DE19513233C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Phasen und Phasendifferenzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Phasen und Phasendifferenzen von Strahlung, insbesondere von Licht­ strahlung und Infrarot-Strahlung, die von einem Objekt diffus reflektiert, transmittiert sowie glatt reflektiert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Die DE 41 24 223 A1 offenbart ein Verfahren zur Auswertung von Interferogrammen und ein Interferometer, wobei der Einfluß von kohärentem Rauschen bei gleichzeitig hohem Phasenkontrast reduziert ist. Es werden mehrere Phasenkarten aus Interferogrammen berechnet, die mit kohärentem Licht aufgenommen sind. Zwischen der Aufnahme der Interferogramme werden die Prüflingswelle und die Welle des kohärenten Rauschens gegeneinander in der Kameraebene verschoben. Durch anschließende Mittlung der Phasenkarten wird der Einfluß des kohärenten Rauschens unterdrückt.

Die DE 28 11 288 C2 offenbart ein Verfahren zum optischen Prüfen einer Fläche, bei dem unabhängig voneinander zwei Fleckenmuster als Beleuchtungsmuster auf einem lichtempfindlichen Schirm mit Hilfe von Licht zweier verschiedener Wellenlängen erzeugt werden, wobei diese Beleuchtungsmuster in jeweils der gleichen Weise erzeugt werden. Jedes der zwei Beleuchtungsmuster entsteht dadurch, daß der Schirm mit Licht bestrahlt wird, da es mit Hilfe einer kohärenten Lichtquelle erzeugt wird und sich aus einem ersten und einem zweiten Strahl, dem Objektstrahl und dem Referenzstrahl, zusammensetzt, welche interferieren. Bei jedem Beleuchtungsmuster wird der erste Strahl durch Licht gebildet, das durch die Fläche gestreut und auf dem Schirm abgebildet wird, so daß auf dem Schirm ein jeweiliges in ein elektrisches Videosignal umsetzbares Videobild der zugehörigen Intensitätsverteilung entsteht. Weiterhin werden die beiden Videobilder der zwei Beleuchtungsmuster der beiden Wellenlängen miteinander zu einem gemeinsamen elektrischen Signal weiterverarbeitet. Das gemeinsame elektrische Signal wird jeweils durch Bildung der Summe der Intensitätswerte gewonnen. Die enthaltenen Gleichspannungskomponenten dieses gemeinsamen Signals werden beseitigt.

Die Bestimmung von Phasen und Phasendifferenzen ist Grundlage der in der optischen Meßtechnik verwendeten Verfahren, wie holo­ graphische Interferometrie, Interferometrie, Speckle-Meßverfah­ ren, Shearographie, Streifenprojektionsverfahren, Moiré-Verfah­ ren und dergleichen. Dabei werden die Phasenbeziehungen in Form von Streifenmustern dargestellt, die sich entweder aus der Ver­ knüpfung von in zwei Zuständen aufgenommenen Bildern ergeben oder die direkt durch die Überlagerung zweier Wellenfronten entstehen.

Für die automatische Auswertung der entstehenden Bilder hat sich als besonders leistungsfähig das sogenannte Phasenshift-Verfah­ ren bewährt, das von den Streifenbildern ausgeht und diese Streifenbilder in einer Art manipuliert, die eine punktweise mathematische Analyse durch einen Rechner erlaubt. Hierzu wird die an einem beliebigen Punkt eines aufgenommenen Bildes zu messende Intensität durch folgende Gleichung beschrieben:

I = a(x)(1 + m(x)cosϕ)

wobei I die Lichtintensität in dem betreffenden Zustand des Objekts, a die Hintergrundhelligkeit, m der Kontrast und ϕ die Phasenlage in dem betreffenden Zustand bedeutet. Zur Berechnung der interessierenden Meßgröße, die Phase ϕ, wird beim Phasen­ shift-Verfahren eine bekannte Zusatzphase θ eingeführt:

I = a(x)(1 + m(x)cos(ϕ + θ))

Nimmt man ein dreimaliges Verschieben dieser Zusatzphase θ und jeweils eine Bestimmung der Intensität I vor, ergibt sich ein Gleichungssystem mit 3 Unbekannten, aus dem die gesuchte Phase ϕ berechnet werden kann.

Offenbart ist dieses Phasenshift-Verfahren zur Ausbildung von Linienbildern aller Art beispielsweise in der DE-OS 37 23 555. Die hier beschriebene Vorgehensweise entspricht der klassischen Entwicklung der interferometrischen Meßtechnik, bei der zunächst die Phasenbeziehung zwischen zwei Lichtstrahlen durch die o. a. Gleichung beschrieben wird, und der holographischen Interferome­ trie, bei der ebenfalls direkt Interferenzstreifen entstehen, die analog weiter verrechnet werden. Als nachteilig ist dabei anzusehen, daß die Notwendigkeit besteht, für jeden Objektzu­ stand mindestens drei phasenverschobene Bilder aufzunehmen, daraus jeweils die Phase zu berechnen und anschließend durch Subtraktion die Veränderung des Objektes zwischen zwei Zuständen zu bestimmen. Dieses Vorgehen gestaltet das Verfahren recht zeitaufwendig. Hinzu kommt, daß die Bilder in jedem Zustand nacheinander eingelesen werden, was voraussetzt, daß sich das Objekt während dieser Einlesezeit in Ruhe befindet. Außerdem muß auch der Meßaufbau für die Dauer des zeitaufwendigen Bildauf­ nehmens und Auswertens in Ruhe sein. Das Phasenshift-Verfahren ist daher nur für langsam ablaufende Vorgänge einsetzbar und außerordentlich störungsanfällig durch Einflüsse aus der Umge­ bung.

Ein anderes Verfahren zur Durchführung des Phasenschiebeverfah­ rens ist in der EP 0 419 936 B1 offenbart. Hierzu wird das Ob­ jekt in mindestens zwei Zuständen mit kohärenter oder teilkohä­ renter Strahlung einer vorbestimmten Frequenz bestrahlt, und in jedem von mindestens zwei veränderten Zuständen wird die reflek­ tierte bzw. durchlaufene Strahlung von einer Abbildungsoptik in eine Bildebene abgebildet, in der sich ein Sensor mit einer Vielzahl von vorzugsweise regelmäßig angeordneten Sensorelemen­ ten bzw. -pixeln befindet. Auf diesem Sensor wird eine Referenz­ strahlung mit einer bestimmten vorzugsweise gleichen Frequenz mit definierter Phasenlage überlagert, und aus den Intensitäts­ signalen der Sensorelemente bzw. -pixel wird die Phasendifferenz der Strahlung von dem Objekt bzw. durch das Objekt zwischen den beiden Zuständen bestimmt. Dabei werden zur Bestimmung der Phase ebenfalls nach obigen Gleichungen drei oder mehr benachbarte Sensorelemente eines bildaufnehmenden Sensors zusammengefaßt, um pro Zustand nur mit einer Aufnahme des Bildes auszukommen und auch bewegte Vorgänge untersuchen zu können. Bei der Untersu­ chung optisch rauher Oberflächen werden dazu die Speckles so vergrößert, daß sie jeweils mindestens drei Sensorelemente über­ decken.

Als Nachteil ist dabei jedoch anzusehen, daß durch die Zusammen­ fassung dreier Sensorelemente eine Reduzierung der Ortsauflösung auf ein Drittel gegenüber dem zeitlichen Phasenschieben erfolgt. Da aber die Bildauflösung in der Ganzfeldmeßtechnik stets die limitierende Größe ist, ist die praktische Einsetzbarkeit dieses aus der EP 0 419 936 bekannten Verfahrens sehr eingeschränkt. Da weiterhin bei der Aufnahme die Speckles so groß gemacht werden müssen, daß sie mindestens drei Sensorelemente überdecken, und hierzu eine Verkleinerung der Blendenöffnung dient, tritt auch ein erheblicher Lichtverlust auf. Hinzu kommt ferner, daß bei diesem vorbekannten Verfahren für jeden Zustand des Objekts ein Gleichungssystem mit mindestens drei Gleichungen aufgestellt und gelöst werden muß, was zu einem nicht unerheblichen Rechenauf­ wand sowie Speicherbedarf führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung derart weiterzubil­ den, daß bei einer Bildaufnahme pro Objektzustand eine hohe Bildauflösung erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensseitig durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale und vorrichtungsseitig durch die im Patentanspruch 12 genannten Merkmale gelöst. Bevorzugte Merkmale, die das Verfahren bzw. die Vorrichtung günstig weiter­ bilden, sind in den jeweils nachgeordneten Patentansprüchen ge­ nannt.

Erfindungsgemäß wird beispielsweise ein Objekt, das eine diffus reflektierende Oberfläche besitzt, mit kohärenter oder teilkohä­ renter Strahlung beliebiger Polarisationsrichtung bestrahlt, und das reflektierte Licht wird mit einer Abbildungsoptik in eine Bildebene abgebildet, in der sich ein lichtempfindlicher Sensor bzw. eine Mehrchipkamera mit einer Vielzahl von Sensorelementen bzw. -pixel befindet. Bei einem analogen Sensor, wie Röhrenkame­ ra, Diode, entspricht ein Sensorelement der Auflösung. Gleich­ zeitig wird der Sensor mit weiterem Licht, vorzugsweise gleicher Frequenz und definierter Phasenlage, derart beleuchtet, daß ein Interferenzmuster auf dem Sensor entsteht. Objekt- und Referenz­ strahl werden dabei so eingestellt, daß sie ein Interferenzmu­ ster mit vorzugsweise konstanter räumlicher Trägerfrequenz er­ zeugen, wobei die Abbildungsoptik derart ausgebildet und einge­ stellt wird, daß bei Entstehung von Speckles das Bild eines durch die Strahlung erzeugten Speckles in der Bildebene nur zwei Sensorelemente bzw. -pixel überdeckt, und wobei die für jeden Zustand aufgenommenen jeweiligen Intensitätswerte von jeweils nur zwei Sensorelementen bzw. -pixeln für die Phasendifferenzbe­ stimmung wechselseitig bzw. kreuzweise berücksichtigt werden.

Außer der Phasendifferenz können aus mindestens zwei dieser Aufnahmen auch die Phase, der Kontrast und die Hintergrundhel­ ligkeit berechnet werden.

Falls es sich bei dem untersuchten Objekt nicht um einen Körper mit diffus reflektierender Oberfläche handelt, sondern um ein transparentes Medium oder eine spiegelnde Fläche, treten keine Speckles auf. In diesen Fällen wird das Interferenzfeld der vom Objekt kommenden und der Referenzstrahlung ebenfalls nur durch die Verwendung zweier Sensorelemente bzw. -pixel in zwei Zustän­ den bestimmt.

Im Gegensatz zu dem oben diskutierten Phasenshift-Verfahren werden bei dem erfindungsgemäßen vorgeschlagenen Verfahren nicht für jeden Zustand direkt die Phasen ermittelt, sondern die auf­ genommenen Intensitätwerte wechselseitig bzw. kreuzweise kom­ biniert bzw. verrechnet. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, mit zwei Informationen in jedem Zustand auszukommen, um ein lösbares Gleichungssystem aus vier Gleichungen mit insgesamt 4 Unbekannten (a, m, ϕ, Δϕ) zu lösen.

Erfindungsgemäß wird somit ein völlig neuer Weg beschritten, bei dem der herkömmliche, aus der Interferometrie entwickelte Denk­ ansatz, sinusförmige Streifen analysieren zu müssen, verlassen wurde. Um einen Sinusstreifen zu analysieren, werden mindestens drei Stützstellen benötigt. Bei der Erfindung wird jedoch auf die Analyse von Streifen verzichtet, und es werden lediglich die im Bild vorhandenen Informationen direkt zur Bestimmung der Phase und, bei Bedarf, auch anderer Kenngrößen verwendet.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Abbildung des Objekts in den verschiedenen Zuständen gleichzei­ tig auf verschiedenen Bildebenen vorgenommen, wobei Sensorele­ mente bzw. -pixel auf zwei verschiedenen Sensoren bzw. Mehrchip­ kameras verwendet werden. Dabei ist vorgesehen, daß jeweils korrespondierende Sensorelemente bzw. -pixel in zwei oder mehr Bildebenen zur Phasenabbildung verwendet werden oder in jeder Bildebene wellenselektiv registriert wird. Bei der zweiten Al­ ternative können gleichzeitig mehrere Beleuchtungsstrahlen und mehrere korrespondierende Referenzstrahlen unterschiedlicher Frequenzen verwendet werden, wobei die Möglichkeit besteht, mit unterschiedlichen Beleuchtungsstrahlen und Referenzstrahlen unterschiedliche Meßrichtungen aufzuspannen, aus denen die mehr­ dimensionale Phasendifferenz ermittelbar ist.

Vorteilhaft wird erfindungsgemäß gegenüber dem Stand der Technik eine um ein Drittel verbesserte Bildauflösung erzielt, der Bild­ speicherbedarf um ein Drittel reduziert, der Rechenaufwand ver­ ringert und die Rechengeschwindigkeit somit erhöht. Hinzu kommt, daß das optische System wesentlich einfacher eingestellt werden kann, und daß eine etwa um den Faktor 3 erhöhte Lichtausbeute erzielt wird.

Die auf nur ca. zwei Sensorelemente bzw. -pixel vorgesehene Abbildung eines Speckles kann nach einer bevorzugten Ausgestal­ tung der Erfindung auch auf verschiedene Bereiche eines einzigen Sensors bzw. einer einzigen Mehrchipkamera vorgenommen werden.

Weiterhin kann die Referenzstrahlung aus der Objektstrahlung nach dem Shearing-Verfahren oder durch zweifache gleichzeitige Beleuchtung des Objektes mit kohärentem und teilkohärentem Licht erzeugt werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß mehre­ re Referenzstrahlungen mit gleicher oder unterschiedlicher Pha­ senlage überlagert werden.

Von Vorteil ist ferner, wenn in dem abbildenden Strahlengang eine Zwischenabbildung erzeugt wird, um vorteilhaft unterschied­ liche Objektive (Wechselobjektive und Zoomobjektive) verwenden zu können.

Die Sensorelemente sind vorzugsweise entlang paralleler Linien ausgerichtet. Alternativ kann auch eine Mehrchipkamera verwendet werden, bei der die Phasenlage zwischen den beiden Kamerachips definiert ist, wobei dann die korrespondierenden Pixel für die Phasendifferenzbestimmung verwendet werden.

Das Referenzlicht wird vorteilhaft durch einen Lichtwellenlei­ ter, ein optisches Gitter, einen Strahlteiler oder dergleichen auf den Sensor bzw. die Mehrchipkamera gelenkt. Andererseits kann die Referenzstrahlung aber auch, wie bereits erwähnt, aus dem vom Objekt reflektierten Licht gewonnen werden, beispiels­ weise durch Anordnung eines Keils, eines Prismas, eines Kipp­ spiegels, eines Michelson-Interferometers und dergleichen, wel­ che in, vor oder hinter der Abbildungsoptik angeordnet sind.

Bei der Beleuchtung des Objekts mit zwei Lichtbündeln und die Abbildung des daraus entstehenden Interferenzmusters in der Bildebene, dient als Variante die eine Beleuchtung zusammen als Referenzstrahlung für die andere und umgekehrt.

Gemäß einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die räumliche Trägerfrequenz durch eine optisch wirksame Beeinflussung der Objekt- und/oder Referenzstrahlung definiert, beispielsweise durch Verkippung, Einbringen eines optischen Keils, eines optisch aktiven Mediums mit veränderlicher Brech­ zahl, eines holographisch optischen Elements oder dergleichen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zur Simultanermitt­ lung der Phasendifferenzen in unterschiedlichen Raumrichtungen verwendet werden, indem das Objekt mit zwei oder drei Strahlun­ gen unterschiedlicher Frequenzen beleuchtet wird, das Bild auf zwei oder drei Bildebenen gleichzeitig abgebildet wird und zwei oder drei Referenzstrahlen ebenfalls unterschiedlicher Wellen­ längen, vorzugsweise entsprechend den Beleuchtungswellenlängen, in die drei Bildebenen abgebildet werden. Die Registrierung erfolgt dann vorteilhaft wellenlängenselektiv derart, daß je­ weils korrespondierende Referenzstrahlungen und Objektstrahlun­ gen sich in einer Bildebene überlagern, wobei als Registrie­ rungsmedium vorzugsweise eine Mehrchip-Farbkamera eingesetzt werden kann. Dabei wird die Beleuchtungsanordnung vorzugsweise derart gewählt, daß eine zwei- oder dreidimensionale Erfassung der Phasendifferenzen ermöglicht wird.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beige­ fügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Fließdiagramm zur Erläuterung des Ablaufes bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit räumlichen Phasen­ schieben;

Fig. 2 eine schematisierte Darstellung des Verfahrens;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Sensorelemente eines Sensors;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Verfahrens mit Ab­ bildung in zwei verschiedenen Bildebenen;

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Verfahrens, wobei die Abbildung auf zwei verschiedene Bereiche eines einzigen Sensors erfolgt;

Fig. 6 eine schematisierte Darstellung, die die Gewinnung der Referenzstrahlung aus der Objektstrahlung nach dem Shearing-Verfahren zeigt;

Fig. 7 eine schematische Darstellung, die die Erzeugung der Referenzstrahlung durch zweifache gleichzeitige Be­ leuchtung des Objekts mit kohärentem oder teilkohären­ tem Licht darstellt;

Fig. 8 eine schematische Darstellung des Verfahrens, bei dem mehrere Referenzstrahlungen mit gleicher oder unter­ schiedlicher Phasenlage überlagert werden;

Fig. 9 eine schematische Darstellung des abbildenden Strah­ lengangs mit einer Zwischenabbildung;

Fig. 10 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die räumliche Trägerfrequenz durch Beeinflussung eines zweiten Beleuchtungsstrahls durch Einbringen eines optischen Keils erzeugt wird; und

Fig. 11 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Referenzstrahlung aus der Objektstrahlung nach dem Shearing-Verfahren gewonnen wird, wobei die räumliche Trägerfrequenz durch Ein­ bringen eines optischen Keils in die Referenzstrahlung erzeugt wird.

In Fig. 1 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens grob schematisiert in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt. Danach wird in einem ersten Zustand des Objektes eine Bildaufnahme gemacht bzw. ein einziges Bild eingelesen, der Aufbau verändert bzw. das Objekt belastet, verschoben oder verformt und anschlie­ ßend in dem dann erreichten zweiten Zustand ein weiteres ein­ ziges Bild aufgenommen bzw. eingelesen.

Als nächstes kann eine Entscheidung darüber getroffen werden, ob eine Auswertung der Bilder erfolgen soll oder nicht. Falls nicht, erfolgt entweder ein Abbruch des Verfahrens oder das Verfahren beginnt mit dem Einlesen eines neuen Bildes für einen gegebenenfalls neuen zweiten Zustand des Objekts. Falls anderer­ seits eine Auswertung erfolgen soll, werden die in jedem Zustand aufgenommenen jeweiligen Intensitätswerte der Sensorelemente bzw. -pixel für die Phasendifferenzbestimmung wechselseitig bzw. kreuzweise verarbeitet, um dann die Phasendifferenz zu berechnen und das Ergebnis dann für Darstellungs- und/oder Steuerzwecke weiter zu verarbeiten.

In Fig. 2 ist schematisiert ein einfacher Aufbau zur Durchfüh­ rung des Verfahrens zur Bestimmung von Phasendifferenzen und Strahlung für den Fall eines Objektes 10 mit diffus reflektie­ render Oberfläche gezeigt. Das Objekt 10 wird in mindestens zwei unterschiedlichen Zuständen (Verformung, Verlagerung oder der­ gleichen) mit kohärenter oder teilkohärenter Strahlung 11 einer vorbestimmten Frequenz bestrahlt. In jedem Zustand des Objektes 10 wird eine reflektierte Strahlung 12 von einer Abbildungsoptik 13 in eine Bildebene abgebildet, in der sich ein Sensor 15 be­ findet, der gemäß Fig. 3 eine Vielzahl von regelmäßig angeord­ neten Sensorelementen 16 besitzt. Auf dem Sensor 15 wird eine Differenzstrahlung 14 mit einer bestimmten, vorzugsweise kon­ stanten Frequenz mit definierter Phasenlage, die in einem Winkel zu der vom Objekt reflektierten Strahlung 12 verläuft, über­ lagert, wobei Speckles entstehen. Das Bild eines durch die Strahlung erzeugten Speckles 17 wird durch die Abbildungsoptik 13 erfindungsgemäß so eingestellt, daß in der Bildebene zwei Sensorelemente 16 überdeckt werden. Zur Ermittlung der Phasen­ differenz ist es dann nur noch nötig, die für jeden Zustand aus einer Bildaufnahme aufgenommenen jeweiligen Intensitätswerte der Sensorelemente 16 wechselseitig bzw. kreuzweise zu berücksichti­ gen, wozu in nicht dargestellter Weise ein Rechner eingesetzt wird.

Fig. 4 zeigt schematisiert eine teilweise Abwandlung einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung, bei der die durch die Abbildungs­ optik 13 tretende Objektstrahlung 12 mittels eines Doppelprismas 18 in zwei orthogonal zueinander verlaufende Bildebenen 19 und 20 vorgenommen wird.

In Fig. 5 ist schematisiert eine andere Abbildungsvariante dar­ gestellt, bei der die Abbildung auf verschiedene Bereiche eines einzigen Sensors 21 über ein der Abbildungsoptik nachgeordnetes optisches Element 22, z. B. Gitter, Prisma oder dergleichen, vorgenommen wird.

Fig. 6 zeigt die Gewinnung der Referenzstrahlung aus der Objekt­ strahlung 12 nach dem bekannten Shearing-Verfahren als Alterna­ tive zu der Darstellung gemäß Fig. 2, während Fig. 7 die Erzeu­ gung der Referenzstrahlung durch zweifache gleichzeitige Be­ leuchtung des Objekts 10 mit kohärentem oder teilkohärentem Licht 11, 11' veranschaulicht.

Die Überlagerung mehrerer Referenzstrahlungen 14 und 14' als Variante zu Fig. 2 ist in Fig. 8 gezeigt.

In einigen Fällen kann die Erzeugung einer Zwischenabbildung in dem abbildenden Strahlengang 12 günstig sein, um unterschiedli­ che Objektive verwenden zu können. Fig. 9 zeigt schematisiert den Verlauf des abbildenden Strahlengangs von einem Objekt 10' durch zwei modifizierte Abbildungslinsen 13' zu der Abbildungs­ ebene, in der der Sensor 15 angeordnet ist. Eine Zwischenbild­ ebene 23 befindet sich zwischen den Linsen 13' der modifizierten Abbildungsoptik.

In Fig. 10 ist schematisch dargestellt, wie bei der gemäß Fig. 7 bereits erläuterten Erzeugung der Referenzstrahlung durch zweifache gleichzeitige Beleuchtung des Objekts 10 mit kohären­ tem oder teilkohärentem Licht 11, 11' eine definierte Träger­ frequenz durch Beeinflussung des Referenzstrahls 11' durch Ein­ bringen eines optischen Keils 23 erzeugt wird.

Fig. 11 veranschaulicht schematisch die Erzeugung einer defi­ nierten Trägerfrequenz durch Beeinflussung des Referenzstrahls 11 mittels Einbringen eines optischen Keils 23 für das in Fig. 6 bereits gezeigte Shearing-Verfahren.

Claims (17)

1. Verfahren zur Bestimmung von Phasen und Phasendifferenzen von Strahlung, insbesondere von Lichtstrahlung und Infra­ rot-Strahlung, die entweder
von einem Objekt mit diffus reflektierender Oberfläche in mindestens zwei verlagerten oder verformten Zuständen re­ flektiert wird, oder
ein transparentes Objekt in mindestens zwei veränderten Zu­ ständen durchläuft oder
von einer spiegelnden Oberfläche eines Objektes in minde­ stens zwei verlagerten oder verformten Zuständen reflek­ tiert wird,
bestehend aus den folgenden Verfahrensschritten:

• - das Objekt wird in mindestens zwei Zuständen mit kohä­ renter oder teilkohärenter Strahlung einer vorbestimm­ ten Frequenz bestrahlt;
• - in jedem Zustand wird die reflektierte bzw. durchlau­ fende Strahlung von einer Abbildungsoptik in eine Bildebene abgebildet, in der sich ein Sensor mit einer Vielzahl von vorzugsweise regelmäßig angeordneten Sensorelementen bzw. -pixeln befindet;
• - auf dem Sensor wird eine Referenzstrahlung mit einer bestimmten, vorzugsweise gleichen Frequenz mit defi­ nierter Phasenlage überlagert; und
• - aus den Intensitätssignalen der Sensorelemente bzw. -pixel wird die Phasendifferenz der Strahlung von dem Objekt bzw. durch das Objekt zwischen den beiden Zu­ ständen bestimmt,

wobei Objekt- und Referenzstrahl so eingestellt werden, daß sie ein Interferenzmuster mit vorzugsweise konstanter räum­ licher Trägerfrequenz erzeugen,
wobei die Abbildungsoptik derart ausgebildet und einge­ stellt wird, daß bei Entstehung von Speckles das Bild eines durch die Strahlung erzeugten Speckles in der Bildebene nur ca. zwei Sensorelemente bzw. -pixel über­ deckt, und
wobei die für jeden Zustand aufgenommenen jeweiligen Inten­ sitätswerte von jeweils nur ca. zwei Sensorelementen bzw. -pixeln für die Phasendifferenzbestimmung wechselseitig bzw. kreuzweise berücksichtigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Sensorelement bzw. -pixel pro Speckle auf zwei oder mehr verschiedenen Sensoren verwendet wird, wobei jeweils korrespondierende Sensorelemente bzw. -pixel in zwei Bild­ ebenen zur Phasenbildung verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung gleichzeitig auf verschiedene Bildebenen vorge­ nommen wird, und daß in jeder Bildebene wellenlängenselek­ tiv registriert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mehrere Beleuchtungsstrahlen und mehrere kor­ respondierende Referenzstrahlen unterschiedlicher Frequen­ zen verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit unterschiedlichen Beleuchtungsstrahlen und Referenzstrahlen unterschiedliche Meßrichtungen aufgespannt werden, aus denen die mehrdimensionale Phasendifferenz ermittelbar ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung auf verschiedene Bereiche eines einzigen Sensors vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstrahlung aus der Objektstrahlung nach dem Shea­ ring-Verfahren gewonnen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstrahlung durch zweifache gleichzeitige Beleuchtung des Objektes mit kohärentem oder teilkohärentem Licht er­ zeugt wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Trägerfrequenz durch eine optisch wirksame Beeinflussung der Objekt- und/oder Refe­ renzstrahlung definiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Referenzstrahlungen mit gleicher oder unterschied­ licher Phasenlage überlagert werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem abbildenden Strahlengang eine Zwischenabbildung erzeugt wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus
wenigstens einer Strahlungsquelle (11), insbesondere Licht­ quelle, zur Abgabe von kohärenter oder teilkohärenter Strahlung vorbestimmter Frequenz auf ein Objekt (10) mit diffus oder glatt reflektierender oder transmittierender Oberfläche,
wenigstens einer einstellbaren Optik (13) zum Abbilden der von dem Objekt (10) reflektierten bzw. das Objekt (10) durchlaufenden Strahlung (12) in einer zugeordneten Bild­ ebene;
einem in jeder Bildebene angeordneten Sensor (15) mit einer Vielzahl von vorzugsweise regelmäßig angeordneten Sensor­ elementen (16) bzw. -pixeln;
wenigstens einer Referenzstrahlungsquelle zur Überlagerung des oder der Sensoren (15) mit Referenzstrahlung (14) mit zur jeweiligen Beleuchtungsstrahlung (11) vorzugsweise gleichen Frequenzen und definierten Phasenlagen derart, daß durch die jeweiligen Überlagerungen jeweils vorzugsweise konstante räumliche Trägerfrequenzen entstehen;
wobei die Abbildungsoptik (13) so einstellbar ist, daß das Bild (17) eines durch die Strahlung auf das Objekt (10) entstehenden Speckles in der jeweiligen Bildebene nur ca. zwei Sensorelemente (16) bzw. -pixel überdeckt, und aus einem Rechner, durch den aus den jeweiligen Intensitäts­ signalen der beiden Sensorelemente bzw. -pixel wechselsei­ tig bzw. kreuzweise in mindestens zwei Zuständen des Ob­ jekts die Phasendifferenz der Strahlung vom bzw. durch das Objekt bestimmbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente (16) bzw. -pixel jedes Sensors entlang paralleler Linien ausgerichtet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich­ net, daß für das Lenken der Referenzstrahlung (14) auf den Sensor (15) ein optischer Wellenleiter, ein optisches Git­ ter oder ein Strahlteiler vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Referenzstrahlung aus vom Objekt (10) reflek­ tierten oder das Objekt durchlaufenden Lichts durch Anord­ nen eines Keils, eines Prismas, eines gekippten Spiegels oder eines Michelson-Interferometers in, vor oder hinter der Abbildungsoptik (13) gewinnbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstrahlung durch eine zweite Beleuchtung des Objekts (10) mit kohärentem oder teilkohärentem Licht (11') erzeugbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß für eine wellenlängenselektive Regi­ strierung von Abbildungen in einer Bildebene eine Mehrchip- Farbkamera vorgesehen ist.