DD229208B1

DD229208B1 - INTERFEROMETERS, ESPECIALLY FOR INCREMENTAL CHARACTERIZATION OF CHANGED INTERFERENCE STRUCTURES

Info

Publication number: DD229208B1
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: 1988-02-10
Also published as: FR2573525A1; DD229208A1; GB2168476A; GB8528756D0; GB2168476B; DE3540856A1; DE3540856C2

Description

Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings

Field of application of the invention

lnterferomete^r können fur die Messung aller derjenigen technisch-physikalischen Großen 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 wahrend der Messung Änderungen der Interferenzstruktur verursacht werden Diese besondere Eigenschaft der Erfindung macht die berührungslose interferometrisch-inkrementale Messung bei auf Ebenheit zu prüfenden Planflachen—ζ B Spiegel, Si-Scheiben, Plattenspeichern möglich, sie erlaubt weiterhin die Antastung ebener Spiegel ohne die Forderung stellen zu müssen, daß diese streng parallel gefuhrt werden müssen, und es ist auch die optisch berührungslose Antastung sphärischer und asphanscher Flachen möglich sowie fernerhin der Einsatz in Druckmeßkammern, wo durch das zu- oder abströmende Gas Verwirbelungen der Interferenzstruktur entstehen.Interferometres ^r can be used for the measurement of all those technical-physical magnitudes whose influence causes a change in the optical path difference. In particular, the present invention can also be used in those measuring tasks in which changes in the interference structure are caused by the measurement object during the measurement special feature of the invention makes the non-contact interferometric-incremental measurement in planarity-to-examine Plan flat-ζ B mirror, Si disks, disk drives possible, it also allows the probing plane mirrors without the requirement to make that they must be performed strictly parallel , And it is also the optically non-contact probing of spherical and asphan flats possible and furthermore the use in Druckmeßkammern, where caused by the inflowing or outflowing gas turbulence of the interference structure.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist ei η lnterferometer nach DD-PS 201191 bekannt, das die interferometrisch-inkrementale Messung in wahrend der Messung veränderlichen Interferenzstrukturen ermöglicht Bei diesem lnterferometer ist es notwendig, die beiden fur eine inKrementale Meßsignalerfassung notwendigen fotoelektrischen Abtastelemente exakt so zueinander zu positionieren, daß sie, in die vom lnterferometer erzeugte Interferenzstruktur projiziert, zu einem Punkt zusammenfallen 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 losen und so mit den Interferometerbauteilen zu verbinden, daß keine Lageanderungen entstehen Ein weiterer Nachteil der bekannten Losung besteht darin, daß durch die zugelassene Veränderlichkeit der Interferenzstruktur der Meßfehler ansteigtIt is known from an interferometer according to DD-PS 201191 which allows the interferometric-incremental measurement in measurement structures which can vary during the measurement. In this interferometer, it is necessary to position the two photoelectric scanning elements necessary for an incremental measuring signal detection exactly in such a way that they If the interference structure generated by the interferometer is projected into one point and fails to produce the identity of the two scanning elements relative to the interference structure, the range of application of this interferometer is limited. Otherwise, it is difficult to construct the scanning elements in a precise manner Adjusted position of the adjusting device to loose and so to connect with the interferometer, that no Laganderungen arise Another disadvantage of the known solution is that by the permitted variability of I nference structure of the measurement error increases

Object 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 wirdThe 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 yet meets the highest demands on the measurement accuracy

Explanation 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 Meßflache resultierenden Meßfehler zu beseitigenThe 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 measuring 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 wahrend der Messung unveränderliches Gitter erforderlich Aus diesem Grunde waren der interferometrisch-inkrementalen Meßwerterfassung eine ganze Reihe wichtiger Anwendungen verschlossen, bei denen die Unveranderhchkeit des im Interferometer erzeugten Interferenzgitters wahrend der Messung nicht gewährleistet ist Das betrifft insbesondere die berührungslose Antastung ebener und gekrümmter Flachen, weil bei den bekannten Interferometern stets gewährleistet sein muß, daß sich die Winkelposition der Meß-und Referenzstrahl reflektierenden Flachen nicht andern darf Die Einhaltung dieser Bedingung sichert die fur die inkremental Meßsignalgewinnung geforderte Unveranderhchkeit der Fur die bekannten lnterferometer hat das zur Konsequenz, daß zumindest im Meßarm der lnterferometer alsThe widespread application of interferometry in the art is based on the incremental Meßsignalgewinnung known, the incremental method requires two 90 ° phase-shifted measurement signals according to the prior art for this purpose during the measurement invariable grid is required For this reason, the interferometric-incremental Meßwerterfassung were a closed whole series of important applications, in which the immunity of the interferometer generated in the interferometer during the measurement is not guaranteed. This concerns in particular the non-contact probing flat and curved surfaces, because in the known interferometers must always be ensured that the angular position of the measuring and The observance of this condition ensures the invariance required for the incremental measurement signal acquisition. For the known interferometers this has the effect of K onsequence, that at least in the measuring arm of the interferometer as

Reflektoren kippinvariante optische Bauelemente, ζ B Tripelprismen, Tripelspiegel oder sog Katzenaugen-Reflektoren Verwendetwerden müssen Damit isteine berührungslose Antastung verschiedener Meßobjekte von vornherein ausgeschlossen Eine Ausnahme stellt die о g Patentschrift dar, die durch Einfuhrung des Prinzips der in bezug zur Interferenzstruktur örtlich identischen Abtastpunkte eine interferometrisch-inkrementale Meßsignalgewinnung bei wahrend 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 Empfanger in diese Position nicht problematisch ist und systematisch und kontrollierbar durchgeführt werden kann, muß beim Losen der Abtastelemente von der Justiervorrichtung und beim Verbinden derselben mit den Bauteilen des Interferometers mit neuerlichen Lageveranderungen gerechnet werden, die den vorher erreichten Justagezustand wieder zunichte machen konnen Außerdem ist nicht gesichert, daß die Abtastelemente die nach erfolgter Justage in bezug zur Interferenzstruktur eingenommene Position ein fur allemal beibehalten, woraus ebenfalls eine Verschlechterung der vorgesehenen Daten des Interferometers resultiert bzw dessen Betnebsbereitschaft fur die vorgesehene Meßaufgabe in Frage gestellt istReflectors tilt-invariant optical components, ζ B triple prisms, triple mirrors or so-called cat's eye reflectors must be used This is a contactless probing of different targets excluded from the outset An exception is the о g patent specification, which introduces an interferometric by introducing the principle of locally identical with respect to the interference structure sampling points However, 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 scanned interference structure. Although the adjustment of the receiver in this position is not problematic and can be carried out systematically and controllable, must when you loose the sensing elements of the adjusting device and when connecting the same with the components of the Inte In addition, it is not certain 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 intended data of the interferometer or results in a deterioration of the intended data of the interferometer whose willingness to cooperate is questioned for the intended measuring task

Die durch Einfuhrung des Prinzips der örtlich-identischen Abtastpunkte möglich gewordene inkremental Abtastung veränderlicher Interferenzstrukturen bedeutet, daß die im Meßarm des Interferometers angetastete Meßflache 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 kippinvananten Reflektoren im Meßarm der Interferometer zu verzichten und ebene und gekrümmte Meßflachen mit dem Meßstrahl unmittelbar optisch berührungslos anzutasten Befindet sich jedoch die Meßflache in einer nicht senkrechten Position zum ankommenden Meßstrahl sondern in einer um den Winkel α davon abweichenden Lage, wird der Meßstrahl unter dem Winkel 2a reflektiert und die Folge ist ein gegenüber der senkrechten Winkelposition vergrößerter Meßfehler Diese Mangel zu beseitigen ist Aufgabe der vorliegenden ErfindungThe incremental scanning of variable interference structures, made possible by the introduction of the principle of locally identical sampling points, means that the measuring surface touched 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 possible to dispense with the use of kippinvananten reflectors in the measuring arm of the interferometer and flat and curved measuring surfaces with the measuring beam to touch optically without contact However, the measuring surface is in a non-perpendicular position to the incoming measuring beam but in a different angle α thereof from the location, the measuring beam is reflected at the angle 2a and the result is an enlarged compared to the vertical angular position Meßfehler This deficiency is to eliminate object of the present invention

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, 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 Teilstrahlenje einem fotoelektrischen Empfanger 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 fallt auf eine ihm zugeordnete zellenförmige Anordnung aus integrierten fotoelektrischen Abtastelementen Weiterhin kann an einem der beiden Ausgange des ersten Strahlspalters auch eine matnxformige Anordnung aus integrierten fotoelektnschen Abtastelementen angeordnet werdenAccording to the invention the object is achieved in that there is a diaphragm between the interferometer and the beam splitter and the beam passing through the aperture in the beam splitter divided into two partial beams and each of these Teilstrahlenje fed to a photoelectric receiver is further located between the interferometer splitter and the beam splitter The first beam splitter and this followed by 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 cell associated with him array of integrated photoelectric sensing elements Furthermore, at one of the two outputs of first beam splitter and a matnxformige arrangement of integrated photoelektnschen sensing elements are arranged

Durch Einfuhrung der Blende zwischen Interferometerteiler und Strahlteiler wird der fur 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 fur den Abtastvorgang maßgeblich, sondern es muß lediglich gewahrleistet sein, daß die durch die Blende hindurchtretende Strahlung den strahlungsaktiven Teil des Abtastelementes trifft Das ist insofern leicht zu realisieren, da ι a der Blendendurchmesser wesentlich kleiner ist als der Durchmesser der strahlungsaktiven Flache der Abtastelemente Da die Blende in bezug zur Interferenzstruktur in eine absolut feste Position gebracht werden kann, sind Lageveranderungen 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 hatBy introducing the aperture between the interferometer splitter and beam splitter identical for both sensing element sample point is represented by the common aperture, and it is canceled the compulsion to generate the identical sample point by adjusting both sensing elements Thus, the location of the scanning elements with respect to the interference structure for the scanning process is primarily no longer decisive, but it must merely be ensured that the radiation passing through the diaphragm strikes the radiation-active part of the scanning element to realize that the aperture diameter is substantially smaller than the diameter of the radiation-active area of the scanning elements since the aperture can be brought into an absolutely fixed position with respect to the interference structure Changes between aperture and interference structure excluded The relative position between aperture and photoelectric sensing 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 Einfuhrung der Blende zwei optische Signale vorhanden, die völlig unabhängig von der jeweiligen Interferenzstruktur und unabhängig von Justagevorgangen und konstruktiv-technologischen Problemen der Befestigung von Bauelementen in jedem Moment exakt die zur inkrementalen Meßwerterfassung notwendige ^"-Phasenverschiebung aufweisenThus, two optical signals are present by the introduction of the iris, which have completely independent of the respective interference structure and independent of Justagevorgangen and constructive-technological problems of attachment of components in each moment exactly the necessary for incremental Meßwerterfassung ^ "- phase shift

Den Ausgangspunkt fur die Korrektur des Fehlers, der durch eine nicht senkrechte Winkelposition der Meßflache gegenüber dem ankommenden Meßstrahl verursacht wird, liefert das Interferenzbild selbst, indem die abgetastete Interferenzstruktur die Information über die gesuchte Winkelposition enthalt Im Interferenzbild druckt 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 beiemanderliegender fotoelektnscher Abtastelemente abbildet, beispielsweise auf eineCCD-Zeile Jedes einzelne Element einer solchen Anordnung erzeugt ein der jeweiligen Bestrahlungsstarke entsprechendes elektrisches Signal Die zyklische Abfrage der Elemente der CCD-Zeile ergibt ein in eine elektrische Große umgesetztes Abbild der Interferenzstruktur Aus diesem Abbild konnen diejenigen Elemente ermittelt werden, auf denen sich beispielsweise die Maxima der Interferenzstruktur befinden und aus dem bekannten Abstand dieser Elemente und der im Interferometer verwendeten Wellenlange der monochromatischen Strahlung ergibt sich die Neigung der Meßflache im betreffenden MeßpunktThe starting point for the correction of the error, which is caused by a non-perpendicular angular position of the measuring surface with respect to the incoming measuring beam, provides the interference image itself by the scanned interference structure contains the information about the sought angular position In the interference image, this angular position prints in the existing in the sample point Density of Interference Strips Density of interference fringes can be determined by imaging the interference structure onto a plurality of closely spaced photoelastic sensing elements, such as a CCD line. Each individual element of such an array generates an electrical signal corresponding to the respective irradiance CCD line yields 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 of the In are located 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

exemplary

Die Erfindung soll anhand von Ausfuhrungsbeispielen erläutert werden Es zeigtThe invention will be explained with reference to exemplary embodiments It shows

Fig 1 Interferometer mit BlendeFig 1 interferometer with aperture

Fig 2 Interferometer mit Blende und CCD-Zeilen zur Erfassung der Winkelposition der MeßflacheFig 2 interferometer with aperture and CCD lines for detecting the angular position of the measuring surface

In Fig 2 ist eine Ausfuhrung des Interferometers dargestellt, bei dem die jeweilige Winkelposition der Meßflache zum ankommenden Meßstrahl ermittelt und der daraus resultierende Meßfehler rechnerisch korrigiert werden kann Zu diesem Zweck werden zwischen 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 4tritt in den Interferometerteiler 1 ein, wird an derTeilerschicht 7 inIn Fig 2 an execution of the interferometer is shown, in which the respective angular position of the measuring surface is determined to the incoming measuring beam and the resulting measurement error can be computationally corrected For this purpose, two beam splitters 30 and 34 are interposed between the interferometer 1 and the beam splitter have the task of imaging the beam 20 modulated with the interference structure onto two CCD lines 38 and 40. The beam 4 entering from the monochromatic radiation source enters into the interferometer splitter 1 is deposited on the splitter layer 7 in FIG

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 hindurchlaßt, der wie in Fig 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 fallt nach Durchtritt durch einen Analysator 37 auf eine CCD-Zeile 38 und Strahl 35, durchlauft den Analysator 39 und fallt auf die CCD-Zeile 40 Die CCD-Zeile 38 ist so angeordnet, daß ihre fotoelektrisch aktiven Elemente in der Zeichenebene liegen, wahrend die fotoelektrisch aktiven Elemente der CCD-Zeile 40 senkrecht zur Zeichenebene angeordnet sind Das Interferometer nach Fig 1 besteht aus dem Interferometerteiler 1 und dem Strahlteiler 2, zwischen denen sich die Blende 3Measuring beam 8 and reference beam 9 divided from the reunification of the beam 20 results, which is modulated with the interference structure of this beam 20 enters a first beam splitter 30, at the splitter layer 31, it is split into a part 32 which is the diaphragm 3 is supplied which passes a portion 13 of the beam 32, which is further processed as described in Figure 1, and a portion 33 which is deflected by 90 ° and enters a second beam splitter 34, which splits the beam 33 into partial beams 35 and 36 Beam 34, after passing through an analyzer 37, falls on a CCD line 38 and beam 35, passes through the analyzer 39 and drops 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 arranged perpendicular to the plane of the drawing. The interferometer according to FIG. 1 consists of the interferometer splitter 1 and the Beam splitter 2, between which the diaphragm 3

befindet Der linear polarisierte monochromatische Laserstrahl 4tntt durch das Polarisationsfilter 5 und die —Platte 6 in denThe linearly polarized monochromatic laser beam 4tntt through the polarizing filter 5 and the plate 6 in the

Interferometerteiler 1 ein, in dem er an der Teilerschicht 7 in Meßstrahl 8 und Referenzstrahl 9 geteilt wird Der Meßstrahl 8 durchlauft die —Platte 10 und trifft auf den Meßspiegel 11 auf, der ihn in den Interferometerteiler 1 zuruckreflektiertInterferometer divider 1, in which it is divided at the divider layer 7 in measuring beam 8 and reference beam 9 The measuring beam 8 passes through the plate 10 and impinges on the measuring mirror 11, which reflects it back into the interferometer splitter 1

Der Referenzstrahl 9 wird am Re*erenzspiegel 12 reflektiert Meßstrahl 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 zweckmaßigerweise mit Aufdampf- und fotolithografischen Techniken auf den miteinander verkitteten Flachen des Interferometerteilers 1 oder des Strahlteilers 2 hergestellt Mit diesen Technologien ist es unproblematisch, kreisrunde Blendenöffnungen mit Durchmessern bis in die Größenordnung von einigen μητι herzustellen Das ist fur die vorliegende Erfindung insofern von Bedeutung, da die kleinste abtastbare Gitterkonstante der Interferenzstruktur vom jeweiligen Blendendurchmesser abhangt Damit kann durch Wahl des Blendendurchmessers das Interferometer der vorliegenden Aufgabenstellung genau angepaßt werden Man kann davon ausgehen, daß an den diskreten fotoelektrischen Empfangern 18,19 dann noch auswertbare elektrische Ausgangssignale erzeugt werden, wenn der Blendendurchmesser dreiviertel des Gitterabstandes der Interferenzstruktur ist Dann können beispielsweise bei einem Blendendurchmesser von 20^m noch Interferenzstrukturen mit Gitterkonstanten >26дт abgetastet werden In diesem Falle hat die Normale auf die Meßflache im Meßpunkt eine Winkelposition von 41' zum ankommenden Meßstrahl bei λ = 633nmThe reference beam 9 is reflected at the reflecting mirror 12. Measuring beam 8 and reference beam 9 are superimposed on the splitter layer 7 and the result is the interference structure 20 which is strip-shaped in the case of a flat measuring mirror 11 and a plane reference mirror 12, if the measuring mirror 11 and reference mirror 12 are not exactly vertical 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 sensing elements 18 and 19 after passing through the analyzers 16 and 17. The 90 ° necessary for the incremental measured value detection Phase difference between the beams 14 and 15 is adjusted by the angle which the transmission directions of the analyzers 16 and 17 form with each other. The diaphragm 3 is expediently produced by vapor deposition and photolithographic techniques on the cemented surfaces of the interferometer splitter 1 or of the beam splitter 2 It is important for the present invention that the smallest scannable lattice constant of the interference structure depends on the respective diaphragm diameter. Thus, by choosing the diaphragm diameter, the interferometer of the present invention can be used It can be assumed that electrically evaluable output signals are then generated at the discrete photoelectric receivers 18, 19 if the aperture diameter is three quarters of the lattice spacing of the interference structure. Interference structures with lattice constants> In this case, the normal on the measuring surface in the measuring point has an angular position of 41 'to the incoming measuring beam at λ = 633nm

In Fig 3 ist die Abbildung des mit der Interferenzstruktur 50 modulierten Strahls 20 auf die CCD-Zeile 38 dargestellt Es ist angenommen, daß die Meßflache 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 Minima 52 Der naturliche sinusförmige Verlauf der Interferenzstruktur 50 erzeugt an den i-fotoelektrischen Elementen der CCD-Zeile 38 elektrische Signale e, wie in Fig 4 dargestellt Beispielsweise fallt auf die Elemente ι = 2 und ι = 14 ein Maximum und auf die Elemente ι = 8 und ι = 20 ein Minimum der Interferenzstruktur Da die Abstande zwischen den i-Elementen bekannt sind, ergibt sich daraus die Gitterkonstante der Interferenzstruktur 50 in Richtung der CCD-Zeile 38In 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 measuring surface is a plane mirror, so that the interference structure 50 consists of rectilinear parallel stripes which are triggered as chiaroscuro Excellent lines of this interference structure in terms of scanning are the lines of the maxima 51 or 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 shown in FIG to the elements ι = 2 and ι = 14 a maximum and to the elements ι = 8 and ι = 20 a minimum of the interference structure Since the distances between the i-elements are known, this results in the lattice constant of the interference structure 50 in the direction of the CCD Line 38

Fur die gesuchte Winkelposition der Meßflache zum ankommenden Meßstrahl benotigt man jedoch die Gitterkonstante der Interferenzstruktur senkrecht zur Richtung der Interferenzstreifen Diese erhalt man aus der gekreuzten Anordnung zweier CCD-Zeilen Figur5 zeigt die gesamte fur 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 transparent 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 zusammenfallt 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 Hohen h₁₍ h₂ der Dreiecke, deren Summe die gesuchte Gitterkonstante g ergibt Bekannt ist ζ B eine CCD-Zeile, die auf einer Strecke von 3,6mm über 256 integrierte fotoelektrisch-aktive Elemente verfugt Die Interferenzstruktur kann dann noch sicher aufgelost werden, wenn eine Penode des Gitters von 5 Elementen der CCD-Zeile abgetastet wird Unter dieser Voraussetzung erhalt man fur das kleinste auflösbare g = 0,056mm, dem bei λ = 633 nm eine Abweichung derWinkelposition aus der Normallage von 20'entspricht Derwesenthche Vorteil dieser Anordnung besteht einerseits darin, daß durch die Erfassung der Winkelposition der Meßflache bei gleichem Meßfehler wesentlich größere Meßbereiche zulassig sind und andererseits die Winkelposition der Meßflache 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 matrixformige Anordnung aus integrierten fotoelektrischen Abtastelementen unmittelbar im Strahl 33 nach dem ersten Strahlspalter angeordnet werdenHowever, the lattice constant of the interference structure perpendicular to the direction of the interference fringes is required for the desired angular position of the measuring surface. The resulting interference pattern is obtained from the crossed arrangement of two CCD lines. FIG. 5 shows the entire arrangement of the interferometer according to FIG. 2 from the direction of FIG Rays 32, 35 and 36 The aperture 3 is transparent within the circle and not transparent 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 projected onto the CCD lines 38 and 40 as well The CCD lines 38 and 40 represent an (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 at the same time Zero point of the coordinate system, which coincides with the center of the diaphragm 3 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 the heights h _{1 (} h _{2 of} the triangles whose sum gives the sought lattice constant g is known ζ B is a CCD line, which has a length of 3.6mm over 256 integrated photoelectrically active elements The interference structure can then be safely resolved When a penode of the grating is scanned by 5 elements of the CCD line Under this condition, one obtains for the smallest resolvable g = 0.056 mm to which a deviation of the angular position from the normal position of 20 'corresponds to the advantage of this arrangement at λ = 633 nm on the one hand, that by measuring the angular position of the measuring surface with the same measuring error substantially larger measuring ranges are permissible and On the other hand, instead of the two CCD lines 38 and 40, a matrix-shaped arrangement of integrated photoelectric scanning elements directly in the beam can also be used 33 are arranged after the first beam splitter

Claims

claims:

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 first beam splitter (3) is located between an interferometer splitter (1) and a beam splitter (2) and a second beam splitter (34) is connected downstream thereof and the beam (33) is split into partial beams (35, 36) in the second beam splitter (34) is and in the beam paths (35, 36) each arranged a cell-shaped arrangement of integrated photoelectric sensing elements and the directions of both lines are perpendicular to each other and the intersection 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 matrixformige arrangement of integrated photoelectric sensing elements.