DE1547403B

DE1547403B - Evaluation method for interferometers

Info

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

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren für Interferometer, das eine bessere fotoelektrische Verarbeitung der anfallenden Signale gestattet.The invention relates to a new method for interferometers, which allows a better photoelectric processing of the incoming signals.

Es sind Interferometer bekannt, bei denen das Amplituden in beiden Hauptschwingungsrichtungen des Interferometers enthaltende Beleuchtungsstrahlenbündel in mindestens zwei kohärente Teilstrahlenbündel aufgespalten wird, die nach Durchlaufen unterschiedlicher optischer Wege zur Interferenz gebracht werden (deutsche Auslegeschrift 1154 646).Interferometers are known in which the amplitudes are in both main directions of oscillation of the interferometer containing illuminating beams into at least two coherent partial beams is split, brought to interference after passing through different optical paths (German Auslegeschrift 1154 646).

Es ist auch bereits ein Interferometer bekannt (deutsches Patent 1 085 350), bei dem in einem oder in beiden der vom Strahlenteiler getrennten Teilstrahlenbündel Mittel angeordnet sind, die in dem Teilstrahlenbündel für zwei senkrecht aufeinanderstellende Schwingungsrichtungen verschiedene Gangunterschiede erzeugen, so daß in dem Teilstrahlenbündel zwei Strahlen mit verschiedenen Wellenfronten entstehen, von denen jeder mit dem ihm parallel polarisierten Anteil des anderen Teilstrahls nach Vereinigung durch einen Strahlenvereiniger interferiert. Dabei ergeben sich dann zwei Ausgangssignale, die ausgewertet werden können. Nachteilig dabei ist, daß diese Signale einen störenden Gleichlichtpegel-Anteil aufweisen.An interferometer is also already known (German patent 1 085 350) in which in one or in two of the partial beams separated by the beam splitter means are arranged in the partial beam generate different path differences for two mutually perpendicular directions of vibration, so that two rays with different wave fronts arise in the partial bundle of rays, one of which each with the part of the other partial beam polarized parallel to it after being combined by one Beam combiner interferes. This then results in two output signals that are evaluated be able. The disadvantage here is that these signals have a disturbing constant light level component.

Der Erfindung liegt d-e Aufgabe zugrunde, e^:n neues Meßverfahren sowie Anordnungen zu seiner Durchführung zu schaffen, bei denen sich diese störenden Anteile unterdrücken lassen. Dabei wurde von der Erkenntnis ausgegangen, daß sich diese Anteile dann leicht unterdrücken lassen, wenn man zu jedem Meßsignal ein im mittleren Signalpegel proportionales, aber um 180° phasenverschobenes Signal erzeugt. Speist man nämlich die beiden gegenphasigen Signale in einen Differenz- bzw. Gegentaktverstärker ein, der eine entsprechende Gleichtaktunterdrückung besitzt, so liegen als Ausgangssignal(e) nur reine Wechselsignale vor. Die dem Gleichlichtanteil entsprechenden Signalanteile sind unterdrückt.The invention is de object ^e: to create n new measurement methods and arrangements for its implementation, which can suppress these disturbing proportions. It was based on the knowledge that these components can then be easily suppressed if a signal that is proportional to the mean signal level but phase-shifted by 180 ° is generated for each measurement signal. If the two signals in antiphase are fed into a differential or push-pull amplifier which has a corresponding common mode rejection, only pure alternating signals are available as output signal (s). The signal components corresponding to the constant light component are suppressed.

Gegenstand der Erfindung ist ein Auswerteverfahren für Interferometer der obengenannten Art, das sich dadurch auszeichnet, daß die Teilstrahlenbündel unterschiedliche, bezüglich der Schwingungsrichtungen des Lichtes anisotrope optische Wege durchlaufen und daß bei der Wiedervereinigung mindestens zwei wiedervereinigte Strahlenbündel abgenommen werden, von denen dann jedes in seine den Hauptschwingungsrichtungen entsprechende Teilstrahlenbündel aufgetrennt wird. Bei einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens können zur Strahlenteilung tind Strahlenwiedervereinigung zwei miteinander verkittete Prismen vorhanden sein. Außerdem kann ein optischer Resonator vorgesehen werden. Als Beleuchtungsquelle kann ein Laser angeordnet werden. Jedem Teilstrahlenbündel kann ein fotoelektrischer Empfänger zugeordnet und zwischen Lichtquelle und Interferometer kann eine für zurücklaufende Strahlung wirksame Strahlenfalle vorhanden sein. Auch kann man zwischen Lichtquelle und Interferometer ein den Lichtfluß stark dämpfendes Bauteil vorsehen.The invention relates to an evaluation method for interferometers of the type mentioned above, which characterized in that the partial beams different, with respect to the directions of oscillation of the Light traverse anisotropic optical paths and that at reunification at least two reunited Beams are removed, each of which then moves in its main directions of oscillation corresponding partial beam is separated. In an arrangement for implementation of the process can be used to split the rays and reunite rays there must be two prisms cemented together. An optical resonator can also be provided. As a source of lighting a laser can be arranged. A photoelectric receiver can be assigned to each partial beam and between the light source and the interferometer there can be an effective for returning radiation Radiation trap. The light flux can also be strong between the light source and the interferometer Provide a damping component.

Ausführungsbeispiele für die Anordnungen zur Durchführung des neuen Verfahrens sind in den Zeichnungen dargestellt.Embodiments of the arrangements for carrying out the new method are shown in Drawings shown.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einem Teilerprisma zwischen zwei Spiegelanordnungen 6, 7, die einander gegenüberstehen. Die Spiegelanordnung 6 ist, wie durch Pfeile angedeutet, mit dem Objekt beweglich angeordnet. Das Teilerprisma besteht aus zwei verkitteten Prismen 4, 5, die in ihrer Kittfläche mit einer halbdurchlässigen Schicht 8 versehen sind. Die Prismen sind so gestaltet, daß in dem Prisma 5 nur eine, in dem Prisma 4 aber zwei Totalreflexionen stattfinden. Wie ersichtlich, fällt bei der gezeigten Anordnung der Teilerpunkt T mit dem Vereinigungspunkt V nicht zusammen. Die das Teilerprisma nach der Vereinigung verlassenden Strahlenbündel werden über Linsen 9 auf Blenden 10 abgebildet. Den Blenden ist je eine Linse 11 sowie ein polarisierender Teiler 12 nachgeschaltet.Fig. 1 shows an arrangement with a splitter prism between two mirror arrangements 6, 7 which are opposite one another. As indicated by arrows, the mirror arrangement 6 is arranged to be movable with the object. The splitter prism consists of two cemented prisms 4, 5, which are provided with a semi-permeable layer 8 in their cemented surface. The prisms are designed in such a way that only one total reflection takes place in prism 5 and two total reflections in prism 4. As can be seen, the dividing point T does not coincide with the junction point V in the arrangement shown. The bundles of rays leaving the splitter prism after unification are imaged onto diaphragms 10 via lenses 9. A lens 11 and a polarizing splitter 12 are connected downstream of the diaphragms.

ίο Diesen sind fotoelektrische Empfängerpaare 13,14 und 15, 16 zugeordnet. Die Signale der Empfänger 13 und 14 bzw. 15 und 16 sind gegeneinander um 90° in der Phase verschoben. Außerdem sind die Signale des einen Empfängerpaares zu den Signalen des anderen Empfängerpaares in Gegenphase. Die Beleuchtungseinrichtung besteht aus einer Lampe 1 mit einem Kondensor la, dem eine Blende 2 sowie eine Kollimatorlinse 3 nachgeordnet sind.
Die Lampe erzeugt natürliches oder polarisiertes Licht. Es ist auch möglich, einen Laser als Lichtquelle zu benutzen, dessen Schwingungsrichtung vorzugsweise um 45° gegen die Hauptschwingungsrichtungen des Prismensatzes geneigt ist.ίο Photoelectric receiver pairs 13, 14 and 15, 16 are assigned to these. The signals from receivers 13 and 14 or 15 and 16 are phase shifted by 90 ° with respect to one another. In addition, the signals from one receiver pair are in phase opposition to the signals from the other receiver pair. The lighting device consists of a lamp 1 with a condenser la, which is followed by a diaphragm 2 and a collimator lens 3.
The lamp produces natural or polarized light. It is also possible to use a laser as the light source, the direction of oscillation of which is preferably inclined by 45 ° with respect to the main directions of oscillation of the prism set.

Beim in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel fällt das beleuchtende Licht in einen optischen Resonator ein, der im wesentlichen aus einem teildurchlässigen Spiegel 20, einer zu diesem parallelliegenden doppelbrechenden Platte 21, einer Linse 22 sowie einer Spiegelfläche 23 besteht. Linse 22 und Spiegel 23 sind starr miteinander verbunden. Dieses Gebilde ist längs der optischen Achse verschieblich, seine Wirkung ist kippungsunabhängig. Die den Resonator verlassenden Strahlenbündel werden direkt oder über einen Teiler 24 zwei polarisierenden Teilern 25, 26 zugeführt, denen vier fotoelektrische Empfänger 27 für die gegeneinander um 90° in der Phase verschobenen Signale zugeordnet sind. Die Periodizität der Signale erfolgt mitWhen in F i g. 2 illustrated embodiment the illuminating light falls into an optical resonator, which essentially consists of a partially transparent Mirror 20, a parallel to this birefringent plate 21, a lens 22 and a Mirror surface 23 is made. Lens 22 and mirror 23 are rigidly connected to one another. This structure is longitudinal movable along the optical axis, its effect is independent of tilt. Those leaving the resonator Beams of rays are fed directly or via a splitter 24 to two polarizing splitters 25, 26, to which four photoelectric receivers 27 are assigned for the signals shifted in phase by 90 ° with respect to one another are. The periodicity of the signals takes place with

einer Verschiebung des Systems 22, 23 um —. a shift of the system 22, 23 by -.

In F i g. 3 ist eine Anordnung gezeigt, bei der das Licht durch eine für das einfallende Strahlenbündel unwirksame Strahlenfalle 30 einfällt. Das Beleuchtungsstrahlenbündel durchläuft einen Teiler 31 und tritt in ein Teilerprisma ein. Dieses ist aus zwei Prismen 32, 33 zusammengekittet, wobei die Kittfläche 34 teildurchlässig ist. Das Prisma 33 weist eine beidseitig verspiegelte Fläche 33' auf. Nach Teilung des Beleuchtungsstrahlenbündels an der Fläche 34 wird das reflektierte Teilstrahlenbündel nochmals reflektiert und trifft auf die Fläche 33' auf. Das die Fläche 34 durchsetzende Strahlenbündel tritt aus dem Prisma aus und wird über einen kippungsunabhängigen Zentralspiegel 36, der dem zu messenden Objekt zugeordnet und längs der Achse des einfallenden Lichtstrahlenbündels verschieblich ist, auf die außen liegende Seite der Spiegelfläche 33' geworfen. Die von den Spiegelflächen reflektierten Strahlenbündel interferieren miteinander. Nach Aufspaltung der interferierenden Bündel an der Teilerfläche 34 werden die Anteile entweder direkt oder über den Teiler 31 zwei polarisierenden Teilern 37 zugeführt, denen je zwei fotoelektrische Empfänger 38 zugeordnet sind. Bei richtiger Einstellung des Spiegels 36 stehen an diesen Empfängern, wie gewünscht, vier um 90° gegeneinander versetzte Signale an, derenIn Fig. 3 shows an arrangement in which the light passes through a for the incident beam ineffective radiation trap 30 is incident. The illuminating beam passes through a divider 31 and enters a divider prism. This is made up of two prisms 32, 33 cemented together, the cement surface 34 being partially permeable. The prism 33 has one on both sides mirrored surface 33 '. After splitting the illuminating beam on the surface 34, the reflected one is Partial beam is reflected again and strikes the surface 33 '. That which penetrates the surface 34 The bundle of rays emerges from the prism and is directed via a tilt-independent central mirror 36, which is assigned to the object to be measured and along the axis of the incident light beam is displaceable, thrown onto the outer side of the mirror surface 33 '. The ones from the mirror surfaces reflected beams interfere with each other. After splitting the interfering bundle at the The splitter surface 34 is the components either directly or via the splitter 31 two polarizing splitters 37 supplied to each of which two photoelectric receivers 38 are assigned. With the correct setting of the mirror 36 are present at these receivers, as desired, four signals offset from one another by 90 °, their

Signalfolge von — periodisch ist.Signal sequence from - is periodic.

Natürlich kann an Stelle der simultanen Signalgewinnung mit anderen Empfängern eine solche mitOf course, instead of the simultaneous signal acquisition with other receivers, one with

nacheinanderfolgender Abtastung unter Beaufschlagung einer verringerten Zahl von fotoelektrischen Empfängern erfolgen. Im Extremfall genügt bereits ein einzelner Empfänger.successive scanning under application a reduced number of photoelectric receivers. In extreme cases, one is enough single recipient.

Auch ist es möglich, das Licht der Beleuchtungsquelle in der Polarisationsrichtung zu modulieren, wodurch die polarisierenden Teiler und die Hälfte der verwendeten fotoelektrischen Empfänger überflüssig werden.It is also possible to modulate the light of the illumination source in the direction of polarization, whereby the polarizing splitter and half of the photoelectric receivers used are superfluous will.

Claims

Patent claims:

1. Evaluation method for interferometers in which the amplitudes are in both main directions of oscillation the illuminating beam containing the interferometer is split into at least two coherent partial beams, which are brought to interference after passing through different optical paths, thereby characterized in that the partial beams of rays are different with respect to the directions of oscillation of light traverse anisotropic optical paths and that at reunification at least two recombined beams are removed, each of which is then removed is split into its partial beam of rays corresponding to the main oscillation directions.

2. Order to carry out the procedure

according to claim 1, characterized in that two with each other for beam splitting and beam combination cemented prisms (4, 5; 32, 33) are present.

3. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that a optical resonator (20 to 23) is present.

4. Arrangement according to one of claims 2 and 3, characterized in that a laser is present as the source of illumination.

5. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that a photoelectric receiver (13, 14, 15, 16; 27; 38) is assigned to each partial beam.

6. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that the Partial signals are successively fed to at least one photoelectric receiver.

7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that between Light source and interferometer, a radiation trap (30) effective for returning radiation is provided is.

8. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that between Light source and interferometer a strong attenuating component is present.

1 sheet of drawings