DE1745453U

DE1745453U - INTERFEROMETER.

Info

Publication number: DE1745453U
Application number: DEZ3366U
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1955-03-04
Filing date: 1955-03-04
Publication date: 1957-05-23

Description

I n t e r f e r o m e t e r Es sind Interferometer bekannt, welche sich dadurch auszeichnen, daß eine Fläche zur Strahlenteilung und nieder-Vereinigung vorgesehen ist, sowie eine relativ zu dieser Fläche neigbare reflektierende Fläche und weitere mit der Teilung-und Wiedervereinigungsfläche starr verbundene Spiegelflächen, wobei diese Flächen so angeordnet sind, daß die geteilten Lichtstrahlen gegenläufig im Interferometer umlaufen. Interferometer Interferometers are known which are characterized in that a surface is provided for beam splitting and unification, as well as a reflective surface which can be inclined relative to this surface and further mirror surfaces rigidly connected to the dividing and reunification surface, these surfaces being arranged in such a way that that the split light beams circulate in opposite directions in the interferometer.

Es ist bekannt, daß, wenn sich die relativ neigbare Spiegelfläche neigt, im Interferometer Interferenzstreifen zu sehen sind.It is known that when the relatively inclinable mirror surface tends to see interference fringes in the interferometer.

Diese Interferometer haben verschiedene Vorteile.These interferometers have several advantages.

Abgesehen davon, daß sie nur aus wenigen Bauteilen bestehen, so daß ihr Aufbau sehr einfach ist, ist es nicht notwendig, an die Einzelteile optisch übermäßig große Anforderungen zu stellen, weil die geteilten Strahlen wegen ihrer Gegenläufigkeit im wesentlichen denselben Weg durchlaufen, d. h. der Strahlengang ist vollkommen symmetrisch. Auf Grund dieser Erkenntnis wurde gefunden, daß sich diese Interferometer überall dort mit Vorteil anwenden lassen, wo mit einfachen und billigen Mitteln genaue Winkel eingestellt werden sollen. Erfindnngsgemäß wird deshalb in einer ersten Anwendung die relativ neigbare Fläche durch die Wirkung der Schwerkraft stets waagerecht gehalten, und es sind die Flächen zur Teilung und Wiedervereinigung der Lichtstrahlen und die weiteren Spiegelflächen neigbar ausgebildet. Das Interferometer dient somit als Libelle, indem jede Abweichung der Teilungs-und Wiedervereinigungsfläche aus einer vorgegebenen Lage in Bezug auf eine waagerechte Ebene an Hand der Interferenzstreifenzahl festgelegt und gegebenenfalls wieder ausgeglichen werden kann.Apart from the fact that they consist of only a few components, so that their structure is very simple, it is not necessary to make optically excessively high demands on the individual parts, because the divided beams travel essentially the same path because of their opposite direction, ie the beam path is perfectly symmetrical. On the basis of this knowledge it was found that these interferometers can be used with advantage wherever precise angles are to be set with simple and inexpensive means. According to the invention, therefore, in a first application The relatively inclinable surface is always held horizontally by the effect of gravity, and the surfaces for dividing and reuniting the light rays and the other mirror surfaces are designed to be inclinable. The interferometer thus serves as a level in that every deviation of the division and reunification surface from a predetermined position in relation to a horizontal plane can be determined and, if necessary, compensated for again on the basis of the number of interference fringes.

Die Ausbildung des Interferometers als Libelle hat gegen die üblichen bisher verwendeten Blasenlibellen verschiedene Vorteile. Wie bekannt sind Blasenlibellen temperaturabhängig, indem sich beispielsweise die Blasenlage mit der Temperatur ändert, waa zu Ungenauigkeiten in der Einstellung führen Itann< Außerdem benotigt das Einspielen einer Libel- lenblae viel Zeit und bereitet mitunter große Hube. Diese Nachteile beseitigt die erfindungsgemäße Libelle, welehe durch Kombination eines Interferometers mit einer unter der Wirkung der Sohwerltraft stehenden Spiegelfläche gekenn- zeichnetist. The design of the interferometer as a level has various advantages over the conventional bubble levels used up to now. As is known, bubble levels are temperature-dependent, for example because the bubble position is aligned with the Temperature changes, leading to inaccuracies in setting lead Itann <In addition, the importing of a Libel- lenblae a lot of time and sometimes prepares a lot. These The dragonfly according to the invention eliminates disadvantages, welehe by combining an interferometer with a sub the effect of the Sohwerltraft standing mirror surface. draws.

Zum Waagerechthalten der relativ neigbaren Spiegelfläche kann diese starr mit einem Pendel verbunden seine es kann aber auch vorteilhaft als Spiegelfläche ein Flüssigkeitsspiegel Verwendung finden, jedoch ist in diesem Fall darauf zu achten, daß die Flüssigkeit auch bei geringen Erschütterungen oder dgl. keine Schwingungen ausführt, weil sonst im Gesichtsfeld durch die Interferenzstreifen ein Bild der jeweiligen Oberflächenform der Flüssigkeit wiedergegeben wird.To keep the relatively inclinable mirror surface horizontal, it can be rigidly connected to a pendulum, but a liquid level can also be used advantageously as a mirror surface, but in this case care must be taken that the liquid does not vibrate even with slight shocks or the like, because otherwise an image of the in the field of view through the interference fringes respective surface shape of the liquid reproduced will.

Da dies nur unter besonderen Bedingungen erreichbar ist hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die relativ neigbare Spiegelfläche auf einer Flüssigkeitsschicht schwimmen zu lassen.Since this can only be achieved under special conditions, it has to be proved to be advantageous, the relatively inclinable mirror surface on a layer of liquid to swim.

Noch zweckmäßiger ist es, wenn die relativ neigbare Spiegelfläche auf Flüssigkeitspolstern schwimmt, wobei die Flüsaigkeitspolster kommunizierend miteinander verbunden sind, so daß Erschütterungen, welche sonst über die Flüssigkeit auf die Spiegelfläche übertragen werden, weitgehendst durch die Reibung der Flüssigkeit in den kommunizierenden Röhren gedämpft werden.It is even more useful if the relatively inclinable mirror surface floats on liquid cushions, the liquid cushions communicating are connected to each other, so that vibrations, which would otherwise be over the liquid are transferred to the mirror surface, largely through the friction of the liquid are attenuated in the communicating tubes.

Als Flüssigkeit kann Quecksilber Verwendung finden.Mercury can be used as a liquid.

In diesem Fall lassen sich die Erschütterungen der Spiegelfläche noch stärker herabdrücken, wenn man die Spiegelfläche unter Öl legt. Eine solche Anordnung ist jedoch verhältnismäßig kompliziert.In this case, the vibrations of the mirror surface can still be avoided Press down more if you put the mirror surface under oil. Such an arrangement however, it is relatively complicated.

Eine Anordnung, die nahezu das gleiche leistet, wie die zuletzt beschriebene ? jedoch wesentlich einfacher im Aufbau ist, kennzeichnet sich vorteilhaft dadurch, daß die die Strahlenteilungs- und Wiedervereinigungsfläche einschließenden Prismen auf der Seite der relativ neigbaren Flache als planparallele Fläche ausgebildet sind, und daß auf dieser Fläche als relativ neigbare Spiegelschicht eine Ölschicht aufgebracht ist. Die an Luft grenzende Seite der ölschicht übernimmt dann die Aufgabe der stets uaagerecht bleibenden Spiegelschicht. An ihr findet Totalreflexion statt.An arrangement that does almost the same as the one described last ? but is much simpler in structure, is advantageously characterized by that the prisms including the beam splitting and reuning surface formed on the side of the relatively inclinable surface as a plane-parallel surface are, and that on this surface as a relatively inclinable mirror layer an oil layer is upset. The side of the oil layer bordering on air then takes on the task the mirror layer, which always remains in line with the other. Total reflection takes place on it.

Ordnet man erfindungsgemäß umgekehrt die Fläche zur Strohlenteilung und Wiedervereinigung sowie die weiteren Spiegelflächen fest an und benutzt als relativ neigbare Fläche jeweils eine Spiegelfläche eines rolygonspiegelsg so dient das Interferometer als Stellungsindikator für die genaue Einstellung des Polygonspiegels. Durch Festlegung einer bestimmten Zahl von Interferenzstreifen im Gesichtsfeld des Interferometers ist es nämlich bei dieser AUsbildung möglichte den Polygonspiegel jeweils so weit zu drehen, daß eine neue Spiegelfläche im Strahlengang des Interferometers liegtp und zwar unter demselben Winkel mit der Strahlenteilunge-und Wiedervereiniungsfläche, den die vorhergehonde mit dieser Fläohe eingeschlossen hatte. Bisher hatte mro1 zur Lösung dieser Aufgabe Autokollimationsfernrohre benutst, die aber bei weitem nicht die Genauigkeit liefern konnten ie das Interferometer.Conversely, if, according to the invention, the surface for straw division and reunification and the other mirror surfaces are firmly arranged and a mirror surface of a polygon mirror is used as a relatively inclinable surface, the interferometer serves as a position indicator for the precise setting of the polygon mirror. By defining a certain number of interference fringes in the field of view of the interferometer, it is possible in this design to rotate the polygon mirror so far that a new mirror surface lies in the beam path of the interferometer at the same angle with the beam splitting and reunification surface that the previous one had enclosed with this area. So far, mro1 had to The solution to this task was to use autocollimation telescopes, which, however, were far from being able to deliver the exact same accuracy as the interferometer.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellte und zwar zeigen Fig. 1 und 2 die Ausbildung des Interferometers als Stellungsindikator, Fig. 3 bis 7 verschiedene Ausbildungen des Interferometers als Libelle.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing 1 and 2 show the design of the interferometer as a position indicator, 3 to 7 different designs of the interferometer as a dragonfly.

Fig 1 zeigt einen Polygonspiegel 1 mit acht Spiegelflächen 2 bis 9, welcher um eine Welle 18 drehbar ist. Über der Spiegehfläche 2 sind zwei Prismen 10 und 11 von Parallelepipedform fest angeordnet, welche eine halbdurchlässige Spiegelschicht 12 einschließen. Ein mit 13 bezeichneter Lichtstrahl wird durch die teildurchlässige Schicht 12 in die Anteile 13' und 13'' zerlegt, welche nach Reflexion an Flächen 14 und 15 wowie an der Spiegelfläche 2 im Punkt 16 zur Interferenz gelangen und als Strahl 17 austreten. Jede Abweichung der Spiegelfläche 2 aus der gezeichneten Lage bewirkte daß nicht mehr die Teilstrahlen 13'und 13"sur Interferenz gelangen, sondern daß diese mit nicht gezeichneten Nachbarstrahlen interferieren. In der Fig. 1 steht die Teilungsfläche 12 senkrecht auf der Spiegelfläche 2. In dieser Stellung erggibt sich die Interferenzstreifenbreite unendlich. Wird der Polygonepicgel 1 um die Welle 3 in Richtung des Pfeiles 19 um 45° gedreht, so tritt an die Stelle der Spiegelfläche 2 die Spiegelfläche 3.1 shows a polygon mirror 1 with eight mirror surfaces 2 to 9, which is rotatable about a shaft 18. There are two prisms above the mirror surface 2 10 and 11 of parallelepiped shape firmly arranged, which have a semitransparent mirror layer 12 include. A designated 13 light beam is through the partially transparent Layer 12 is broken down into the portions 13 'and 13' ', which after reflection on surfaces 14 and 15 how to interfere with the mirror surface 2 at point 16 and emerge as beam 17. Any deviation of the mirror surface 2 from the one shown Position caused the partial beams 13 'and 13 "to no longer reach the interference, but rather that these interfere with neighboring rays that are not shown. In Fig. 1, the dividing surface 12 is perpendicular to the mirror surface 2. In this position the interference fringe width results in infinite. If the polygon epicgel 1 rotated about the shaft 3 in the direction of arrow 19 by 45 °, it takes its place of the mirror surface 2, the mirror surface 3.

War der Drehungswinkel exakt 45°, dann muß wieder die Streifenbreite unendlich sein, ist sie dies nicht, so war die Drehung nicht genau 45°. Durch eine geeignete Korrekturdrehung des Polygonspiegels 1 ist dann die genaue Lage wieder herstellbar. Fig 2 zeigt eine geänderte Ausführungaform bei der die Prismen 10 und 11 durch Prismen 20 und 21 ersetzt sind, welche Flächen 22 und 23 aufweisen, die zur Teilungsflaehe 12 nicht parallel liegen. Diese Ausbildung ist dann vorteilhaft, die Prismen 20 und 21 nicht so nahe am Polygonspiegel 1 angeordnet sein sollen, wie in der Fig. 1 dargestellt und erforderlich.If the angle of rotation was exactly 45 °, then the strip width must again be infinite, if it is not, the rotation was not exactly 45 °. The exact position can then be restored by a suitable corrective rotation of the polygon mirror 1. Fig. 2 shows a modified embodiment in which the Prisms 10 and 11 are replaced by prisms 20 and 21, which surfaces 22 and 23 have, which are part of the plane of division 12 are not parallel. This design is then advantageous, the prisms 20 and 21 should not be arranged as close to the polygon mirror 1 as shown and required in FIG. 1.

Fig. 3 zeigt die Prismenanordnung nach Fig. i. Der Spiegel 2 ist durch einen Spiegel 30 ersetzt, welcher mit einem um eine Welle 31 drehbaren Pendel 32 verbunden Die Peie- men 10 und 11 sind mit einem Gehäuse 33 starr verbunden.FIG. 3 shows the prism arrangement according to FIG. The mirror 2 is replaced by a mirror 30, which with a a shaft 31 rotatable pendulum 32 connected to the Peie- men 10 and 11 are rigidly connected to a housing 33.

Jede Neigung des Gehäuses 33 und damit der Prismen 10 und 11 wird durch die Änderung der Zahl der in der Teilungsfläehe 12 sichtbaren Interferenzstreifen angezeigt. Dreht man das Gehäuse 33 so weit, daß nur noch ein Interferenzstrei- fen der Breite unendlich zu sehen ist, dann kann das Gehäuse 33 als in einer waagerechten Ebene liegend justiert angesehen werden In Fig. 4 ist der Spiegel 30 durch einen Flüssigkeitsspiegel 40 ersetzt. Als Flüssigkeit ist Quecksilber verwendet.Any inclination of the housing 33 and thus of the prisms 10 and 11 is indicated by the change in the number of interference fringes visible in the division surface 12. One turns the housing 33 so far that only an interference stripe If the width can be seen infinitely, then the housing 33 can be viewed as being adjusted lying in a horizontal plane. In FIG. 4, the mirror 30 is replaced by a liquid level 40. Mercury is used as the liquid.

In Fig. 5 schwimmt eine Spiegelfläche 50 auf Quecksilber 51.In FIG. 5, a mirror surface 50 floats on mercury 51.

Fig. 6 zeigt eine geänderte Ausführungsform, in der der Spiegel 50 auf Quecksilberpolstern 60 liegt, wobei die Quecksilberpolster durch enge Röhren 61 verbunden sindt um Erschütterungen, welche sich über das Quecksilber auf den Spiegel 50 übertragen ; durch die in den engen Rohren auftretende Reibung des Quecksilbers zu dämpfen. Um ein Wegschwimmen des Spiegels 50 su vermeiden, ist an diesem ein Stift 62 befestigt, welcher in einer Ausnehmung 63 des Gehäuses ; 3 liegt. Die dämpfende Wirkung ist weiterhin dadurch verstärkt, daß der Raum 64 mit Öl angefüllt ist.6 shows a modified embodiment in which the mirror 50 rests on mercury pads 60, the mercury pads being connected by narrow tubes 61 to prevent vibrations which are transmitted to the mirror 50 via the mercury; to dampen by the friction of the mercury occurring in the narrow tubes. To a Avoid swimming away the mirror 50 su is on this one a pin 62 fixed, which in a recess 63 of the housing; 3 lies. The damping effect is further enhanced by the fact that the space 64 is filled with oil.

In Fig. 7 sind in einem Gehäuse 80 die Prismen 10 und 11 angeordnet, Die Prismen 10 und 11 sind durch ein Prisma 31 derart ergänzte daß auf ihrer Oberseite eine plane Fläche 85 entsteht. Zur Umlenkung des eintretenden Lichtstrahles 13 und des austretenden Lichtstrahles 17 in eine bequeme Beobachtungsrichtung sind auf die Prismen 10 und 11 weitere Prismen 83 und 84 gekittet. Im Lichtweg des austretenden Lichtstrahles 17 ist eine im polarisierten Licht als Analysator wirkende Platte 86 angeordnet. Auf die Flache 85 ist eine Glasplatte 87 gekittete welche mit dem Gehäuse 80 flüssigkeitsdicht verbunden ist. Auf der Glasplatte 87 befindet sich eine Ölschicht 88 mit einer freien Oberflache 89. DieWirkungsweise dieser Vorrichtung ist wie folgt, In der in Fig. 7 gezeichneten Lage der Vorrichtung schließt die Teilungfläche 12 mit der Oberfläche 89 der Ölschicht 88 genau einen Winkel von 900 ein. Der in das Prisma, 85 ein- tretende Strahl 13 wird in diesem Fall im Punkt 16 der Teilungsfläohe 12 in die Anteile 13'und 13"geteilt ? und die geteilten Strahlen 13'und 13"werden an der Fl&ehe 89 der Ölschicht 88 total reflektierte wonach sie sich an- schließend wieder im Punkt 16 der Teilungsfläche 12 voreinen und als Strahl 17 aus dem Interferometer austreten. In diesem Fall sieht man in der Teilungsfläche 12 einen In- terferensstreifen von unendlicher Breite. Uird die Vorrich- tung der Fig. 7 um einen kleinen Winkel geneigt, dann schließt die Teilungsfläche 12 mit der Fläche 89 nicht mehr einen Kinkel von 900y sondern einen entsprechend geänderten Die Strahlen 13' und 13'' werden nach der Reflexion an der Fläche 89 aus ihrer Richtung derart abgelenkt, daß sie im Punkt 16 nicht mehr miteinander interferieren, sondern mit benachbarten Lichtstrahlen, so daß nunmehr mehrere Interferenzstreifen im Interferometer zu sehen sind. Die Zahl der interferenzstreifen ist ein Maß für die Neigung der Vorrichtung nach Fig. 7. Da der Strahl 13' zweimal die Teilungsfläche 12 durchsetzt, der Strahl 13'' dagegen nur Reflexionen erfährt, ist das austretende Licht teilweise polarisiert. In FIG. 7, the prisms 10 and 11 are arranged in a housing 80. The prisms 10 and 11 are supplemented by a prism 31 in such a way that a flat surface 85 is created on their upper side. To deflect the incoming light beam 13 and the exiting light beam 17 in a comfortable viewing direction, further prisms 83 and 84 are cemented onto the prisms 10 and 11. A plate 86, which acts as an analyzer in polarized light, is arranged in the light path of the exiting light beam 17. A glass plate 87 is cemented onto the surface 85 and is connected to the housing 80 in a liquid-tight manner. An oil layer 88 with a free surface 89 is located on the glass plate 87. The operation of this device is as follows, In the position of the device shown in FIG. 7, the dividing surface 12 closes with the surface 89 of the oil layer 88 exactly an angle of 900. The one in the prism, 85 emerging beam 13 is in this case at point 16 of the Division area 12 divided into portions 13 'and 13 "? And the split rays 13 'and 13 "are at the flute 89 the oil layer 88 totally reflected after which it then again at the point 16 of the dividing surface 12 and emerge as a beam 17 from the interferometer. In this case one sees in the dividing surface 12 an in- interferencing strips of infinite breadth. If the device 7 inclined at a small angle, then closes the dividing surface 12 with the surface 89 no longer has an angle of 900y but a correspondingly changed. The rays 13 'and 13''are deflected from their direction after the reflection at the surface 89 in such a way that they no longer interfere with each other at point 16, but instead with neighboring light beams, so that now several interference fringes can be seen in the interferometer. The number of interference fringes is a measure of the inclination of the device according to FIG. 7. Since the beam 13 'passes through the dividing surface 12 twice, the beam 13 ″, on the other hand, only reflections experiences, the emerging light is partially polarized.

Die als Analysator wirkende Platte 86 bewirkt, daß nur Lichtstrahlen gleicher Schwingungsrichtung zur Interferenz gens so daß scharfe Interforenzstreifeii The plate 86, which acts as an analyzer, ensures that only light beams in the same direction of oscillation lead to interference gens so that sharp Interforenzstreifeii

Claims

Protection claims 1. Intoegerometeri in which a plane to and as well as one relative to dieozz, llluolie inclinable reflective surface and more with the dividing and reunification surface rigidly-connected mirror surfaces are provided, the surfaces ao being arranged daS the split light beams pass through the interferometer revolve characterized) that the relatively inclinable Area (30 40 50 89) by the effect of the visual power is always held horizontally in a housing (33) and the Area for dividing and reuniting the rays of light (12) souio the other mirror surfaces (14, 15, 22, 23) in the Housing (33) are fixedly arranged. 2. Interferometer according to claim 1, characterized that the relatively inclinable mirror surface (30) ait a J? en- del (32) is rigidly connected. 3. Interferometer according to claim 1, characterized) that the relatively inclinable mirror surface is tagged by a Liquid level (40) is formed. 4 * interferometer according to claim 1? thereby gennseichncty that the relatively inclinable mirror surface (50) on a plus " The liquid layer (51) floats.

5.Interferometer according to claim 1, characterized

that the relatively inclinable mirror surface (50) floats on liquid cushions (60), the liquid cushions being connected to one another in a communicating manner. 6. Interferometer according to one of claims 3 to 5, characterized marked that the liquid used is mercury, 7. Interferometer according to claim 5, characterized aekennzeiclrnett that the relatively inclinable mirror surface is below 01.

8. Interferometer according to claim 1, characterized in that the prisms (10, 11) are formed on the side of the relatively inclinable surface as a flat surface (85) and on this surface as a relatively inclinable mirror layer an oil P: L layer (88) is applied. 9. Interferometer in which a surface is divided by the rays

and reunification, as well as a reflective surface that can be inclined relative to this surface and others with the division and unification surface rigidly connected mirror surfaces are provided, the surfaces being arranged so that the split light beams in opposite directions in, circumferential characterized in that the surface (12) sur Ray splitting and reunification, as well as the others Mirror surfaces (10, 11, 22, 23) are fixedly arranged and as a relatively inclinable reflective surface in each case one of the Mirror surfaces (2 to 9) of a polygon mirror (1) are used.

10o interferometer according to claim 1 or 9, characterized elln. , ell- draws? that in the observation beam path a polar set-up vises (8G) that act as an analyzer is organized. , geo: rda tF