DE1547403B

DE1547403B - Auswerteverfahren für Interferometer

Info

Publication number: DE1547403B
Authority: DE
Inventors: Fromund Dipl.-Phys. 6330 Wetzlar Hock
Original assignee: Ernst Leitz GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren für Interferometer, das eine bessere fotoelektrische Verarbeitung der anfallenden Signale gestattet.

Es sind Interferometer bekannt, bei denen das Amplituden in beiden Hauptschwingungsrichtungen des Interferometers enthaltende Beleuchtungsstrahlenbündel in mindestens zwei kohärente Teilstrahlenbündel aufgespalten wird, die nach Durchlaufen unterschiedlicher optischer Wege zur Interferenz gebracht werden (deutsche Auslegeschrift 1154 646).

Es ist auch bereits ein Interferometer bekannt (deutsches Patent 1 085 350), bei dem in einem oder in beiden der vom Strahlenteiler getrennten Teilstrahlenbündel Mittel angeordnet sind, die in dem Teilstrahlenbündel für zwei senkrecht aufeinanderstellende Schwingungsrichtungen verschiedene Gangunterschiede erzeugen, so daß in dem Teilstrahlenbündel zwei Strahlen mit verschiedenen Wellenfronten entstehen, von denen jeder mit dem ihm parallel polarisierten Anteil des anderen Teilstrahls nach Vereinigung durch einen Strahlenvereiniger interferiert. Dabei ergeben sich dann zwei Ausgangssignale, die ausgewertet werden können. Nachteilig dabei ist, daß diese Signale einen störenden Gleichlichtpegel-Anteil aufweisen.

Der Erfindung liegt d-e Aufgabe zugrunde, e^:n neues Meßverfahren sowie Anordnungen zu seiner Durchführung zu schaffen, bei denen sich diese störenden Anteile unterdrücken lassen. Dabei wurde von der Erkenntnis ausgegangen, daß sich diese Anteile dann leicht unterdrücken lassen, wenn man zu jedem Meßsignal ein im mittleren Signalpegel proportionales, aber um 180° phasenverschobenes Signal erzeugt. Speist man nämlich die beiden gegenphasigen Signale in einen Differenz- bzw. Gegentaktverstärker ein, der eine entsprechende Gleichtaktunterdrückung besitzt, so liegen als Ausgangssignal(e) nur reine Wechselsignale vor. Die dem Gleichlichtanteil entsprechenden Signalanteile sind unterdrückt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Auswerteverfahren für Interferometer der obengenannten Art, das sich dadurch auszeichnet, daß die Teilstrahlenbündel unterschiedliche, bezüglich der Schwingungsrichtungen des Lichtes anisotrope optische Wege durchlaufen und daß bei der Wiedervereinigung mindestens zwei wiedervereinigte Strahlenbündel abgenommen werden, von denen dann jedes in seine den Hauptschwingungsrichtungen entsprechende Teilstrahlenbündel aufgetrennt wird. Bei einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens können zur Strahlenteilung tind Strahlenwiedervereinigung zwei miteinander verkittete Prismen vorhanden sein. Außerdem kann ein optischer Resonator vorgesehen werden. Als Beleuchtungsquelle kann ein Laser angeordnet werden. Jedem Teilstrahlenbündel kann ein fotoelektrischer Empfänger zugeordnet und zwischen Lichtquelle und Interferometer kann eine für zurücklaufende Strahlung wirksame Strahlenfalle vorhanden sein. Auch kann man zwischen Lichtquelle und Interferometer ein den Lichtfluß stark dämpfendes Bauteil vorsehen.

Ausführungsbeispiele für die Anordnungen zur Durchführung des neuen Verfahrens sind in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einem Teilerprisma zwischen zwei Spiegelanordnungen 6, 7, die einander gegenüberstehen. Die Spiegelanordnung 6 ist, wie durch Pfeile angedeutet, mit dem Objekt beweglich angeordnet. Das Teilerprisma besteht aus zwei verkitteten Prismen 4, 5, die in ihrer Kittfläche mit einer halbdurchlässigen Schicht 8 versehen sind. Die Prismen sind so gestaltet, daß in dem Prisma 5 nur eine, in dem Prisma 4 aber zwei Totalreflexionen stattfinden. Wie ersichtlich, fällt bei der gezeigten Anordnung der Teilerpunkt T mit dem Vereinigungspunkt V nicht zusammen. Die das Teilerprisma nach der Vereinigung verlassenden Strahlenbündel werden über Linsen 9 auf Blenden 10 abgebildet. Den Blenden ist je eine Linse 11 sowie ein polarisierender Teiler 12 nachgeschaltet.

ίο Diesen sind fotoelektrische Empfängerpaare 13,14 und 15, 16 zugeordnet. Die Signale der Empfänger 13 und 14 bzw. 15 und 16 sind gegeneinander um 90° in der Phase verschoben. Außerdem sind die Signale des einen Empfängerpaares zu den Signalen des anderen Empfängerpaares in Gegenphase. Die Beleuchtungseinrichtung besteht aus einer Lampe 1 mit einem Kondensor la, dem eine Blende 2 sowie eine Kollimatorlinse 3 nachgeordnet sind.
Die Lampe erzeugt natürliches oder polarisiertes Licht. Es ist auch möglich, einen Laser als Lichtquelle zu benutzen, dessen Schwingungsrichtung vorzugsweise um 45° gegen die Hauptschwingungsrichtungen des Prismensatzes geneigt ist.

Beim in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel fällt das beleuchtende Licht in einen optischen Resonator ein, der im wesentlichen aus einem teildurchlässigen Spiegel 20, einer zu diesem parallelliegenden doppelbrechenden Platte 21, einer Linse 22 sowie einer Spiegelfläche 23 besteht. Linse 22 und Spiegel 23 sind starr miteinander verbunden. Dieses Gebilde ist längs der optischen Achse verschieblich, seine Wirkung ist kippungsunabhängig. Die den Resonator verlassenden Strahlenbündel werden direkt oder über einen Teiler 24 zwei polarisierenden Teilern 25, 26 zugeführt, denen vier fotoelektrische Empfänger 27 für die gegeneinander um 90° in der Phase verschobenen Signale zugeordnet sind. Die Periodizität der Signale erfolgt mit

einer Verschiebung des Systems 22, 23 um —.

In F i g. 3 ist eine Anordnung gezeigt, bei der das Licht durch eine für das einfallende Strahlenbündel unwirksame Strahlenfalle 30 einfällt. Das Beleuchtungsstrahlenbündel durchläuft einen Teiler 31 und tritt in ein Teilerprisma ein. Dieses ist aus zwei Prismen 32, 33 zusammengekittet, wobei die Kittfläche 34 teildurchlässig ist. Das Prisma 33 weist eine beidseitig verspiegelte Fläche 33' auf. Nach Teilung des Beleuchtungsstrahlenbündels an der Fläche 34 wird das reflektierte Teilstrahlenbündel nochmals reflektiert und trifft auf die Fläche 33' auf. Das die Fläche 34 durchsetzende Strahlenbündel tritt aus dem Prisma aus und wird über einen kippungsunabhängigen Zentralspiegel 36, der dem zu messenden Objekt zugeordnet und längs der Achse des einfallenden Lichtstrahlenbündels verschieblich ist, auf die außen liegende Seite der Spiegelfläche 33' geworfen. Die von den Spiegelflächen reflektierten Strahlenbündel interferieren miteinander. Nach Aufspaltung der interferierenden Bündel an der Teilerfläche 34 werden die Anteile entweder direkt oder über den Teiler 31 zwei polarisierenden Teilern 37 zugeführt, denen je zwei fotoelektrische Empfänger 38 zugeordnet sind. Bei richtiger Einstellung des Spiegels 36 stehen an diesen Empfängern, wie gewünscht, vier um 90° gegeneinander versetzte Signale an, deren

Signalfolge von — periodisch ist.

Natürlich kann an Stelle der simultanen Signalgewinnung mit anderen Empfängern eine solche mit

nacheinanderfolgender Abtastung unter Beaufschlagung einer verringerten Zahl von fotoelektrischen Empfängern erfolgen. Im Extremfall genügt bereits ein einzelner Empfänger.

Auch ist es möglich, das Licht der Beleuchtungsquelle in der Polarisationsrichtung zu modulieren, wodurch die polarisierenden Teiler und die Hälfte der verwendeten fotoelektrischen Empfänger überflüssig werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Auswerteverfahren für Interferometer, bei denen das Amplituden in beiden Hauptschwingungsrichtungen des Interferometers enthaltende Beleuchtungsstrahlenbündel in mindestens zwei kohärente Teilstrahlenbündel aufgespalten wird, die nach Durchlaufen unterschiedlicher optischer Wege zur Interferenz gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrahlenbündel unterschiedliche, bezüglich der Schwingungsrichtungen des Lichtes anisotrope optische Wege durchlaufen und daß bei der Wiedervereinigung mindestens zwei wiedervereinigte Strahlenbündel abgenommen werden, von denen dann jedes in seine den Hauptschwingungsrichtungen entsprechende Teilstrahlenbündel aufgetrennt wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strahlenteilung und Strahlenvereinigung zwei miteinander verkittete Prismen (4, 5; 32, 33) vorhanden sind.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Resonator (20 bis 23) vorhanden ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Beleuchtungsquelle ein Laser vorhanden ist.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Teilstrahlenbündel ein fotoelektrischer Empfänger (13, 14, 15, 16; 27; 38) zugeordnet ist.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilsignale nacheinander mindestens einem fotoelektrischen Empfänger zugeführt werden.

7. Anordnung nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lichtquelle und Interferometer eine für zurücklaufende Strahlung wirksame Strahlenfalle (30) vorhanden ist.

8. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lichtquelle und Interferometer ein stark dämpfendes Bauglied vorhanden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen