DE1547424A1

DE1547424A1 - Doppelachsen-Interferometer

Info

Publication number: DE1547424A1
Application number: DE19661547424
Authority: DE
Inventors: Chitayat Anwar K
Original assignee: Optomechanisms Inc
Current assignee: Optomechanisms Inc
Priority date: 1965-11-15
Filing date: 1966-09-20
Publication date: 1970-02-19
Also published as: GB1143242A; US3434787A

Description

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',jtomechanisae, Incorporated, Plavnview, L.I., lew York, U.S.A*

Doppelachsen-Interferometer

Si· Erfindung betrifft Interferoaeter, in·besonder· Doppelaohsen-Interferoiseter, di· «ine einstrahlig· Strahlungsquelle verwenden. Interferoaeter werden daau benutzt, ua genaue Messungen τοη Bewegungen an optieohen Syateaen oder aechanisohen Komponenten durchzuführen. Sie Irfindung sohafft eine Interferoaeter-Mees-Vorrichtung für eine Einrichtung, bei der e» erwüneoht ist, Unter Verwendung einer Strahlungsquelle nit eines einzigen Strahl Messungen entlang von zwei ia rechten Winkel angeordneten Achsen durchzuführen. Typische Anwendungβfällβ für solohe Torriohtungan üind in iilabeobaohtern, Werkzeugnaachinen-Yorrichtungen oder anderen Werk·tüok-Aufrisseinrichtungen vorhanden.

Me vorliegende Erfindung behandelt ein neuartiges und einfaches Soheaa für ein Soppelaohsen-Interferoaeter, das einen Laser verwendet. Die Srfindung aacht sich das Prinzip der Polarisation zunutze, bei dea die Strahlen in einer Aohse (z«B. der I-Aohse) in einer einzigen Sbene polarisiert werden und dl· Strahlen in der anderen Aohse (z.B. der Y-Achse) in einer senkrecht hierzu verlaufenden Ebene polarisiert werden. Auf diese Weise »lad durch JBinsetEen von polarisierenden füttern an den folovervielfaohtrn der X- und Y-Aonsen die zwei Achsen volikoaaea unabhängig voneinander. 11ohtungsabfühlνorrichtungen sind V07(»sehea*

Die Aufgabe der Srfindung besteht darin, ein· neue une verbesserte Interferoeeter-Tortichtung zu «ohaffen, die «im·« Laser»trahl verwenden kann. Is soll ferner ein neues und verbessert·· Doppelaoh»«n-Interferoaeter für aeohanleohe üinriohtua^ea, wi· b*i-• pi«lsw«i·· Werkzeugaasohiaen oder andere V«rks*tlok-A»friieaJisohinen g··ohaffen werden, die ia reohten Wiakel lueiaaaitr amgeordnete Achsen aufweisen.

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Ftrmtr toll »in ntuts und Ttrbtsstrttt Sopptlaohssn-Intsritroat- %·9 Torgesehen werden, das RiohtungsabfUhlTorrichtungen beeitst.

Bit lrfiadung gtht dtasufolgt tob tints Sopptlaohsen-Interfsroattt* itti, da· tint α rundplatt t, tint ait dtr arundplattt rtrbundtmt Qutllt Tun polarisierter Strahlungstnergie und tinen treten •trahltnttiltr aufwtist, dtr auf dtr Grundplatte in dtr Bann dtr 8tra&lungeenergie und unter tint· Winktl τοη ttwa 45° au dltetr Bahn »tftstigt ist, wobti dtr. Strahlungsttiltr aw ti Strahl tn auf trtttn und swtittn Aohttn trstugt, dit unttr ttwa 90° sutinandtr Ttrlauftn. Sit Erfindung bttttht darin, date tint Yorriohtung Torgtsthtn itt, dit dtn tintn Strahl in tintr ewtittn Polarisation polarititrt, das· tin trsttr itfUctor btwtgbar auf dtr Orundplattt auf tintr dtr Achstn Torgttthtn ist, dass tin swtittr Itfltktor btwtgbar auf dtr Tlrundplattt auf dtr andtrtn Aohst rorgttthtn ist ι dass trstt und swtitt BtBUgsstrahltn trxtugtndt Torriohtungtn auf dtr drundplattt btftstigt sind, jtweils tine für jtdt Aches ι dass trstt Inttrftrtni-MeeaTorrichtungen dtn trsttn Polarisationtstrahl aufnth»en und auf ditsen ansprechen und dass zweite Intsrftrtns-Mtssvorrichtungsn den zweiten Polarisations strahl aufnthatn und auf ditstn ansprechen.

Sit Erfindung wird nun aaoh anhand dtr btilitgtnden Abbildungen ausführlich btsohrltbtn_f wobti alxt aus dtr Bee.hreibung und den Abbildungen hervorgehenden linstlhtittn odtr Merkmale zur Lösung dtr Aufgabt ia Sinnt dtr Erfindung btitragtn können und mit dta Willtn sur Patentierung in dit Anaeidung aufgtnoaatn wurden. Se itlgtnt

Fig. 1 und 1A sohtaatiseht SarStellungen, dit dit Anwendung dtr Srfindung zeigen;

Yig» 2 tint scheaatieche Dar·ttilung dts AusfUhrungsbtispltls dtr Erfindung)

FIg. 3 tint schtaatlsoht Darstellung tintr abgeänderten Ausführung, die dit Anwendung dtr Erfindung ztigt.

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Α«· tar fig« 1 geht herror, to·· ei· Erfindung auf tintr Torrl«ht*ag rerweadet werden kann* bei 4«r «la· Bewegung entlang

Acksen Yorgeeehen let. Di· Yorriohtung kann s.B. au· meehanisohea VerketUok-Aufrlaesaeohlae oder einer Werk-MUfM«ehine bestehen, die eine Grundplatte 1, einen ereten •«bJLitten 2, der eich auf Bahnen 2a und 2b entlang der I-Aohes bewegt, und «Inen «weiten Schlitten 3 umfaest, der eloh entlang der Y-Aohs« auf den Bahnen 3· und 3t bewegt, wobei der zweite •ohlltten S auf dea ereten Schlitten 2 bewegbar gelagert iat.

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Vi Ale Meeaungen entlang den Aoheen genau durchführen au können, 1·% dae Interferometer 4 la Auefunrungebeiepl«l auf des Z-Aoheen-Wagen 2 befestigt. Lee Interferoeeter 4 Überträgt Strahlen X' UBi T* entlang den entepreohenden loheen, und dieee Strahlen werden durch einen auf der grundplatte 1 befestigten leflektor oder Spiegel 5 und dureh einen Spiegel 6 reflektiert, der auf dea Y-AehMn-Yagen 3 befeetigt iat. Di· Spiegel 5 und 6 können au· UbIlohen Wttrfeleeken oder Priemen beetehen. Die Sohlitten 2 und 3 werden daher eo angeordnet, da·· die webraucheYorriohtungen je nach Wunsch angeordnet werden können, und die Messungen werden durch das Interferometer entlang der X- und Y-Aohet durchgeführt.

J)Ie flg. tA selgt ein anderes Te rf ehren, bei dea dae Interferometer 4 auf des Y-AohaeB-Wagen 3 befeetigt let. Bei dieeer Aueftthrung werden die Strahlen X" und Y* durch groese Spiegel β und 9 reflektiert, die auf der βrundplatte 1 ortsfest angebracht elnd. fttr beide Betriebsarten kann dae gleiche Interferometer ohne irgendwelche Innere Teränderungen rerwendet werden.

Die fig· 2 seigt da· allgemeine Xonsept einee doppelstrahligen InterferoBetere für die X- und Y-Achse, flg. 3 ssigt das allgemeine PhaeenTerhältnle slnee jeden Strahles.

B« wird nunmehr auf die Tie. - und 3 BeBug genommen. Das Interferometer gemäes der Erfindung welet eine Grundplatte 1, auf,

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emf der eine übliohe Laserstrahlquelle 11 befestigt ist« Dtr Laeeretrahl 12 wirft auf einen ereten Strahlenteiler BS 1 gelenkt, und «in feil dt· 8trail·β wird iu des Straiaenteiler 18 reflektiert. Un Ml dee Strahle· rerläuft sub X-Achsen-Prieea mal wird eurüok sub Spiegel M 1 reflektiert und ansohliessend wieder surück bus Prleaa 5 und weiter lurUok sub Statilenteiler 18 2, wie aneohlieesend nooh auafUhrlloh erläutert wird.

anderer feil 1 dee Strahles 12 läuft durch einen dritten Strahlenteiler BS Ii anaohlieeeend sub T-Aohsen-Prisaa 6, surüok sub Spiegel N 2 und wieder surüok sua T-Aoheen-Prisaa 6 und welter surttok sub Strahlenteller BS 3 und sub Strahlenteiler 18 1_t üb Znterferexen su bilden.

Sie Znterferensen werden dann alttele der Strahlen 0 auf foto-Terrlelfaohern P 1, P 2, P 3 und P 4 reflektiert, wie nooh erläutert wird. Tor den FotoTerrlelfaohern eind Polarlsatloneplatten 12 und 13 eingeeetst, ua die Polarisation» wie aneohlle-Qend la einseinen ausgeführt wird, su trennen.SaatIioh· Strahlenteiler und Spiegel eind duroh Yerkletung oder andere dauerhafte Befeetigungeaittel ortsfest an der Grundplatte 10 angebracht.

lur ausführlicheren Beschreibung wird nunaehr auf Pig. 3 Bezug genoaaen« Der Strahl 12 dee Lasers wird sunächst unter einem Winkel polarisiert, der willkürlich alt 0° beselchnet ist. Der InterferoBeter-etrahlenteiler BS 1 teilt den Strahl in swel Ab-SQhnltte auf, die etwa die gleich· Helligkeit aufweisen.

Der reflektierte Strahl wird sua Strahlenteiler B8 2 gelenkt, der wie der ortsfeste Spiegel fur die T-Aohse wirkt. Der reflektierte feil T₇ (ale gestrichelte Linie dargestellt), der Ton dea Strahlenteller BS 2 ausgeht, nlaat eine 0°-?olarisation ein.

Der durch BS 2 übertragene Strahl 20 wird auf eine \ - doppeltbrechende Platte 21 gelenkt (L 1st die Wellenlänge dee Lichtes). Die Achse dieser Platte ist unter eines Winkel Ton 45° angeordnet

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Alt Platte enthalt zwei Breohungsindioes n_Q und n_%, und ■war la Abhängigkeit ron der Schwingung*ebene· Eb iat eine PfcateaYerzttgerung χ der Strahlensohwingung an der Platte re-

IU derjenigen bei 90° an der Platte rorhanden. Der Haupt-

effekt 4er Platte beeteht darin, den kreisfäraig polarisierten Liemtetrahl 22 zu erzeugen. Dieetr Strahl 22 wird durch das X-Ioheen-Prjeia 5 und anschlieseend durch NT reflektiert und lurttok im die | - Platte 21 gelenkt. Dae Kreisförmig polarisiert· Ii oht wird nun in ebenes polarisiertes Lieht unter 90 trai zurückgeführt bzw. verändert. Dieser letztgenannte Strahl bildet Xj,, nänlioh den bewegbaren X-Achsen-Strahl.

9er Strahl 23, der durch den Strahlenteiler BS 1 hindurchgeführt wird, wird zunächst Bit einer doppelbreohenden τ - Verzögerungaplatte 24 kreisförmig polarisieert. Sr wird ansohllessend teilweise reflektiert und teilweise durch den Strahlenteiler BS 3 übertragen. Der reflektierte Teil 25 wird zurück durch die gleiche j - Platte 24 geführt, was zu eines 90° polarisierten Lichtstrahl führt, der den fixierten Strahl ron X, d.h. den Strahl X» bildet.

Der duroh BS 3 hindurchtretende Strahl 27 wird ebenfalls durch eine doppelbrechende χ - Platte 26 hindurchgeführt, wodurch ein ebenes polarisiertes Licht 27' unter 90° erzeugt wird. Dieser Strahl 27' wird durch das sich bewegende Y-Achsen-Prisma auf den Spiegel M 2 reflektiert, dann zurück auf das T-Achsen-Prisaa 6, das das Licht kreisförmig polarisiert. Dieses wird weiter duroh BS 3 und die -r - Platte 24 hindurchgeführt und UU eines Strahl ausgebildet, der unter 180° polarisieert ist. Diese Phase 1st die gleiche Ebene wie 0° und wird in der Ebene der Polarisation des Lasers angenouen.

Die Ausgangsstrahlen ron den Interferometer sind folgendes Zp"fixierter Strahl der X-Achae unter einer 90° Polarisation. Ijj-beweglicher Strutil der X-Achse unter einer 90° Polarisation.

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Tj-flxierter Strahl der Y-Aohee unter einer 0° Polarisation. Tg-beweglicher Strahl dar Y-Aohse unter einer 0° Polarisation, !.-interferiert ait Xg, was X-Interferensen aur folg· hat. Yy-lnttrftriert alt Y^, wae Y-Interferensen eur Folg· hat.

Man kann diese Interfeenaen durch einen Polarisator beobachten. Wenn der Polarisator bo orientiert ist, dass er 0° durchläuft, wird nur die Y-Achae beobachtet. Wenn der Polarisator ua 90° gedreht wird, dann können die X-Aohsen-Interferensen beobaohtet werden.

Pig. 2 seigt dao Aufteilen der Strahlen· was ein RichtungeabfUhIen oder eine Richtungsbeet iMung mir folge hat. Der Strahl •wischen BS 1 und BS 3 wird in xwei Teile aufgeteilt, wobei der eine Seil durch eine γ - Yersögerungsplatt· 31 verzugert wird. Dies ist nicht zu verwechseln alt einer doppexbrechenden Verzögerung» da sie für axle Polarisationerichtungen dieselbe ist. Die Platte 3*> erzeugt tatsächlich swei Vektorkoeponenten von einer jeden Polarisation, die um 90° versetzt Bind. Die Drehriohtung des Vektcrn zeigt die Bewegungsrichtung des I- und Y-Ackaen-Prißeas3 and 6 an.

Spiegel M3 reflektiert über BS 5 und M 5 das Lioht, das durch die Versttgerungsplatte über BS 5 und M 5 auf die Fotovervielfacher P 2 und P 4 fäl.t. Der Polarisator 12 eraugxlcht bei 0° vor des Fotovervielfacher P 2 nur die Beobachtung der Y-Achsen-Interferensen. Auf der anderen Seite beobachtet der Fotovervielfacher P 4 nur das X-Lloht duroh den 90° Polarisator 13. Die an dea Spiegel H 3 vorbeilaufenden Strahlen werden in derselben Weiße durch BS 4 und M 4 den Potovervlelfächern P 1 und P 3 zugeteilt.

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Claims

- 7 P*t wfcansprüoh·

1« Doppeleohsen-Interferooeter cit einer Grundplatte, einer mit der Grundplatte verbundenen wuelie τοη polarisierter Strahlungsenergie und einem auf der Grundplatte in der Bahn der Stranlungseaergie und unter einem Winkel τοη etwa 45° au der Bann befestigten Strahlenteiler, wobei der Strahlenteiler cwei Strahlen auf ereten und «weiten Achsen erzeugt, die unter etwa 90° zueinander verlaufen, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die den einen Strahl in einer «weiten Polarisation polarisiert, einen gegenüber der Grundplatte bewegbaren ersten Reflektor auf eintr der Achsen, einen gegenüber der Grundplatte bewegbaren zweiten Reflektor auf der anderen Achse, erste und «weite auf der Grundplatte befestigte Be«ugsstrahlen erzeugende Vorrichtungen, jeweils eine für jede Achse, erste Interferenz-Messvorrrichtungen, die den ersten Polarieationsstrahl aufnehmen und auf diesen ansprechen und durch zweite Interferenz-Meeevorrichtungen, die den zweiten Poiarieaticnestrahl aufnehmen und auf diesen ansprechen.

£· Doppelachuen-Interferonie ter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Hiohtungsabfühlvurrichtungen vorgesehen sind.

3· Doppeiaohsen-Interferoaeter nach Anspruch 1 oder 2, d a durchgekennzeichnet, dass die Strahlungsenergie' quelle ein Laser ist.

4. Doppelachseri-Interferotteter nach einen oder sehrern der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz «lohnet, dasβ die Grundplatte auf eines Schlitten befestigt ist, der entlang zweier Koordinatenachsen bewegbar ist, und dass die Reflektoren ortsfest angeordnet sind.

5* Doppelachsen-InterferoKieter nach den Ana, räche i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte

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auf tinea trsttn entlang «iner ereten von cwei Koordinaten-Aoheen bewegbaren Schlitten befestigt iet, date der erete Heflektor auf einem zweiten Schlitten befestigt ist, der auf dea ersten Schlitten entlang der zweiten der beiden Koordinatenachsen bewegbar iet, und dasη der zweite Reflektor auf der Grundplatte entlang der ersten Achse dauerhaft befeetigt ist.

HePu/Schl
29. Juni 1966

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