DD229208A1

DD229208A1 - INTERFEROMETERS, ESPECIALLY FOR INCREMENTAL CHARACTERIZATION OF CHANGED INTERFERENCE STRUCTURES

Info

Publication number: DD229208A1
Application number: DD26976884A
Authority: DD
Inventors: Hans-Joachim Buechner; Gerd Jaeger; Wilfried Hirschfeld; Georg Ranft
Original assignee: Ilmenau Tech Hochschule
Priority date: 1984-11-22
Filing date: 1984-11-22
Publication date: 1985-10-30
Also published as: DE3540856A1; DE3540856C2; GB8528756D0; FR2573525A1; GB2168476A; DD229208B1; GB2168476B

Abstract

Die Erfindung kann vorzugsweise fuer solche Messaufgaben eingesetzt werden, bei denen waehrend der Messung Aenderungen der abzutastenden Interferenzstruktur auftreten. Diese Eigenschaft der Erfindung ermoeglicht die optisch-beruehrungslose Antastung ebener und beliebig gekruemmter Flaechen sowie beispielsweise den Einsatz in Druckmesskammern, wo durch das zu- und abstroemende Gas Verwirbelungen der Interferenzstruktur verursacht werden. Zwischen dem Interferometerteiler und einem diesem nachgeschalteten Strahlteiler befindet sich eine Blende und der durch die Blende hindurchtretende Strahl wird im Strahlteiler in zwei Teilstrahlen geteilt und jeder dieser Teilstrahlen wird je einem diskreten fotoelektrischen Empfaenger zugeleitet. Weiterhin befindet sich zwischen dem Interferometerteiler und dem Strahlteiler ein erster Strahlspalter und diesem nachgeschaltet ein zweiter Strahlspalter. Der vom ersten Strahlspalter in Richtung des zweiten Strahlspalters abgespaltene Strahl wird im zweiten Strahlspalter in zwei Teilstrahlen geteilt und jeder dieser Teilstrahlen faellt auf eine ihm zugeordnete zeilenfoermige Anordnung aus integrierten fotoelektrischen Abtastelementen.The invention can preferably be used for those measuring tasks in which changes in the interference structure to be scanned occur during the measurement. This property of the invention enables the optically contactless probing of plane and arbitrarily curved surfaces as well as, for example, the use in pressure measuring chambers, where turbulences of the interference structure are caused by the gas to be supplied and stopped. Between the interferometer splitter and a downstream of this beam splitter is a diaphragm and the beam passing through the aperture beam is divided in the beam splitter into two sub-beams and each of these sub-beams is each fed to a discrete photoelectric receiver. Furthermore, located between the interferometer and the beam splitter, a first beam splitter and this downstream, a second beam splitter. The split off from the first beam splitter in the direction of the second beam splitter beam is divided in the second beam splitter into two sub-beams and each of these sub-beams falls on a line-like arrangement of integrated photoelectric sensing elements associated with it.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Interferometer, insbesondere zur inkrementalen Abtastung veränderlicher InterferenzstrukturenInterferometer, in particular for the incremental scanning of variable interference structures

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Interferometer können für die Messung aller derjenigen technisch-physikalischen Größen eingesetzt werden, deren Einfluß eine Änderung des optischen Gangunterschiedes bewirkt. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung darüber hinaus bei solchen Meßaufgaben eingesetzt werden, bei denen durch das Meßobjekt während der Messung Änderungen der Interferenzstruktur verursacht werden. Diese besondere Eigenschaft der Erfindung macht die berührungslose interferometrisch-inkrementale Messung bei auf Ebenheit zu prüfenden Planflächen z. B. Spiegel, Si-Scheiben, ^lattenspeichern möglich, sie erlaubt weiterhin die Antastung ebener Spiegel ohne die Forderung stellen zu müssen, daß diese streng parallel geführt werden müssen, und es ist auch die optisch berührungslose Antastung sphärischer und asphärischer Flächen möglich sowie fernerhin der Einsatz in Druckmeß kammern, wo durch das zu- oder abströmende Gas Verwirbelungen der Interferenzstruktur entstehen.Interferometers can be used for the measurement of all those technical-physical variables whose influence causes a change in the optical path difference. In particular, the present invention can also be used in such measurement tasks, in which caused by the measurement object during the measurement changes in the interference structure. This special feature of the invention makes the non-contact interferometric-incremental measurement in flat surfaces to be tested for flatness z. As mirror, Si-slices, latent storage possible, it also allows the probing flat mirrors without the requirement to make that they must be performed strictly in parallel, and it is also the optically non-contact probing spherical and aspheric surfaces possible and furthermore the Use in pressure measuring chambers, where caused by the inflowing or outflowing gas turbulence of the interference structure.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist ein Interferometer nach DD-PS 201 191 bekannt, das die interferometrisch-inkrementale Messung in während der Messung veränderlichen Interferenzstrukturen ermöglicht.It is an interferometer according to DD-PS 201 191 known, which allows the interferometric-incremental measurement in variable interference structures during the measurement.

ο λ-, g ;.-OQH ·3*2ίιί;ο λ-, g; .- OQH · 3 * 2ίιί;

Bei diesem Interferometer ist es notwendig, die beiden für eine inkrementale Meßsignalerfassung notwendigen fotoelektrischen Abtastelemente exakt so zueinander zu positionieren, daß sie, in die vom Interferometer erzeugte Interferenzstruktur projiziert, zu einem funkt zusammenfallen·In this interferometer, it is necessary to position the two necessary for an incremental Meßsignalerfassung photoelectric sensing elements to each other exactly that they projected into the interference structure generated by the interferometer coincide to a funkt

Gelingt es nicht oder nur unzureichend, die auf die Interferenzstruktur bezogene Identität der beiden Abtastelemente zu erzeugen, wird der Einsatzbereich dieses Interferometers eingeschränkt· Andernfalls ist es konstruktiv-technologisch schwierig, die Abtastelemente in einer exakt einjustierten Position von der Justiervorrichtung zu lösen und so mit den Interferometerbauteilen zu verbinden, daß keine Lageänderungen entstehen·If it is not possible or only inadequate to generate the identity of the two scanning elements relative to the interference structure, the range of application of this interferometer is limited. Otherwise it is structurally technologically difficult to release the scanning elements from the adjusting device in an exactly adjusted position and thus with the Interferometerbauteilen connect that no position changes occur ·

Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösung besteht darin, daß durch die zugelassene Veränderlichkeit der Interferenzstruktur der Meßfehler ansteigt·A further disadvantage of the known solution is that the measurement error increases due to the permitted variability of the interference structure.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist, ein Interferometer, insbesondere zur Abtastung veränderlicher Interferenzstrukturen zu schaffen, das auf technologisch niedrigem Niveau herstellbar ist und dennoch höchsten Anforderungen an die Meßgenauigkeit gerecht wird·The aim of the invention is to provide an interferometer, in particular for scanning variable interference structures, which can be produced at a technologically low level and nevertheless meets the highest demands on the measuring accuracy.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein von der Justierung der Abtastelemente unabhängiges Interferometer zur inkrementalen Abtastung veränderlicher Interferenzstrukturen zu schaffen und den aus der Neigung der Meßfläche resultierenden Meßfehler zu beseitigen·The invention has for its object to provide an independent of the adjustment of the sensing elements interferometer for incremental scanning of variable interference structures and to eliminate the resulting from the inclination of the measurement surface measurement error ·

Die breite Anwendung der Interferometrie in der Technik beruht auf der Grundlage der inkrementalen MeßSignalgewinnung· Bekanntlich setzt das Inkrementalverfahren zwei um 90° phasenverschobene Meßsignale voraus. Entsprechend dem Stand der Technik ist hierzu ein während der Messung unverändert»The broad application of interferometry in the art is based on the incremental measurement signal acquisition. It is known that the incremental method requires two measurement signals phase-shifted by 90 °. According to the state of the art, this is unchanged during the measurement »

liches Gitter erforderlich. Aus diesem Grunde waren der interferometrisch—inkrementalen Meßwerterfassung eine ganze Reihe wichtiger Anwendungen verschlossen, bei denen die Unveränderlichkeit des im Interferometer erzeugten Interferenzgitters während der Messung nicht gewährleistet ist· Das betrifft insbesondere die berührungslose Antastung ebener und gekrümmter Flächen, weil bei den bekannten Interferometern stets gewährleistet sein muß, daß sich die Winkelposition der Meß- und Referenzstrahl reflektierenden Flächen nicht ändern darf. Die Einhaltung dieser Bedingung sichert die für die inkrementale Meßsignalgewinnung geforderte Unveränderlichkeit der Interferenzstruktur. Für die bekannten Interferometer hat das zur Konsequenz, daß zumindest im Meßarm der Interferometer als Reflektoren kippinvariante optische Bauelemente, z. B. Tripelprismen, Tripelspiegel oder sog. Katzenaugen-Reflektoren verwendet werden müssen· Damit ist eine berührungslose Antastung verschiedener Meßobjekte von vornherein ausgeschlossen·Liche grid required. For this reason, the interferometric-incremental data acquisition a whole series of important applications were closed, in which the immutability of the interference generated in the interferometer grid during the measurement is not guaranteed · This concerns in particular the non-contact probing flat and curved surfaces, because always guaranteed in the known interferometers must be that the angular position of the measuring and reference beam reflecting surfaces must not change. Compliance with this condition ensures the required for the incremental Meßsignalgewinnung immutability of the interference structure. For the known interferometer has the consequence that at least in the measuring arm of the interferometer as reflectors tilt-invariant optical components, eg. For example, triple prisms, triple mirrors or so-called cat-eye reflectors must be used. This precludes contactless probing of various DUTs from the outset.

Eine Ausnahme stellt die o· g· Patentschrift dar, die durch Einführung des Prinzips der in bezug zur Interferenzstruktur örtlich identischen Abtastpunkte eine interferometrischinkrementale Meßsignalgewinnung bei während der Messung veränderlicher Interferenzstruktur ermöglicht. Die genannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß diese Eigenschaft des Interferometers nur durch eine exakte Positionierung beider fotoelektrischer Abtastelemente in bezug zur abgetasteten Interferenzstruktur erreicht wird. Obwohl die Justage der Empfänger in diese Position nicht problematisch ist und systematisch und kontrollierbar durchgeführt werden kann, muß beim Lösen dar Abtastelemente von der Justiervorrichtung und beim Verbinden derselben mit den Bauteilen des Interferometers mit neuerlichen Lageveränderungen gerechnet werden, die den vorher erreichten Justagezustand wieder zunichte machen können. Außerdem ist nicht gesichert, daß die Abtastelemente die nach erfolgter Justage in bezug zur Interferenzstruktur eingenommene Position ein für allemal beibehalten, woraus ebenfalls eine Verschlechte-An exception is the patent specification which, by introducing the principle of locally identical sampling points with respect to the interference structure, permits interferometric incremental measurement signal acquisition with a variable interference structure during the measurement. However, the said arrangement has the disadvantage that this property of the interferometer is achieved only by an exact positioning of both photoelectric scanning elements with respect to the sampled interference structure. Although the adjustment of the receiver in this position is not problematic and can be carried out systematically and controllable, must be expected when loosening scanning elements of the adjusting device and connecting them to the components of the interferometer with new changes in position, which make up the previously reached Justagezustand again can. In addition, it is not ensured that the scanning elements retain the position assumed after the adjustment with respect to the interference structure once and for all, which also results in a deterioration of the position.

rung der vorgesehenen Daten des Interferometers resultiert "bzw. dessen Betriebsbereitschaft für die vorgesehene Meßaufgabe in Frage gestellt ist·tion of the intended data of the interferometer results "or whose operational readiness for the intended measuring task is questioned ·

Die durch Einführung des Prinzips der örtlich-identischen Abtastpunkte möglich gewordene inkrementale Abtastung veränderlicher Interferenzstrukturen bedeutet, daß die im Meßarm des Interferometers angetastete Meßfläche nicht senkrecht zum ankommenden Meßstrahl stehen muß, sondern in gewissen Grenzen eine von der senkrechten Lage abweichende Position einnehmen kann· Damit ist es möglich, auf den Einsatz von kippinvarianten Reflektoren im Meßarm der Interferometer zu verzichten und ebene und gekrümmte Meßflächen mit dem Meß strahl unmittelbar optisch berührungslos anzutasten«The incremental scanning of variable interference structures, made possible by introducing the principle of locally identical sampling points, means that the measuring surface probed in the measuring arm of the interferometer does not have to be perpendicular to the incoming measuring beam, but within certain limits can assume a position deviating from the vertical position It makes it possible to dispense with the use of tilt-inverted reflectors in the measuring arm of the interferometer and planar and curved measuring surfaces with the measuring beam directly touch optically contactless «

Befindet sich jedoch die Meßfläche in einer nicht senkrechten Position zum ankommenden Meßstrahl sondern in einer um den Winkel α davon abweichenden Lage, wird der Meß strahl unter dem Winkel 2<x reflektiert und die Polge ist ein gegenüber der senkrechten Winkelposition vergrößerter Meßfehler·However, if the measuring surface is in a non-perpendicular position to the incoming measuring beam but in a different position α by the angle α, the measuring beam at angle 2 <x is reflected and the Polge is compared to the vertical angular position enlarged measurement error ·

Diese Mangel zu beseitigen ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung·To overcome this deficiency is the object of the present invention.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sich zwischen dem Interferometerteiler und dem Strahlteiler eine Blende befindet und der durch die Blende hindurchtretende Strahl im Strahlteiler in zwei Teilstrahlen geteilt und jeder dieser !Teilstrahlen je einem fotolektrischen Empfänger zugeleitet wird· Weiterhin befindet sich zwischen dem Interferometerteiler und dem Strahlteiler ein erster Strahlspalter und diesem nachgeschaltet ein zweiter Strahlspalter· Der vom ersten Strahlspalter in Richtung des zweiten Strahlspalters abgespaltene Strahl wird im zweiten Strahlspalter in zwei Teilstrahlen geteilt und jeder dieser Teilstrahlen fällt auf eine ihm zugeordnete zellenförmige Anordnung aus integrierten fotoelektrischen Abtastelementen. WeiterhinAccording to the invention, the object is achieved in that there is a diaphragm between the interferometer splitter and the beam splitter and the beam passing through the diaphragm is divided in the beam splitter into two partial beams and each of these partial beams is each fed to a photovoltaic receiver · Furthermore, there is located between the interferometer splitter and In the second beam splitter, the beam split off from the first beam splitter in the direction of the second beam splitter is divided into two partial beams and each of these partial beams is incident on a cell-like arrangement of integrated photoelectric scanning elements assigned to it. Farther

kann an einem der beiden Ausgänge des ersten Strahlspalters auch eine matrixförmige Anordnung aus integrierten fotoelektrischen Abtastelementen angeordnet werden.It is also possible for a matrix-type arrangement of integrated photoelectric scanning elements to be arranged at one of the two outlets of the first beam splitter.

Durch Einführung der Blende zwischen Interferometerteiler und Strahlteiler wird der für beide Abtastelemente identische Abtastpunkt durch die gemeinsame Blende repräsentiert, und es ist der Zwang aufgehoben, den identischen Abtastpunkt durch Justage beider Abtastelemente zu erzeugen. Es wird ein im Vergleich zum Blendendurchmesser großflächiges Interferenzbild erzeugt, das durch die Blende im tatsächlichen Sinne punktförmig abgetastet wird. Damit ist primär nicht mehr der Ort der Abtastelemente in bezug zur Interferenzstruktur für den Abtastvorgang maßgeblich, sondern es muß lediglich gewährleistet sein, daß die durch die Blende hindurchtretende Strahlung den strahlungsaktiven Teil des Abtastelementes trifft. Das ist insofern leicht zu realisieren, da i. a. der Blendendurchmesser wesentlich kleiner ist als der Durchmesser der strahlungsaktiven Fläche der Abtastelemente. Da die Blende in bezug zur Interferenzstruktur in eine absolut feste Position gebracht werden kann, sind Lageveränderungen zwischen Blende und Interferenzstruktur ausgeschlossen. Auch die Relativlage zwischen Blende und fotoelektrischen Abtastelementen ist unkritisch, da die Lage der Abtastelemente keinen Einfluß mehr auf die Phasenlage der inkrementalen MeßSignalgewinnung hat.By introducing the aperture between the interferometer splitter and the beam splitter, the identical scanning point for both scanning elements is represented by the common aperture, and it is not necessary to generate the identical scanning point by adjusting both scanning elements. It is generated in comparison to the aperture diameter large-scale interference image, which is scanned point by point in the actual sense by the aperture. Thus, the location of the scanning elements with respect to the interference structure for the scanning process is primarily no longer decisive, but it only has to be ensured that the radiation passing through the diaphragm strikes the radiation-active part of the scanning element. This is easy to realize insofar as i. a. the diaphragm diameter is substantially smaller than the diameter of the radiation-active surface of the scanning elements. Since the diaphragm can be brought into an absolutely fixed position with respect to the interference structure, positional changes between the diaphragm and the interference structure are excluded. The relative position between aperture and photoelectric scanning elements is not critical, since the position of the sensing elements has no influence on the phase position of the incremental MeßSignalgewinnung.

Damit sind durch Einführung der Blende zwei optische Signale vorhanden, die völlig unabhängig von der jeweiligen Interferenzstruktur und unabhängig von Justagevorgängen und konstruktiv-technologischen Problemen der Befestigung von Bauelementen in jedem Moment exakt die zur inkrementalen Meßwerterfassung notwendige 900-Phasenverschiebung aufweisen·Thus, two optical signals are present by the introduction of the iris, which have completely independent of the respective interference structure and independent of Justagevorgängen and constructive-technological problems of attachment of components in each moment exactly the necessary for incremental data acquisition 900-phase shift ·

Den Ausgangspunkt für die Korrektur des Fehlers» der durch eine nicht senkrechte Winkelposition der Meßfläche gegenüber dem ankommenden Meßstrahl verursacht wird, liefert dasThe starting point for the correction of the error caused by a non-perpendicular angular position of the measuring surface with respect to the incoming measuring beam is provided by the

Interferenzbild selbst, indem die abgetastete Interferenzstruktur die Information über die gesuchte Winkelposition enthält· Im Interferenzbild drückt sich diese Winkelposition in der im Abtastpunkt vorhandenen Dichte der Interferenzstreifen aus. Die Dichte der Interferenzstreifen kann ermittelt werden, wenn man die Interferenzstruktur auf eine Vielzahl dicht beieinanderliegender fotoelektrischer Abtastelemente abbildet, beispielsweise auf eine CCD-Zeile. . Jedes einzelne Element einer solchen Anordnung erzeugt ein der jeweiligen Bestrahlungsstärke entsprechendes elektrisches Signal« Die zyklische Abfrage der Elemente der CCD-Zeile ergibt ein in eine elektrische Größe umgesetztes Abbild der Interferenzstruktur· Aus diesem Abbild können diejenigen Elemente ermittelt werden, auf denen sich beispielsweise die Maxima der Interferenz struktur befinden und aus dem bekannten Abstand dieser Elemente und der im Interferometer verwendeten Wellenlänge der monochromatischen Strahlung ergibt sich die Neigung der Meßfläche im betreffenden Meßpunkt.Interference image itself, in that the sampled interference structure contains the information about the desired angular position · In the interference image, this angular position is expressed in the density of the interference fringes present in the sampling point. The density of the interference fringes can be determined by imaging the interference structure on a plurality of closely spaced photoelectric scanning elements, such as a CCD line. , Each individual element of such an arrangement generates an electrical signal corresponding to the respective irradiance. "The cyclic interrogation of the elements of the CCD line results in an image of the interference structure converted into an electrical quantity. From this image, those elements can be determined on which, for example, the maxima the interference structure are located and from the known distance of these elements and the wavelength of the monochromatic radiation used in the interferometer results in the inclination of the measuring surface in the relevant measuring point.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen erläutert werden· Es zeigtiThe invention will be explained with reference to exemplary embodiments

Fig. 1! Interferometer mit BlendeFig. 1! Interferometer with aperture

Pig. 2: Interferometer mit Blende und CCD-Zeilen zur Erfassung der Winkelposition der MeßflächePig. 2: Interferometer with diaphragm and CCD lines for detecting the angular position of the measuring surface

Das Interferometer nach Pig. 1 besteht aus dem Interferometerteiler 1 und dem gtrahlteiler 2, zwischen denen sich die Blende 3 befindet. Der linear polarisierte monochromatische Laserstrahl 4 tritt durch das Polarisationsfilter 5 und die 4 -Platte 6 in den Interferometerteiler 1 ein, in dem er an der Teilersehicht 7 in Meßstrahl 8 und Referenzstrahl 9 geteilt wird. Der Meßstrahl 8 durchläuft die 4 Platte 10 und trifft auf den Meßspiegel 11 auf, der ihn in den Interfereometerteiler 1 zurückreflektiert. Der Referenzstrahl 9 wird am Referenzspiegel 12 reflektiert. Meßstrahl 8The interferometer after Pig. 1 consists of the interferometer divider 1 and the gtrahl divider 2, between which the diaphragm 3 is located. The linearly polarized monochromatic laser beam 4 enters through the polarizing filter 5 and the 4-plate 6 in the interferometer divider 1, in which it is divided at the divider sight 7 in measuring beam 8 and reference beam 9. The measuring beam 8 passes through the 4 plate 10 and impinges on the measuring mirror 11, which reflects it back into the Interfereometerteiler 1. The reference beam 9 is reflected at the reference mirror 12. Measuring beam 8

und Referenzstrahl 9 überlagern sich an der Teilerschicht 7 und das Ergebnis ist die Interferenzstruktur 20, die bei ebenem Meßspiegel 11 und ebenem Referenzspiegel 12 streifenförmig ist, wenn Meßspiegel 11 und Referenzspiegel 12 nicht exakt senkrecht zueinander stehen. Derjenige Teil 13 der Interferenzstruktur, der durch die Blende 3 hindurchtritt, wird am Strahlteiler 2 in die Strahlen 14 und 15 geteilt, die nach Durchlaufen der Analysatoren 16 und 17 auf die fotoelektrischen Abtastelemente 18 und 19 auftreffen· Die zur inkrementalen Meßwerterfassung notwendige 90°- Phasendifferenz zwischen den Strahlen 14 und 15 wird durch den Winkel eingestellt, den die Durchlaßrichtungen der Analysatoren 16 und 17 miteinander bilden. Die Blende 3 wird zweckmäßigerweise mit Aufdampf- und fotolithografischen Techniken auf den miteinander verkitteten Flächen des Interferometerteilers 1 oder des Strahlteilers 2 hergestellt. Mit diesen Technologien ist es unproblematisch, kreisrunde Blendenöffnungen mit Durchmessern bis in die Größenordnung von einigen /um herzustellen· Das ist für die vorliegende Erfindung insofern von Bedeutung, da die kleinste abtastbare Gitterkonstante der Interferenzstruktur vom jeweiligen Blendendurchmesser abhängt. Damit kann durch Wahl des Blendendurchmessers das Interferometer der vorliegenden Aufgabenstellung genau angepaßt werden· Man kann davon ausgehen, daß an den diskreten fotoelektrischen Empfängern 18, 19 dann noch auswertbare elektrische Ausgangssignale erzeugt werden, wenn der Blendendurchmesser dreiviertel des Gitterabstandes der Interferenz struktur ist. Dann können beispielsweise bei einem Blendendurchmesser von 20 /um noch Interferenzstrukturen mit Gitterkonstanten >26 /um abgetastet werden· In diesem Falle hat die Normale auf die Meßfläche im Meßpunkt eine Winkelposition von 41^f zum ankommenden Meßstrahl bei λ = 633 nm.and reference beam 9 are superimposed on the splitter layer 7 and the result is the interference structure 20, which is strip-shaped with a flat measuring mirror 11 and plane reference mirror 12, if the measuring mirror 11 and reference mirror 12 are not exactly perpendicular to each other. The part 13 of the interference structure which passes through the diaphragm 3 is divided at the beam splitter 2 into the beams 14 and 15, which impinge on the photoelectric scanning elements 18 and 19 after passing through the analyzers 16 and 17. The 90 ° required for incremental data acquisition Phase difference between the beams 14 and 15 is adjusted by the angle that the transmission directions of the analyzers 16 and 17 form with each other. The diaphragm 3 is expediently produced by means of vapor deposition and photolithographic techniques on the surfaces of the interferometer divider 1 or the beam splitter 2 cemented together. With these technologies it is unproblematic to produce circular apertures with diameters of the order of magnitude of several μm. This is important for the present invention in that the smallest scannable grating constant of the interference structure depends on the respective aperture diameter. Thus it can be assumed that at the discrete photoelectric receivers 18, 19 then evaluable electrical output signals are generated when the aperture diameter is three quarters of the lattice spacing of the interference structure. Then, for example, with a diaphragm diameter of 20 μm, interference structures with lattice constants> 26 μm can be scanned. In this case, the normal to the measuring surface at the measuring point has an angular position of 41 ^f to the incoming measuring beam at λ = 633 nm.

In Fig. 2 ist eine Ausführung des Interferometers dargestellt, bei dem die^eweilige Winkelposition der Meßfläche zum ankommenden Meßstrahl ermittelt und der daraus resultierende Meßfehler rechnerisch korrigiert werden kann. ZuIn Fig. 2, an embodiment of the interferometer is shown, in which determines the ^ eweilige angular position of the measuring surface to the incoming measuring beam and the resulting measurement error can be corrected computationally. To

diesem Zweck werdenzwischen den Interferometerteiler 1 und den Strahlteiler 2 zwei Strahlspalter 30 und 34 zwischengeschaltet, die die Aufgabe haben, den mit der Interferenzstruktur modulierten Strahl 20 auf zwei CCD-Zeilen 38 und 40 abzubilden. Der von der monochromatischen Strahlungsquelle ankommende Strahl 4 tritt in den Interferometerteiler 1 ein, wird an der Teilerschicht 7 in Meßstrahl 8 und Referenzstrahl 9 geteilt, aus deren Wiedervereinigung der Strahl 20 resultiert, der mit der Interferenzstruktur moduliert ist. Dieser Strahl 20 tritt in einen ersten Strahlspalter 30 ein, an dessen Teilerschicht 31 er in einen Teil 32 gespalten wird, der der Blende 3 zugeführt wird, die einen Teil 13 des Strahls 32 hindurchläßt, der wie in Pig. 1 beschrieben weiter verarbeitet wird, sowie in einen Teil 33, der um 90° umgelenkt wird und in einen zweiten Strahlspalter 34 eintritt, der den Strahl 33 in Teilstrahlen 35 und 36 aufspaltet· Strahl 34 fällt nach Durchtritt durch einen Analysator 37 auf eine CCD-Zeile 38 und Strahl 35 durchläuft den Analysator 39 und fällt auf die CCD-Zeile 40. Die CCD-Zeile 38 ist so angeordnet, daß ihre fotoelektrisch aktiven Elemente in der Zeichenebene liegen, während die fotoelektrisch aktiven Elemente der CCD-Zeile 40 senkrecht zur Zeichenebene angeordnet sind. *For this purpose, two beam splitter 30 and 34 are interposed between the interferometer 1 and the beam splitter 2, which have the task to image the modulated with the interference structure beam 20 on two CCD lines 38 and 40. The beam 4 arriving from the monochromatic radiation source enters the interferometer splitter 1, is divided at the splitter layer 7 into measuring beam 8 and reference beam 9, from the reunification of which the beam 20 which is modulated with the interference structure results. This beam 20 enters a first beam splitter 30, at the splitter layer 31 of which it is split into a part 32, which is fed to the diaphragm 3, which passes through a part 13 of the beam 32 which, as in Pig. 1 described further processed, as well as in a part 33 which is deflected by 90 ° and enters a second beam splitter 34, which splits the beam 33 in partial beams 35 and 36 · beam 34 falls after passing through an analyzer 37 to a CCD Line 38 and beam 35 passes through the analyzer 39 and falls onto the CCD line 40. The CCD line 38 is arranged so that its photoelectrically active elements lie in the plane of the drawing, while the photoelectrically active elements of the CCD line 40 are perpendicular to the plane of the drawing are arranged. *

In Fig· 3 ist die Abbildung des mit der Interferenzstruktür 50 modulierten Strahls 20 auf die CCD-Zeile 38 dargestellt. Es ist angenommen, daß die Meßfläche ein ebener Spiegel sei, so daß die Interferenzstruktur 50 aus geradlinigen parallelen Streifen besteht, die getriggert als Hell-Dunkel-Verteilung dargestellt sind. Ausgezeichnete Linien dieser Interferenzstruktur hinsichtlich der Abtastung sind die Linien der Maxima 51 oder der Minima 52. Der natürliche sinusförmige Verlauf der Interferenzstruktur 50 erzeugt an den i-fotoelektrischen Elementen der CCD-Zeile 38 elektrische Signale e, wie in Pig. 4 dargestellt. Beispielsweise fällt auf die Elemente i » 2 und i = 14 ein Maximum und auf die Elemente i β 8 und i = 20 ein MinimumIn FIG. 3, the image of the beam 20 modulated with the interference structure 50 is shown on the CCD line 38. It is assumed that the measurement surface is a plane mirror, so that the interference structure 50 consists of rectilinear parallel stripes, which are shown triggered as a light-dark distribution. Excellent lines of this interference pattern with respect to the scanning are the lines of the maxima 51 or the minima 52. The natural sinusoidal shape of the interference structure 50 generates electrical signals e at the i-photoelectric elements of the CCD line 38, as in Pig. 4 shown. For example, the elements i »2 and i = 14 have a maximum and the elements i β 8 and i = 20 a minimum

der Interferenzstruktur· Da die Abstände zwischen den i-Elementen bekannt sind, ergibt sich daraus die Gitterkonstante der Interferenzstruktur 50 in Richtung der CCD-Zeile 38.the interference structure · Since the distances between the i elements are known, the lattice constant of the interference structure 50 in the direction of the CCD line 38 results from this.

Für die gesuchte Winkelposition der Meß fläche zum ankommenden Meßstrahl benötigt man jedoch die Gitterkonstante der Interferenzstruktur senkrecht zur Richtung der Interferenzstreifen. Diese erhält man aus der gekreuzten Anordnung zweier CCD-Zeilen. Pig. 5 zeigt die gesamte für die Meßsignalgewinnung wesentliche Anordnung des Interferometers nach Fig. 2 aus der Richtung der Strahlen 32, 35 und 36. Die Blende 3 ist innerhalb des Kreises transparent und außerhalb des Kreises nicht transpaarent. Die Zeilenrichtungen der CCD-Zeilen 38 und 40 stehen senkrecht aufeinander und die abzutastende Interferenzstruktur 50 ist in der Projektion auf die CCD-Zeilen 38 und 40 sowie auf die Blende 3 dargestellt. Die CCD-Zeilen 38 und 40 stellen ein (x»y) Koordinatensystem dar, wobei die CCD_Zeile 38 die x- und die CCD-Zeile 40 die y-Koordinate repräsentiert und der Kreuzungspunkt des Koordinatensystems gleichzeitig auch der Nullpunkt des Koordinatensystems ist, der mit dem Zentrum der Blende 3 zusammenfällt. Die Bestimmung des Gitterabstandes g der Interferenzstruktur wird anhand der Dreiecke AOB und COD vorgenommen. Die Strecken AO, BO, CO, DO sind die x- bzw. y-Koordinaten der Schnittpunkte der benachbarten Maxima 51, 51 * mit den Koordinatenachsen. Mit diesen Koordinaten bestimmt man die Höhen h«. _t ho der Dreiecke, deren Summe die gesuchte Gitterkonstante g ergibt.For the desired angular position of the measuring surface to the incoming measuring beam but you need the lattice constant of the interference structure perpendicular to the direction of the interference fringes. This is obtained from the crossed arrangement of two CCD lines. Pig. FIG. 5 shows the entire arrangement of the interferometer according to FIG. 2, essential for measuring signal acquisition, from the direction of the beams 32, 35 and 36. The shutter 3 is transparent within the circle and not translocated outside the circle. The line directions of the CCD lines 38 and 40 are perpendicular to each other and the interference structure 50 to be scanned is shown in the projection on the CCD lines 38 and 40 and on the diaphragm 3. The CCD lines 38 and 40 represent a (x »y) coordinate system, wherein the CCD line 38, the x- and the CCD line 40 represents the y-coordinate and the crossing point of the coordinate system is also the zero point of the coordinate system at the same time the center of the diaphragm 3 coincides. The determination of the grating pitch g of the interference structure is made on the basis of the triangles AOB and COD. The distances AO, BO, CO, DO are the x and y coordinates of the intersections of the adjacent maxima 51, 51 * with the coordinate axes. These coordinates are used to determine the heights h «. _t ho of the triangles whose sum gives the sought lattice constant g.

Bekannt ist z. B. die CCD-Zeile L 110 des VEB WF Berlin, die auf einer Strecke von 3,6 mm über 256 integrierte fotoelektrisch-aktive Elemente verfügt. Die Interferenzstruktur kann dann noch sicher aufgelöst werden, wenn eine Periode des Gitters von 5 Elementen der CCD-Zeile abgetastet wird. Unter dieser Toraussetzung erhält man für das kleinste auflösbare g = 0,056 mm, dem bei λ = 633 mn eine Abweichung der Winkelposition aus der Kormallage von 20 * entspricht. Der wesentliche Vorteil dieser Anordnung besteht einerseits darin, daß durch die Erfassung der WinkelpositionIt is known z. Example, the CCD line L 110 of the VEB WF Berlin, which has over a distance of 3.6 mm over 256 integrated photoelectrically active elements. The interference structure can still be reliably resolved when one period of the grating is scanned by 5 elements of the CCD line. Under this gate suspension, one obtains for the smallest resolvable g = 0.056 mm, which at λ = 633 mn corresponds to a deviation of the angular position from the coral position of 20 *. The main advantage of this arrangement is on the one hand, that by detecting the angular position

der Meßfläche bei gleichem Meßfehler wesentlich größere Meßbereiche zulässig sind und andererseits die Winkelposition der Meßfläche unmittelbar im Meßpunkt, d· h· in der Blende erfaßt wird, wodurch fehlerfreie Messungen auch an Objekten mit lokal sehr unterschiedlichen Krümmungen möglich sind» Selbstverständlich kann anstelle der zwei CCD-Zeilen 38 und 40 auch eine matrixförmige Anordnung aus integrierten fotoelektrischen Abtastelementen unmittelbar im Strahl 33 nach dem ersten Strahlspalter angeordnet werden»On the other hand, the angular position of the measuring surface directly at the measuring point, d · h · detected in the aperture, whereby error-free measurements on objects with locally very different curvatures are possible »Of course, instead of the two CCD Lines 38 and 40, a matrix-shaped arrangement of integrated photoelectric scanning elements are arranged directly in the beam 33 after the first beam splitter »

Claims

invention claim

1, interferometer, in particular for the incremental scanning of variable interference structures, consisting of a monochromatic radiation source, an interferometer and a beam splitter, reflective, polarization optical and optically birefringent elements and discretely arranged photoelectric scanning elements and integrated photoelectric scanning elements in line or matrix form, characterized in that a diaphragm (3) is located between the interferometer splitter (1) and the beam splitter (2) and the beam (13) is divided by the diaphragm (3) in the beam splitter (2) into partial beams (14, 15) and into the Beam paths (14, 15) each have a discrete photoelek trischer receiver (18, 19) is arranged, that between the interferometer splitter (1) and the beam splitter (2) a first beam splitter (3) and this is followed by a second beam splitter (34) is and the beam (33) in the second beam splitter (34) in partial beams (35, 36) gespa Lten is and in the beam paths (35, 36) each arranged a row-shaped arrangement of integrated photoelectric sensing elements and the directions of both lines are perpendicular to each other and the intersection point of both lines in the center of the diaphragm (3)

2 interferometer according to claim 1, characterized in that in one of the two outputs of the first beam splitter (30) and thus in the path of the beam (33) is arranged a matrixfö'mige arrangement of integrated foto electrical sensing elements.

For this. jLieiten drawings