DE10317387A1

DE10317387A1 - Kompakte Strahlzurückverfolgungsoptikeinrichtung zum Eliminieren eines Strahlauseinanderlaufens

Info

Publication number: DE10317387A1
Application number: DE10317387A
Authority: DE
Inventors: Kerry D Bagwell; Greg C Felix; John J Bockman
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: DE10317387B4; JP2003315008A; JP4028428B2

Abstract

Ein Multiachseninterferometer verwendet einen kombinierten Strahl für einen ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik. Meß- und Referenzkomponenten des kombinierten Strahls, die aus der Interferometeroptik austreten, sind einem Auseinanderlaufen unterworfen, das durch eine Meß- oder Referenzreflektor-Fehlausrichtung bewirkt werden kann. Ein Rücklaufreflektor und ein Nicht-Polarisierungsstrahlteilersystem teilen den kombinierten Strahl in getrennte Eingangsstrahlen für die verschiedenen Achsen des Interferometers und senden die getrennten Strahlen für jeweilige zweite Durchläufe durch die Interferometeroptik zurück. Ein Auseinanderlaufen für die getrennten Strahlen in der Interferometeroptik hebt das Auseinanderlaufen für den kombinierten Strahl auf, um ein Strahlauseinanderlaufen bei getrennten Ausgangsstrahlen zu eliminieren. Ein gemeinsames Verwenden eines kombinierten Strahls für einen ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik verringert die für die Interferometeroptik und die Referenz- und Meßspiegel erforderliche Größe. Das Multiachseninterferometer kann einen einzigen Rücklaufreflektor aufweisen.

Description

Querverweis auf verwandte Patentanmeldung

Diese Patentschrift ist verwandt mit der parallelen deutschen Patentanmeldung 10304864.2, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.

Beschreibung

Interferometer verwenden üblicherweise eine Polarisierungskodierung, um Referenzstrahlen von Meßstrahlen zu unterscheiden. Bei einem Planspiegel-Interferometer 100, das in Fig. 1 dargestellt ist, enthält ein Eingangsstrahl IN beispielsweise zwei geradlinig polarisierte Komponenten, die orthogonale, geradlinige Polarisierungen aufweisen. Ein Polarisierungsstrahlteiler 110 im Interferometer 100 trennt die zwei Komponenten, wodurch ein Referenzstrahl und ein Meßstrahl erzeugt werden.

In Fig. 1 reflektiert der Polarisierungsstrahlteiler 110 die Komponente, die dem Referenzstrahl entspricht. Der Referenzstrahl bewegt sich daher entlang eines Wegs R1, durch eine Viertelwellenplatte 120 zu einem Referenzspiegel 130. Der Referenzspiegel 130 weist eine feststehende Halterung relativ zum Polarisierungsstrahlteiler 110 auf und ist senkrecht zum Weg R1 so ausgerichtet, daß der Referenzstrahl von einem Referenzspiegel 130 reflektiert wird und sich zurück zur Viertelwellenplatte 120 entlang dem Weg R1 bewegt. Durch ein zweimaliges Durchlaufen der Viertelwellenplatte 120 wird die Polarisierung des Referenzstrahls effektiv um 90° gedreht, so daß der Referenzstrahl, der auf dem Weg R1 zurückkehrt, durch den Polarisierungsstrahlteiler 110 gelangt und in einen Würfeleckenreflektor 140 entlang einem Weg R1 eintritt.

Der Würfeleckenreflektor 140 reflektiert den Referenzstrahl auf einen versetzten Weg R3, und der Referenzstrahl quert den Polarisierungsstrahlteiler 110 direkt zu einem kollinearen Weg R4. Der Referenzstrahl setzt dann seinen Weg entlang einem Weg R1 durch die Viertelwellenplatte 120 fort, bevor er erneut vom Referenzspiegel 130 reflektiert wird und durch die Viertelwellenplatte 120 entlang dem Weg R4 zurückkehrt. Das zweite Paar von Durchläufen durch die Viertelwellenplatte 120 verändert die Polarisierung des Referenzstrahls, so daß der Polarisierungsstrahlteiler 110 den Referenzstrahl vom Weg R4 auf einen Ausgangsweg ROUT reflektiert.

Der Polarisierungsstrahlteiler 110 von Fig. 1 überträgt die eingegebene Polarisierungskomponente entsprechend dem Meßstrahl, so daß sich der Meßstrahl entlang einem Weg M1 durch eine Viertelwellenplatte 150 zu einem Meßspiegel 160 bewegt. Der Meßspiegel 160 befindet sich auf einem Objekt, wie z. B. einer Translationsstufe in einem Verarbeitungsgerät zur Herstellung integrierter Schaltungen. Der Meßspiegel 160 ist idealerweise senkrecht zum Weg M1, jedoch kann der Meßspiegel 160 allgemein eine winkelmäßige Ausrichtung aufweisen, die, während sich das Objekt bewegt, Schwankungen unterliegt. Fig. 1 zeigt eine Konfiguration, wo der Meßspiegel 160 einen Nicht-Null-Gierwinkel relativ zu Weg M1 aufweist. Infolgedessen kehrt der Meßstrahl, der vom Meßspiegel 160 reflektiert wird, entlang einem Weg M1', der einen Nicht-Null-Winkel (d. h. zweimal den Gierungswinkel) mit dem Weg M1 bildet, zurück.

Der Meßstrahl, der die Viertelwellenplatte 150 zweimal durchlief, läßt seine lineare Polarisierung um 90° drehen, so daß der Polarisierungsstrahlteiler 110 den Meßstrahl vom Weg M1' zu einem Weg M2 in die Würfelecke 140 reflektiert. Von der Würfelecke 140 bewegt sich der Meßstrahl entlang dem Weg M1, wird im Polarisierungsstrahlteiler 110 zu einem Weg M4 durch die Viertelwellenplatte 50 zu einem Meßreflektor 160 reflektiert. Der Meßstrahl kehrt dann vom Meßreflektor entlang einem Weg M4' durch die Viertelwellenplatte 150 zurück. Der Weg M4' bildet mit dem Weg M4 einen Winkel gemäß der Ausrichtung des Meßspiegels 160 und verläuft parallel zum Weg M1. Der Polarisierungsstrahlteiler 110 überträgt den Meßstrahl vom Weg M4 auf einen Ausgangsweg MOUT.

Eine Interferometerelektronik (nicht gezeigt) kann Phaseninformationen aus einer Kombination aus Referenz- und Meßstrahlen analysieren, um die Bewegung des Meßspiegels 160 zu messen. Speziell kann ein vereinter Strahl, der aus dem Vereinen des Referenz- und Meßstrahls resultiert, so gestaltet sein, daß er interferiert, um ein Meßsignal zu erzeugen. Wenn sich der Meßspiegel 160 entlang der Richtung des Meßstrahls bewegt, bewirkt jede Reflexion des Meßstrahls vom Meßspiegel 160 eine Dopplerverschiebung der Frequenz des Meßstrahls und eine entsprechende Veränderung der Schwebungsfrequenz des vereinten Strahls. In einem Gleichstrominterferometer, wo der Meßstrahl und der Referenzstrahl anfangs die gleiche Frequenz aufweisen, entspricht die Schwebungsfrequenz des vereinten Strahls der Doppler-Verschiebung. In einem Wechselstrominterferometer, wo der Meßstrahl und der Referenzstrahl anfangs leicht unterschiedliche Frequenzen aufweisen, zeigt die Veränderung der Schwebungsfrequenz die Doppler-Verschiebung an.

Wechselstrominterferometer verwenden üblicherweise einen Eingangsstrahl mit orthogonalen, geradlinigen Polarisierungskomponenten mit leicht unterschiedlichen Frequenzen. Eine unvollständige Polarisierungsseparation der Frequenzkomponenten des Eingangsstrahls kann bei der Doppler- Verschiebungsmessung zyklische Fehler verursachen. Wenn der Referenzstrahl beispielsweise bei der für den Meßstrahl beabsichtigten Frequenz Licht enthält, verursacht der Referenzstrahl selbst ein Fehlersignal, das die Schwebungsfrequenz aufweist, die von den Frequenzen der eingegebenen Komponenten abhängt. Wenn das Fehlersignal im Vergleich zum Meßsignal zu groß wird, erschwert dies die Ausführung exakter Messungen. Dementsprechend ist eine Maximierung des Meßsignals für die Ausführung exakter Messungen von Bedeutung.

Das Maximieren des Meßsignals für Wechselstrom- oder Gleichstrominterferometer erfordert eine effiziente Kombination aus einem Meßstrahl und einem Referenzstrahl, und eine Kombination aus einem Referenzstrahl und einem Meßstrahl ist am effizientesten, wenn die Ausgangswege ROUT und MOUT für den Referenzstrahl und den Meßstrahl kollinear verlaufen. Ein Erreichen von kollinearen Ausgangsstrahlen vom Interferometer 100 hängt von einer richtigen Ausrichtung des Referenzspiegels 130 und des Meßspiegels 160 ab.

Bei der ordnungsgemäß ausgerichteten Konfiguration ist der Meßspiegel 160 senkrecht zum Weg M1, und die reflektierten Wege M1' und M4' sind kollinear mit den einfallenden Wegen M1 und M4. Infolgedessen fallen die Meßwege M2, M3 und MOUT jeweils mit den Referenzwegen R2, R3 und ROUT zusammen, wenn der Meßspiegel 160 ideal ausgerichtet ist. Wenn sich der Meßspiegel 160 außerhalb der Ausrichtung befindet, bilden die Wege M1 und M1' einen Winkel, der von der Fehlausrichtung des Meßspiegels 160 abhängig ist, und die Referenz- und Meßwege sind relativ zueinander schräg angeordnet. Die winkelmäßige Differenz oder Trennung zwischen dem Meßweg und dem Referenzweg hält bis zur zweiten Reflexion vom Meßspiegel 160 an. Nach den zweiten Reflexionen werden der Meßweg M4' und der Ausgangsweg MOUT parallel zum Ausgangsweg ROUT für den Referenzstrahl. Die winkelmäßige Abweichung des Referenzspiegels 160 verschiebt jedoch noch den Meßstrahlausgangsweg MOUT relativ zum Referenzstrahl- Ausgangsweg ROUT. Dieses Phänomen wird allgemein als ein Strahlauseinanderlaufen (Beam Walkoff) bezeichnet.

Wenn das Strahlauseinanderlaufen im Vergleich zu den Durchmessern für die Referenz- und Meßstrahlen vernachlässigbar ist, liefert der vereinte Strahl ein starkes Meßsignal.

Eine Fehlausrichtung des Meßspiegels 160 um etwa 0,001 Radian oder mehr zusammen mit einer großen Entfernung (in der Ordnung von 0,5 Metern oder mehr) zwischen dem Strahlteiler 110 und dem Spiegel 160 bewirkt jedoch bei einigen Präzisionsinterferometern ein Auseinanderlaufen, die einen erheblichen Bruchteil der Strahldurchmesser darstellt. (Das Auseinanderlaufen in einem Planspiegel-Interferometer beträgt allgemein etwa 4Lα, wobei L die Entfernung zwischen dem Interferometer und dem Meßspiegel 160 und α die Winkelfehlausrichtung des Meßspiegels 160 ist). Die resultierende Abnahme des überlappten Bereichs des Meßstrahls und des Referenzstrahls bewirkt eine beträchtliche Absenkung des Meßsignals, wodurch das zyklische Fehlersignal signifikanter und die Ausführung exakter Messungen erschwert wird.

Ein weiteres Problem, das aus einem Strahlauseinanderlaufen entsteht, ist der dynamische Bereich des Meßsignals während des Betriebs des Interferometers 100. Speziell kann die Lichtintensität in dem überlappten Strahl zwischen einem besten Fall mit einer maximalen Überlappung und einem schlechtesten Fall mit einer relativ kleinen Überlappung variieren. Die Intensität des Meßsignals hängt daher von der Ausrichtung des Meßspiegels 160 ab, und die Ausrichtung verändert sich während des Betriebs des Interferometers 100, speziell wenn sich das Objekt, das gemessen wird, bewegt. Der Eingangsstrahl muß eine ausreichende Leistung aufweisen, um ein meßbares Signal bei der Schlechtester- Fall-Ausrichtung zu liefern, was die Energieeffizienz des Interferometers 100 beträchtlich verringert. Zusätzlich müssen der optische Empfänger und die Meßelektronik einen dynamischen Bereich aufweisen, der ausreicht, um sowohl die niedrigen Meßsignalpegel des schlechtesten Falls als auch die hohen Meßsignalpegel des besten Falls zu handhaben.

Noch ein weiterer Nachteil des Strahlauseinanderlaufens entsteht aus einer Uneinheitlichkeit der Wellenfronten der Strahlen. Typischerweise können eine Strahlkrümmung, Keilwinkel und Aberrationen der Strahlen an sich und optische Oberflächen, die durch einen Strahl, jedoch nicht durch den anderen gequert werden, Wellenfront-Phasendifferenzen bewirken. Das Messstrahlauseinanderlaufen kann die Überlappung verändern und speziell bewirken, daß sich die gemessene Phase des Signals verändert, selbst wenn sich die Entfernung zwischen dem Spiegel 160 und dem Strahlteiler 110 nicht veränderte.

Das Interferometer 100 verwendet einen Würfeleckenreflektor 140, um die Referenz- und Meßstrahlen für zusätzliche Reflexionen von den jeweiligen Planspiegel-Reflektoren 130 und 160 umzulenken. Wie vorstehend angemerkt wurde, verhindern der Würfeleckenreflektor 140 und die zusätzlichen Reflexionen winkelmäßige Separationen zwischen den Ausgangsstrahlwegen ROUT und MOUT. Die zusätzlichen Reflexionen erhöhen (d. h. verdoppeln) auch die Doppler- Verschiebung des Meßstrahls und können die Meßauflösung des Interferometers erhöhen. Ein weiterer Würfeleckenreflektor kann hinzugefügt werden, um die Anzahl von Reflexionen des Meßstrahls vom Meßreflektor 160 (und die Anzahl von Reflexionen des Referenzstrahls vom Referenzreflektor 130) weiter zu erhöhen. Ein Nachteil der Verwendung eines Würfeleckenreflektors ist der resultierende Anstieg des Strahlauseinanderlaufen (z. B. Verdoppelung des Strahlauseinanderlaufen beim Verdoppeln der Anzahl von Reflexionen).

Ein dynamisches Strahlsteuerungssystem könnte die relative Position des Meßstrahls und des Referenzstrahl während des Betriebs des Interferometers 100 messen und dann den Referenzspiegel 130 oder ein anderes optisches Element im Interferometer 100 dynamisch einstellen, um das Auseinanderlaufen zu minimieren. Ein solches dynamisches Steuerungssystem ist tendenziell komplex, kostspielig und anfällig für Ausfälle. Dementsprechend sind effizientere und weniger komplexe Systeme und Verfahren zum Reduzieren oder Eliminieren eines Auseinanderlaufens erwünscht. Idealerweise sind Systeme, die ein Auseinanderlaufen verringern oder eliminieren, kompakt und für einen Betrieb in begrenzten Arbeitsräumen geeignet.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen und Verfahren zu schaffen, die die Eliminierung eines Strahlauseinanderlaufens ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch Interferometer gemäß den Ansprüchen 1, 9 oder 16 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung sendet ein Interferometer den Meßstrahl und den Referenzstrahl für einen zusätzlichen Durchlauf durch die Interferometeroptik entlang den Wegen zurück, die entweder einen ersten Durchgang durch die Interferometeroptik zurückverfolgen oder Wegen parallel zum ersten Durchgang folgen. Infolgedessen eliminieren zusätzliche Reflexionen des Meßstrahls und des Referenzstrahls von ihren jeweiligen Reflektoren das Auseinanderlaufen zwischen dem Meßstrahl und dem Referenzstrahl in einem endgültigen vereinten Ausgangsstrahl.

Bei einem Interferometer, das mehrere Meßachsen aufweist, können Eingangsstrahlen für die verschiedenen Achsen voneinander getrennt sein, nachdem ein kombinierter Strahl einen ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik durchläuft. Während des ersten Durchlaufs erfährt ein kombinierter Meßstrahl ein erstes Paar von Reflexionen von einem Meßspiegel, bevor er in getrennte Meßstrahlen, einen für jede Meßachse, getrennt wird. Jeder der getrennten Meßstrahlen durchläuft die Interferometeroptik ein zweites Mal getrennt und erfährt ein zweites Paar von Reflexionen von dem Meßspiegel. Desgleichen führt ein kombinierter Referenzstrahl einen ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik durch, bevor er in getrennte Referenzstrahlen geteilt wird, die einen zweiten Durchlauf durch die Interferometeroptik durchführen.

Die Kombination der Reflexionen der kombinierten Meß- /Referenzstrahlen von den Meß-/Referenzreflektoren während des ersten Durchlaufs und der Reflexionen der getrennten Meß-/Referenzstrahlen von den Meß-/Referenzreflektoren während des zweiten Durchlaufs eliminiert ein Strahlauseinanderlaufen aufgrund einer Fehlausrichtung des Meß- oder Referenzspiegels. Während jedes Durchlaufs eliminieren ein Paar von Reflexionen von dem Meßspiegel und ein Paar von Reflexionen von dem Referenzspiegel eine winkelmäßige Trennung zwischen den Meß- und Referenzstrahlen.

Ein Mehrachsen-Interferometer, das N Meßachsen aufweist, trennt den kombinierten Strahl in N getrennte Strahlen. Der kombinierte Strahl und die getrennten Strahlen weisen unterschiedliche Wege durch die Interferometeroptik und die getrennten Reflexionsbereiche auf den Meß- und Referenzspiegeln auf. Die Bereiche der Meß- und Referenzspiegel nehmen statt 2N Paaren von Reflexionen N+1 Paare von Reflexionen auf, die andernfalls Ausgangsstrahlen ohne ein Strahlauseinanderlaufen separat erzeugen müßten. Die Meß- und Referenzspiegel können somit kleiner sein. Die Verringerung der Anzahl von separaten Strahlwegen verringert ferner die Größe der Interferometeroptik.

Ein spezifisches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Mehrachsen-Interferometer, das ein Hauptstrahlteilersystem, ein Meß- und ein Referenzreflektorsystem, einen Rücklaufreflektor und ein Nebenstrahlteilersystem umfaßt. Das Hauptstrahlteilersystem empfängt einen Eingangsstrahl und trennt den Eingangsstrahl, in der Regel gemäß einer Polarisierung, in einen kombinierten Meßstrahl und einen kombinierten Referenzstrahl. Das Meß- und das Referenzreflektorsystem empfangen den kombinierten Meßstrahl bzw. den kombinierten Referenzstrahl von dem Hauptstrahlteilersystem und reflektieren dieselben zurück. Ein Retroreflektor kann anschließend den kombinierten Meßstrahl und den kombinierten Referenzstrahl für jeweilige zweite Reflexionen von dem Meß- bzw. Referenzreflektorsystem zurücklenken. Nach den Paaren von Reflexionen bildet das Hauptstrahlteilersystem einen kombinierten Ausgangsstrahl, bei dem zentrale Achsen des kombinierten Meßstrahls und des kombinierten Referenzstrahls parallel sind und um eine Entfernung auseinandergelaufen sind, die von einer relativen Fehlausrichtung der Reflektorsysteme abhängt.

Der Rücklaufreflektor und der Nebenstrahlteiler empfangen den kombinierten Ausgangsstrahl von dem Hauptstrahlteilersystem, teilen die kombinierten Ausgangsstrahlen in getrennte Strahlen, die in das Hauptstrahlteilersystem zurückgelenkt werden. Wenn der Rücklaufreflektor den kombinierten Strahl reflektiert, bevor das Nebenstrahlteilersystem den kombinierten Strahl in die getrennten Strahlen teilt, kann das Interferometer einen einzigen Rücklaufreflektor für alle Meßachsen verwenden, statt einen Rücklaufreflektor pro Meßachse zu erfordern.

Das Hauptstrahlteilersystem teilt jeden der getrennten Eingangsstrahlen in getrennte Meß- und Referenzstrahlen, die zumindest einmal von dem Meß- bzw. Referenzreflektorsystem reflektiert werden und sich dann zu Paaren umkombinieren bzw. neu kombinieren, um getrennte Ausgangsstrahlen zu bilden, die den getrennten Eingangsstrahlen entsprechen. Retroreflektoren, die den getrennten Strahlen entsprechen, können die jeweiligen getrennten Meß-/Referenzstrahlen für zweite Reflexionen von dem Meß- und dem Referenzreflektorsystem zurücklenken.

Das Hauptpolarisierungssystem umfaßt allgemein einen Polarisierungsstrahlteiler, der den Eingangsstrahl durch eine Polarisierung teilt, um Referenz- und Meßstrahlen zu bilden. Das Referenzreflektorsystem umfaßt in der Regel eine erste Viertelwellenplatte und einen Referenzreflektor; und das Meßreflektorsystem umfaßt in der Regel eine zweite Viertelwellenplatte und einen Meßreflektor zum Anbringen an einem Objekt, das durch das Interferometer gemessen wird. Das Nebenstrahlteilersystem umfaßt in der Regel einen Nicht-Polarisierungsstrahlteiler, so daß die zu dem Hauptstrahlteilersystem zurückkehrenden getrennten Strahlen Polarisierungskomponenten enthalten, die das Hauptstrahl- teilersystem teilen kann, um getrennte Meß- und Referenzstrahlen zu bilden.

Ein weiteres spezifisches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Multiachseninterferometer, das eine Interferometeroptik, ein Strahlteilersystem und einen Rücklaufreflektor umfaßt. Die Interferometeroptik teilt einen Eingangsstrahl in einen Referenzstrahl und einen Meßstrahl und lenkt den Meßstrahl für zumindest eine Reflexion von einem Meßreflektor, der sich an einem gemessenen Objekt befindet. Desgleichen lenkt die Interferometeroptik den Referenzstrahl für zumindest eine Reflexion von einem Referenzreflektor. Bei der Interferometeroptik vereinen sich die Referenz- und Meßstrahlen zu einem kombinierten Strahl, bei dem die Referenz- und Meßstrahlen parallel sind, jedoch einem Auseinanderlaufen unterworfen sind, das von den Ausrichtungen und Positionen der Meß- und Referenzreflektoren abhängt. Der Rücklaufreflektor empfängt den kombinierten Strahl und lenkt den kombinierten Strahl in das Strahlteilersystem. Das Strahlteilersystem teilt den kombinierten Strahl in eine Mehrzahl von getrennten Strahlen und lenkt die getrennten Strahlen in die Interferometeroptik. Die Interferometeroptik teilt anschließend jeden der getrennten Strahlen in einen Referenzstrahl und einen Meßstrahl und lenkt jeden dieser Meßstrahlen für zumindest eine Reflexion von dem Meßreflektor. Desgleichen lenkt die Interferometeroptik die getrennten Referenzstrahlen für eine oder mehrere Reflexionen von einem Referenzreflektor oder von Referenzreflektoren. Für jeden der getrennten Strahlen kombiniert die Interferometeroptik die Referenz- und Meßstrahlen um, um einen getrennten Ausgangsstrahl zu bilden, bei dem die Referenz- und Meßstrahlen kollinear sind.

Der Rücklaufreflektor ist allgemein derart, daß ein Verschieben eines Einfallswegs des einfallenden Strahls ein Verschieben des reflektierten Strahls bewirkt und daß das Verschieben des reflektierten Strahls in bezug auf Betrag und Richtung mit dem Verschieben des einfallenden Strahls identisch ist. Der Rücklaufreflektor kann beispielsweise ein gleichschenkliges Prisma umfassen, das eine Basis aufweist, die derart orientiert ist, daß die Basis zu dem kombinierten Strahl senkrecht ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Multiachsen-Planspiegel-Interferometer, das einen Polarisierungsstrahlteiler, ein Meßreflektorsystem, ein Referenzreflektorsystem, einen Rücklaufreflektor und ein Nicht- Polarisierungsstrahlteilersystem umfaßt. Der Polarisierungsstrahlteiler teilt einen Eingangsstrahl in einen kombinierten Meßstrahl und einen kombinierten Referenzstrahl. Das Meß- und das Referenzreflektorsystem, die Planspiegel umfassen, empfangen die kombinierten Meß- bzw. Referenzstrahlen von dem Polarisierungsstrahlteiler und reflektieren dieselben zurück.

Der Rücklaufreflektor empfängt den kombinierten Meßstrahl und den kombinierten Referenzstrahl von dem Polarisierungsstrahlteiler nach den Reflexionen von den Meß- und Referenzreflektoren und lenkt die kombinierten Strahlen in das Nicht-Polarisierungsstrahlteilersystem. Der Rücklaufreflektor reflektiert allgemein einen einfallenden Strahl, beispielsweise die kombinierten Strahlen von dem Polarisierungsstrahlteiler, derart, daß ein Verschieben des einfallenden Strahls eine übereinstimmende Verschiebung eines reflektierten Strahls zur Folge hat.

Das Nicht-Polarisierungsstrahlteilersystem teilt den kombinierten Meßstrahl in eine Mehrzahl von getrennten Meßstrahlen, die in den Polarisierungsstrahlteiler gelenkt werden, und teilt den kombinierten Referenzstrahl in eine Mehrzahl von getrennten Referenzstrahlen, die in den Polarisierungsstrahlteiler gelenkt werden.

Retroreflektoren können den kombinierten Meßstrahl, den kombinierten Referenzstrahl und die getrennten Meß- und Referenzstrahlen nach den ersten jeweiligen Reflexionen von dem Meß- bzw. dem Referenzreflektorsystem empfangen. Die Retroreflektoren lenken den kombinierten Meßstrahl, den kombinierten Referenzstrahl und die getrennten Meß- und Referenzstrahlen für zweite Reflexionen von dem jeweiligen Reflektorsystem. Die Paare von Reflexionen eliminieren winkelmäßige Variationen zwischen den Meß- und Referenzstrahlen aufgrund einer Fehlausrichtung der Reflektorsysteme. Ein Auseinanderlaufen zwischen den kombinierten Meß- und Referenzstrahlen hebt ein anschließendes Auseinanderlaufen zwischen den getrennten Meß- und Referenzstrahlen auf.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Interferometers. Das Verfahren umfaßt ein Lenken eines Eingangsstrahls in das Interferometer, wo die Interferometeroptik den Eingangsstrahl in einen Referenzstrahl und einen Meßstrahl teilt, bewirkt, daß der Meßstrahl von einem Reflektor, der an einem gemessenen Objekt angebracht ist, reflektiert wird, und die Meß- und Referenzstrahlen als einen kombinierten Strahl aus der Interferometeroptik herauslenkt. Der kombinierte Strahl wird dann in eine Mehrzahl von getrennten Strahlen geteilt, die in die Interferometeroptik gelenkt werden. Für jeden getrennten Strahl teilt die Interferometeroptik den getrennten Strahl in einen Referenzstrahl und einen Meßstrahl, bewirkt, daß der Meßstrahl von dem Reflektor, der an dem gemessenen Objekt angebracht ist, reflektiert wird, und lenkt die Referenz- und Meßstrahlen als einen Ausgangsstrahl, der dem getrennten Strahl entspricht, aus der Interferometeroptik heraus. Eine Analyse der Ausgangsstrahlen bestimmt Messungen entlang mehrerer Achsen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein herkömmliches Interferometer mit einem fehlausgerichteten Meßspiegel, der ein Strahlauseinanderlaufen bewirkt;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein Auseinanderlaufen unter Verwendung eines Reflektors eliminiert, der einen Meßstrahl und einen Referenzstrahl zurücksendet, um ihren jeweiligen Weg zurückzuverfolgen;
Fig. 3A und Fig. 3B eine Interferometeroptik für Ausführungsbeispiele der Erfindung mit alternativen Systemen zum Trennen von Eingangs- und Ausgangsstrahlen;
Fig. 4A, 4B und 4C alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung, die ein Strahlauseinanderlaufen unter Verwendung von optischen Elementen eliminieren, die den Meßstrahl und den Referenzstrahl zurücksenden und versetzen;
Fig. 5 ein Differenztial-Planspiegel-Interferometer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 6 ein Interferometer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das Würfeleckenreflektoren für Referenz- und Meßreflektoren verwendet;
Fig. 7 ein Linearinterferometer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das einen Planspiegel als einen Rücklaufreflektor verwendet, der den Referenzstrahl und den Meßstrahl lenkt, um Wege durch das Interferometer zurückzuverfolgen;
Fig. 8 ein Linearinterferometer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das einen Rücklaufreflektor verwendet, der den Referenzstrahl und den Meßstrahl lenkt, um die Wege parallel zu, jedoch versetzt von den ursprünglichen Wegen durch das Interferometer zurückzuverfolgen;
Fig. 9 ein Differential-Linear-Interferometer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 10 ein Multiachseninterferometer, das einen kombinierten Strahl für einen ersten Durchlauf durch eine Interferometeroptik und getrennte Strahlen für einen zweiten Durchlauf durch die Interferometeroptik verwendet; und
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines Dreiachseninterferometers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Verwendung der gleichen Bezugszeichen in den unterschiedlichen Figuren weist auf ähnliche oder identische Elemente hin.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Interferometer ein passives optisches System auf, das den Meßstrahl und den Referenzstrahl für zusätzliche Durchgänge durch die Interferometeroptik zum Aufheben eines Strahlauseinanderlaufens im finalen Ausgangsstrahl zurücksendet. Bei einem Ausführungsbeispiel verfolgen die zurückgesendeten Strahlen ihre jeweiligen Wege exakt zurück, um als kollineare Strahlen auszutreten, die mit dem Eingangsstrahl zusammenfallen. Für dieses Ausführungsbeispiel kann ein Planspiegel senkrecht zum Ausgangsweg eines herkömmlichen Interferometers Referenz- und Meßstrahlen für das Zurückverfolgen zurücksenden. Alternativ können die zurückkehrenden Referenz- und Meßstrahlen parallel zu, jedoch versetzt von den ursprünglichen Ausgangswegen verlaufen. Ein optisches Element, wie z. B. ein gleichschenkliges Prisma, kann die Strahlen mit der gewünschten Richtung und dem gewünschten Versatz zurücksenden.
Bei einem Multiachseninterferometer kann ein Teilen, das Strahlen für die getrennten Meßachsen teilt, stattfinden, nachdem ein kombinierter Strahl einen ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik durchläuft, und nach einer Reflexion von einem Rücklaufreflektor. Die kombinierten Strahlen sind insofern "kombiniert", als die Strahlen noch nicht für Messungen entlang verschiedener Achsen geteilt wurden. Folglich erfordert ein Multiachseninterferometer gemäß der Erfindung, das ein Strahlauseinanderlaufen eliminiert, lediglich einen Strahlweg mehr als ein herkömmliches Multiachseninterferometer, das einem Strahlauseinanderlaufen unterworfen ist. Ferner kann das Multiachseninterferometer ohne ein Strahlauseinanderlaufen einen einzigen Rücklaufreflektor für den kombinierten Strahl verwenden, statt getrennte Rücklaufreflektoren für jede Meßachse. Ein Multiachseninterferometer gemäß der Erfindung kann kompakt hergestellt werden.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht von optischen Elementen eines Einachsen-Planspiegel-Interferometers 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie dargestellt ist, enthält das Interferometer 200 eine Optik, die einen Polarisierungsstrahlteiler 110, Viertelwellenplatten 120 und 150, einen Referenzreflektor 130, einen Würfeleckenreflektor 140 und einen Meßreflektor 160 aufweist, die in herkömmlicher Weise konzipiert sein können.
Ein Interferometer 200 empfängt einen Eingangsstrahl entlang einem Weg IN/OUT. Das Interferometer 200 kann entweder ein Gleichstrominterferometer sein, in dem der Eingangsstrahl vorzugsweise monochromatisch ist, oder ein Wechselstrominterferometer, in dem der Eingangsstrahl vorzugsweise ein Strahl ist, der zwei orthogonal polarisierte Komponenten enthält, die leicht unterschiedliche Frequenzen aufweisen. Die Wechselstrom- und Gleichstrominterferometer sind in der Technik hinreichend bekannt. Zu Veranschaulichungszwecken wird nachstehend ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Interferometer 200 ein Wechselstrominterferometer ist, beschrieben. Ein Gleichstrominterferometer würde Strahlenwege aufweisen, die mit jenen, die nachstehend beschrieben sind, identisch sind, unterscheidet sich jedoch von einem Wechselstrominterferometer in der Beschaffenheit des Eingangsstrahls und der Verarbeitung des vereinten Ausgangsstrahls, um die Bewegung eines Objekts zu messen.
Bei einem Wechselstrominterferometer weist jede Frequenzkomponente des Eingangsstrahls eine lineare Polarisierung auf, die orthogonal zur linearen Polarisierung der anderen Frequenzkomponente ist. Aktuelle Strahlquellen können einen heterodynen Strahl mit Frequenzkomponenten liefern, die Polarisierungen aufweisen, die in hohem Maße, wenn nicht vollkommen linear und orthogonal sind. Ein Zeeman- Teilungslaser mit entsprechenden polarisierenden optischen Elementen kann einen Eingangsstrahl mit den gewünschten Eigenschaften erzeugen.
Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Quelle des Eingangsstrahls ein im Handel erhältlicher Laserkopf, wie z. B. ein 5517D, der bei Agilent Technologies Inc. erhältlich ist. Die 5517-Familie von Laserköpfen wendet ein axiales Magnetfeld auf den Laserresonator eines He-Ne-Lasers an, um ein Zeeman-Teilen (Zeeman- Splitting) zu bewirken. Das in dieser Weise erfolgende Zeeman-Teilen erzeugt einen Strahl, der Frequenzkomponenten mit einer Frequenzdifferenz f2-f1 von etwa 2 bis 6 MHz und eine Durchschnittswellenlänge von etwa 633 nm enthält. Die zwei Frequenzkomponenten aus dem Laserresonator weisen entgegengesetzte zirkulare Polarisierungen auf, und eine Viertelwellenplatte oder ein anderes optisches System wandeln die zirkularen Polarisierungen der Frequenzkomponenten in orthogonale lineare Polarisierungen um.
Die Strahlquelle, z. B. der Laser, wird allgemein von der Interferometeroptik entfernt aufbewahrt, um Wärmewirkungen auf das Meßsystem zu vermeiden, und ein optisches System unter Verwendung einer Faseroptik oder einer direkten Strahlübertragung kann den Eingangsstrahl von der Strahlquelle zur Interferometeroptik entlang dem Weg IN/OUT liefern. Die linearen Polarisierungen der gelieferten Frequenzkomponenten verlaufen entlang der Separationsachsen des Polarisierungsstrahlteilers 110.
Der Polarisierungsstrahlteiler 110 empfängt den Eingangsstrahl und teilt den Eingangsstrahl in Komponenten gemäß der linearen Polarisierung. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Strahlteiler 110 einen viereckigen Querschnitt auf und umfaßt zwei Prismen mit einer intervenierenden Strahlteilerbeschichtung 115 bei 45° mit jeder Fläche des Strahlteilers 110. Alternativ könnte eine andere Geometrie oder ein Polarisierungsstrahlteiler, der ein doppelbrechendes Material enthält, verwendet werden. Der Strahlteiler 110 liefert idealerweise eine totale Auslöschung des Lichts, das die eine lineare Polarisierung von dem übertragenen Strahl aufweist, und eine totale Auslöschung des Lichts, das die andere lineare Polarisierung von dem reflektierten Strahl aufweist, jedoch wird allgemein eine gewisse Leckage der falschen Polarisierung vorhanden sein.
Um ein endgültiges Beispiel zu liefern, bezieht sich die nachfolgende Beschreibung auf die Komponente des Eingangsstrahls, der anfangs von der Strahlteilerbeschichtung 115 als ein Referenzstrahl reflektiert wird, und bezieht sich auf die anfangs übertragene Komponente als ein Meßstrahl. Alternativ könnte der reflektierte Strahl der Meßstrahl sein, und der übertragene Strahl könnte der Referenzstrahl sein.
In Fig. 2 folgt der Referenzstrahl nach der Reflexion von Strahlteilerbeschichtung 115 einem Weg R1 durch die Viertelwellenplatte 120 zum Referenzreflektor 130. Der Referenzreflektor 130 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Planspiegel, der auf demselben Aufbau wie der Strahlteiler 110 angebracht ist. Der Planspiegel ist senkrecht zum Weg R1 und reflektiert daher den Referenzstrahl zurück entlang dem Weg R1. Das Wandern nach unten und zurück entlang dem Weg R1 durch die Viertelwellenplatte 120 rotiert die Polarisierung des Referenzstrahls effektiv um 90°, und der Referenzstrahl gelangt durch die Strahlteilerbeschichtung 115 zum Weg R2.
Der Referenzstrahl-Wanderweg R2 reflektiert vom Würfeleckenreflektor 140 und tritt am Würfeleckenreflektor 140 entlang einem versetzten Weg R3 zum Strahlteiler 110 zurück aus. Vom Weg R3 gelangt der Referenzstrahl durch die Strahlteilerbeschichtung 115 zu einem Weg R4. Der Referenzstrahl quert den Weg R4 durch die Viertelwellenplatte 120 zum Reflektor 130, reflektiert vom Referenzreflektor 130 und kehrt entlang dem Weg R4 zurück durch die Viertelwellenplatte 120 in den Polarisierungsstrahlteiler 110 zurück. Der Referenzstrahl reflektiert dann von der Strahlteilerbeschichtung 115 zu einem Weg R5, der zu einem Rücklaufreflektor 210 führt.
Der Weg R5 entspricht dem Ausgangsweg ROUT in dem herkömmlichen Interferometer 100 von Fig. 1. Beim Interferometer 200 ist der Rücklaufreflektor 210 ein Planspiegel, der senkrecht vom Weg R5 ausgerichtet ist und daher den Referenzstrahl zurücksendet, um den Weg R5 in den Polarisierungsstrahlteiler 110 zurückzuverfolgen. Bei der Rückkehr auf dem Weg R5 verfolgt der Referenzstrahl die Wege R5, R4 (in beide Richtungen), R3, R2 und R1 (in beide Richtungen) zurück, um entlang dem Weg IN/OUT auszutreten. Die in Fig. 2 für die Wege des Referenzstrahls (und des Meßstrahls) gezeigten Richtungen sind die Richtungen entsprechend einem ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik, und die Richtungen des Referenzstrahls nach der Reflexion vom Rücklaufreflektor 210 verlaufen entgegengesetzt zu den in Fig. 2 dargestellten Richtungen.
Die Komponente des Eingangsstrahls, die durch die Strahlteilerbeschichtung 115 bei einem ersten Auftreffen übertragen wird, bildet den Meßstrahl. Der Meßstrahl folgt dann einem Weg M1 durch die Viertelwellenplatte 150 zum Meßreflektor 160. Der Meßreflektor 160 ist der gleiche Typ wie der Referenzreflektor 130, und im Interferometer 200 ist ein Planspiegel, der senkrecht zum Weg M1 nominal ausgerichtet ist. Der Meßreflektor 160 ist auf einem Objekt, wie z. B. einer Translationsstufe, die gemessen wird, angebracht und unterliegt allgemein einer Schwankung der winkelmäßigen Ausrichtung. Fig. 2 zeigt den Meßspiegel 160 außerhalb der idealen Ausrichtung befindlich. Bei der dargestellten Fehlausrichtung des Planspiegels reflektiert der Meßreflektor 160 den Meßstrahl zum Weg M1', der mit dem Weg M1 in einem Winkel liegt.
Das zweimalige Durchwandern durch die Viertelwellenplatte 120 entlang den Wegen M1 und M' rotiert die Polarisierung des Meßstrahls effektiv um 90°. Bei seinem zweitem Auftreffen auf die Strahlteilerbeschichtung 115 reflektiert der Meßstrahl von der Strahlteilerbeschichtung 115 zum Weg M2. Wenn der Meßreflektor 160 perfekt auf den Weg M1 ausgerichtet wäre, würden die Wege M1 und M1' zusammenfallen und die Wege M2 und R2 würden zusammenfallen. Bei der dargestellten Fehlausrichtung sind die Wege R2 und M2 schräg angeordnet und voneinander versetzt.
Der Meßstrahl-Wanderweg M2 reflektiert vom Würfeleckenreflektor 140 und tritt aus dem Würfeleckenreflektor 140 entlang einem versetzten Weg M3 zurück zum Strahlteiler 110 aus. Ab dem Weg M3 reflektiert der Meßstrahl von der Strahlteilerbeschichtung 115 zu einem Weg M4. Der Meßstrahl quert den Weg M4 durch die Viertelwellenplatte 150 zum Meßreflektor 160 und reflektiert vom Meßreflektor 160 auf den Weg M4'. Der Meßstrahl kehrt dann entlang dem Weg M4' zurück durch die Viertelwellenplatte 150 in den Polarisierungsstrahlteiler 110.
Die Polarisierungsveränderungen durch zweimaliges Durchlaufen der Viertelwellenplatte 150 bewirkt, daß der Meßstrahl auf dem Weg M4' durch die Strahlteilerbeschichtung 115 zu einem Weg M5 gelangt, der zu einem Rücklaufreflektor 210 führt. Der Meßweg M5 (wie der Weg M4') verläuft parallel zum Referenzweg R5, weil der Würfeleckenreflektor 140 den Weg M3 parallel zum Weg M2 macht, und die zweite Reflexion vom Referenzreflektor 160 hebt die winkelmäßige Schwankung auf, die aus der ersten Reflexion vom Meßreflektor 160 stammt.
Der Weg M5 entspricht dem Ausgangsweg MOUT bei der herkömmlichen Interferometeroptik von Fig. 1. Der Rücklaufreflektor 210 sendet den Meßstrahl zurück, um die Wege M5, M4', M4, M3, M2, M1' und M1 zurückzuverfolgen, und tritt aus dem Polarisierungsstrahlteiler 110 entlang dem Weg IN/OUT aus. Der ausgegebene Meßstrahl verläuft daher kollinear mit dem ausgegebenen Referenzstrahl und befindet sich auf der gleichen Achse wie der Eingangsstrahl. Da der Meßstrahl seinen Weg durch die Interferometeroptik zurückverfolgt, hebt der Rückwegdurchlauf jegliche Wirkungen der Gier- oder Abstands-Schwankung des Meßreflektors 160 auf. Wäre der Referenzreflektor 130 fehlausgerichtet, würde das Zurücksenden des Referenzstrahls, um seinen Weg durch die Interferometeroptik zurückzuverfolgen, desgleichen jedes Strahlauseinanderlaufen aufheben, die die Fehlausrichtung des Referenzreflektors 130 ansonsten bewirkt haben könnte.
Ein weiteres Merkmal des Interferometers 200 ist, daß der Meßstrahl vom Meßreflektor 160 viermal reflektiert. Dementsprechend ist die Doppler-Verschiebung der Frequenz des ausgegebenen Meßstrahls zweimal so groß wie die des herkömmlichen Interferometers 100 von Fig. 1, wodurch die Meßauflösung effektiv verdoppelt wird. Herkömmliche elektronische Systeme, die die Doppler-Verschiebung bei der Schwebungsfrequenz eines kombinierten Strahls messen und dann die Bewegung, die die Verschiebung bewirkte, berechnen, können für die größeren Doppler-Verschiebungen angepaßt werden.
Der zweite Durchlauf des Meßstrahls und des Referenzstrahls durch das Interferometer 200 nach dem Rücklaufreflektor 210 bewirkt eine Dämpfung oder einen Verlust der optischen Leistung. Die optische Leistung bei der Strahlüberlappung, die das gemessene Signal liefert, bleibt jedoch konstant und ist allgemein größer als die Leistung von der Strahlüberlappung des schlechtesten Falls, die bei einem herkömmlichen Interferometer geliefert wird, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Dementsprechend kann das Interferometer 200 eine geringere Leistungsstrahlquelle verwenden und eine Empfängerelektronik mit einem geringeren dynamischen Bereich als herkömmliche Interferometer möglicherweise erfordern verwenden.
Das Vorliegen eines vereinten Ausgangsstrahls entlang der gleichen Achse wie der Eingangsstrahl erfordert allgemein ein System, um ein Blockieren des Eingangsstrahls zu verhindern, wenn der Ausgangsstrahl in einen Empfänger für die Meßelektronik gelenkt wird. Fig. 3A stellt ein Interferometer 300A dar, das ein Eingangs-/Ausgangs-Separationssystem 320A umfaßt, das einen Strahlteiler 310 (z. B. einen halbversilberten Spiegel) verwendet, um den Ausgangsstrahl vom Eingangsstrahl zu trennen. Der Strahlteiler 310 empfängt den Eingangsstrahl und reflektiert einen Abschnitt des Eingangsstrahls in den Polarisierungsstrahlteiler 110. Ein Rest 315 des Eingangsstrahls wird durch den Strahlteiler 310 übertragen und geht verloren, wenn der Rest 315 nicht zu einer anderen Verwendung, wie z. B. für Messungen entlang einer anderen Achse in einem Multiachseninterferometer, gelenkt werden kann. Der Strahlteiler 310 empfängt auch den vereinten Strahl, der vom Polarisierungsstrahlteiler 110 ausgegeben wurde, überträgt den Teil des vereinten Strahls zur Messung und reflektiert einen Teil, der verloren gegangen ist.
Fig. 3B stellt ein Interferometer 300B dar, das ein Eingans-/Ausgangsstrahl-Separationssystem 320 umfaßt, das die Ausgangsstrahlen zu einem Weg umlenkt, der vorn Eingangsstrahlweg versetzt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3B umfaßt das Strahlseparationssystem 320 ein doppelbrechendes Prisma 330 und ein Polarisierungsdrehelement Element 340.
Der Eingangsstrahl für das Interferometer 300B ist mit dem Eingangsstrahl für das Interferometer 200 von Fig. 2 mit Ausnahme der Richtungen der linearen Polarisierungen identisch. Die Frequenzkomponenten des Eingangsstrahls für das Interferometer 300B weisen lineare Polarisierungen auf, die mit den Doppelbrechungsachsen vom Prisma 330 und in einem Winkel, wie z. B. 45°, mit den Achsen des Polarisierungsstrahlteilers 110 ausgerichtet sind.
Das doppelbrechende Prisma 330, das ein Kalzit- Strahlverschieber, wie z. B. ein Verschieber, der von Anbietern wie Karl Lambrecht im Handel erhältlich ist, sein kann, empfängt den Eingangsstrahl und trennt die Polarisierungskomponente Min, die dem Meßstrahl entspricht, von einer Polarisierungskomponente Rin, die dem Referenzstrahl entspricht. Die Polarisierungskomponenten Min und Rin treten aus dem Prisma 330 versetzt voneinander aus.
Das Polarisierungsdrehelement 330, das ein Viertelwellen- Faraday-Rotator sein kann, rotiert die Polarisierungen der Strahlen Min und Rin um einen feststehenden Winkel, d. h. 45°, so daß die Strahlen Min und Rin lineare Polarisierungen aufweisen, die den Achsen des Polarisierungsstrahlteilers 110 entsprechen.
Der Meßstrahl Min folgt den Wegen M1, M1', M2, M3, M4, M4' und M5 und reflektiert dann vom Rücklaufspiegel 210, um die Wege M5, M4', M4, M3, M2, M1' und M1, wie vorstehend beschrieben, zurückzuverfolgen. Der Polarisierungsstrahlteiler 110 gibt dann den Meßstrahl entlang der gleichen Achse aus, entlang der der Meßstrahl in den Polarisierungsstrahlteiler 110 eintrat.
Der Referenzstrahl folgt den Wegen R1', R2' (in beide Richtungen), R3x R4' (in beide Richtungen) und R5' und reflektiert dann vom Spiegel 210, um die Wege R5 R4' (in beide Richtungen), R3', R2'und R1' (in beide Richtungen) zurückzuverfolgen. Die Referenzwege R1', R2', R3', R4' und R5' von Fig. 3 unterscheiden sich von den Referenzwegen R1. R2, R3, R4 und R5 von Fig. 2, weil der Eingangsreferenzstrahl Rin von Fig. 3B vom Eingangsstrahl in Fig. 2 versetzt ist. Der Polarisierungsstrahlteiler 110 gibt dann den Referenzstrahl entlang derselben Achse aus, in die der Referenzstrahl Rin in den Polarisierungsstrahlteiler 110 eintrat.
Der Meßstrahl und Referenzstrahl verlassen den Polarisierungsstrahlteiler 110 versetzt voneinander um eine Entfernung gleich dem Versatz, den das Prisma 330 erzeugte.
Dieser Versatz unterscheidet sich von einem Versatz, der des Strahlauseinanderlaufen entspricht, weil der Versatz im Interferometer 300B feststeht und von Schwankungen bei den Ausrichtungen des Meßreflektors 160 oder des Referenzreflektors 130 unabhängig ist.
Das Polarisierungselement 340 dreht die Polarisierungen der Ausgangsstrahlen erneut um 45°. Die Eintritts- und Austrittsdurchläufe durch das Polarisierungselement 340 drehen die Polarisierungen des Meßstrahls und des Referenzstrahls um 90°, so daß das doppelbrechende Prisma 330 den Meßstrahl ablenkt und den Referenzstrahl überträgt. Der ausgegebene Referenzstrahl und der ausgegebene Meßstrahl treten entlang einem Ausgangsweg OUT aus, der vom Eingangsweg IN getrennt ist, und können daher einfacher in die Meßvorrichtungen gelenkt werden, ohne den Eingangsstrahl zu blockieren.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann ein Reflektor, der den Meßstrahl und den Referenzstrahl für einen zusätzlichen Durchlauf durch die Interferometeroptik zurücksendet, die zurückgesendeten Strahlen versetzen. Fig. 4A zeigt ein Interferometer 400 einschließlich eines Rücklaufreflektors 410, der einen reflektierten Strahl liefert, der vom einfallenden Strahl versetzt ist.
Das Interferometer 400 verwendet eine Strahlquelle (nicht gezeigt) und einen Eingangsstrahl, die im wesentlichen mit der Strahlquelle und einem Eingangsstrahl identisch sind, die vorstehend für das Interferometer 200 von Fig. 2 beschrieben wurden. Bei einem ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik folgen der Referenzstrahl und der Meßstrahl den gleichen Wegen, wie vorstehend bezüglich Fig. 2 beschrieben wurde. Speziell quert der Referenzstrahl die Wege R1 (in beide Richtungen), R2, R3, R4 (in beide Richtungen) und R5, bevor er den Rücklaufreflektor 410A erreicht. Der Meßstrahl quert die Wege M1, M1', M2, M3, M4, M4' und R5, bevor er den Rücklaufreflektor 410A erreicht.
Der Rücklaufreflektor 410 reflektiert den einfallenden Referenzstrahl vom Weg R5 auf einen versetzten Weg R6 zurück zum Polarisierungsstrahlteiler 115 und reflektiert den einfallenden Meßstrahl vom Weg M5 zu einen versetzten Weg M6 zurück zum Polarisierungsstrahlteiler 115. Für einen beliebigen Meßstrahl oder Referenzstrahl, der auf den Rücklaufreflektor 410 auffällt, weist der reflektierte Strahl eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des einfallenden Strahls auf und wird vom einfallenden Strahl um die gleiche Entfernung ungeachtet der Position des einfallenden Strahls versetzt. Ein Planspiegel senkrecht zu den einfallenden Strahlen weist diese Eigenschaften für den einschränkenden Fall einer versetzten Entfernung gleich Null auf.
Im Interferometer 400 weist der Rücklaufreflektor 410 optische Flächen auf, die als ein gleichschenkliges Prisma 410A mit einer reflektiven Basis senkrecht zu den einfallenden Referenz- und Meßstrahlen dienen. Die gleichschenkligen Prismen 410A können ohne weiteres als ein dreieckiges Prisma mit Innenwinkeln 90°, 45° und 45° konstruiert werden. Die Basis des gleichschenkligen Prismas 410A kann mit einer hochreflektiven Beschichtung beschichtet sein, oder das gleichschenklige Prisma 410A kann alternativ einen ausreichend hohen Brechungsindex aufweisen, um eine totale Innenreflexion an der Basis zu liefern, wenn das Licht auf einer der anderen Seiten entlang einer Richtung senkrecht zur Basis auffällt. Die Position und Ausrichtung des gleichschenkligen Prismas 410A in Fig. 4A ist so beschaffen, daß den Meßstrahl und den Referenzstrahl auf der gleichen Fläche des gleichschenkligen Prismas 410A für einen vollen Bereich der tolerierten Strahlauseinanderlaufentfernung auftreffen. Der Referenzstrahl fällt vorzugsweise in der Mitte der Fläche auf.
Fig. 4B stellt ein alternatives Interferometer 400B dar, das mit dem Interferometer 400 von Fig. 4A identisch ist, außer daß der Rücklaufreflektor 410 im Interferometer 400B ein trapezförmiges Prisma 410B ist. Das trapezförmige Prisma 410B weist eine reflektive Basis und eine reflektive Oberseite auf, die senkrecht zu den einfallenden Meß- und reflektiven Strahlen sind. Der Referenzstrahl und der Meßstrahl fallen auf einer der geneigten Flächen des trapezförmigen Prismas 410B auf, treten in das trapezförmige Prisma 410ß ein und reflektieren zumindest einmal von der Basis und der Oberseite des Prismas, bevor sie durch die gegenüberliegende geneigte Fläche austreten. Die geneigten Facetten weisen die gleiche Länge auf und befinden sich im gleichen Winkel mit der Basis des trapezförmigen Prismas 410B. Das trapezförmige Prisma 410B arbeitet im wesentlichen in der gleichen Weise wie das gleichschenklige Prisma 410A, liefert jedoch einen relativ größeren Versatz. Zusätzlich ermöglicht die Oberseite des trapezförmigen Prismas, die flach ist, daß das Prisma 410B direkt am Polarisierungsstrahlteiler 110 befestigt werden kann.
Fig. 4C stellt noch ein weiteres alternatives Interferometer 400C gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, bei dem ein Rücklaufreflektor 410 ein gleichschenkliges Prisma 410C umfaßt, wobei seine Basis zum Polarisierungsstrahlteiler 110 hin geneigt ist. Die Spitze des gleichschenkligen Prismas 410C im Rücklaufreflektor 410C ist zu einem Planspiegel hingeneigt. Ein vereinter Strahl, der auf die Basis des gleichschenkligen Prismas 410C auftrifft, wird nach dem Austreten aus dem gleichschenkligen Prisma 410C gebrochen, reflektiert vom Planspiegel und wird nach dem erneuten Eintreten in ein gleichschenkliges Prisma 420C gebrochen. Der Rücklaufreflektor 410 sendet den reflektierten Strahl entlang einem Weg parallel zu und versetzt durch eine feststehende Entfernung vom Weg des einfallenden Strahls zurück.
Fig. 4A, 4B und 4C stellen spezifische optische Elemente 410A, 410B und 410C für verschiedene Ausführungsbeispiele eines Rücklaufreflektors 410 dar, die den auftreffenden Meßstrahl und Referenzstrahl entlang den Rücklaufwegen, die parallel zu den entsprechenden einfallenden Wegen verlaufen und die die Rücklaufwege verschieben, um mit einer beliebigen Verschiebung in den einfallenden Wegen übereinzustimmen, zurücksenden. Allgemeiner können andere optische Systeme die erforderlichen Eigenschaften des Rücklaufreflektors 410 implementieren.
Die Fig. 4A, 4B und 4C zeigen auch jeweils eine Konfiguration, bei der der Rücklaufreflektor 410 einen horizontalen Versatz liefert, der sich in einer Ebene befindet, die die Referenzwege enthält, wenn das Interferometer die ideale Ausrichtung aufweist. Alternativ kann die Ausrichtung des Rücklaufreflektors 410 einen Versatz mit einem Winkel mit der Ebene liefern, die die Referenzwege und spezieller den vertikalen Versatz enthält, der senkrecht zur Ebene der Referenzstrahlen ist. In den dargestellten Ansichten würden die Referenz- und Meßstrahlen, wenn sie mit einem vertikalen Versatz zurückgesandt werden, in Erscheinung treten, um ihren ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik exakt zurückzuverfolgen.
Für den horizontalen Versatz folgt der zurückgesandte Referenzstrahl den Wegen R6, R7 (in beide Richtungen), R8, R9 und R10 (in beide Richtungen), bevor er von der Strahlteilerbeschichtung 115 auf einen Ausgangsweg OUT reflektiert wird. Der zurückgesendete Meßstrahl folgt den Wegen M6, M7, M7', M8, M9, M10 und M10', bevor er durch die Strahlteilerbeschichtung 115 zum Ausgangsweg OUT gelangt. Der ausgegebene Meßstrahl und der ausgegebene Referenzstrahl verlaufen auf dem Ausgangsweg OUT kollinear, vorausgesetzt, daß die optischen Oberflächen (z. B. die Strahlteilerbeschichtung 115, die Viertelwellenplatten 120 und 150, die Würfelecke 140 und die Reflektoren 130 und 160) räumlich einheitlich sind und die Normale zur reflektiven Oberfläche des Rücklaufreflektors 410 parallel zu den Strahlwegen M5 und R4 ist. Der Ausgangsweg OUT, der vom Eingangsweg IN geteilt wird, erleichtert das Messen des vereinten Strahls, ohne mit dem Eingangsstrahl zu blockieren.
Die Aspekte der Erfindung können auf viele Interferometertypen und -konfigurationen angewendet werden. Fig. 5 zeigt ein Differentialinterferometer 500 als ein weiteres exemplarisches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Differentialinterferometer 500 mißt die Differenz in den Positionen eines ersten Objekts, auf dem ein Meßreflektor 160 angebracht ist, und ein zweites Objekt, auf dem ein Referenzreflektor 530 angebracht ist. Das Interferometer 500 von Fig. 5 unterscheidet sich vorwiegend dahingehend vom Interferometer 400 von Fig. 4A, daß der Referenzreflektor 530 (mit einem zugeordneten Faltspiegel 510) den feststehenden Referenzreflektor 130 ersetzt, der in Fig. 4A dargestellt ist.
Die Strahlwege, die in Fig. 5 dargestellt sind, sind die Wege, die verfolgt werden, wenn die Reflektoren 160 und 530und andere optische Elemente des Interferometers 500 ideal ausgerichtet sind. Beim Differentialinterferometer 500 können jedoch beide Reflektoren 160 und 530 unabhängigen Winkelvariationen unterliegen, die in einem herkömmlichen Differentialinterferometer ein Strahlauseinanderlaufen bewirken würden. Das Differentialinterferometer 500 verwendet den Rücklaufreflektor 410, um beide Meßstrahlen für einen zweiten Durchlauf durch die Interferometeroptik zurückzulenken, und hebt dadurch das Strahlauseinanderlaufen auf, die ansonsten die Fehlausrichtung der Reflektoren 160, 510 oder 530 verursachen würden.
Fig. 6 stellt ein lineares Mehrdurchlaufs-Interferometer 600 dar, bei dem ein Referenzreflektor 630 und ein Meßreflektor 660 die Retroreflektoren sind, wie z. B. die Würfeleckenreflektoren. Die Retroreflektoren 630 und 660 ersetzen die Planspiegelreflektoren 130 und 160 des Interferometers 400 (Fig. 4A), jedoch enthält das Interferometer 600 ansonsten die gleichen Elemente, wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4A beschrieben wurde.
Die Retroreflektoren senden einen einfallenden Strahl entlang einem reflektierten Weg zurück, der parallel zu, jedoch versetzt von dem einfallenden Weg verläuft. Dementsprechend unterscheiden sich die Wege des Referenz- und Meßstrahls im Interferometer 600 von den Wegen im Interferometer 400. Mit der idealen Ausrichtung des Interferometers 600 kreuzt der Referenzstrahl die Wege A1, A2, C1, C2, A1, A2 und D1 bei einem ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik. Der Rücklaufreflektor 410 sendet dann den Referenzstrahl zurück, um den Wegen C2, A3, A4, C3, C4, A3, A4 und OUT zu folgen. Bei der idealen Ausrichtung quert der Meßstrahl bei einem ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik die Wege B1, B2, C1, C2, B1, B2 und D1. Der Rücklaufreflektor 410 sendet dann den Meßstrahl zurück, um den Wegen D2, B3, B4, C3, C4, B3, B4 und OUT zu folgen.
Der Betrag des Versatzes, den eine Würfelecke liefert, hängt von der Entfernung des einfallenden Strahls vom Scheitelpunkt der Würfelecke ab, und die ideale Ausrichtung erfordert eine Ausrichtung des Scheitelpunkts des Meßreflektors 660 relativ zum Scheitelpunkt des Referenzreflektors 630. Wenn die Scheitelpunkte 630 und 660 der Reflektoren nicht ordnungsgemäß zueinander ausgerichtet sind, trifft der reflektierte Meßweg B2 nicht an demselben Punkt auf die Strahlteilerbeschichtung 115 auf, wo der reflektierte Referenzweg A2 auf die Strahlteilerbeschichtung 115 auftrifft. Infolgedessen wird einer der Referenz- oder Meßstrahlen vom Weg D1 versetzt werden, was das Strahlauseinanderlaufen für herkömmliche Interferometer verursacht. Das Interferometer 600 eliminiert dieses Auseinanderlaufen durch Zurücksenden des Meßstrahls und Referenzstrahls für einen weiteren Durchlauf durch die Interferometeroptik. Bei dem zweiten Durchlauf bewirkt die Fehlausrichtung einen Versatz, der den Versatz, der während des ersten Durchlaufs erzeugt wurde, eliminiert. Das Interferometer 600 hebt so das Strahlauseinanderlaufen auf.
Fig. 7 zeigt ein Interferometer 700 gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Interferometer 700 ist ein Linearinterferometer, das einen Polarisierungsstrahlteiler 110, einen Referenzreflektor 720 und einen Meßreflektor 730 umfaßt. Wie bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das Linearinterferometer 700 einen monochromatischen Eingangsstrahl oder einen Zwei- Frequenz-Eingangsstrahl aufweisen, der zwei orthogonale lineare Polarisierungskomponenten umfaßt, die leicht unterschiedliche Frequenzen aufweisen. Der Polarisierungsstrahlteiler 110 teilt einen Eingangsstrahl, der entlang dem Weg IN/OUT empfangen wurde, in eine erste Polarisierungskomponente, die von der Strahlteilerbeschichtung 115 reflektiert, um einen Referenzstrahl zu bilden, und eine zweite Polarisierungskomponente gelangt durch die Strahlteilerbeschichtung 115, um einen Meßstrahl zu bilden.
Während eines ersten Durchlaufs durch die Interferometeroptik reflektiert der Referenzstrahl von dem Eingangsstrahl auf einen Weg LR1, der zum Referenzreflektor 720 führt. Der Referenzreflektor 720 ist ein Retroreflektor, wie z. B. ein Würfeleckenreflektor und reflektiert den Referenzstrahl vom Weg LR1 auf einen Versatzweg LR2, der die entgegengesetzte Richtung vom Referenzstrahl LR1 aufweist. Der Referenzstrahl auf dem Weg LR2 reflektiert von der Strahlteilerbeschichtung 115 auf einen Weg LR3 zum Rücklaufreflektor 710.
Der Meßstrahl während eines ersten Durchlaufs durch die Interferometeroptik gelangt durch die Strahlteilerbeschichtung 115 auf einem Weg LM1 zum Meßreflektor 730. Der Meßreflektor 730 ist wie der Referenzreflektor 720 ein Retroreflektor. Wenn der Meßreflektor 730 in einer Position 735 ist, die mit der Position des Referenzreflektors 720 ausgerichtet ist, tritt der Meßstrahl aus dem Meßreflektor 730 entlang einem Weg LM2' aus und gelangt durch die Strahlteilerbeschichtung 115 auf den Weg LR3. Dementsprechend, wenn die Reflektoren 720 und 730 ordnungsgemäß ausgerichtet sind, sind der Referenz- und Meßstrahl kollinear entlang dem Weg LR3 und können dann als ein vereinter Strahl für die Messung der Bewegung des Meßreflektors 730 entlang seiner Achse ausgegeben werden.
Wenn der Meßreflektor 730 von der idealen Position 735 versetzt ist, z. B. durch eine Entfernung X in Fig. 7, reflektiert der Meßreflektor 730 den Meßstrahl vom Weg LM1 zum Weg LM2, der von dem idealen Meßweg LM2 um 2X versetzt ist. Nach dem Zurückbewegen durch die Strahlteilerbeschichtung 115 erfolgt die Messung folglich auf einem Weg LM3, der von dem Referenzweg LR3 um eine Entfernung versetzt ist, die von der Fehlausrichtungsentfernung X abhängt. Bei einem herkömmlichen Linearinterferometer ist die Entfernung zwischen den Wegen LM3 und LR3 das Strahlauseinanderlaufen.
Der Rücklaufreflektor 710 sendet den Meßstrahl und den Referenzstrahl für einen weiteren Durchlauf durch die Interferometeroptik zurück, so daß der Meßstrahl und der Referenzstrahl seinen Weg zurückverfolgt und als ein kollinearer Strahl entlang der Achse IN/OUT austritt. In Fig. 7 ist der Rücklaufreflektor 710 ein Planspiegel senkrecht zu den Wegen LR3 und LM3, so daß der Referenz- und Meßstrahl bei einem zweiten Durchlauf durch die Interferometeroptik den Weg LR3, LR2 und LR1 bzw. LM3, LM2 und LM1 zurückverfolgt. Fig. 7 stellt die Wege LR1, LR2, LR3, LM1, LM2 und LM3 mit Richtungen entsprechend dem ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik dar, und die Strahlen weisen während des zweiten Durchlaufs Richtungen entgegengesetzt zu jenen auf, die in Fig. 7 dargestellt sind. Der Referenz- und der Meßstrahl treten beide entlang dem Eingangsweg IN/OUT aus, und die Auseinanderlaufen ist aufgehoben.
Fig. 8 stellt ein Linearinterferometer 800 dar, bei dem ein Rücklaufreflektor 810 den Meßstrahl und Referenzstrahl reflektiert und versetzt. In einem Interferometer 800 folgt der Referenzstrahl vom Eingangsweg IN den Wegen LR1, LR2 und LR3 zum Rücklaufreflektor 810 und kehrt vom Rücklaufreflektor 810 entlang den Wegen LR4, LR5 und LR6 zum Ausgangsweg OUT zurück. Der Meßstrahl vom Eingangsweg IN folgt den Wegen LM1, LM2 und LM3 zum Rücklaufreflektor 810 und kehrt vom Rücklaufreflektor 810 entlang den Wegen LM4, LM5 und LM6 zum Ausgangsweg OUT zurück. Für die effizienteste Kombination sind der ausgegebene Referenzstrahl und Meßstrahl somit kollinear und vom Eingangsweg IN versetzt, was das Messen des kombinierten Strahls ohne Blockieren des Eingangsstrahls erleichtert.
Fig. 9 stellt nach ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, das ein Differential-Linear- Interferometer 900 ist. Das Interferometer 900 weist einen Referenzreflektor 720 auf, der auf einem Objekt angebracht ist, anstatt eine feststehende Anbringung aufzuweisen, und ein Reflektor 920 lenkt den Referenzstrahl zwischen den Polarisierungsstrahlteiler 110 und den Referenzreflektor 720. Im Interferometer 900 können sich sowohl der Referenzreflektor 720 als auch der Meßreflektor 730 bewegen und die relative Ausrichtung der Reflektoren 720 und 730 verändern. Der Rücklaufreflektor 810 lenkt jedoch den Referenzstrahl und den Meßstrahl für einen zweiten Durchlauf durch die Interferometeroptik, um das Strahlauseinanderlaufen, die ansonsten entstehen würde, zu eliminieren.
Fig. 10 zeigt ein Multiachseninterferometer 1000 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Interferometer 1000 verwendet einen kombinierten Eingangsstrahl IN0, den ein Strahlteilersystem 1010 letztlich in getrennte Strahlen für Messungen entlang getrennter Meßachsen teilt. Fig. 10 zeigt das spezifische Beispiel eines Interferometers, das drei getrennte Strahlen für drei Meßachsen aufweist, in einem allgemeineren Fall kann der kombinierte Eingangsstrahl IN0 für ein Interferometer, das N Meßachsen aufweist, jedoch in eine beliebige Anzahl N von getrennten Strahlen, getrennt werden. Der kombinierte Eingangsstrahl IN0 kann entweder ein heterodyner oder ein monochromatischer Strahl sein, wie oben beschrieben wurde, je nachdem, ob das Interferometer 1000 als Wechselstrominterferometer oder als Gleichstrominterferometer arbeitet. Der Eingangsstrahl IN0 tritt in den Polarisierungsstrahlteiler 110 ein, ohne in Komponenten für die verschiedenen Meßachsen geteilt zu werden. Bei Fig. 10 durchläuft der Eingangsstrahl IN0 einen transparenten Abschnitt des Strahlteilersystems 1010 und gelangt in den Polarisierungsstrahlteiler 110, der kombinierte Eingangsstrahl IN0 könnte jedoch alternativ dazu über oder unter dem Strahlteiler 1010 direkt in den Polarisierungsstrahlteiler 110 eintreten. Der Polarisierungsstrahlteiler 110 teilt den kombinierten Eingangsstrahl IN0 durch eine Polarisierung in einen kombinierten Referenzstrahl und einen kombinierten Meßstrahl. Diese Meß- und Referenzstrahlen sind insofern "kombiniert", als die Strahlen noch nicht für Messungen entlang unterschiedlicher Achsen geteilt worden sind. Der kombinierte Referenzstrahl wird anfänglich von der Strahlteilerbeschichtung 115 reflektiert und steuert auf die Viertelwellenplatte 120 und den Referenzreflektor 130 zu. Der kombinierte Meßstrahl durchläuft auf dem Weg zu der Viertelwellenplatte 150 und dem Meßreflektor 160 anfänglich die Strahlteilerbeschichtung 115. Der Klarheit halber veranschaulicht Fig. 10 lediglich die Wege der Meßstrahlen für eine ideale Ausrichtung des Meßreflektors 160.
Der kombinierte Meßstrahl durchläuft die Strahlteilerbeschichtung 115 und die Viertelwellenplatte 150, erfährt eine erste Reflexion MR0 von dem Meßspiegel 160, kehrt durch die Viertelwellenplatte 150 zurück, wird von der Strahlteilerbeschichtung 115 reflektiert, wird von dem Retroreflektor 140-0 reflektiert, wird von der Strahlteilerbeschichtung 115 reflektiert, durchläuft die Viertelwellenplatte 150, erfährt eine zweite Reflexion MR0' von dem Meßspiegel 160 und läuft wieder zurück durch die Viertelwellenplatte 150 und die Strahlteilerbeschichtung 115. Der kombinierte Referenzstrahl erfährt desgleichen zwei Reflexionen (nicht gezeigt) von dem Referenzspiegel 130, bevor er sich mit dem austretenden kombinierten Meßstrahl vereint, um einen kombinierten Ausgangsstrahl OUT0 zu bilden.
Der kombinierte Ausgangsstrahl OUT0 tritt aus dem Polarisierungsstrahlteiler 110 aus, wobei er auf den Rücklaufreflektor 410 zusteuert. Optional kann ein Nicht- Polarisierungsstrahlteiler 1020 in dem Weg des Ausgangsstrahls OUT0 einen Abschnitt OUT0' des Ausgangsstrahls OUT0 in ein herkömmliches Analysesystem (nicht gezeigt) lenken. Das den Ausgangsstrahl OUT0' analysierende System kann die durch Reflexionen MR0 und MR0' bewirkte Phasenänderung messen und die Entfernung oder Geschwindigkeit eines Punkts X0, der zwischen den Reflexionen MR0 und MR0' an dem Meßspiegel 160 liegt, bestimmen. Jedoch ist der Ausgangsstrahl OUT0' einem Strahlauseinanderlaufen unterworfen, und Messungen, die auf dem Ausgangsstrahl OUT0' beruhen, sind eventuell nicht so genau wie Messungen, die auf Strahlen ohne ein Auseinanderlaufen beruhen.
Der Rücklaufreflektor 410 versetzt und reflektiert den Ausgangsstrahl OUT0, so daß ein kombinierter Eingangsstrahl IN0' auf einen Weg zu einer ersten Nicht- Polarisierungsstrahlteilerbeschichtung 1012 in dem Strahlteilersystem 1010 zurückkehrt. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 ist das Strahlteilersystem 1010 eine Rhomboidanordnung 1010, die drei Prismen (zwei rautenförmige Elemente und ein dreieckiges Prisma) mit zwei intervenierenden Nicht-Polarisierungsstrahlteilerbeschichtungen 1012 und 1014 umfaßt. Die Rhomboidanordnung 1010 kann hergestellt und unter Verwendung eines Klebstoffs mit angepaßter Brechzahl oder unter Verwendung eines eines Kontaktbondens an dem Polarisierungsstrahlteiler befestigt werden. In der U.S.-Patentanmeldung Nr. 09/876,531 mit dem Titel "Multi- Axis Interferometer with Integrated Optical Structure and Method for Manufacturing Rhomboid Assemblies" sind Verfahren zum Herstellen von Rhomboidanordnungen, wie beispielsweise der Rhomboidanordnung 1010, und zum Befestigen derartiger Anordnungen an Interferometeroptiken beschrieben.
Die Nicht-Polarisierungsstrahlteilerbeschichtung 1012 sendet einen Abschnitt (z. B. ein Drittel) des kombinierten Strahls IN0' als einen getrennten Eingangsstrahl IN1 für eine erste Meßachse des Interferometers 1000. Der Rest des Strahls IN0' wird entlang einem Weg in der Rhomboidanordnung 1010 zu einer Nicht-Polarisierungsstrahlteilerbeschichtung 1014 reflektiert. Die Nicht- Polarisierungsstrahlteilerbeschichtung 1014 reflektiert einen Abschnitt (z. B. eine Hälfte) des Rests des Strahls IN0' als einen getrennten Eingangsstrahl IN2 für eine zweite Meßachse des Interferometers 1000. Eine Reflexion (z. B. innere Totalreflexion) an einer Endoberfläche 1016 der Rhomboidanordnung 1010 lenkt den endgültigen Rest des Strahls IN0' als getrennten Eingangsstrahl IN3 für eine dritte Meßachse des Interferometers 1000 in den Polarislerungsstrahlteiler I10.
Der Polarisierungsstrahlteiler 110 teilt jeden der getrennten Eingangsstrahlen IN1, IN2 und IN3 in entsprechende Meß- und Referenzstrahlen. Die Eingangsstrahlen IN1, IN2 und IN3 durchlaufen getrennt die Interferometeroptik, wobei die Meßstrahlen für die Strahlen IN1, IN2 und IN3 jeweils ein Paar von Reflexionen von dem Meßreflektor 160 aufweisen. Ein Meßstrahl von dem Eingangsstrahl IN1 tritt beispielsweise durch die Viertelwellenplatte 150 aus, erfährt eine erste Reflexion MR1 von dem Meßspiegel 160 und kehrt durch die Viertelwellenplatte 150 zurück, bevor die Polarisierungsstrahlteilerbeschichtung 115 und ein Retroreflektor 140-1 den Meßstrahl für eine zweite Reflexion MR1' von dem Meßspiegel 160 zurück durch die Viertelwellenplatte 150 lenken. Der Referenzstrahl von dem Eingangsstrahl IN1 wird desgleichen zweimal von dem Referenzspiegel 130 reflektiert, mit einem dazwischenliegenden Durchlauf durch den Retroreflektor 140-1 und vier Durchläufen durch die Viertelwellenplatte 120, bevor sich die Referenz- und Meßstrahlen vereinen, um den Ausgangsstrahl OUT1 zu bilden. Desgleichen enthält ein Ausgangsstrahl OUT2 eine Meßkomponentencharakteristik von zwei Reflexionen MR2 und MR2' von dem Meßreflektor 160, und ein Ausgangsstrahl OUT3 enthält eine Meßkomponentencharakteristik zweier Reflexionen MR3 und MR3' von dem Meßreflektor 160.
Wie für die obigen Ausführungsbeispiele der Erfindung erwähnt wurde, kann eine Fehlausrichtung des Meßspiegels 160 oder des Referenzspiegels 130 ein Strahlauseinanderlaufen für den kombinierten Ausgangsstrahl OUT0 und den kombinierten Eingangsstrahl IN0' bewirken. Jeder der getrennten Eingangsstrahlen IN1, IN2 und IN3 erbt das Strahlauseinanderlaufen von dem kombinierten Strahl IN0', was eine Trennung zwischen den Mitten der beiden linearen Polarisierungskomponenten jedes Eingangsstrahls IN1, IN2 und IN3 erzeugt. Der zweite Durchlauf durch die Interferometeroptik, den die Strahlen IN1, IN2 und IN3 als getrennte Strahlen durchführen, eliminiert das in dem kombinierten Strahl IN0' erzeugte Auseinanderlaufen. Folglich weisen die getrennten Ausgangsstrahlen OUT1, OUT2 und OUT3 kein Auseinanderlaufen auf.
Eine Analyse der Phaseninformationen bei jedem der getrennten Ausgangsstrahlen OUT1, OUT2 und OUT3 liefert Abstands- oder Geschwindigkeitsinformationen für Meßachsen durch verschiedene Punkte an dem Meßspiegel 160. Der Ausgangsstrahl OUT1 weist Phaseninformationen auf, die sich aus vier Reflexionen MR0, MR0', MR1 und MR1' von dem Meßspiegel 160 ergeben. Eine aus dem Ausgangsstrahl OUT1 ermittelte Entfernung oder Geschwindigkeit entspricht somit einer Position oder Bewegung entlang einer ersten Achse, die durch einen Punkt X1 an einer durchschnittlichen Position für die vier Reflexionen MR0, MR0', MR1 und MR1' erfolgt. Eine aus dem getrennten Ausgangsstrahl OUT2 bestimmte Messung entspricht desgleichen einer Messung entlang einer zweiten Achse durch einen Punkt X2 an einer durchschnittlichen Position für die vier Reflexionen MR0, MR0', MR2 und MR2', und eine aus dem Ausgangsstrahl OUT3 bestimmte Messung entspricht einer Messung entlang einer Achse durch einen Punkt X3, der die durchschnittliche Position der vier Reflexionen MR0, MR0', MR3 und MR3' ist.
Messungen für andere Meßachsen, beispielsweise eine Achse durch einen Punkt C1 zwischen den Reflexionen MR1 und MR1', oder eine Achse durch einen Punkt C3 zwischen Reflexionen MR3 und MR3', können auf der Basis der Geometrie des Interferometers 1000 und der Messungen für Meßachsen, die Punkten X1, X2 und X3 entsprechen, und der dazwischenliegenden Messung für Punkt X0 mathematisch ermittelt werden. Gleichungen 1 veranschaulichen die Beziehungen für Entfernungen zu Punkten X0, X1, X2, X3, C1, C2 und C3 in der spezifischen Geometrie des Interferometers 1000 zu einem planaren Meßspiegel 160. Derartige Beziehungen können verwendet werden, um Messungen für andere Punkte und für Mehrfachüberprüfungen der Genauigkeit von Messungen abzuleiten. Für die Geometrie des Interferometers 1000 ist der Meßpunkt X3 ohne Auseinanderlaufen derselbe wie Punkt C2. Die direkten und abgeleiteten Messungen X3 und C2 können somit in bezug auf ihre Genauigkeit verglichen werden. Andere Interferometergeometrien weisen unterschiedliche Beziehungen zwischen Meßpunkten und verschiedenen Mehrfachüberprüfungen auf.
Das Interferometer 1000 weist drei Meßachsen auf, die sich alle in derselben Ebene befinden. Alternativ dazu können die Meßachsen bei einem Multiachseninterferometer Meßachsen aufweisen, die von anderen Meßachsen horizontal und vertikal getrennt sind.
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht eines Interferometers 1100, das Meßachsen aufweist, die voneinander horizontal und/oder vertikal versetzt sind. Das Interferometer 1100 operiert auf ähnliche Weise wie das Interferometer 1000 der Fig. 10 und empfängt einen Eingangsstrahl IN0, der oben beschriebene Charakteristika aufweist. Die Strahlteilerbeschichtung 115 in dem Polarisierungsstrahlteiler 110 reflektiert einen Abschnitt des Eingangsstrahls IN0, um einen kombinierten Meßstrahl zu bilden, und sendet einen Abschnitt des Eingangsstrahls IN0, um einen kombinierten Referenzstrahl (nicht gezeigt) zu bilden. Der Einfachheit der Veranschaulichung halber zeigt Fig. 11 Meßstrahlen, veranschaulicht jedoch nicht die Referenzstrahlen, die sich in dem Strahlteiler 110 befinden. Die Referenzstrahlen werden von einem Referenzspiegel, der in der Ansicht der Fig. 11 nicht sichtbar ist, reflektiert.
Der anfänglich von der Strahlteilerbeschichtung 115 reflektierte kombinierte Meßstrahl durchläuft die Viertelwellenplatte 150 (die an dem Polarisierungsstrahlteiler 110 befestigt gezeigt ist), erfährt eine Reflexion MR0 von dem Meßspiegel (in Fig. 11 nicht gezeigt) und kehrt durch die Viertelwellenplatte 150 zu dem Polarisierungsstrahlteiler 110 zurück. Der zurückkehrende kombinierte Meßstrahl tritt durch die Viertelwellenplatte 150 in den Polarisierungsstrahlteiler 110 ein, wird von einem Retroreflektor 140-0, der an dem Polarisierungsstrahlteiler 110 befestigt ist, reflektiert und tritt für eine zweite Reflexion MR0' von dem Meßspiegel 160 über die Viertelwellenplatte 150 wiederum aus dem Polarisierungsstrahlteiler 110 aus. Wenn die zweite Reflexion MR0' den kombinierten Meßstrahl über die Viertelwellenplatte 150 an den Polarisierungsstrahlteiler 110 zurücksendet, wird der kombinierte Meßstrahl von der Strahlteilerbeschichtung 115 reflektiert und gelangt aus dem Polarisierungsstrahlteiler 110 heraus.
Der kombinierte Meßstrahl und der kombinierte Referenzstrahl vereinigen sich an der Polarisierungsstrahlteilerbeschichtung 115 und treten als ein kombinierter Ausgangsstrahl OUT0 aus dem Polarisierungsstrahlteiler 119 aus. Bei dem kombinierten Ausgangsstrahl OUT0 sind die zentralen Achsen des Meßstrahls und des Referenzstrahls parallel, können jedoch aufgrund eines Strahlauseinanderlaufens voneinander versetzt sein. Ein Rücklaufreflektor 410 reflektiert und versetzt den Strahl OUT0, um dadurch den Strahl IN0' in ein Nicht-Polarisierungsstrahlteilersystem 1110, das an dem Polarisierungsstrahlteiler 110 befestigt ist, einzugeben.
Das Strahlteilersystem 1110 teilt den kombinierten Strahl IN0' in drei getrennte Strahlen für drei Meßachsen. Eine erste Meßachse ist von dem kombinierten Meßstrahl vertikal versetzt. Eine zweite Meßachse ist von dem kombinierten Meßstrahl horizontal versetzt, und eine dritte Meßachse ist von den kombinierten Meßstrahlen vertikal und horizontal versetzt.
Das veranschaulichte Ausführungsbeispiel der Strahlteileranordnung 1110 umfaßt ein Eingangsfenster 1112, eine Vertikalrhomboidprismaanordnung 1114, einen Optikqualitätsabstandshalterblock 1116 und eine Horizontalrhomboidprismaanordnung 1118. Der kombinierte Strahl IN0' von dem Rücklaufreflektor 410 wird durch das Eingangsfenster 1112 in eine Nicht-Polarisierungsstrahlteilerbeschichtung in der Vertikalrhomboidanordnung 1114 eingegeben. Der Abschnitt des Strahls IN0', der durch die Strahlteilerbeschichtung in der Rhomboidanordnung 1114 transmittiert wird, tritt durch den optischen Abstandshalterblock 1116 in den Polarisierungsstrahlteiler 110 ein, wo der Polarisierungsstrahlteiler 110 Referenz- und Meßstrahlen für die erste getrennte Meßachse trennt. Für die erste getrennte Meßachse veranschaulicht Fig. 11 Meßstrahlen, die Reflexionen MR1 und MR1' von dem Meßreflektor erfahren.
Der reflektierte Strahl von der Strahlteilerbeschichtung in der Rhomboidanordnung 1112 wird von dem Ende der Vertikalrhomboidanordnung 1114 auf eine Nicht- Polarisierungsstrahlteilerbeschichtung in der Horizontalrhomboidprismaanordnung 1118 reflektiert. Der durch die Strahlteilerbeschichtung in der Rhomboidanordnung 1118 transmittierte Abschnitt des Strahls tritt in den Polarisierungsstrahlteiler 110 ein und bildet Referenz- und Meßstrahlen für die zweite getrennte Meßachse. Für die zweite getrennte Meßachse veranschaulicht Fig. 11 Meßstrahlen, die Reflexionen MR2 und MR2' von dem Meßreflektor erfahren.
Der reflektierte Strahl von der Strahlteilerbeschichtung in der Rhomboidanordnung 1112 wird von dem Ende der Horizontalrhomboidanordnung 1118 reflektiert und tritt in den Polarisierungsstrahlteiler 110 ein. Von diesem Strahl bildet der Polarisierungsstrahlteiler 110 Referenz- und Meßstrahlen für die dritte getrennte Meßachse. Für die dritte getrennte Meßachse veranschaulicht Fig. 11 Meßstrahlen, die Reflexionen MR3 und MR3' von dem Meßreflektor erfahren.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist die Beschreibung nur ein Beispiel der Anwendung der Erfindung und sollte nicht als Einschränkung verstanden werden. Obwohl die vorstehenden Ausführungsbeispiele spezifische Geometrien für Interferometer darstellen, können die Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielsweise allgemeiner auf Geometrien und Systeme angewendet werden, die ein Strahlauseinanderlaufen eliminieren müssen. Zusätzlich, obwohl die vorstehenden Ausführungsbeispiele Interferometer zeigen, die eine bestimmte Anzahl von Meßachsen und bestimmte Geometrien für die Meßachsen aufweisen, kann ein Multiachsen-Interferometer mit einer beliebigen Anzahl von Achsen, die in einer beliebigen gewünschten Beziehung zueinander stehen, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Verschiedene andere Anpassungen und Kombinationen von Merkmalen der Ausführungsbeispiele, die offenbart sind, befinden sich im Schutzbereich der Erfindung, die durch die nachstehenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Multiachsen-Interferometer (1000), das folgende Merkmale aufweist:
ein erstes Strahlteilersystem (1010), das ausgerichtet ist, um einen Eingangsstrahl (IN0) zu empfangen und den Eingangsstrahl (IN0) in einen ersten Strahl und einen zweiten Strahl zu trennen;
ein erstes Reflektorsystem, das positioniert ist, um den ersten Strahl von dem ersten Strahlteilersystem (1010) zu empfangen, wobei das erste Reflektorsystem den ersten Strahl zurück zu dem ersten Strahlteilersystem (1010) lenkt;
ein zweites Reflektorsystem, das positioniert ist, um den zweiten Strahl von dem ersten Strahlteilersystem (1010) zu empfangen, wobei das zweite Reflektorsystem den zweiten Strahl zurück zu dem ersten Strahlteilersystem (1010) lenkt, woraufhin das erste Strahlteilersystem (1010) einen kombinierten Strahl bildet, bei dem zentrale Achsen des ersten und des zweiten Strahls parallel sind und um eine Entfernung auseinandergelaufen sind, die von einer relativen Fehlausrichtung des ersten und des zweiten Reflektorsystems abhängt;
einen Rücklaufreflektor (210; 410; 710; 810), der positioniert ist, um den kombinierten Strahl von dem ersten Strahlteilersystem (1010) zu empfangen; und
ein zweites Strahlteilersystem (1110), das positioniert ist, um zumindest einen Abschnitt des kombinierten Strahls von dem Rücklaufreflektor (210; 410; 710; 810) zu empfangen, wobei das zweite Strahlteilersystem (1110) den empfangenen Abschnitt in eine Mehrzahl von getrennten Strahlen teilt, die in das erste Strahlteilersystem (1010) gelenkt werden.

2. Interferometer (1000) gemäß Anspruch 1, bei dem das erste Strahlteilersystem (1010) jeden der getrennten Strahlen in Strahlen teilt, die jeweils von dem ersten und dem zweiten Reflektorsystem reflektiert werden, und anschließend die reflektierten Strahlen umkombiniert, um einen getrennten Ausgangsstrahl zu bilden, der dem getrennten Eingangsstrahl entspricht.

3. Interferometer (1000) gemäß Anspruch 2, das ferner eine Mehrzahl von Retroreflektoren (140-0; 140-1; 630; 660) aufweist, wobei jeder der Retroreflektoren die Strahlen, die das erste Strahlteilersystem (1010) von einem entsprechenden der getrennten Strahlen teilt, reflektiert, wobei ein Abschnitt jedes der getrennten Strahlen zweimal von dem ersten Reflektorsystem zurückkehrt, bevor er in einem entsprechenden der getrennten Ausgangsstrahlen austritt.

4. Interferometer (1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Rücklaufreflektor (2I0; 410; 710; 810) ein gleichschenkliges Prisma (410A; 410C) aufweist, das eine Basis aufweist, die zu dem kombinierten Strahl senkrecht ist.

5. Interferometer (1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das erste Strahlteilersystem (1010) einen Polarisierungsstrahlteiler (110) umfaßt.

6. Interferometer (1000) gemäß Anspruch 5, bei dem:
das erste Reflektorsystem eine erste Viertelwellenplatte (120) und einen Referenzreflektor (130) aufweist; und
das zweite Reflektorsystem eine zweite Viertelwellenplatte (150) und einen Meßreflektor (160) aufweist, wobei der Meßreflektor (160) an einem Objekt, das durch das Interferometer gemessen wird, angebracht ist.

7. Interferometer (1000) gemäß Anspruch 5 oder 6, bei dem der zweite Strahlteiler einen Nicht-Polarisierungsstrahlteiler umfaßt.

8. Interferometer (1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner einen Retroreflektor aufweist, der positioniert ist, um den ersten und den zweiten Strahl von dem ersten Strahlteilersystem zu empfangen und den ersten und den zweiten Strahl an das erste Strahlteilersystem zurückzusenden, wobei zwischen dem Eingangsstrahl und dem kombinierten Strahl der erste Strahl zweimal von dem ersten Reflektorsystem an das erste Strahlteilersystem zurückkehrt und der zweite Strahl zweimal von dem zweiten Reflektorsystem zu dem ersten Strahlteilersystem zurückkehrt.

9. Interferometer (200), das folgende Merkmale aufweist:
eine Optik, die einen Eingangsstrahl (IN0) in einen Referenzstrahl und einen Meßstrahl teilt und den Meßstrahl für zumindest eine Reflexion von einem Meßreflektor an einem gemessenen Objekt lenkt, wobei die Optik die Referenz- und Meßstrahlen zu einem kombinierten Strahl (OUT0) umkombiniert, bei dem die Referenz- und Meßstrahlen parallel sind, jedoch einem Auseinanderlaufen unterworfen sind, das von der Ausrichtung des Meßreflektors abhängt;
ein Strahlteilersystem (1010); und
einen Rücklaufreflektor (410), der positioniert ist, um den kombinierten Strahl (OUT0) zu empfangen und den kombinierten Strahl (IN0') in das Strahlteilersystem zu lenken, wobei:
das Strahlteilersystem (1010) den kombinierten Strahl (IN0') in eine Mehrzahl von getrennten Strahlen (IN1, IN2, IN3) teilt und die getrennten Strahlen (IN1, IN2, IN3) in eine Optik (110) lenkt; und
die Optik (110) jeden der getrennten Strahlen (IN1, IN2, IN3) in einen getrennten Referenzstrahl und einen getrennten Meßstrahl teilt und jeden der getrennten Meßstrahlen für zumindest eine Reflexion von dem Meßreflektor (130) für jeden der getrennten Strahlen lenkt, wobei die Optik den getrennten Referenzstrahl und den getrennten Meßstrahl umkombiniert, um einen vereinten Strahl (OUT1, OUT2 oder OUT3) zu bilden, bei dem die getrennten Referenz- und Meßstrahlen kollinear sind.

10. Interferometer gemäß Anspruch 9, bei dem der Rücklaufreflektor (410) derart ist, daß ein Verschieben eines Einfallsweges des kombinierten Strahls (OUT0) ein Verschieben eines reflektierten Weges des kombinierten Strahls (IN0') bewirkt und wobei das Verschieben des reflektierten Wegs in bezug auf Betrag und Richtung mit dem Verschieben des Einfallswegs identisch ist.

11. Interferometer gemäß Anspruch 10, bei dem der Rücklaufreflektor (410) ein gleichschenkliges Prisma aufweist, das eine Basis aufweist, die zu dem kombinierten Strahl senkrecht ist.

12. Verfahren zum Betreiben eines Interferometers, das folgende Schritte aufweist:
Lenken eines Eingangsstrahls (IN0) in eine Interferometeroptik (110), die den Eingangsstrahl (IN0) in einen Referenzstrahl und einen Meßstrahl teilt, bewirkt, daß der Meßstrahl von einem Reflektor (130), der an einem gemessenen Objekt angebracht ist, reflektiert wird, und die Meß- und Referenzstrahlen umkombiniert, um einen kombinierten Strahl (OUT0) zu bilden, der aus der Interferometeroptik ausgegeben wird;
Teilen des kombinierten Strahls in eine Mehrzahl von getrennten Strahlen (IN1, IN2, IN3);
Lenken der getrennten Strahlen (IN1, IN2, IN3) in die Interferometeroptik (110), wobei die Interferometeroptik (110) für jeden getrennten Strahl (IN1, IN2, IN3) den getrennten Strahl in einen Referenzstrahl und einen Meßstrahl teilt, bewirkt, daß der Meßstrahl von dem Reflektor (130), der an dem gemessenen Objekt angebracht ist, reflektiert wird, und die Referenz- und Meßstrahlen umkombiniert, um einen getrennten Ausgangsstrahl (OUT1, OUT2 oder OUT3) zu bilden, der dem getrennten Strahl (IN1, IN2 oder IN3) entspricht; und
Analysieren der getrennten Ausgangsstrahlen (OUT1, OUT2, OUT3), um Messungen entlang mehrerer Achsen zu bestimmen.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der Schritt des Teilens des kombinierten Strahls den Schritt des Reflektierens des kombinierten Strahls (OUT0) unter Verwendung eines gleichschenkligen Prismas umfaßt, das den kombinierten Strahl (IN0') in ein System (1010) lenkt, das den kombinierten Strahl (IN0') in die getrennten Strahlen (IN1, IN2, IN3) teilt.

14. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, bei dem jeder der getrennten Strahlen parallel zu und versetzt von dem kombinierten Strahl in die Interferometeroptik eintritt.

15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem jeder der getrennten Strahlen (IN1, IN2, IN3) einer unterschiedlichen Meßachse an einer unterschiedlichen Stelle an dem Reflektor (130), der an dem gemessenen Objekt angebracht ist, entspricht.

16. Multiachseninterferometer, das folgende Merkmale aufweist:
einen Polarisierungsstrahlteiler, der positioniert ist, um einen Eingangsstrahl in einen kombinierten Meßstrahl und einen kombinierten Referenzstrahl zu teilen;
ein Meßreflektorsystem, das einen Planspiegel umfaßt, der positioniert ist, um den kombinierten Meßstrahl von dem Polarisierungsstrahlteiler zu empfangen;
ein Referenzreflektorsystem, das einen Planspiegel umfaßt, der positioniert ist, um den kombinierten Referenzstrahl von dem Polarisierungsstrahlteiler zu empfangen;
einen ersten Retroreflektor, der positioniert ist, um den kombinierten Meßstrahl und den kombinierten Referenzstrahl nach entsprechenden ersten Reflexionen von dem Meßreflektorsystem und dem Referenzreflektorsystem zu empfangen, wobei der erste Retroreflektor den kombinierten Meßstrahl und den kombinierten Referenzstrahl in den Polarisierungsstrahlteiler zurücksendet;
einen Rücklaufreflektor, der einen einfallenden Strahl derart reflektiert, daß ein Verschieben des einfallenden Strahls zu einer übereinstimmenden Verschiebung eines reflektierten Strahls führt, wobei der Rücklaufreflektor positioniert ist, um den kombinierten Meßstrahl und den kombinierten Referenzstrahl zu empfangen; und
ein Nicht-Polarisierungsstrahlteilersystem, das den kombinierten Meßstrahl in eine Mehrzahl von getrennten Meßstrahlen, die in den Polarisierungsstrahlteiler gelenkt werden, teilt und den kombinierten Referenzstrahl in eine Mehrzahl von getrennten Referenzstrahlen, die in den Polarisierungsstrahlteiler gelenkt werden, teilt.

17. Interferometer gemäß Anspruch 16, das ferner eine Mehrzahl von zweiten Retroreflektoren (140-0; 140-1; 630; 660) aufweist, die positioniert sind, um die getrennten Meß- beziehungsweise Referenzstrahlen nach entsprechenden Reflexionen von dem entsprechenden Meßbeziehungsweise Referenzreflektorsystem zu empfangen.

18. Interferometer gemäß Anspruch 16 oder 17, bei dem:
das Meßreflektorsystem ferner eine Viertelwellenplatte (150) umfaßt; und
das Referenzreflektorsystem ferner eine Viertelwellenplatte (120) umfaßt.

19. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem der Rücklaufreflektor ein gleichschenkliges Prisma umfaßt.

20. Interferometer gemäß Anspruch 19, bei dem das gleichschenklige Prisma eine reflektierende Basis aufweist, die zu den Meß- und Referenzstrahlen, die auf das gleichschenklige Prisma einfallen, senkrecht ist.

21. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die Optik (110) einen Polarisierungsstrahlteiler aufweist.

22. Interferometer gemäß Anspruch 21, bei dem
der Meßreflektor einen Planspiegel umfaßt, der positioniert ist, um den Meßstrahl von der Optik zu empfangen;
ein Referenzreflektor einen Planspiegel umfaßt, der positioniert ist, um den Referenzstrahl von der Optik zu empfangen; und
die Optik ferner einen ersten Retroreflektor aufweist, der positioniert ist, um den Meßstrahl und den Referenzstrahl nach jeweiligen ersten Reflexionen von dem Meßreflektor und dem Referenzreflektor zu empfangen, wobei der erste Retroreflektor den Meßstrahl und den Referenzstrahl in den Polarisierungsstrahlteiler zurücksendet.

23. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, 21 oder 22, bei dem das Strahlteilersystem (1010) einen Nicht-Polarisierungsstrahlteiler umfaßt.

24. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 oder 21 bis 23, bei dem die Optik eine Mehrzahl von Retroreflektoren (140-1, 140-2, 140-3) aufweist, wobei jeder der Retroreflektoren die getrennten Meß- und Referenzstrahlen reflektiert, die die Optik (110) von einem entsprechenden der getrennten Strahlen (IN1, IN2, IN3) teilt, wobei ein Abschnitt jedes der getrennten Strahlen (IN1, IN2, IN3) zweimal vom dem Meßreflektor (130) zurückkehrt, bevor er in einem entsprechenden der getrennten Ausgangsstrahlen (OUT1, OUT2, OUT3) austritt.

25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, das ferner ein Analysieren des kombinierten Strahls (OUT0), um eine Messung entlang einer Meßachse zu bestimmen, aufweist.