist der Analysator von Hartmann-Shack (Wyant J.C. et al., "Phase measurements systems for adaptive optics", AGARD Conf. Proc., Nr. 300, 1981). Anstatt einer Maske verwendet dieser Analysator ein Mikrolinsengitter, angeordnet in einer zu der Analysenebene konjugierten Ebene. Die Dynamik dieses Systemtyps ist begrenzt, denn für die starken lokalen Gradienten der Phase der analysierten Welle erfolgt die Fokussierung von jeder Mikrolinse fern von ihrer optischen Achse. Außerdem fehlt dem Gerät Flexibilität beim Einsatz: wenn man seine Empfindlichkeit verändern möchte, muß man jedesmal ein neues Gitter aus Mikrolinsen mit unterschiedlichen Brennweiten herstellen.
• Zu der "geometrischen" Untergruppe gehören noch die auf einem Schattenaufnahmenprinzip basierenden Systeme (Roddier F. et al., "curvature sensing and compensation : a new concept in adaptative optics", Alppl. Opt., Bd. 27, Nr. 7, 1988). Solche Systeme ermöglichen, die lokale Krümmung der Wellenfront zu bestimmen, übertragen aber jeden Meßfehler, wenn man die analysierte Phase rekonstruiert, wobei sie eine räumlich feine Analyse verhindern.
• Die zweite Untergruppe ist die der interferometrischen Systeme. Auf diesem Gebiet kennt man vor allem folgende Ausführungen:
• - Wyant J.C., "Shearing interferometer", US-Patent Nr. 3 829 219, Aug. 1971,
• - ONERA, Fontanella J.C. et al., "Analyse- und Korrekturvorrichtung von Wellenfronten in Echtzeit" französisches Patent Nr. 84 07370, veröffentlicht unter der Nummer 2 564 198,
• - Wang C.P., "Measurement of phase fluctuations in a HF chemical laser beam", J. Appl. Phys., Bd. 50, Nr. 12, 1979.
• Diese Geräte, von denen einige achromatisch funktionieren, weisen in bezug auf die geometrischen Systeme den Nachteil auf, nur eine eindimensionale Analyse des Gradienten der Wellenfront zu ermöglichen. Man braucht daher zwei Geräte, um zwei komplementäre Gradienten-Informationen über die besagte Wellenfront zu erhalten, riskiert aber, daß sich ein Differentialfehler einschleicht.
• Außerdem kennt man aus dem Dokument von K.H.Hofmann und G.Weigelt: "High angular resolution shearing spectroscopy and triple shearing interferometry", Applied Optics, Bd. 25, Nr. 23, S. 4280-4287, ein Verfahren mit dem Zweck, die Phase und den Modul der Fourier-Transformierten eines von einem unbekannten Objekt stammenden Strahls zu bestimmen, indem man sich freimacht von den Aberrationen, denen er auf dem Weg vom Gegenstand zur Analysenebene begegnen kann.
• Ein solches Verfahren ist gedacht zum Rekonstruieren des beobachteten Gegenstands aufgrund einer einzigen interferometrischen Messung, die aus der genauen Überlagerung von drei Wellenfront-Repliken resultiert, die um 180º gegeneinander verdreht wurden. Diese Rotationsmethode wird "Phase closure"- Methode genannt.
• Um dieses Verfahren durchzuführen, braucht es eine Vorrichtung, die ausgerüstet ist mit vier Strahlteilern, drei unterschiedlichen Dioptern zugeordnet, um die drei kolinearen Strahlen zurückzuwerfen.
• Eine solche Vorrichtung ermöglicht sicher die Rekonstruktion eines Gegenstands, jedoch ermöglicht sie keine Punkt-für-Punkt-Analyse einer Wellenfront wegen der überlagerung von Repliken, die Drehungen ausgesetzt waren.
• Erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine simultane Analyse der Gradienten einer Wellenfront entsprechend drei nicht-kolinearen Achsen und eventuell der lokalen Krümmung dieser Wellenfront zu ermöglichen.
• Ein anderer Ziel der Erfindung ist es, eine genaue Messung der Phase der Wellenfront zu ermöglichen, selbst beim Auftreten von starken Variationen von dieser. Noch genauer ausgedrückt handelt es sich vor allem darum, optische Systeme kontrollieren zu können für Punktepaare, die optisch nicht stigmatisch sind.
• Die Erfindung hat ebenfalls den Zweck, eine Vorrichtung von einfachem Aufbau zu liefern, die für ihre Ausführung und Einstellung keine komplexen Untersuchungen erfordert, auch dann nicht, wenn man die wellenlänge der Quelle zu verändern wünscht.
• Die Erfindung hat ebenfalls den Zweck, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu liefern, bei denen die Empfindlichkeit und die Dynamik leicht regulierbar sind.
• Die Erfindung hat auch den Zweck, eine kreuzweise Überprüfung bzw. einen Vergleich der erhaltenen Informationen zu ermöglichen, um den Fehler bei der Messung aufgrund dieser Messung selbst bewerten zu können.
• Die Erfindung bietet zuallererst ein Analyseverfahren der Fehler der Wellenfront eines Lichtstrahls, die bei seiner Ausbreitung auftreten.
• Dieses Verfahren umfaßt nach dem vorher beschriebenen Dokument von K.H.HOFMANN und G.WEIGELT die folgenden Schritte:
• a) ein monochromatischer Lichtstrahl wird eingespeist in ein optisches System, das auf dem Weg des besagten Strahls wenigstens zwei optisch zueinander konjugierte Zonen definiert, die eine Analysenebene genannt, und die andere Teilungsebene genannt,
• b) man sieht im wesentlichen in Höhe der Teilungsebene oder einem Bild von dieser wenigstens drei Hauptdiopter vor, wenigstens teilweise reflektierend, wobei diese drei Diopter, ausgehend von besagtem Strahl, drei Strahlen zurückwerfen, die in einer Beobachtungsebene genannten Zone interferieren, und
• c) man beobachtet und man analysiert das interferometrische Bild, vorhanden in wenigstens einer Beobachtungsebene genannten Zone, angrenzend an eine Bezugsebene, im wesentlichen zusammenfallend mit der Teilungsebene oder zu dieser konjugiert.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß:
• - erstens in Schritt b) die drei Strahlen jeweils durch drei Hauptdiopter in nicht-kolinearen Achsen zurückgestrahlt werden,
• - zweitens in Schritt c) das interferometrische Bild, gebildet durch die drei traversal verschobenen Strahlen, Informationen über die Fehler der analysierten Wellenfront enthält, entsprechend drei Richtungen, und
• - drittens seine Analyse durch Bildverarbeitung umfaßt:
• . eine räumliche Fourier-Transformierte bzw. -Transformation an der gemessenen Lichtstärke,
• . die Trennung, Filtrierung und Rezentrierung von wenigstens den Harmonischen, die verbunden sind mit den Interferenzen zwischen den drei zurückgeworfenen Strahlen, paarweise genommen, und
• . Anwendung einer inversen Fourier-Transformation, getrennt auf jede dieser Harmonischen, was drei Phasenfehlergradientenangaben von der Wellenfront in drei Richtungen liefert, jedesmal verbunden mit denen des Paares aus zwei betroffenen zurückgeworfenen Strahlen.
• Vorzugsweise erhält man die Bilder mit Hilfe einer elektronischen Kamera.
• Es ist ebenfalls vorteilhaft, im Differentialmodus vorzugehen, d.h. durch Vergleichen der beiden erhaltenen interferometrischen Bilder unter verschiedenen Bedingungen bezüglich des Abstands Bezugsebene/Beobachtungsebene oder bezüglich der Störungen, die der zu analysierende Strahl in Höhe der Analysenebene erfährt.
• Unter Störungen versteht man das Vorhandensein eines Musters, in dessen Höhe sich die Analysenebene befindet, oder z.B. auch Indexveränderungen eines kontinuierlichen Mediums.
• Eine besonders interessante Anwendung ist die, bei der das Muster ein Spiegel ist: die monochromatische Strahlung befindet sich dann im IR-Bereich für einen Spiegel, der feingeschliffen wird (Zwischenphase des Polierens, in der der Spiegel noch im sichtbaren Bereich streut) und im sichtbaren Bereich für seine Endkontrolle. Wenn es sich um einen konkaven Spiegel mit großem Öffnungswinkel handelt, kann dieser durch eine monochromatische Strahlenguelle beleuchtet werden, die sich in seinem Krümmungsmittelpunkt befindet, ohne daß man auf optische Organe zur Kompensierung der spärischen Aberration zurückgreifen müßte ("null lens").
• Die Erfindung bietet ebenfalls eine Vorrichtung zur Analyse der Wellenfrontfehler eines Lichtstrahls an, die während seiner Ausbreitung auftreten.
• Diese Vorrichtung umfaßt auf bekannte Weise:
• - ein optisches System, das einen monochromatischen Lichtstrahl empfangen kann und das auf dem Weg dieses Strahls wenigstens zwei Zonen definiert, optisch zueinander konjugiert, die eine Analysenebene genannt und die andere Teilungsebene,
• - ein wenigstens drei Hauptdiopter umfassendes Interferometer, wenigstens teilweise reflektierend, in der Nähe der Teilungsebene oder eines Bilds von dieser befindlich, wobei diese drei Diopter drei Strahlen zurückwerfen, die in einer Beobachtungszone genannten Zone interferieren, und
• - Beobachtungs- und Verarbeitungseinrichtungen des in der Beobachtungsebene gebildeten interferometrischen Bildes.
• Sie ist gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die drei Hauptdiopter im wesentlichen plan sind und fähig, die drei Strahlen entsprechend nicht-kolinearen Achsen zurückzuwerfen, indem ein oder zwei halbtransparente Hilfsdiopter eingesetzt werden.
• Dies ermöglicht den besagten Verarbeitungseinrichtungen, Informationen über die Wellenfrontfehler des zu analysierenden Strahls zu erhalten.
• Halbtransparent bedeutet im vorliegenden Text teilweise transparent, mit einem Reflexionsgrad, der substantiell aber nicht unbedingt gleich 50% beträgt.
• Vorzugsweise sieht man den Hilfsdiopter vor oder hinter der Teilungsebene vor. Dieser Hilfsdiopter kann sich nahe bei der Teilungsebene befinden, wobei in diesem Fall einer oder mehrere der Hauptdiopter in Höhe des Teilungsebenenbilds, das dieser Diopter liefert, angeordnet sein können. Als Variante sind die drei Hauptdiopter im wesentlichen in der Teilungsebene angeordnet.
• In einer ersten Ausführungsart umfaßt das Interferometer einen Teilerwürfel aus transparentem Material, versehen mit einer halbtransparenten diagonalen Ebene. Optisch besitzt ein solcher Würfel vier Nutzflächen, nicht-senkrecht zu seiner halbtransparenten diagonalen Ebene; unter diesen vier Nutzflächen befinden sich zwei auf einer Seite der diagonalen Ebene und zwei auf der anderen Seite. Eine der vier Flächen ist die Eintrittsfläche. Die zu dieser diagonalen Ebene nicht-senkrechte Nutzfläche des Würfels, die sich auf derselben Seite dieser diagonalen Ebene befindet wie die Eintrittsfläche, ist schräg in bezug auf die reine Würfelform. Sie definiert den ersten Hauptdiopter. Die der Eintrittsfläche gegenüberstehende Nutzfläche, die ebenfalls schräg sein kann in bezug auf die reine Würfelform, definiert einen zweiten Hauptdiopter. Der dritte Hauptdiopter befindet sich außerhalb des Würfels in der Nähe von einem der beiden ersten und ist schräg in bezug auf diesen. Er kann definiert werden durch die Vorderseite eines Plättchens, dessen Rückseite mattiert ist. Schließlich ist die vierte Nutzfläche des Würfels die Austrittsfläche.
• Als Variante umfaßt das Interferometer drei im wesentlichen plane, reflektierende, unterschiedlich geneigte Membranen auf der Achse des Strahls, in der Nähe der Teilungsebene. Auch der Hilfsdiopter kann definiert werden durch eine im wesentlichen plane halbtransparente Teilermembran.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der detaillierten nachfolgenden Beschreibung hervor und aus den beigefügten Zeichnungen:
• - die Figur 1 ist das Schema einer Prüfungsanordnung, wobei eine erste Ausführungsart der Erfindung zur Anwendung kommt;
• - die Figur 2 ist eine vergrößerte Teilansicht eines ersten Teils des Schemas der Figur 1;
• - die Figur 3 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsvariante der Vorrichtung der Figur 2 zeigt;
• - die Figur 4 ist ein optisches Grundschema, das dem besseren Verständnis der Funktionsweise der vorgeschlagenen Geräte dient;
• - die Figuren 5A und 5B sind vereinfachte Schemata, die Variationen von die Erfindung veranschaulichenden Interferenzflecken zeigen;
• - die Figur 6 ist ein Diagramm in der Fourierebene, das die Verteilung von Harmonischen zeigt, erhalten in einem Fall von senkrechten Strahlenverschiebungen;
• - die Figuren 6A und 6B sind jeweils ein Schema der Interferenzflecken und ein Diagramm in der Fourierebene im Falle von Strahlenverschiebungen um 120º; und
• - die Figur 7 ist das Schema einer zweiten Ausführungsart der Erfindung, angewandt bei einem Teleskopspiegel, mit außerdem einer optischen Inversion zwischen dem Interferometer und der Analysenebene.
• Die vorliegende Erfindung nimmt geometrische Charakteristika in Anspruch. Folglich sind die beigefügten Zeichnungen als integrierender Bestandteil der Beschreibung zu betrachten. Sie können nicht nur zu deren besserem Verständnis dienen, sondern gegebenenfalls auch zur Definition der Erfindung beitragen.
• Wie schon angegeben, betrifft die Erfindung die Analyse einer "Licht"-Wellenfront. Das ist so zu verstehen
• - daß "Licht" nicht nur das sichtbare Licht einschließt, sondern auch das IR-Licht und das UV-Licht, ja sogar jede elektromagnetische Welle, die sich für eine optische Behandlung eignet;
• - daß ein gegebener Lichtstrahl nicht unbedingt eine konstante Wellenfront hat; in diesem Fall interessiert man sich für die Wellenfront in der sogenannten "Analyse"-Ebene;
• - daß die Wellenfront nur gut definiert ist, wenn die Lichtquelle punktförmig ist.
• Die Erfindung kann bei Lichtquellen mit geringer Ausdehnung angewendet werden.
• Die Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsart der Erfindung in Verbindung mit einer Anwendung zur optischen Prüfung.
• In Figur 1 befindet sich eine monochromatische Lichtquelle S im Brennpunkt einer Kollimator-Linse L0. Die Quelle 5 besitzt eine bestimmte Kohärenzlänge.
• Der von der Linse LO kommende parallele Lichtstrahl trifft auf ein zu prüfendes Muster E. In Figur 1 ist das Muster dargestellt als Plättchen mit parallelen Flächen. Es kann selbstverständlich jedes andere optische System sein oder einfach eine Zone eines gasförmigen oder flüssigen Mediums, z.B. gestört durch eine Strömung. Da es sich um ein optisches System handelt, kann dieses - in einer vorteilhaften Anwendung - ein Spiegel sein, insbesondere ein Teleskopspiegel. Im Falle eines Spiegels sind die Strahlenwege z.B. die der Figur 7.
• Man definiert eine Analysenebene PA in dem Muster E. Ein brennpunktloses System, gebildet z.B. aus zwei Linsen L1 und L2, bewirkt eine Anpassung des Durchmessers des Strahls an den Durchmesser der Eintrittsfläche des nachgeschalteten interferometrischen Systems 1, das mit Spiegelung arbeitet (vorzugsweise durchscheinende bzw. glasartige Reflexion). Diesem brennpunktlosen System ist eine Feldlinse Lc hinzugefügt, die ermöglicht, ein Bild der Analysenebene PA in einer Teilungsebene PC zu erzeugen.
• Die Figur 2 zeigt detaillierter eine erste Ausführungsart des Interferometers I. Es wird gebildet durch einen Teilerwürfel CS in Verbindung mit einem planen Plättchen LL3.
• Der Teilerwürfel CS, hergestellt aus einem für die Wellenlänge der Arbeitswelle durchlässigen Medium, z.B. Siliciumdioxid für den sichtbaren Bereich, wird gebildet von zwei Halbwürfeln gleicher Größe, aneinandergefügt an ihrer Diagonalebene PD1, so daß diese einen halbtransparenten Diopter SE1 bilden. Die Eintrittsfläche FE des Würfels ist eine der Seitenflächen (d.h. nicht-senkrecht zu dieser Diagonalebene). Eine weitere Seitenfläche FL1 ist um einen gewählten Winkel "a" schräg ("tilted") in bezug auf die reine Würfelform. Eine solche schräge Seitenfläche kann durch ein Nach- bzw. Aufpolieren des Würfels nach seinem Zusammenbau hergestellt werden. Diese Fläche FL1 definiert einen ersten teilweise reflektierenden Diopter M1.
• Die andere Seitenfläche FL2, der Eintrittsfläche FE gegenüberstehend, definiert einen zweiten teilweise reflektierenden Diopter M2.
• Außerhalb des Würfels und in unmittelbarer Nähe dieses Diopters M2 definiert die Eintrittsfläche des Plättchens LL3 einen dritten teilweise reflektierenden Diopter M3. Vorzugsweise ist die gegenüberstehende Fläche FLD mattiert und/oder geneigt und/oder anti-reflektierend behandelt, um jede störende Rückkehr von Strahlung zu vermeiden. Allgemeiner ausgedrückt können die Diopter, außer M1, M2, M3, gegen störende Sekundärreflexionen behandelt werden. Jedoch ist diese Vorkehrung nicht nötig, wenn die glasartige Reflexion (d.h. ohne optische Behandlung) des bildenden Materials ausreichend schwach ist.
• Das Plättchen LL3 ist angebracht in einer mechanischen Halterung mit zwei nicht-kolinearen Drehachsen in der Ebene senkrecht zur Achse des einfallenden Strahls (Richtung FI). Diese mechanische Halterung ist fest verbunden mit dem Träger des Würfels CS. Außerdem sorgt man dafür, daß der Diopter M3 sich möglichst nahe beim Diopter M2 befindet, so daß man die Lichtwege der durch die drei Diopter M1, M2, M3 reflektierten Wellen als im wesentlichen gleich betrachten kann.
• Die letzte Fläche FS des Würfels CS ist die Austrittsfläche der Strahlung in der Richtung Z.
• Zurückkehrend zu Figur 1 sieht man, daß die aus der Austrittsfläche FS des Würfels CS nach unten austretende Strahlung auf ein Bildaufnahmesystem oder "Bildgerät" trifft, das eine objektivbildende Linse L3 zum Herstellen eines Bilds der Beobachtungsebene umfassen kann, die um einen bekannten Wert (L) von den drei Dioptern M1, M2 und M3 entfernt ist (wobei M2 und M3 im wesentlichen zusammenfallen). Dieses System PDV kann einfach aus einer klassischen Videokamera bestehen, die auf einen Träger montiert ist, parallelverschiebbar in Z-Richtung.
• Wie man weiter unten sehen wird, führt die empfindliche Fläche des Detektors D eine räumliche Abtastung der Beobachtungsebene durch, auf die die Kamera fokussiert bzw. eingestellt ist. Die Anzahl der Abtastpunkte kann angepaßt werden durch Intervention auf Ebene der Linse L2 und des Objektivs L3. Die Empfindlichkeit ebenso wie die Dynamik des Systems werden optimiert durch Parallelverschiebung der Einheit L3,D.
• Die Kamera PDV liefert elektronische Signale, die repräsentativ sind für das durch ihre Detektionsfläche D wahrgenommene Bild. Diese elektronischen Signale werden an eine Verarbeitungseinheit UT gelegt, vorteilhafterweise verbunden mit einem Bildspeicher (MI).
• Beiläufig sei präzisiert, daß in Figur 1 die Wege der Lichtstrahlen für den Sonderfall dargestellt sind, wo L = 0 ist (Beobachtungsebene vereinigt mit den Ebenen der drei Diopter M1, M2 und M3).
• Eine interessante Variant ist in Figur 3 dargestellt.
• Nach dieser Variante wird der halbtransparente Diopter SEL gebildet durch eine Membran MS, während die drei anderen Diopter durch drei Membranen M1, M2 und M3 gebildet werden, sehr nahe beieinander angeordnet, senkrecht zu der Übertragungsrichtung des durch die Membran MS einfallenden Strahls (abgesehen von den Kipp- bez. Ablenkungswinkeln).
• Die drei Membranen M1, M2 und M3 befinden sich in mechanischen Halterungen, die ihre relative Neigung in nicht- kolinearen Achsen ermöglichen, um zugleich seitliche Ablenkungen und Verschiebungen zwischen den drei Repliken der analysierten einfallenden Welle zu erhalten. Auch hier sind diese Halterungen wieder so angeordnet, daß man die Lichtweglängen zwischen den verschiedenen Reflexionen und der Analysenebene minimiert.
• Die drei Membranen M1, M2 und M3 werden z.B. hergestellt mit Hilfe von Nitrocellulosefilmen für das sichtbare Licht (in Frankreich vor allem bei der Firma MELLES-GRIOT erhältlich), Seite an Seite angebracht im Innern eines Behältnisses mit neutralem Gas (um die Mikrophon-Effekte zu vermeiden), versehen mit einer geeigneten Eintrittsöffnung.
• Außerdem ist es bei den beiden beschriebenen Ausführungsarten nötig, daß der Abstand (ausgedrückt in Strahlenweglängen) zwischen den verschiedenen möglichen Wegen kleiner bleibt als die Kohärenzlänge der verwendeten monochromatischen Quelle.
• Nun wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung mehr im Detail beschrieben. Zu diesem Zweck wird Bezug genommen auf das optische Grundschema der Figur 4.
• In Figur 4 findet man die Lichtquelle 5 und die Kollimator-Linse LO wieder, deren Austrittstrahlung das Muster E durchquert. Eine erste Teilerplatte SE'1 sendet einen Teil der Strahlung in Querrichtung zu einem ersten Reflektor MO. Die sie durchquerende Strahlung trifft auf eine zweite Teilerplatte SE2', die einen Teil durchläßt zu einem zweiten Spiegel Mx und einen anderen Teil auf einen dritten Spiegel My reflektiert. Die durch alle Spiegel reflektierten Strahlungen durchlaufen einen umgekehrten Weg (bis auf eine Winkelverschiebung, wie weiter unten zu sehen).
• Sie erreichen die Rückseite der Platte SE'1, die sie auf eine Beobachtungsebene P1 reflektiert.
• In diesem Schema nimmt man vereinfachend an, daß der Spiegel MO senkrecht zur optischen Achse des Strahls ist, der auf ihn trifft. Die Spiegel Mx und My sind gedreht entsprechend Winkeln a1 und a2, jeweils um Achsen X und Y (wobei die Achsen X und Y zwei Achsen sind, die zueinander und zur Beobachtungsrichtung Z rechtwinklige sind).
• Wie vorhergehend ist der Aufbau so justiert, daß die Lichtweglänge von der Quelle 5 bis zu der Beobachtungsebene P1 im wesentlichen dieselbe ist, unabhängig davon, welchen Weg der Strahl nimmt.
• Dies bedeutet, daß es innerhalb des Musters eine Analysenebene PA gibt; dieser entsprechen drei Teilungsebenen PC0, PCx, und PCy, die "Bilder" voneinander sind mittels der halbtransparenten Plättchen SE'1 und SE'2. Der Begriff "Bild" wird hier verwendet, obwohl es keine Lichtstrahlen gibt, die von einer der drei Teilungsebenen zu einer anderen gehen; die halbtransparenten Platten SE'1 und SE'2 bewirken, daß die drei Ebenen optisch zurückgeführt werden auf dieselbe Stelle, wenn man sich in P1 postiert, oder auch bzw. wieder in Höhe der Quelle S. Der Diopter SE1 hat dieselbe Wirkung im Falle der Figur 2.
• Die beiden Spiegel Mx und My sind gewählten Winkeln entsprechend gedreht. Aufgrund des Abstands zwischen diesen Spiegeln und der Beobachtungsebene P1 (Abstand gemessen längs der Lichtwege und mit L bezeichnet) hat diese Drehung folgende Auswirkungen:
• - die von den drei Spiegeln kommenden Wellen A0, Ax und Ay interferieren in Höhe der Ebene P1;
• - diese Wellen sind unterschiedlich geneigt wegen der leichten Winkeldrehungen der Spiegel Mx und My;
• - diese Wellen sind traversal verschoben um eine ihrem jeweiligen Drehwinkel und der Länge L proportionale Größe.
• Wenn das Muster E fehlerfrei ist (oder fehlt), wird die in der Ebene P1 erhaltene Interferenzfigur (Figur 5A) gebildet durch eine regelmäßiges Netzwerk aus genau gleichen ellipsenförmigen Flecken, die alle parallel zu einer Diagonalen geneigt sind in dem Fall, wo die Drehachsen der Spiegel MX und MY zueinander senkrecht sind.
• Wenn das Muster E einen Phasenfehler auf die Wellenfront induziert, wird die in der Ebene P1 erhaltene Interferenzfigur (Figur 5B) durch Flecken gebildet, die nicht mehr regelmäßig auf dem Netzwerk angeordnet sind und auch nicht mehr genau gleich sind.
• Die Analyse dieser neuen Interferenzfigur ermöglicht die Sichtbarmachung von Wellenfrontgradienten.
• Nun kommt man zurück zu den Ausführungen der Figuren 1 bis 3.
• Auch dort gleicht bei Fehlerfreiheit des Musters E die beobachtete Interferenzfigur der Zeichnung in Figur 5A (wenn die Drehachsen der Spiegel M1 und M3 zueinander senkrecht sind, wobei vorausgesetzt wird, daß der Spiegel M2 nicht gedreht ist).
• Bei Vorhandensein von Fehlern oder Störungen der Wellenfront in Höhe des Musters E erhält man auch eine veränderte Punktestruktur, wie dargestellt in Figur 5B.
• Man muß hier aber der durch die Kamera PDV ausgeführten Einstellung Rechnung tragen.
• Die einfache Beobachtung des durch diese gelieferten Bildes mit dem nackten Auge kann durchgeführt werden, indem man die Einstellung variiert. Genauer: man geht von einer genauen Einstellungen bei den Teilungsebenen PC und PC' aus (gegenseitige Bilder), dann entfernt man sich progressiv davon.
• Bei genauer Einstellung erhält man im Prinzip ein regelmäßiges Netz aus Interferenzellipsen oder -kreisen, ähnlich dem, das bezüglich der Figur 5A zu sehen war (vorbehaltlich eventueller optischer Fehler des Geräts).
• Indem man die Ebenen PC und PC' etwas in Strahlgegenrichtung oder in Strahlrichtung verstellt (beziehungsweise in Strahlrichtung oder in Strahlgegenrichtung auf dem Rückweg der Strahlen), sieht man progressiv Störungen auftreten, die die Fehler der Lichtwellenfront darstellen und die vom Fachmann analysiert werden können.
• Jedoch ist es selbstverständlich vorzuziehen, diese Analyse automatisch durchzuführen, mit Hilfe von geeigneten Verarbeitungseinrichtungen.
• Diese Verarbeitungseinrichtungen bedienen sich komplizierter physikalischer und mathmatischer Verfahren. Es ist einfacher, sie zu beschreiben mit Bezug auf Spiegelschwenkungen in zwei zueinander senkrechten Achsen (Figur 4), obgleich es sich nicht um die bevorzugte Ausführungsart handelt. Nun wird Bezug genommen auf den der vorliegenden Beschreibung beigefügten Formelanhang.
• Die Relationen (I) dieses Anhangs liefern zunächst liefern zunächst die Werte der Lichtamplituden A0, A1 und A2 in Abhängigkeit von Koordinaten x und y, gemessen in der Normalebene der Figur, jeweils für die Spiegel M0, Mx und My. Bei diesen Verhältnissen:
• - bezeichnet i das übliche Symbol der Imaginären;
• - W (x,y) bezeichnet die Phase der Wellenfront in Abhängigkeit von x und von y;
• - a1 und a2 bezeichnen die Drehwinkelwerte als Radien, jeweils um die Achse Y und die Achse X;
• - d1 und d2 bezeichnen die räumlichen Verschiebungen, zurückzuführen auf diese Winkelverschiebungen in Höhe der Beobachtungsebene P1, d.h. nach Durchlaufen der Länge L auf den Rückwegen.
• Die Relationen (II) drücken dieselben Größen wie die Relationen (I) aus, mit:
• - der Vereinfachung, daß a1 = a2 = a und d1 = d2 = d;
• - einer Annäherung erster Ordnung der Phasenfunktion W(x,y), was voraussetzt, daß der Wert von d = d1 = d2 klein ist (gegenüber dem Wert des zu detektierenden Gradienten).
• Die Gleichung der Wellenfront in der Beobachtungsebene P1, AP1(x,y) ist dann gegeben durch die Relation (III), wo die Begriffe dieselben sind wie für die für die Relationen (II).
• Diese Relation (III) definiert die Amplitude der Welle. Aber die Lichtdetektoren sind quadratisch, d.h. daß sie eine Stärke messen und nicht eine komplexe Amplitude. Diese Stärke IP1(x,y) ist gleich dem Produkt der Größe der Relation (III) mal seiner komplexen Konjugierten, ausgedrückt in den Relationen (IV).
• Ihre Fourier-Transformierte TF(IP1) wird dann durch die Relation (V) geliefert, wo die Koordinaten u und v den Koordinaten x und y des realen Raums entsprechen.
• In den Relationen (V) definiert die Größe 3.Delta(u,v) eine Grundschwingung. Die sechs anderen Größen definieren sechs Harmonische (die sich zu drei Paaren mit je zwei Harmonischen vereinigen lassen). Das Symbol "*" bezeichnet ein Konvolutionsprodukt. Delta() ist die sogenannte Dirac-Distribution.
• Schließlich bestimmen die Relationen (VI) diese Harmonischen, eine nach der anderen, indem sie sie bezeichnen, um q(1) bis q(6) zu vereinfachen.
• Die Figur 6 zeigt diese Harmonischen in der Fourierebene.
• Zusammenfassend hat der Anmelder festgestellt, daß aufgrund der Drehungen, denen der Grundstrahl in Höhe der drei Hauptdiopter ausgesetzt ist, die Fourier-Transformation der Lichtstärken, gemessen in Höhe der Beobachtungsebene P1, gebildet wird durch dreimal zwei Harmonische, wobei jedes dieser Harmonischenpaare verbunden ist mit der Interferenz von zwei der drei Wellen. Die zentrale Frequenz ist ihrerseits verbunden mit der Kontur des Beobachtungsfensters in der Analysenebene.
• Jede der sechs Harmonischen wird filtriert, um sie von den anderen zu isolieren bzw. zu trennen. Der Fachmann weiß, daß die beiden Harmonischen von ein und demselben Paar (symetrisch in bezug auf die Grundschwingung) dieselben Informationen tragen. Es genügt folglich, drei filtrierte Harmonische in Betracht zu ziehen, die anschließend unabhängig voneinander verarbeitet werden.
• Jede dieser filtrierten Harmonischen unterzieht man einer bezüglich ihres Mittelpunkts inversen Fourier- Transformation, was die dieser Harmonischen entsprechende Gradienteninformation liefert. Der Mittelpunkt der Harmonischen kann vorher festgelegt werden mittels des Neigungswinkels der beiden Diopter, die seine Ursache sind. Man kann auch eine Norm wählen (Modul der komplexen Amplitude, Quadrat dieses Moduls, Maximum der komplexen Amplitude) und dieser Norm entsprechend als Mittelpunkt den Schwerpunkt der Harmonischen nehmen. Jedoch ermöglicht eine Differentialverarbeitung (s. weiter unten), sich freizumachen von eine solchen Ungenauigkeit.
• In anderen Worten repräsentiert jede Harmonische in der Fourierebene für die Gesamtheit der gesuchten Fehler die Amplitude bzw. Größe dieses Fehlers in einer bestimmten Richtung des realen Raums, d.h. die Gradientenkomponente in dieser Richtung. Indem man die Harmonische isoliert und die inverse Fourier-Transformation durchführt, findet man also die gesuchte Grandientenkomponente.
• Eine weitere Bemerkung ist anzufügen. Bei Prüfung der Figur 6 fand der Anmelder, daß die so erhaltenen Harmonischen eine unregelmäßige "Bepflasterung" der komplexen Ebene realisieren. Dies beruht auf der Tatsache, daß die beiden Drehwinkel der beiden zum Kippen vorgesehenen Diopter angenommenerweise um zueinander senkrechte Achsen herum definiert werden.
• Es wird gegenwärtig als höchst wünschenswert betrachtet, die Drehungen an den drei Dioptern auszuführen und um drei Achsen mit 120º.
• Bei der Ausführungsart der Figur 2 können diese Drehachsen folgendermaßen hergestellt werden: man nimmt an, daß die drei Diopter M1, M2 und M3 optisch an derselben Stelle zusammengeführt werden, zum Beispiel in M2. Man bezeichnet mit M1* (nicht dargestellt) die "Bild"-Ebene von M1 in Höhe von M2. Man bezeichnet mit M3* (nicht dargestellt), die Ebene von M3, leicht verschoben, um in Höhe von M2 zu kommen. Die Ebenen M1* und M2 (einer realtiven Schrägstellung unterworfen, abhängig von M1) schneiden sich entsprechend einer ersten Achse. Die Überschneidungen der Ebenen M1*, und M3* einerseits und M2 und M3* andrerseits definieren zwei weitere Achsen, Kosekanten mit der ersten Achse. Das Plättchen LL3, beweglich nach zwei Richtungen, kann die Lage einnehmen, die diesen drei Achsen ermöglicht, regelmäßig um 120º in der Ebene von M2 verteilt zu sein.
• In bezug auf die Figur 3 genügt es, eine geeignete Anordnung der drei reflektierenden Membranen M1, M2 und M3 zu verwirklichen.
• In diesem Fall sind sie Flecken, die man beobachtet, in Figur 6A dargestellt. Die Figur 6B zeigt die Lage der drei entsprechenden Harmonischenpaare in der komplexen Ebene. Der Fachmann versteht, daß diese 120º-Anordnung die beste Verteilung in der Fourierebene darstellt. In diesem Fall nähern sich die Interferenzflecken der Kreisform.
• Das Vorausgehende betrifft die beiden Ausführungsarten der Erfindung (Interferometer der Figuren 2 und 3).
• Im Falle der Figur 2 durchlaufen die an dem schrägen Diopter M1 reflektierten Lichtstrahlen zunächst das Innere des Würfels CS und treten dann aus diesem aus. Beim Durchgang durch die Austrittsfläche FS werden sie gebrochen. Der Neigungswinkel 'a' der Fläche M1 des Würfels muß also in Abhängigkeit von der Brechzahl n des den Würfel bildenden Materials nach der folgenden Formel korrigiert werden:
• a' = 2.n.a
• und a' ist der für den Neigungswinkel des an dem Diopter M1 reflektierten Lichtstrahls gewählte Wert, beim Austritt aus der Fläche FS des Würfels.
• Außerdem, wenn das analysierte Bild der den Spiegeln M1, M2 und M3 zugeordneten Bezugsebene P0 entspricht, ist die Lageverschiebung d der Gleichungen (I) bis (IV) null. Unter diesen Bedingungen ermöglicht die Erfindung, die eventuellen optischen Fehler zu bestimmen, die eingeführt werden können durch die Spiegel M1, M2 und M3 selbst. Anders ausgedrückt ermöglicht diese erste Bilderfassung, die relativen Fehler zwischen den drei Wellenfronten zu kalibrieren und somit ihre Auswirkung auf die Messung des interessierenden Phasenfehlers zu beseitigen.
• Je nach Verschiebung der Kamera in der Z-Achse (wobei sie sich von der Ebene P0 entfernt), erhöht sich der Wert des Parameters d. Dies erhöht gleichzeitig die Empfindlichkeit gegenüber Fehlern der untersuchten Wellenfront; die nutzbare Dynamik hingegen nimmt ab.
• Wenn die Parallelverschiebung der Kamera eine solche Länge erreicht, daß die Interferenzflecken sich überdecken oder auch schlecht abgetastet werden durch die Pixel des Detektors, wird die Messung schwierig, ja sogar unmöglich.
• Anordnungen wie z.B. die der Figur 2 setzen voraus, daß einer der Diopter axial leicht verschoben ist. Da klein, kann diese Verschiebung bei der Verarbeitung vernachlässigt werden. Wenn nötig, kann der Fachmann Korrekturfaktoren in die oben angeführten Relationen einführen unter Berücksichtigung der gewünschten Genauigkeit.
• Bisher interessiert sich die Beschreibung für die Herausstellung der Phasengradienten der Wellenfront. Zu diesem Zweck betrachtet man die erhaltenen Interferenzbilder einzeln.
• Eine vorteilhafte Variante ermöglicht nicht nur den Zugang zu diesen Gradienten sondern auch zu den lokalen Krümmungen der Wellenfront.
• Dies setzt die simultane Betrachtung von wenigstens zwei Bilder voraus und wird beschrieben mit Bezug auf die Formeln (VII) bis (XIX), zu finden im Anhang zu dieser Beschreibung.
• Die Relation (VII) ist die Intensitätstransfer-Gleichung der Wellenfront. Man findet hier Symbole von Teilabgeleiteten wieder sowie das übliche "Nabla"-Symbol des Gradienten und seine Erhöhung ins Quadrat, die den Laplace-Operator symbolisiert. Schließlich bezeichnet k die Wellenzahl, ist I die Lichtstärke (abhängig von x und y) und W die die komplexe Amplitude A betreffende Phase (W ist ebenfalls abhängig von x und y).
• Das erste Glied dieser Relation (VII) stellt die Veränderung dar, die die Stärke 1 erfährt, wenn man sich um dz in Richtung z bewegt (Fortpflanzungsrichtung). Dies entspricht der Entwicklung der Wellenfront von einem ersten Bild zu einem benachbarten zweiten Bild.
• Beim zweiten Glied der Relation (VII) repräsentiert der erste Ausdruck die Wirkung der lokalen Neigung der im ersten Bild gemessenen Wellenfront auf das, was man im zweiten Bild erhalten wird ("prismatischer" Effekt genannt). Der zweite Ausdruck repräsentiert die Auswirkung der im ersten Bild gemessenen lokalen Krümmung der Wellenfront auf das, was man im zweiten Bild erhalten wird ("Linsen"-Effekt genannt).
• Dies wird abgehandelt in dem Artikel "Phase retrieval based on the irradiance transport equation and the Fourier transform method : experiments", Kazuichi ICHIKAWA, Adolf W. LOHMANN and Mitsuo TAKEDA, Applied Optics, Bd. 27, Nr. 16, 15. August 1988.
• Hier bewirkt das Interferieren von unterschiedlich geneigten Strahlen eine mit der Wellenfront verbundene "Intensitätsmodulation". Auf Grund dieser Modulation ermöglicht das Durchlaufen einer Fourier-Transformation (ähnlich der weiter oben beschriebenen), die Gradienten der lokalen Krümmungen zu isolieren.
• Nach der inversen Fourier-Transformation, erhält man für jede Harmonische:
• - die lokale Krümmung in ihrem reellen Teil,
• - eine Komponente des Gradienten in ihrem imaginären Teil.
• Nun wird die Entwicklung der Wellenfront zwischen einer Ebene P0 und einer Ebene PL untersucht. Eine Schwierigkeit taucht auf: man muß eine Amplitude A0 einführen, die die Summe der komplexen Amplituden der drei betrachteten Wellen ist.
• Jedoch hat der Anmelder festgestellt:
• - einerseits, daß diese Größe A0 keine Rolle mehr spielt, sobald man sich nur für die Auswirkungen der oben erwähnten "Modulation" interessiert, d.h. für eine punktweise Veränderung der Intensität "Delta I" zwischen den Ebenen P0 und PL, so wie definiert durch die Relationen (VIII),
• - andererseits, daß die Relation (IX) in der Ebene P0 erfüllt wird, während hier die Relation (IV) angewendet wird, mit Annulierung der Teilabgeleiteten von W in x und y,
• - schließlich andrerseits, daß, wenn die analysierte Wellenfront plan ist, ihre Intensität sich global erhält zwischen den Ebenen P0 und P1.
• Unter diesen Bedingungen wird der Ausdruck der Intensitätsveränderung zwischen den Ebenen P0 und PL geliefert durch die Relation (X), wo:
• - WO die die komplexe Amplitude A0 betreffende Phase bezeichnet (die Summe der komplexen Amplituden der drei betrachteten Wellen),
• - W die zu analysierende Phase bezeichnet, und
• - WP0 die Bezugsphase in der Ebene P0 bezeichnet.
• Unter Berücksichtigung der Formeln (I) bis (IV), führt der Ausdruck (V) zu der Relation (XI), die die gesuchte Intensitätsveränderung Delta I expliziert.
• Der Fachmann weiß, daß es sich hier wieder (wie für die Relation (IV)) um einen Ausdruck handelt, dessen Fourier-Transformierte eine Grundschwingung und sechs Harmonische enthält (oder auch drei Harmonischenpaare).
• Man führt dann dieselben Operationen aus wie vorhergehend, d.h. eine Filtrierung der Harmonischen, eine Rezentrierung jeder filtrierten Harmonischen, dann eine inverse Fourier-Transformation.
• Wie ausgedrückt in den Relationen (XII), ist der reelle Teil jedesmal der Laplace-Operator der Phasenfunktion W der Wellenfront (multipliziert mit drei im Falle der Grundschwingung). Der imaginäre Teil entspricht den Gradienten in x und in y derselben Funktion W sowie der Differenz zwischen diesen beiden Gradienten.
• Dieselben Bemerkungen wie weiter oben sind anzufügen; einerseits sind Winkel mit 120º vorzuziehen; andrerseits kann man die Abweichung von einem der Diopter vernachlässigen oder sie korrigieren.
• Indem man also derart die Messung in zwei unterschiedlichen Ebenen entsprechend der Z-Achse ausführt, ist es möglich, nicht nur die Gradienten zu finden, sondern auch die lokalen Krümmungen der Wellenfront. Man erhält also doppelt so viele Informationen. Und für ein und dieselbe Anzahl Meßpunkte ist es möglich, durch eine geeignete Verarbeitung eine doppelt so hohe Anzahl Phasenpunkte zu rekonstruieren.
• Bei dem, was vorausgeht, wird eine der beiden Messungen in der Ebene P0 durchgeführt, die den Vorteil aufweist, daß die Messung über die Zeit konstant ist, da sie nicht abhängt von der Wellenfront selbst, sondern nur von den Fehlern der Spiegel M1, M2, M3. Dies ist wahr, selbst dann, wenn der untersuchte Vorgang wandlungsfähig ist (ausgenommen eventuelle Probleme mit optischem Schimmern bzw. Flimmern). Diese Messung in der Ebene P0 kann ein für allemal in den Speicher geschrieben werden. Und man macht dann einen Unterschied mit jeder anschließend in der Ebene PL durchgeführten Messung, in Abhängigkeit von der Entwicklung des betrachteten optischen Systems.
• Den oben erwähnten Problemen mit dem Schimmern bzw. Flimmern kann übrigens ebenfalls Rechnung getragen werden, wenn man einen zweiten Detektor entsprechend der Z-Achse anbringt, aber in der Richtung, die der der Kamera entgegengesetzt ist, d.h. in Richtung Rückseite des Spiegels M1. In diesem Fall kann der Spiegel M1 total reflektierend sein.
• Es ist jedoch eher in Betracht zu ziehen, diese beiden Messungen in zwei Ebenen durchzuführen, die unterschiedliche Abstände L von der Ebene P0 aufweisen, und dann jedesmal eine Differentialverarbeitung der beiden Messungen durchzuführen, wie oben angegeben.
• Der Fachmann wird verstehen, daß das hier beschriebene System zugleich leicht herzustellen und leicht an unterschiedliche Konfigurationen anzupassen ist. Es ist nämlich aus einfachen Elementen zusammengesetzt, ebenso auf optischer wie auf mechanischer Ebene. Es ist folglich keine spezielle technische Entwicklung erforderlich, im Gegensatz zu den Systemen, die auf Beugungsgittern oder Mikrolinsengittern oder Masken basieren.
• Diese leichte Herstellbarkeit und diese Vielseitigkeit sind besonders interessant was die Wellenfrontanalyse im Infrarotbereich betrifft. Wenn man die optische Prüfung eines Spiegels durchführt, ist eine erste Prüfung in der "Polier"-Phase wünschenswert. In diesem Stadium streut der Spiegel zu sehr, um eine Analyse seiner Oberfläche im Bereich der sichtbaren Stahlen zu erlauben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dann mit einer Lichtquelle im IR-Bereich verwendet werden. Selbstverständlich müssen der Teilerwürfel und das Plättchen LL3 aus einem Medium hergestellt werden, das transparent ist für die betreffenden IR- Wellenlängen.
• Die Endphase der Prüfung des Spiegels kann im sichtbaren Bereich erfolgen, wie üblich.
• Eine weitere Besonderheit der Erfindung ist, daß die vorgeschlagene Vorrichtung eine Dynamik und eine Empfindlichkeit aufweist, die durch einfache Verschiebung der Kamera nach Belieben regulierbar sind. Dies bietet einen beträchtlichen Vorteil in bezug auf Einrichtungen wie z.B. die "Hartmann-Shack-Detektoren", bei denen z.B. eine Veränderung der Empfindlichkeit die Herstellung eines neuen Mikrolinsengitters voraussetzt.
• In anderen Worten ermöglicht das erfindungsgemäße System die Untersuchung von Phänomenen, deren Bedeutung man im vorhinein nicht kennt oder deren Bedeutung sich im Laufe der Arbeit entwickelt. Dies ist vor allem der Fall bei den Anwendungen, mit deren Hilfe optische Oberflächen hergestellt werden.
• Wenn man jetzt das hier vorgeschlagene System mit den anderen Interferometertypen mit seitlicher Verschiebung vergleicht, wird der wesentliche Vorteil deutlich: diese letzteren führen für einen Detektor nur eine Gradientenmessung in einer Richtung durch. Die Kenntnis von zwei gekreuzten Gradienten würde die Teilung des Analysestrahls erforderlich machen, um die Installation eines zweiten Detektors zu ermöglichen.
• Erfindungsgemäß sind jedoch die drei Gradienten und eventuell die lokale Krümmung auf Grund einer einzigen Messung verfügbar. Dies ist sehr vorteilhaft, inbesondere auf der Ebene der Korrekturmöglichkeiten der Messung
• Die erfindungsgemäße einzige Messung liefert tatsächlich die Kenntnis eines dritten Gradienten (drei Meßrichtungen sind verfügbar). Die Verfügbarkeit dieser drei Gradienten ermöglicht die Bewertung des Fehlers bei der Messung auf Grund dieser Messung selbst (denn die Summe der drei Gradienten ist prinzipiell null). Es ist also besonders vorteilhaft, dem Rechnung zu tragen, wenn man versucht, die Wellenfront zu rekonstruieren durch Integration oder Doppelintegration, jeweils aufgrund der Werte der Gradienten oder der Krümmungen, welche die erfindungsgemäße einzige (kohärente) Messung liefert.
• Es sei auch daran erinnert, daß die vorgeschlagene Vorrichtung eine genaue Messung der Phase ermöglicht. Diese Messung kann selbst in Präsenz von starken lokalen Phasenveränderungen durchgeführt werden, insbesondere mit Hilfe der Ausführungsart der Figur 3.
• Dies macht die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders interessant, wenn es darum geht, optische Systeme zu prüfen, wo man Punktepaare in Betracht zieht (Quellenpunkt, Analysenpunkt), die weit entfernt sind vom optischen Stigmatismus. Dies ist insbesondere der Fall bei den Teleskopspiegeln, die Quasi- Parabolspiegel mit großer Öffnung sind. In einem solchen Fall ist es praktisch unmöglich, Messungen zwischen zwei Punkten durchzuführen, die optisch stigmatisch sind in bezug auf den Spiegel. Die gegenwärtige Praxis besteht darin, die Messungen durchzuführen zwischen dem Krümmungsmittelpunkt des Spiegels und ihm selbst. Das was man gegenwärtig macht, ist also, einen Kompensator spärischer Aberration ("null lens") vorzusehen. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann direkt und ohne eine derartige Kompensation arbeiten, wie man weiter unten sehen wird.
• Bei einer besonderen Ausführungsart der Erfindung, den Fall der Figur 2 betreffend, wurde ein Teilerwürfel aus Siliciumdioxid mit 40 mm Seitenlänge verwendet und ein Siliciumdioxidplättchen mit 60 mm Durchmesser bei ungefähr 10 mm Dicke. Die Rückseite des Plättchens wurde mattiert, um jede störende Reflexion zu vermeiden. Eine der Flächen des Würfels war Gegenstand einer Nachpolitur, um zwischen die von den beiden Nutzflächen des Würfels kommenden Wellen den gewünschten Winkel einzuführen. Die beiden Flächen, jeweils auf die Quelle beziehungsweise die Kamera ausgerichtet, wurden mit einer Anti- Reflexions-Abscheidung des Typs ANTIVEX der Firma M.T.O. (MASSY, FRANCE) behandelt, um jedes Störstreifensystem zu vermeiden. Die Neigung des Plättchens LL3 wurde geprüft mittels einer mechanischen Halterung (Societe MICROCONTROLE, EVRY, FRANCE), die zwei Drehachsen besitzt, welche eine Ebene definieren, die sich hinter der Nutzfläche befindet, um diese so eng wie möglich der Fläche M2 des Würfels anzunähern. Für eine gute Stabilität der Anordnung Plättchen-Würfel ist es wünschenswert, daß diese Halterung fest verbunden ist mit der Halterung des Würfels.
• Die Analysenebene wird beobachtet mittels einer Kamera des CCD-Typs, ausgestattet mit einem Zoom von 50-100 mm Brennweite geöffnet mit ungefähr F/2, und ausgestattet mit einer regulierbaren Fokussierung bzw. Einstellung. Dies ermöglicht, die Vergrößerung zu wechseln und somit die Abtastung der beobachteten Interferenzflecken anzupassen an die Größe der detektierenden Pixel der Kamera.
• Praktisch werden das optische Kollimator-Eingangssystem und die Kamera an zwei zueinander senkrechten Schienen angebracht, an deren Kreuzung sich die mechanisch starre Anordnung befindet (Würfel, Plättchen). Der Kollimator ermöglicht, einen parallelen Lichtstrahl von ungefähr 60 mm Durchmesser zu erhalten. Das brennpunktlose System (L1, L2) wird in der Anordnung angebracht, um diesen Durchmesser des parallelen Lichtstrahls anzupassen an die Eintrittspupille der Kamera, was einer Vergrößerung von ungefähr einem Drittel entspricht.
• Die dem brennpunktlosen System hinzugefügte Linse LC ermöglicht, ein Bild der Analysenpupille auf den Nutzflächen des Würfels und des Plättchens zu erzeugen, d.h. die Spiegelflächen M1, M2 und M3.
• Der Fachmann kann mittels Informatik die weiter oben definierten Verarbeitungen ausführen, wobei darauf hingewiesen wird, daß die einzelnen Schritte dieser Verarbeitungen beschrieben werden:
• - für die Gradienten in dem Artikel "New optical testing methods developed at the University of Hawaii: results on ground-based telescopes and Hubble Space Telescope", RODDIER et al., Proceedings of SPIE, Bd. 1531, San Diego, 22-23 Juli 1991;
• - für die Krümmungen in dem schon zitierten Artikel von ISHIKAWA et al..
• Man wendet eine diskrete Fourier-Transformation an, vorzugsweise des Typs schnelle Fourier-Fransformation.
• Bei der vorangehenden Ausführungsart sind die Spiegel vorzugsweise nicht total reflektierend und die hintere Fläche des Plättchens LL3 ist mattiert. Eine Variante besteht hier darin, diese hintere Fläche des Plättchens LL3 um einen ausreichend großen Winkel zu kippen, um zu vermeiden, daß der Rückstrahl auf dem Detektor endet, oder auch mittels einer Anti-Reflexions- Abscheidung für die benutzte Wellenlänge zu behandeln.
• Nun wird eine andere interessante Variante der Erfindung beschrieben. Sie betrifft den Fall von sehr starken Phasenveränderungen in bezug auf die ideale Wellenfront, die im Prinzip die plane Wellenfront ist.
• In einem derartigen Fall kann die Öffnung des Kameraobjektivs zu klein sein, um zu ermöglichen, alle von der Analysenebene aufgefangenen Lichtstrahlen zu sammeln.
• Die vorgeschlagene Variante besteht darin, eine Zerstreuplatte einzuführen, die diese Ebene materiell werden läßt und ermöglicht, die Interferenzfigur auf ihrer Höhe ganz zu analysieren. (Dies verringert natürlich die Lichtausbeute bzw. Leuchtleistung). Diese Platte wird aus einem Material hergestellt, das an die Länge der Arbeitswelle angepaßt ist. Sie ist mattiert und angebracht in einer mit der Kamera fest verbundenen verschiebbaren Halterung.
• Diese Art Anordnung weist den Vorteil auf, die Möglichkeit zu bewahren, die Dynamik und die Empfindlichkeit des Geräts einfach zu justieren durch Verschieben der Einheit Kamera und Diffusor. Hingegen ist es nicht mehr möglich, die optische Beobachtungsebene der Kamera in Höhe der Ebene auszurichten, wo die Entdreifachung der Welle stattfindet, d.h. der drei optisch konjugierten Ebenen der Spiegel M1, M2 und M3.
• Nun wird eine weitere Variante beschrieben. Zu diesem Zweck wird Bezug genommen auf die Figur 7.
• Die betreffende Anwendung ist die Prüfung der optischen Qualität eines Teleskopspiegels MT. Unabhängig davon zeigt die Figur 7 eine interessante Variante der Erfindung, bei der man die Positionen der Analysenebene und der Teilungsebene vertauscht. Tatsächlich beginnt man in Figur 7 mit einer Quelle 5, deren Licht gebündelt wird durch eine Linse L0, um dieses Licht direkt auf den Teilerwürfel CS zu werfen. Es ist also das Licht der Quelle, das durch diesen Würfel CS in drei nicht-kolineare Strahlen umgewandelt wird, d.h. paarweise leicht gegeneinander geneigt (wobei der zulässige Neigungsgrad abhängt von der Größe der Zone, in der die drei Strahlen interferieren sollen. Das so erhaltene Licht wird übernommen von einer Linse L2, um den Teleskopspiegel MT zu beleuchten.
• Die durch den Teleskopspiegel MT zurückgeworfenen Strahlungen treffen auf das halbtransparente Plättchen (hier eine folienartige Membran (membrane pelliculaire) Mp), um auf eine Austrittslinse L3 geworfen zu werden, die ein Bild in der Bezugsebene P0 erzeugt. Die Beobachtungsebene ist eine Ebene PL nahe P0. Der Rest der Beobachtungsvorrichtung der Figur 1 ist hier schematisiert durch die Linse L4 und den Sensor CCD.
• Diese Variante zeigt ebenfalls, daß das Wort "plan" erfindungsgemäß auch eine leicht gekrümmte Oberfläche mit einbeziehen kann, wie es die Oberfläche eines Teleskopspiegels sein kann.
• Der Punkt, wo die Achse des Strahls, der den Spiegel MT beleuchtet, das Plättchen bzw. den Hilfsdiopter Mp schneidet, ist der Krümmungsmittelpunkt CC des Teleskopspiegels (Kalotte oder Paraboloid) MT. Hier erscheint ein weiterer äußerst wichtiger Vorteil der Erfindung: bei einem Parabolspiegel sind die einzigen Punkte, die zueinander konjugiert und optisch stigmatisiert sind, der Brennpunkt der Parabel und das Unendliche; selbstverständlich ist es faktisch unmöglich, den Spiegel zwischen diesen beiden Punkten zu prüfen. In der Praxis geht man daher so vor, daß man mit dem Krümmungsmittelpunkt des Spiegels CC und diesem selbst arbeitet; jedoch, wenn auch der Krümmungsmittelpunkt einer Parabel (der Mittelpunkt des Kreises, der sich der betreffenden Parabelsektion annähert) selbst gut konjugiert ist in bezug auf das Parabelsegment, so ist er doch nicht optisch stigmatisch zu sich selbst. Aufgrund dieser Tatsache erfordern die bisher angewendeten Techniken das Anbringen der schon erwähnten "null lens".
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den wesentlichen Vorteil, daß sie funktionieren kann ohne irgendeine der Vorrichtungen des Typs "null lens", die Korrektoren der Kugelaberration sind, die zurückzuführen ist auf die Tatsache, daß der Krümmungsmittelpunkt CC optisch nicht zu sich selbst stigmatisch ist.
• Die oben beschriebene Anordnung kann so betrachtet werden, als würde die Beleuchtung des Teleskopspiegels erzeugt durch drei Punktquellen in Phase.
• Die Tatsache, den Teilerwürfel CS und das den Hilfsdiopter M3 definierende Plättchen anzuordnen im Licht der Quelle, nicht modifiziert, weist hier den Vorteil auf, daß der Würfel mit parallelen Strahlen arbeitet, folglich ohne Aberration einzuführen. Es verhielte sich anders, wenn er in den vom Teleskopspiegel MT zurückkehrenden (nichtparallelen) Strahlen angeordnet wäre.
• Die Linse L2 hat mehrere Aufgaben:
• - Fokussieren der von den drei Dioptern M1, M2, M3 kommenden Strahlen auf den Krümmungsmittelpunkt CC des Spiegels MT;
• - Konjugieren der drei Diopter M1, M2, M3 zu dem Teleskopspiegel MT;
• - Beleuchten dieses Spiegels MT mit der entsprechenden WinkelÖffnung.
• Die Linse L3 hat zunächst die Wirkung, den eintreffenden Strahl parallel zu machen (bis auf die durch MT eingeführten Aberrationen). Sie ermöglicht außerdem, die Diopter M1, M2, M3 und die Bezugsebene P0 optisch zu konjugieren.
• Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die beschriebenen Ausführungsarten Beispielsweise wird sie nicht nur im infraroten und sichtbaren Bereich angewendet, sondern auch im ultravioletten, und sogar bei elektromagnetischen Wellen anderer Frequenzen, z.B. Röntgenstrahlen.
• Außerdem gibt es zwischen der Beobachtung mit dem nackten Auge und der vorgeschlagenen kompletten Verarbeitung andere Arten anwendbarer Verarbeitung.
• Eine von diesen arbeitet nur im realen Raum:
• - man muß über eine Bezugsmessung verfügen (ohne den zu analysierenden Fehler) und über eine "Arbeits"-Messung;
• - man bestimmt die Verschiebung der homologen Interferenzflecken, indem man die Arbeitsmessung mit der Bezugsmessung vergleicht. Dies ergibt eine "Karte" der lokalen Gradienten.
• Die Bezugsmessung kann entweder eine Messung in derselben Beobachtungsebene wie bei der Arbeitsmessung sein, aber ohne das (den) analysierte(n) Muster (Fehler). Es kann auch eine Messung sein, wo man genau in der Bezugsebene beobachtet, während die Arbeitsmessung versetzt ist.
• Außerdem, so wie beschrieben, ist die Erfindung sinnvoll mit drei Strahlen. Für gewisse Anwendungen könnte in Betracht gezogen werden, nur zwei zu benutzen. Dies wäre z.B. der Fall, wenn man über andere Informationen von den Gradienten verfügen würde.
Formelanhang (1)
• (I) A0(x,y) = exp (i.W(x,y))
• A1(x,y) = exp (i.(W(x+d1,y) + a1.x))
• A2(x,y) = exp (i.(w(x,y+d2) + a2.y))
• d1 = a1 . L
• d2 = a2 . L
• (II) A0(x,y) = exp (i.W(x,y))
• A1(x,y) = exp (i.(W(x,y) + d.∂w/∂x + a.x))
• A2(x,y) = exp (i.(W(x,y) + d.∂w/∂y + a.y))
• d1 = d2 = d
• a1 = a2 = a
• (III) AP1(x,y) = exp (i.W(x,y)) .
• [ 1 + exp (i.(d.∂w/∂x + a.x)) + exp (i.(d.∂w/∂y + a.y))]
• (IV) IP1(x,y) = AP1(x,y) . AP1*(x,y)
• IP1(x,y) = 3 + exp (-i.(d.∂W/∂x + a.x))
• + exp (-i.(d.∂w/∂y + a.y))
• + exp (+i.(d.∂w/∂x + a.x))
• + exp (+i.(d.∂w/∂y + a.y))
• + exp (-i.(d.(∂w/∂x-∂w/∂y) + a.(x-y)))
• + exp (+i.(d.(∂W/∂x-∂w/∂y) + a.(x-y)))
• + (V) TF(IP1) = 3.δ(u,v) + δ(u-a,v) * TF( exp(+i.d.∂W/∂x))
• + δ(u+a,v) * TF(-i.d.∂W/∂x))
• + δ(u,v-a) * TF( exp(+i.d.∂W/∂y))
• + δ(u,v+a) * TF( exp(-i.d.∂W/∂y))
• + δ(u-a,v+a) * TF( exp(+i.d.(∂W/∂y-∂W/∂x)))
• + δ(u+a,v-a) * TF( exp(-i.d.(∂W/∂y-∂W/∂x)))
• * = convolution
• (VI) harmonique q(1): exp(+i.d.∂W/∂x)
• harmonique q(2): exp(-i.d.∂W/∂x)
• harmonique q(3): exp(+i.d.∂W/∂y)
• harmonique q(4): exp(-i.d.∂W/∂y)
• harmonique q(5): exp(+i.d. (∂w/∂x-∂W/∂y))
• harmonique q(6): exp(-i.d. (∂w/∂x-∂w/∂y))
Formelanhang (2)
• (VII) - k. ∂I/∂z = I . W + I . ²W
• (VIII) ΔI = IpL - Ip&sub0; = -L/k . ( Ip&sub0; . WP&sub0; + Ip&sub0; . ²Wpo )
• d = a. L
• (IX) Ip&sub0; . W0 + Ip&sub0; . ²W0 = 0
• (X) ΔI = -L/k . ( Ip&sub0; . W. + Ip&sub0; . ²W)
• (XI) (-k/L).ΔI = exp (-i.a.x) ( ²W - i.a.∂W/∂x)
• exp (+i.a.x) . ( ²W + i.a.∂W/∂x)
• exp (-i.a.y) . ( ²W - i.a.∂W/∂y)
• exp (+i.a.y) . ( ²W + i.a.∂W/∂y)
• exp (-i.a.(x-y)) . ( ²W - i.a.(∂w/∂x-∂w/∂y))
• exp (+i.a.(x-y)) . ( ²W + i.a.(∂w/∂x-∂w/∂y))
• + 3. ²W
• (XII) Reell Imaginär
• harmonique q(1): ²W +a.∂W/∂x
• harmonique q(2): ²W -a.∂W/∂x
• harmonique q(3): ²W +a.∂W/∂y
• harmonique q(4): ²W -a.∂W/∂y
• harmonique q(5): ²W +a. (∂W/∂x-∂W/∂y)
• harmonique q(6): ²W -a.(∂W/∂x-∂W/∂y)
• fondamental: 3. ²W 0

Claims (18)

1. Verfahren zur Analyse der Fehler der Wellenfront eines Lichtstrahls, die während seiner Ausbreitung auftreten, folgende Schritte umfassend:

a) ein monochromatischer Lichtstrahl (FI) wird eingespeist in ein optisches System, das auf der Bahn des besagten Strahls wenigstens zwei optisch zueinander konjugierte Zonen definiert, die eine Analysenebene (PA) genannt und die andere Teilungsebene (PP) genannt,

b) man sieht vor, im wesentlichen in Höhe Teilungsebene (PP) oder eines Bilds von dieser (PC,PC'), wenigstens drei Hauptdiopter bzw. -grenzflächen (M1,M2,M3), wenigstens teilweise reflektierend, wobei diese drei Diopter, ausgehend von besagtem Strahl, drei Strahlen zurückwerfen, die in einer Beobachtungsebene genannten Zone interferieren, und

c) man beobachtet und man analysiert das interferometrische Bild, vorhanden in wenigstens einer Beobachtungsebene genannten Zone, angrenzend an eine Bezugsebene, im wesentlichen zusammenfallend mit der Teilungsebene (PP) oder zu dieser konjugiert (P0),

dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) die drei Strahlen jeweils durch drei Hauptdiopter entsprechend nicht-kolinearen Achsen zurückgestrahlt werden,

daß in Schritt c) das interferometrische Bild, gebildet durch die drei traversal verschobenen Strahlen, Informationen über die Fehler der analysierten Wellenfront enthält, entsprechend drei Richtungen, und

daß seine Analyse durch Bildverarbeitung umfaßt:

- eine räumliche Fourier-Transformierte bzw. -Transformation an der gemessenen Lichtstärke,

- die Trennung, Filtrierung und Rezentrierung wenigstens gewisser Harmonischer, verbunden mit den Interferenzen zwischen den drei zurückgeworfenen Strahlen, paarweise genommen, und

- Anwendung einer Fourier-Rücktransformierten bzw. inversen Fourier-Transformation, getrennt bzw. einzeln auf jede dieser Harmonischen, was drei Phasenfehlergradientenangaben von der Wellenfront in drei Richtungen liefert, jedesmal verbunden mit denen des Paars aus zwei betroffenen zurückgeworfenen Strahlen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Operationen b) und c) mit Hilfe von wenigstens einem halbtransparenten Hilfsdiopter (SE1; MS) ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsdiopter (SE1) sich nahe bei der Teilungsebene befindet und daß wenigstens einer (M1) der Hauptdiopter in Höhe des Bildes (PC') der Teilungsebene (PC) angeordnet ist, das dieser Hilfsdiopter liefert.

4. Verfahren nach einem der Anprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Hauptdiopter (M1,M2,M3) in der Teilungsebene angeordnet sind.

5. Verfahren nach einem der Anprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Operation c) außerdem den Vergleich von zwei interferometrischen Bildern umfaßt, erhalten, bei unterschiedlichen Bedingungen bezüglich des Abstands Bezugsebene/Beobachtungsebene oder der von dem zu analysierenden Strahl erlittenen Störungen, in Höhe der Analysenebene.

6. Verfahren nach einem der Anprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zu analysierende Strahl eine Abtaststelle durchläuft, in deren Höhe sich die Analysenebene (PA) befindet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster ein Spiegel (MT) ist, wobei die monochromatische Strahlung sich im Laufe des Polierens im infraroten Bereich befindet und für seine Endkontrolle im sichtbaren Bereich.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster ein konkaver Spiegel mit großer Öffnung ist (MT), wie z.B. ein Teleskopspiegel, beleuchtet mit einer monochromatischen Strahlungsquelle, die zu seinem Krümmungsmittelpunkt optisch konjugiert ist.

9. Verfahren zur Analyse der Fehler der Wellenfront eines Lichtstrahls, die während seiner Ausbreitung auftreten, umfassend:

- ein optisches System für das Empfangen eines monochromatischen Lichtstrahls (FI), das auf der Bahn des besagten Strahls wenigstens zwei optisch zueinander konjugierte Zonen definiert, die eine Analysenebene (PA) genannt und die andere Teilungsebene (PP) genannt,

- ein Interferometer, umfassend wenigstens drei Hauptdiopter bzw. -grenzflächen (M1,M2,M3), wenigstens teilweise reflektierend, nahe bei der Teilungsebene oder eines Bilds von dieser befindlich, wobei diese drei Diopter drei Strahlen zurückwerfen, die in einer Beobachtungsebene genannten Zone interferieren, und

- Einrichtungen zur Beobachtung (PDV) und Verarbeitung des in der Beobachtungsebene gebildeten interferometrischen Bilds,

dadurch gekennzeichnet, daß die drei Hauptdiopter im wesentlichen plan sind und fähig, drei Strahlen entsprechend nicht-kolinearen Achsen zurückzustrahlen, indem sie einen einzigen oder zwei halbtransparente Hilfsdiopter (SE1; MS; SE'1, SE'2) benutzen,

was den besagten Verarbeitungseinrichtungen ermöglicht, Informationen über die Fehler der Wellenfronten des zu analysierenden Strahls zu erhalten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß besagter bzw. jeder Hilfsdiopter (SE1; SE'1; SE'2) ein Bild der Teilungsebene definiert, wobei wenigstens einer der drei Hauptdiopter in Höhe dieses Bilds angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferometer umfaßt:

- einen Teilerwürfel (CS) aus transparentem Material, versehen mit einer halbtransparenten diagonalen Ebene (PD1) mit einer ersten Fläche, die Eintrittsfläche (FE) bildend, einer zweiten Fläche (FL1), nicht-senkrecht zur diagonalen Ebene und auf der gleichen Seite dieser diagonalen Ebene befindlich wie die Eintrittsfläche, wobei diese zweite Fläche geneigt bzw. schräg ist in bezug auf die reine Würfelform, eine dritte Fläche (FL2), eventuell auch sie schräg, der Eintrittsfläche gegenüberstehend, wobei die zweite und die dritte Fläche zwei der Hauptdiopter definieren, und

- der dritte Hauptdiopter (M3) innerhalb des Würfels in der Nähe von einem der beiden ersten vorgesehen ist, und schräg ist in bezug auf diesen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Hauptdiopter (M3) definiert wird durch die vordere Fläche eines Plättchens (LL3), dessen hintere Fläche eine Antiretoureinrichtung bzw. -behandlung für Licht umfaßt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferometer in der Nähe der Teilungsebene drei unterschiedlich geneigte, reflektierende Membranen (M1,M2,M3) auf der Achse des Strahls umfaßt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungseinrichtungen Aufnahme- bzw. Abtasteinrichtungen (PDV) enthalten und Einrichtungen (UT) zur Durchführung einer Bildverarbeitung, umfassend:

- eine räumliche Fourier-Transformierte bzw. -Transformation an der gemessenen Lichtstärke,

- die Trennung, Filtrierung und Rezentrierung wenigstens gewisser Harmonischer, verbunden mit den Interferenzen zwischen den drei zurückgeworfenen Strahlen, paarweise, und

- Anwendung einer inversen Fourier-Transformation, getrennt bzw. einzeln auf jede dieser Harmonischen, was drei Phasenfehlergradientenangaben von der Wellenfront in drei Richtungen liefert, jedesmal verbunden mit denen des Paares aus zwei betroffenen zurückgeworfenen Strahlen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtungen (UT) einen Bildspeicher umfassen und fähig sind, besagte Bildverarbeitung durchzuführen auf Grund der Differenz zwischen den Lichtstärken, gemessen in zwei interferometrischen Bildern, erhalten bei unterschiedlichen Bedingungen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man die beiden interferometrischen Bilder für zwei unterschiedliche Stellungen der Beobachungsebene erhält, besagte Verarbeitung drei Phasenfehlergradientenangaben der Wellenfront in drei Richtungen liefert, jedesmal verbunden mit denen des Paars aus zwei betroffenen zurückgeworfenen Strahlen, und Angaben der lokalen Krümmung des Phasenfehlers.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl eine Muster-bzw. Abtaststelle durchläuft, in deren Höhe sich die Analysenebene befindet.

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 und 17, zusammengefaßt, dadurch gekennzeichnet, daß man die beiden interferometrischen Bilder mit und ohne Muster erhält, für ein und dieselbe Stellung der Beobachtungsebene, wobei besagte Behandlung drei Phasenfehlergradientenangaben der Analysenebene liefert, in drei Richtungen, jedesmal verbunden mit denen des Paars aus zwei betroffenen zurückgeworfenen Strahlen.