DE1902290A1 - Interferometer - Google Patents
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Description
D R.-1 N G. WA LT ERABITZ 19Q2290 8 München 27>
HenzenauersfipBe 28
DR DIETER MORF 'v'v* * v Telefon 483225 und 486415
Telegramme: Chemindus München
Patentanwälte
17. Januar I969
JFs 7795
ITEK CORPORATION
10 Maguire Road« Lexington, Massachusetts, V.St.A.
Interferometer
Die vorliegende Erfindung' betrifft Interferometer zur Verwendung in Kusserst &ens>M&n ^aasiaasehinen und Biiastollvoirichturigon
Bio Vollendung von Interferoasetera in Kossaiaochinen ist wohlbekannt;.
Das sogenannte Michelson-Interferometer wurde erfolgreich
dafür verwendet, um @in©n Itofcerstab ait e.iner-Qenaulglcelt von
10 Teilen au messen. Dao Mioholson-lEterferorastor wird in
der Literatur beschrieben und ist wohlbekannt, beispielsweise
in "Introduction to Geometrical and Physical Optics" von Joseph
liov&an, I955* ttoOraw-Hlll Book Company, Inc0, Selten 223 bis 22^
sind insbesondere illustriert auf Seite 224,
Im Michelson-Interferometer und anderen folgenden abgeänderten
hrungsforiajöiii, vjirci die ?<iesaung einer axialen Verschiebung
Abzählen von Intcrferensisteilen vorgenoannaa, die durch
die Bc'wcguas einer beijisglichen Reflexionsflache relativ zu ©in«?
i-ciifctiß Reflexionsfl^che horvorgerisfen wsrdö.a. Im allgemeiiAQn
eine einzig« Lioiifequelle' kollimlert tUid die parallelen Strahlen
6/0948 BAD
JFs 7795
werden auf einen Strahlenteiler gerichtet, beispielsweise einen halb reflektierenden Spiegel, der unter 45° angeordnet
ist« Der Strahlenteiler reflektiert Licht auf eine reflektierende Fläche, die rechtwinklig gegenüber einer zweiten reflektierenden
Fläche angeordnet ist, weiche die durch den Strahlenteller Übertragene Xdehtenergie auffängt.
Wird die bewegte reflektierte Fläche gegenüber der stationär an
oder Bezugsrefle.tlonsfläohe rotiert, so treten falsche Interferenzzahlungen
auf, welche fälschlich eine lineare Yerschle-
bung anzeigen, wodurch Fehler erseugt werden, die a proportional sind, wobei a den Drehwinkel darstellt, fals die Vorrichtung dem Abbe'sehen Prinzip entspricht, sowie Fehler die
proportional zu ka sind, falls da© Abbe.1 sehe Bedingung nicht
erfüllt ist. Um das Problem unerwünschter Drehungen su vermeiden,
wird ein derartiges Interferometer üblicherweise
massiv ausgebildet und erfordert komplizierte Antriebssystem»
Es bleibt äusserst empfindlich gegenüber änderungen in dsn
Umweltfoedingiiiigen und stellt ein empfindliches Gerät dar. Derartig® Geräte sind uftvsrhältnißsy&ssig teuer für einen breiten
Bereich von Anwendungen, bei welchen keine L&bor&töriu&isbedingungen
vorliegen, aber welch© sehr genaue Messungen erfordern,,
Im Gegensatz dazu ist das vorliegende Interferometer unempfindlich gegenüber einem breiten Bereich von änderungen in den
Umweltbedingungen und ist frei von Fehlern, die durch ein©
Winkelbewsgting oder Drehbewegung bellobiger Orösse hervorgerufen werden· Dalier erfordert ein erflndungsgen&sses Interferometer nur oin verhältnissaSssig billiges, einfaches Antriebssystem geringer Trägheit.
909836/0948 BAD ORIGINAL
JPs 7795
Bisher verursachte eine Winkelbewegung scheinbare lineare Verschiebungefehler«
welche zwei Größenordnungen erreichen konnten
für eine Winkelbewegung, die kleiner als eine Bogenminute
in einer Koordinate war und kleiner als eine Bogensekunde in zwei Koordinaten.
Daher sind bekannte Interferometer, welche für Messungen länge
zweier oder mehrerer orthogonaler Ifessachsen bestimmt sind,
besonders empfindlich für irgendwelche Fehler als Folge von
fehlerhaften Winkel- oder Drehbewegungen.
Alle klassischen Interferometer unterliegen einem linearen
Verschiebungsfehler» der mindestens cos a betr%t, wobei a
den Drehwinkel darstellt«
GemHss dein Abbe'seilen Prinsip worden, uenn die ESess vorrichtung
und die zu messende L8ng© derart ausgerichtet werden, dass
die Messvorrichtung tsnd der Gegenstand sich als einziger Körper
bewegen, Drehwinkelfehler auf ein E^indestmsßs verringert
und wie vorausgehend aufgeführt τηινύβι ist der lineare V©rsciiiebungefehier
proportional sma Qu&ör&t den in Radian sen gemessenen
Winkels. Ein Einachsen·-Interferometer erfüllt weitgehend
.das Abbo 1SCfIe Prinzip« besonders da die Bewegung ö©s
bewegliehen Spiegels stark beschränkt 1st. Bestenfalls ±st
.-jedoch ein Fehler vorhanden- Disgsgen kanu ©in. erfindungsge»
n?Mssöi.· interfeiOfficter lineav® VeEVioiiiebiKi^sn u;mfelbi&igig von
der Winkellage oder sogßr Drchüii^ des aw raaseeiid^n Gegsttafcandes
gcgenUbsr einer lin^arort Veraehiebun^riohtuns nsessen.
Jedoch «rfüllfc keine bek&onte Vorsicht ting öas Abbe'sehe Prinzip,
wenn gleichzeitig Messunge.n gegenüber eineta Paau» orthogonaler
Traiitslatlonsachscn gemacht worden.
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JPb 7795
Die Querkopplung zwischen diesen Achsen ale Folge von Drehung
erzeugt zumindestens einen Cosinusfehler in einer Achse und einen Sinusfehler in der anderen* wodurch sich ein linearer
Verschiebungsfehler ergibt, der einer Konstanten mal dem Drehwinkel in. Radianten entspricht.
Bekannte Messmaschinen unterliegen Wiedergabefehlern infolge
von Änderungen der Niveaueinstellung und Vibration· Diese Fehler werden durch die Abnützung der Bettttlgungswege erschwert. Im allgemeinen kUnnen Kessungen mit derartigen Maschinen mit Genauigkeit nur durchgeführt werden« nachdem das
System, insbesondere das zu veraeseende Objekt, sich In Ruhe befindet. Daher ist die höh« Genauigkeit eines Interferometers
bisher nur im statischen Zustand verfugbar· Während der Bewegung eines Abschnitts, der das zu messende Objekt trägt,
werden Translationsfehler erzeugt, die auf den Bewegungen des Abschnitts In sechs Freiheitsgraden beruhen. Die sechs
Freiheitsgrade, wie sie hier gebraucht werden, schliessen
Drehungen um drei rechtwinklig zueinander angeordnete Achsen und Translationen längs dreier rechtwinklig zueinander angeordneter Achsen ein* Werden Messungen nur in zwei Freiheitsgraden gewünscht, d. h. eine Translation in der X- und Y-Rich~
tang, so erzeugen Bewegungen des Abschnitts in den verbleibenden Freiheitegraden öuseeret grosae Fehler in der anscheinenden linearen Verschiebung in den gewünschten Translationsrichtungen·
Im Gegensatz, zu den vorausgehend gesagten« ist das erflndungsgetaäase Interferometer unempfindlich gegenüber linearen Verschiebungsfehlern als Folge von Drehbewegungen und behält
seine Genauigkeit für alle Frelheltsgrade der Messung. In
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BAD ORSGiNAL
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Systemen mit multiplen Achsen tritt keine Querkopplung als Folge
von Rotation auf«
Da das vorliegende Interferometer nur auf Verschiebungen in den gewünschten Freiheitsgraden anspricht, d. h. Translationen
in X und Y, «erden genaue Messungen zu allen Zeiten ermöglicht,
während sich das zu messende Objekt in Bewegung befindet. Dieses
Ergebnis erhöht beträchtlich die Brauchbarkelt des Interferoraetors
für Anwendungen^ die djmaialsche Messungen» beispielsweise
als St©uerfunktion<sn>
erfordern- Hler ist die Genauigkeit der Messung, während sich der su messende Gegenstand in Bewegung
befindet, die gleiche xtl® wenn' sich der Gegenstand in
Ruhe befindet. Darüberhinaus 1st das vorliegende Interferometer
vollständig frei von Fehlern als Folge von Abnützungen,
ä In der £3ive&u@inetollung und. Vibrationen·
Obgleich das erfindungsgössMsa© Interferometer
billig« ciinfach sand von niedriger Trägheit ist, ist es verhält»
R±s®mua robttsfc und verH^ssilofo im Betrieb; Messungen mit einer
hohen Oöiiawigkeifc sind ohne f?e;itares r©produzi«rbai»e Dies© Vor-
z®g& w&rämi durch dl® ün^Eapfindlichkeit des Sjsteros gegenüber1
fM.\l©riiaffcen Drehung erhalten«.
Es ΊβΖ öa&er ©is 35i@l der vorliegenden ISrf indungL ©in verbessertes Infce^f^rossiifcer au sehaffea, welches esstreca genaue lin©are
¥«r.seIiiebuiÄgsüaiQSßianis«a ©rs»%13:ohte unabhängig von einer Wlnkelcider
2^'-t!hb©vj@s«aig des au E3@ss©nden Objekts gegenüber anderan
rteis Sysfe©E5i3.
Ein <M>'Xfc&mu Siel der 'Bwfiixamg ist ©s, ein" latex"?erometer
x-'tosE1 ut®nmi~X&lCß±t äw schaffen» iislches nur ein relativ
geringer Masse erfordert.
'iMfl-uwfinAB bad original
JPs 7795
Ein weit ores Ziel der vorliegenden Erfindung ist es,, ein Interferometer
mit verbesserter Genauigkeit zu schaffen, welches
verhSltnisaiHssig unempfindlich gegenüber den Umweltbedingungen
ist und welches daher für einen breiten Bereich von Anwendungen verwendet werden kann, bei denen Iceine Laboratoriuasbedingungen
vorhanden sind.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Interferometer
verbesserter Genauigkeit su schaffen« WQlchea robust und
verlässlich Ia Bstriab ist» sowie ein Interferometer, welches
im hohen Grad i'oproduzierbare Messungen von grosser Genauigkeit
imtl frei-von Abnütsisngßoinwlrlnmgsn liefert.
Ein weiteres Ziel der Erfindung 1st es, eine verbesserte
Steuervorrichtung sur Einstellung eines beweglichen Elsmenfes
mit hoher Genauigkeit su seliaffen· Heitere Ziöl© der Srfindimg
ergeben sieh aus ä©r säßcfafölgenden Bescfersilbuog In
Verbindung iait &©a anliegenden Z©iöhntmgen, und der Umfang
der Erfindung ©r&ibt sieh aus ösn ?ali©gend©n
Erf indutsgsgeraSss let ©ine Messvorrichtung vorgesehen, welche
Einrichtung sur LiefersüTis vcsi Strahlungsenergie ISngs einer
eisten Eisigmugsaehs© aufweist, ssifc ©in©? Einrichtung su? Ab-gabG
von Stralilung@energ:i© lijsgs einöi"» zweiten FAngsnzüß.zh®g
mit' einem starren Körper, walehör sia. Paar voa Ref lexions™
f !Hohen besifest, wobei di© erst« Reflexicttsf lache, die ©ret«
EiEigangEachse iBcimeidet und die sswjit© Refiesioaaf !Sehe. dl®
swslt© EiiagengiSashK© schnaldefc; f@rner.isfe eins
vorgesehen, ura ciücn TcsJJi des» Striählungssiaergie
an |5.ä® der Befl'_»."viQnsfi8äii«tt su ■ l®it@i£i,
Schnit-twlnk^l. der ReflGsionsflUshe mit ihT&r ;ss?.giräi&;igca .·
η <)*nβ /.οη α fl bad
JPs 7795
Elngangeaohee ·
In einer AusfUhrungsfora der Erfindung besteht die Strahlungsenergie aus monochromatisches kohärentem Licht. Die RefIe -xionsf lachen sind parallel und dl« Lichtenergie wird von einer
gemeinsamen Lichtquelle geliefert· -
In einer weiteren AusfUhrungefor« der Erfindung Bind Einrichtungen vorgesehenf um die Phasenlage einer Polarisationskomponente gegenüber einer anderen Koeponente der Energie längs der
ersten Eingangsachse zu verändern.
In einer weiteren AusfUhrungefona der Erfindung weist der
starre Körper eine Anzahl von zueinander senkrechten Paaren von parallelen ReflexionsflSehen auf.
Die Energievorrichtung und die Einrichtung zur Führung eines
Täils der Energie sind starr gekoppelt« um einen Strahlungeweg zu bilden« Eine Einrichtung ist vorgesehen, um eine relative Bewegung zwischen dem starren Körper und der starr gekoppelten Einrichtung zu bilden· Ein Bezugspunkt ist im Mittelpunkt des Strahlungowegoo zwischen dan Strahlungsenergieeinrichtungen angegeben. Eine Anzeige der relativen Translation
des starren KoYpers gegenüber dem Bezugspunkt wird erzeugt.
Ferner 1st eine Einrichtung vorgesehen, ure ein Element abhängig von eines Steuersignal einsüstellen,, stelohss von der
Anzeige der Translation des st-arren Körpers abgeleitet wiffd.
In dor bevorzugten AissfUhrußgßforB besteht die Messvorrichtung
aus einem Xn&erfercs&ter* welches eine Einrichtung aufweißt,
um die reflektierten Energien in eine gemeinsame Interferenzzone zu leiten. Die Lichfcenergi© sielst eine sphärische Wellen*
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JPs 7795
front auf« Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, um asn geometrischen
Zentrum der Licht wege φ inen Bezsugspunkt anzugeben.
Der Bezugspunkt liegt en Schnittpunkt der Lichtwege für die
Tranßlationsachsen.
Eine Einrichtung ist vorgesehen, um die .Interferenzstellen
festzustellen und zu zählen, die durch die reflektierten Energien erzeugt werden« um damit pin Mass für die Translation
des starren Körpers gegenüber des Bezugspunkt zu liefern« unabhängig
von der Drehung des starren Körpers gegenüber den Lichtwegenο
Während das ©rfindungsgeraSss© Interferometer in Verwendung
mit Strahlungsenergie in vielfacher Form von Nutzen ist, einßchliessli
oh elektromagnetischer und Schallstrahlung, - '-aber
nicht auf diese eingeschränkt 1st -» so ist die bevorzugte Ausführung
ein optisches Gerät, welches Licht «.Energie verwendet»-
Der hier verwendete Ausdruck "Lieht" ist jedoch nicht auf
Lichtfrequenzen beschränkt, Sie sich vom Infrarot-Bereich
zum Ultraviolett-Bereich eretrenken.
Xn einer ÄusfÜhrungsforra der Erfindung besteht die Strahlungsenergie
aus monochromatischer* kohärenter» polarisiert©?
Lichtenergie aus einer gemeinsamen Lichtquelle fUr eine ausgewählte Koordinatenachse» Die Reflexionsflächen sind vorzugsweise parallel· Eine Einrichtung i£t vorgesehen, um den
Körper bezüglich eines Bezugspunktes su bewegen· Ein©
Schiebung der-starren Körper» erseugt eisi© £ad@2»ung d©&
ferengssissfcandes umd liefert deaifc ©in® Anzeige' des Ausraasses
der Verschiebung gegenüber dess
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BAD ORIGINAL
JPs 7795
Das erfinduhgsgemässe Interferometer kann verwendet werden« um
Messungen von Verschiebungen lSngs zweier oder mehrerer rechtwinklig
zueinander liegender Achsen zu liefern· Der starre Körper weist dabei eine Anzahl von Paaren von Reflexionsflachen
auf. Eine Anzahl von Strahlungaenergiequellen ist ebenfalls
vorgesehen. Strahlungsenergie wird dabei auf Jede Befle xionsflache
eines jeden Paars von ReflexionsflKchen gerichtet ·
Reflektierte Energie wird von jeder RefId/ionsflache eines
joden Paars von Reflexionsflächen auf eine zugehörige Xnfcerferenzzone
gerichtet. Bine Binrloiitung ist vorgesehen, um den
starren Körper in swei oder· nsahr rechtwinklig zueinander liegenden
Richtungen zu bewegen und um ©ine Anzahl von, Intorferenz
sjustänöen öer reflektierten Energien in einer Anzahl der genann
ten Zonen festzustellen,. Treiinbsre Interferenastelleriüauster
werden dabei erzeugt» ija Verbindung mit ©iner Anzahl von rechtwinklig
sueiiasndarliegendöß Ts'aaslafcionsaehsen. In einer bevorzugten
Ausführungsform wird ©in L.acc.2* rait kontinularlicher
Welle als Quelle der Ltefab®n®s*glQ verwendet«
Die Phase eiwes Lichtfc©ils Ist gegentSbex1 dem anderen Lichttell
0!Ai1Ch E5,R8chiebung eines uß@©radea odar susStsliöI*än Piaassai-
«p'?.eg©ls.V€frSnö@rlich, der QiKe ssetallische Reflexioneflache
muVßio'c, Mg rslati^© Phase der Energien -wird durch federung
•■1.453 Eiafallsi.'iiß.5eels sm S
Po3.as»lsafelcnsiisospoiienfc©n der reflektierten Energien
öeri n&.Qli döE* Isi:t©s»f©3?@ns IHngs götr©mat©r Abbaatwege getrennt,
In ö:V:'av;tv· aadereria lii*&£Üävm£fstow°i uor Erfindung 1st eine MossvorrXeLt
üng vorg«seheß, äi© ota© Eim?it$htimg zur Lieferung
Q:3.Ki@a tiA'ijfcen l^KiigsipatenEtas jji»? FostötQlluEig eliias festen Besugspiiüicfe©?;'
0.uf titBiöt. Me Sinrlchtuttg vjalst eine afcarE'e^ isa Rahmen
angoorrclnete Qwell«-auf· Bin® Vergleicheolnrichbung aeigt
909836/09^8 bad original
7795 /0
einen Bezugspunkt an* welcher im Rahmen gegenüber der starren
Quelle festliegt.
Eine zweite I&zugsrahmeneinpichtung ist vorgesehen, wobei die
Rahraeneinrlchtungen relativ zwischen sich mit mehr als einem
Freiheitsgrad verschiebbar sind· Sine Einrichtung zur Kopplung
der Rahraenelnrichtungen weist eine Einrichtung auf, die sich
von der starren Quelle IMng© mindestens zweier Weg« zur zweiten
Rafoineneinrlöhtung erstreckt. Jede Einrlchtungs-WeglMnge Hadert
sich ait einer Ve2»sci]iebßS3g A@r zweiten Rahrasneinriehtung gegenüber
deis Bezugspunkt. TtQv Unterschied zwischen der Einrichtung^-
WsglÜlnge Mildert eich nur mit oiaer Verschiebung der zweiten
Rahsia@n@inriohtung in ©iaeia Freiheitsgrad gegenüber dsa festen
Bezugspunkt» Bar Unterschied des» Eim*ichtüng3-W@®liSs2gen ist
unveränderlich gegenläbsi» einer relativen Verschiebung swisehen
den Kaliaeneizxrichtungen in iripadeineai anderen Freiheitsgrad·
Die ESessvorrichtitsng weiat ferner ©ine 'SinrieSitisiag auf, di©
eine üsigaa© d©r Verschiebung uez>
sweiten
Fr©iheitsjgrad ^©genüber deia Beztsgspunkt
g von ©ixier VersöhietoBng derselben gegenüber
in irgeiidelneia snäeraa Freiheitsgrad»
Das ©!»flridoogageiiTiMss® Interf'@rciii!@ter ist unempfindlich gegen«
üb©r einer Drehung d©s su E©ssenä©n ®©gensfcanii®s, «la ü®v
bsisplelsweise ©ine M©ssaehse3 l^ngs wslöher die
fäegdifferens besfcia^at wii^» sait a®m _G©g@nst£öd
rotiert, ianabhSngig von. Jegli-^her Richtung, die diaroh dl©
B&i.sb®nz zweier Quellen und di© zwischen ihn@n lisgsnde Linie
angeg©b©n wird, und von d©r Einrichtung für die translation des Objekts oder eines festen Bezugspusakts.
909836/09 A8 ■ BAOORSQtMAL
JPe 7795 '
Die auf diese Weise bestimmte optische Weglängendifferenz
ändert sich nur für Translationen lttngs äer Messachse und ist
unveränderlich für jegliche Drehung des Objekts.
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine schenatlsche Anordnung eines
erfindungsgemttssen Interferometers,
Pig. 2 eine Anordnung der optischen Wege, welche einen Aspektdes Betriebs der Ausführung nach Fig. 1 deutlich machen»
Flg. 4 eine Draufsicht auf eine schematische Anordnung eines
Einach sen - Trenslationsinterferometere gem&ss der vorliegenden Erfindung,
Fig» 5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßsen
Zweiachsern Interferometers, aus welcher insbesondere
das mechanische Antriebssystem und die relativen Lagen der gegengerichteten Liohtwege für jede Achse ersichtlich sind,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der vom Antriebstisoh ab.-genonusenen optischen Ame»
Fig. 7 eine Draufsicht auf eine soheisstieehe Darstellung des
Interferometers geraüss Fig. 5,
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BAD OHiQlNAt
JFs 7795
Fig. 8 eine Seitenansicht in scheaatischer Darstellung des
Interferometers nach Fig· 5#
Flg. 9 eine Vorderansicht in schcnafcieeher Darstellung des
Interferometers,
Fig· 10 eine vergrösserte Draufsicht in ßcheaat lecher Darstellung einer optischen Y-Achgenenordnunj dee Interferometers nach FIg* 5 länge der Linien 10*10' gemSss
Fig. 9.
Pig.11 ein schematisches Blockschaltbild, welches die erfindungsgeiaUsse Einstellvorrichtung zeigt.
Fig·12 eine Werkzeugmaschine, welche mit dem erflndungsgemMssen Interferometer ausgestattet ist» und
Fig. 1? eine Draufsicht auf eine sehesatisehe Darstellung einer
Abänderung des Interferometers nach Fig· 1, wobei die
Lichtquelle zwischen einen Paar von nach innen reflektierenden Flächen angeordnet 1st·
In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 ist ein erfindungsgenSsses Interferometer dargestellt. Kin Laeer-Licht strahl
wird auf ein Nadelloch fokussiert, üb eine kohärente Lichtquelle mit sphärischer Wellenfront su liefern» Das Licht wird,
mit einem Strahlteller gekoppelt, welcher die Hälfte der Energie durchtreten lässt und Über Kopplungsspiegel auf ein Paar gegenüberliegender paralleler Reflexionsflächen einer beweglichen
starren Objektplatte leitet. Die andere Hälfte der Energie
wird vom Strahlenteiler reflektiert und gelengt durch Koppluhgftspiegel zur anderen HeflexioneflSch©. Eine Vergleichs-
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90 9836/0 94 8
ORIGINAL
JFs 7795 "^
einrichtung gibt das geometrische Zentrum oder den festen zugspunkt O für die optischen Achsen an.
Die ob^ktplafcte ist relativ zur zentralen optischen Achse verdreht
und gegenüber dom Bezugspunkt O riaoh links verschoben. Der
noriaale Strahl» uad nur der normale Strahl, der von ,Jeder
Refle^ionsfläehe reflektiert toird, wandert längs seines Einfallweges
zurück und gelangt über den Strahlenteiler durch ein
fcladolloch, wobei'sich die reflektierten Energien vereinigen
und zur Interferenz kesaasen· Ein photoelektrisoher Detektor
in der Ititerferenszos&e wandelt die verMnderliehen Lichtsignale,
clio sieh aue der Interferenz ergeben* in elektrische Signale
. UBi die die lineare Verschiebung der öb^ektjlatte gegenüber dem B·-
sagtspwritct aasöägeia· Das Ausgengosignal liefert eine Zählung
der Intörforeassfcöllen, d. h, üos* Anzahl dor
Sin Lääör 10 rieii&efc einen kohörenfcea Strahl monochromatischen
Lloiifeoa auf ein fjoeh Ά in dor Platte 3.1, welches eine sphärische ijiaü&uelleafronä lieferfc* Bas Lieht gelangt zn einem
Sv,v»iiüiöii!fcoiier Jg miä wlvü l&xgs is^eier ^7©ge in mn®i Teile
ßafcrö.a^j, wobei ein hlahkfeöil in einem evsbmi Bündel von Strsh-
l®n 13 Eiifc einer spislirisclÄea V/olleafront längs einer ersten
Achse reeh&s vron der zentralen optiselien Achse 28
wad der suadere MoSstfeeil In ein«ai jsweiten Strahlen*
bfeä®l 14 issit einer sphärischen Wellenfront lüngs eines zweiten optischen tiegös lissks f/on der zentralen optischen Achse
S8., v.&Q aus d^ir ?»©.LΰέΜΐ'η® @r£jiö!itlich ist» ·
Mü i^r-rHlilön 13a «nd 3 4a äfeöllen die einfalleaden Strahlen
':;»^}; Uc; rior-ΐϊί."?,! au άί»η RefIt)·-'i©neiflSöhen 17 und 23 an .den
I:?f!!i"t:f>\i."---i? '.;i*i! F" Il@yen. 15i*G 'J'öü Sfcrjshlsnfceiler 12 reflektierte
- 13 -
909836/0948 BÄD Oruti"lviAL
ils·
JPs 7795
beispielsweise in einem Winkel von 45° angeordnet ißt, und
anschlieescnd auf einen weiteren Kopplungsepiegel 16 und zur
Reflex-lonsflüohe 17 einer Objektplatte 18.
Das Licht, welches durch den Strahlenteller 12 Übertragen wird,
gelangt» beispielsweise Über einen la Winkel von 45° angeordneten
Kopplungsspiegel 19, nacheinander auf die Kopplungsspiegel 20 und 21 und zur Reflexionsfläche 22 der Objjsrktplatte
18· Die Reflcxlonsplatten I7 und 22 sind vorzugsweise parallel
geschliffen. Sin zu messendes Objekt 23 wird von der Objekt»
platte 18 getragen·
Die Einrichtung, weis he den ersten Bezugsrahmen liefert, besteht
aus der Lichtquelle, decs Strahlenteiler und den Kopplungßspiegeln,
die alle starr miteinander verbunden sind. Der Mittelpunkt der optischen Wege 1st ein fester Bezugspunkt
im ersten Rahmen· Die Qbjekfcplatte bildet einen starren Körper»
welcher den zweiten Besäugsrahssen liefert. Die ersten und zweiten
Bezugsrahmen sind relativ zueinander verschiebbar mit sechs
Freiheitsgraden· Die einsige abgetastete Verschiebung ist jedoch die Verschiebung längs einer Mess-Translations&chse lot ,
zweiten Bezugsrahmen gegenüber dem festen Bezugspunkt im ersten
Bezugnahmen. Die hier dargestellte Objektplatte 1st quadratisch
ausgebildet und 1st gegenüber der sontsaLen optischen Aohse 28
um einen übertrieben dargestellten Winkel verdreht ·
Die sphärische iJellsnfront wird asa Loch A «jyseusfej d&üiit wird
ein Strahl, und nur ein Strahl vom Strahlenbündel 13» das von
A sur Ref leXicsisflSche 17 gelangt, on dieser Flache aa Pun?«t. F
normal reflektiert und kehrfc ©uf dea gleichen W*gö auia Strahlenteiler 12 zurück« wo «in feil durch ein Loch B in einer,,.
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Auegangsplatte 25 zur Eingangsseite eines Detektors 26 In der
Interferenzzone geleitet wird.
Um Fehler zu vermeiden ist eine konstante Differenz zwischen
den optischen Wegl&igen f Ur eine gegebene Messachse erforderlich,
mit Ausnahme für Translationen längs der Messachse. Diese Bedingung tritt nur dann auf» wenn der einfallende Lichtstrahl
lKngs seines Einfallweges reflektiert wird, d. h. wenn
der Winkel zwischen dem einfallenden und dem reflektierten
Strahl Null betrögt.
In ähnlicher Weise ist ein Strahl und nur ein Strahl 14a des durch den Strahlenteilers 12 hindurchtretenden Licht teils
normal zur Ref lexlonsf ISche 22 am Punkt P*. Der Strahl 14a
kehrt längs des gleichen Weges zurück und wird teilweise vom
Strahlenteller 12 durch das Loch B reflektiert, um mit dem Strahl 13a an der Bingangeseite des Detektors 26 zu interferieren.
Betrieb der Vorrichtung
Das Interferometer nach Pig. 1 1st ein Eiiiachsen-MessinstriHaent *
Die Länge der Normalen vom Bezugspunkt O bis zu einer zentralen
Ebene durch die Objektplatte parallel zu den Reflexionsflachen
17 und 22 stellt ein Maas dar für die Verschiebung eines Punktes an dem su messenden Objekt gegenüber den Bezugspunkt 0.
Eins lisssung wird auf folgende Weise vorgenommen:
Eine Vergleichseinrichtung, Vielehe den Bezugspunkt O darstellt,
beispielsweise ein. Fadenksreus* wird durch das Mikroskop betrachtet*
Die Verschiebung des Punktes 4-g gegenüber'dem Punkt
+, wird gemessen durch eine Bewegung der Objektplattε, Ms der
Vergleichspunkt tait dera Punkt; -^1 susssgaenflSllfcc Dies bewirkt,
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BAD OBIGiNAL 909836/0948
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dass die Weglänge des normal einfallenden Strahls IJa verkleinert und die Weglänge des Strahls 14a erhöht wird*
Die Objektplatte wird darauf bewegt« bis sich der Punkt +g unter
der Vergleiohsmarke befindet· Bewegt sich die Objektplatte vom
Punkt -S1 zum Punkt +2# so erhöht sich die WeglUnge IjJa und die
Weglänge 14a verringert sieh« Bei der Bewegung der Objektplatte 14 ändert ihre Verschiebung gegenüber dem Punkt O dauernd die
Differenz zwischen den WeglMngen 13a und l4a· Dies wiederum erzeugt eine sich ändernde Interferenzbedingung, die durch den
Detektor 26 festgestellt wird·
Das Betriebsprinzip des Interferometers nach Fig· I wird nunmehr in Verbindung mit den Flg. 2 und 3 erläuterte Ein wichtiges Merkmal des Interferometer^ nach Fig. 1 ist die relative
Fehlerfreiheit bezüglich linearer Translationsinessungen, wenn
die Objektplatte 18 um einen Winkel a um eine Übliche Translationsachse» beispielsweise die X-Achse, gedreht wird· Die Objektplatte kann mit irgendeiner Geschwindigkeit dauernd verdreht
werden» ohne dass eine derartige translatoi»i3che Messung beeinträchtigt wird. Insbesondere bleibt bei Drehung um O die Wegdifferenz 4x für alle Werte des Winkels a konstant. Dieses Ergebnis wird von einer Analyse der Fig. 2 abgeleitet.
Es sei angenommen» dass die Obj3ktplatte um einen Betrag 3t
gegenüber dem Vergleichs- oder Bezugspunkt O im geometrischen
Zentrum der gesamten optischen Wege 2D verschoben wird» welche der Entfernung zwischen den Quellen AB und A'Br anspricht* und
zwar abgenommen von A' ale virtuelles Bild von A und B9 als
virtuelles Bild von B. AB fKllt dabei mit A1A' zusammen, wenn
die Wege abgewickelt werden, da des* Weg vom Strahlenteiler IS
nach A der gleiche ist wie "der Weg vora Strahlenteiler'12' nach
B.
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JPe 7795 Λ Τ
Um zu gewährleisten, dass das System tatsächlich frei von Fehlern ist, die sich als Folge einer Verschiebung in einem Freiheitsgrad
mit Ausnahme einer Translation längs der Messachse
in der Objektplatte ergeben, soll die Wögdifferenz betrachtet werden» die sich ergibt, wenn die Objektplatte um einen Winkel
a gegenüber der zentralen Achse 28 verdreht wird und wenn sie
translatorisch vom Bezugspunkt O längs de? Normalen zu deren
zentralen Ebene 29 parallel zu den Xtefleftionsflachen verschoben
wird.
Uai das ora Eingang dos Detektors 26 in der Interferenzsone erzeugte
Signal su böatiaasen, kenn öle Wegdifferenz ^wischen den
Wegen l$& und I4a berechnet tmväen* Die Objekfcplatfce mit einer
Breite w ist derart geschliffen, öasö die gegenüberliegenden
Ref Ie ,ionsf lachen 17 und 22 parallel sind. Im Diagramm nach
Fig. 2 sind di* Weg© 3Ja und 1^a abgewickelt, wobei ersichtlich
ist, daaa die interferlsrsndcri Strahlen den Weg 13a nach
links und d«n Weg 14a nach rechts nohaen.
E>j!3ii an, dassi die L&age des* Entfernung zwischen' den Lichtquellen
2D befcrltgt, so wird da» visuelle Bild, wölclias bei B
im Dlßgi^niM der Fig. 2 erscheint« abgewickelt, ura mit dem Loch A
gekoppelt® Eaergiequollen, i^elche di® a@nfera.le opfci
ss!&ö Aöiise @8 asit άθδΐ festen Boßugöp^nkt bsi O festlegen. Die
EalfevnvnE vo.as Vergleißhöpünkfc O l&igs der Kornialen zur zentra
len JSbene 29 der Objektplalfcfce, diö hier-reeiiteekförajig öargön'cellt
ißt, sei mit χ
Di« Berechnung der optischen Wöglüngen AFB und A'F1B' kann unmittelbar
untsr VerwendiMg der Entfernung χ veil O Ifings der
iiormalsn zviv sentralen Ebene 29 erfolgen. Da A und B jjuscumaen-
- 17·-
BAD
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fallen, wie vorausgehend festgestellt, wurde', liegt der Weg
normal zur Refleitionsflache 17« In ähnlicher Weise liegt der
Weg 14a normal zur Fläche 22. Es wird eine Linie 30 parallel zur zentralen Ebene 29 gezogen« welche durch 0 geht. Da AO «
D und A Ό - D, hat die Entfernung zwischen der. Verlängerung
der Wege 13a und 14a gegenüber A oder A* zur Linie 30 den
Wort B cos a. Der Reflexionspunkt des Weges 13a liegt um einen Betrag w/2 - κ von der Linie 30 entfernt, und damit Um den
Betrag AP » D cos a -w/2 + x. Da der Rückweg derselbe ist
beträgt der gesamte Weg
Gleichung (1) AFB » 2(D cos a - w/2 4· 3c)e
In ähnlicher Welse beträgt der Weg
Gleichung (2) A'F'B' » 2(D cos a - w - x)
Die Wegdifferenz botrHgt dann
Gleichung (3)
A»F'B* - AFB * 2 (D cos a - Jg + x) - 2 (D' cos a - w - x)
■ - 2 2
Es ist nunmehr ersichtlich« dass bei einer gegebenen Translation
χ gegenüber einem Punkt im- Objektplattenrahmsn, die Wegdifferenz
gegenüber Drehungen der Objektplatte um den Bezugspunkt 0 unveränderlich ist ο Damit ist eine Translationsmeesung
mit dem in Fig. 1 dargestellten Interferometer völlig unabhängig vom Winkel der Objektplatte 18 gegenüber der optischen
Achse 28, falle der Bezugspunkt O Im Hittelpunkt zwischen den
scheinbaren Lichtquellen A und A* gewählt wird·
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Wird die Objektplatte von der Position X1 zu einer weiteren
Position Xgbewegt, so betrögt die Verschiebung
Gleichung (4) X21 ~ Xg - X1
Beträgt die Wegdifferenz ein ganzzahliges Vielfaches η der Wellenlänge, d. h·
Gleichung (5) ^x - ηΛ*
so tritt eine konstruktive Interferenz auf. Betr&gfc die Wellenlänge
ein ungeraazahliges Vielfaches von halben Wellenlängen,
d« h.
Gleichung (6) 4x a (2 η + 1)
so wird eine sich auslöschende Interferenz erhalten.
Die Gesamtzahl der Änderungen stellt die Verschiebung längs
<äher Messachse normal zu den Reflex i.onsf lachen dar·
Es wird darauf hingewiesen, dass ungeachtet einer Verschiebung
in irgendeinem anderen unabhängigen Freiheitegrad keine Änderung in der Xnterferenzbedingung eintritt.
Die Lichtintensität in der Interferenzzone bei B geht jedesmal durch ein Maximum für
Gleichung (7) χ « η
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JFs 7795
Die Änderung von einem LLchtiaaxlmiaa zu einem Lichtminimum und
wiederum zu eines iiichtsnaximua liefert eine InterferensstellenzShlung,
t«?enn sich die Objektplatte 18 vom Punkt Jt1 zum
Punkt X2 bewegt. Dabei gilt
Gleichung (8) X21 - JüA » wobei
Gleichung (9) ng - η « H
die Anzahl der beobachteten Zählungen darstellt. Es 1st offQn
sichtlich, dass die kleinste Verschiebung, welche durch ein
einfaches Abaählen von Infcenslt&fcemaxima feststellbar ist,
einer Viertelwellenlänge entspricht« Damit 1st die kleinste
Verschiebung* die durch ZShlen der Intensitätssiäxima messbar
ist,, halb so gross wie Jene, die mit einem Spiegel int erferorae
rai.t ffini:«r?i_Rßwjcrsnuinkt erhalten werden kann.
Bei eineu! K©on-Helium-Laser hat der erzeugte Lichtstrahl charakteristisoherweise
eine Wellenlänge von 0,632815 Mikron. Die
kleinst© VerschJLebungßtaessung würde detsnach 0^15970^ Mikron betragen, was 6,28756 Mikrofon entspricht» Jedoch kann durch
Veraendung von zvrei Lichtpolarisatlonen, wovon eine nicht raifc
der anderen, interferiert usiü öurch Herbeiführung oine? Phasenverschiebung
derselben von 90° mittels Verwendung einer
Platte oder einer ähnlichen Einsiehtimg, die kleinste
auf ein lötel einer Wellenlänge verringert werden^ dtt h. auf
0,039926 Mikron oder 1,5719 Mikroa'oll.
Die kleinste noch mesabarc Strecke kann durch Verwendung von
bekannten Phasenvergleichstechniken iserklich. verringert,
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JFs 7795 Χλ
Wenn die Punkte A1B1 und AB im ersten Rahmen als feste Haltepunkte
betrachtet werden, so kann ©ine Verbindungseinriehtung
von A1B* zur Fläche 22 und ©in© weitere vom Punkt AB sur Fläche
23 eingeführt werden.
Die Verbinäungseinriehtung !renn durch eine Feder gebildet
'werden, deren SJat fco kraft in Richtung des Festpunktes wirkisata
isfc, in Verbindung mit Gln»v in wesentlichen reibungslosen
gleitharen Kuppltmg mit >s-:lD.er parallelen Fläche. Nach desn
Grundsatz der geringsten Wirkung stellt sich die Feder auf
diö kürrseafce Stü'ecke apjInotion ihren festen Haltepunkt und
ihrer entsproölientlea pari'alleleii P?,äch« ©in, d, h.. sie
injiii-ar die kürzeste liegliiräg« an und liegt daher immer
gekoppelten parallelen Fläche. Bei Drehung der Obe
iiij Gogenseigorsiiia, vsa ö«n Besugspunkt 0# nehmen
bü3.spielK?itsise die liegülnsen im gleishen Uaifang abji wobei
die Feder iffiftnss? de.® kleinster?. Weg sionaal zur parallsloa. Flache
folgt. ür«sekehrt erhöhen sielx bei Drehung der Objektplatte
im Uhrzeigersirin uaa den Besngßpiaakfc O die tiaglixngen Ieüi glei- -
vAi&n üßjfang» ßie Difforeaa SMiDiihö« den ttfeglängen bleibt dabei
.'coastaat, sdfc Ausnaüfeise ä@s B'allos, wo die Objekfcplatt'e vom Eezuf$sp«nkt
lifegs d«r Moi'^nlejii zur zentralen Ebene der Objektplatt©
bewegt wird. Die Messung der ^eglHngendifferens kann'
sjöiis© düröh Abtastung der Fsderlcräftö tniS geei pseten
land Vßrgloich derselben angjeseigfc vferden·
.ϊη go:;ißseaii Sinne ist d«sr noi^ßial an jeder jteflo'ion«flache
einfallende Lichfeatraiil effektiv gleitbar mit der· Flüche gekoppelt.
Daher umfasst der Ausdruck Verblndunfsseinrlehtung oder
turifs in diesem 2üaanaKenhaiig, ohne darauf be-
zu sein» «ine Kopplungseinrichtung . die einen eraten
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9098 3 6/0948 BAD
JFs 7795
11-
Bezugsrahmen ergibt 9 um einen testen Bezugspunkt festzulegen,
wie beispielsweise die Erde, also einen Beobachterrahmen, sowie
eine Einrichtung^ die einen-zweiten Bezugsrannien liefert,
wie beispielsweise die Objekfcplatte oder das zu messende Objekt .
Die Kopplunge elnri ent ung besitzt die Eigenschaft sich auf die
kleinste Wegstreoks von einem festen Haltepunkt im ersten Rannten
normal zu einer festen Fläche Im zweiten Rahmen einzustellen.
Das Hiechaniaciis Equivalent üea in Fig. 1 dargestellten
feromefcerä ;:irö n«!ih@r«ngsweise durch Ersatz der Kopplungaspiegel
durch Riemenscheiben gewonnen, die im ersten Rahmen
gegenüber einem einzigen festen Haltepunkt festliegen, beispielsweise anstelle des Strahlenteiler» Die Kopplungseinrichtung
erstreckt sich vom festen Haltepunkt um die Riemenscheiben
zu den parallelen Flächen; die ft&giQngen ändern sich
zwischen den direkt Biifc dsti parallelen Flüchen gekoppsslfcen
Hiemenscheibsri *
Die Kopplungseinrichtung kann, unelastisch sein, wenn beispielsweise
eine Vorrichtung vorgesehen wird, weiche die Einrichtung
bei einer Drehung der Objektplatts gespannt hälfe B
Die Weglängendifferenz für eine unelastische Einrichtung wird
immer durch die Aufnahafevor-plohtuag angegeben, weiche ©ine
straff« Kopplung aufrechterhält« Die Kichtung der Translation
wird unmittelbar durch die Drshri'ehfcung angegeben* wenn dl« Aufnahmueihrichtung
beispielsweißä als Drehsinrichtung ausgebildet
ist.
Ein dem vorausgehenden ähnliches Ergebnis irlrd erhalten durch
Einführung der Kopplungseinrichtung an einsm festen Punkt,
- 22 -909836/09^8 BAD
JPs 7795 St^
der beispielsweise tischen ©insta Paar paralleler starr miteinander
gekoppelter Reflexionsflächen liegt, die nunmehr nach innen reflektieren. In einer derartigen Auaführungsforni der
Erfindung tritt monochromatisches, kohärentes Licht aus einem
Loch A aus und ein Teil wird durch einen Strahlenteiler auf eine Reflexionsflache geleitet. Der andere Teil wird vom
Strahlenteiler und von Koppiungsspiegeln reflektiert, welche
diesen Anteil in die entgegengesetzte Richtung und fluchtend zum ersten Teil an eine parallele ReflexibnSsflSche
leiten. Wie vorausgehend erwähnt, liegen sich die beiden Reflex ionsf lachen, gegenüber. Die normalen Strahlen werden wiederum
durch den Strahlenteiler durch ein Austrittsloch zurückre« flektiert.
Abbe' S
In der Vergangsnheit unterlagen alle Messmaschinen, die die
Abbe'sehe Bedingung am besten erfüllen, ale Folge einer Drehung
Fehlern translatorischer Verschiebung, die dem Cosinus des Drehviinkels des einen Elements der Maschine gegenüber der»
anderen Element proportional sind. Keine bekannte Messmaschine erfüllt jedoch die Abbe'sehe Bedingung, wenn sich ein Element
relativ sum anderen in Bewegung befindet» weil bei diesem Zustand
eine gewisse Verschiebung in allen sechs Freiheitsgr&den
eintritt.
In einem beliebigen Bezugsrahmen Reisen alle bewegten Körper
sgcfls P^eiftei'csgrade auf, näsilieh translatorisehe Verschiebungen
längs der sweins.nder oenkreoh-tea X* Y? und Z-Achse,
imd V/ink^Iyerschlebungen um die X- „ Y- und Z-Achae. Falls
in einem besfcirasiton odes· in swel bestimmten
gemessen werden sollen, so osuss zur Vermeidung
eines Fehlers die Messung unabhängig von Verschiebungen
ta. den anderen Freiheitsgraden sein.
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BAD ORIGINAL
JPs 7795
In der Vergangenheit wurden Versehiebimgsraessungen, Winkel«
messungen und Entfernungsmessungen von Objekten immer im Beobachter rahmen durchgeführt * Befindet sieh das Objekt in Bewegung , so sind die Verschiebungen, in den sechs Freiheitsgraden
nicht unabhängig vom Beobaehterrahmen. Kann jedoch das gemesse?-
ne )C\bjekt davon isoliert werden» so wird das Objekt selbst
ein Bejsugsrahmen und trSgt sein eigenes Koordinatensystem,
welches gegenüber dem Beobachterralimen unveränderlich und
davon unabhängig ist. Ist das zu messende Objekt eben, so
sind alle Messungen, an Punkten in der Ebene des Objekts bezüglich
seines eigenen Koordinatensystems unabhängig von einer Bewegung des Objekts relativ zum Bsobaehterrahmen.
In der vorliegenden Erfindung.stellt das zu messende Objekt
einen zweiten Bezugsrahmen dar« innerhalb desselben dieser
und die Messskala in der Tat st err1 miteinander gekoppelt
sind, wodurch die Abbe*sehe Bedingung vollständig erfüllt
Eine Verschiebung gegenüber eine» fe&fcen Bezugspunkt im ersten
Rahmen kann leicht durch Festlegung eines im spalten Rannten
angeordneten Punktes erfolgen, d©r mit dem festen Bezugspunkt
zusammenf8.Ί&. Eine Messung der Lage eines Punktes im zweiten
Rahmen bezüglich seines eigenen Kooräinatensysteiss, d. h,
längs der einzigen Trsaslaticns-Messaeüase, wird sofort su .eiA©*1.
Messung seiner Position gegenüber dem festen Bezugspunkt im
ersten Rahmen.
Im vorliegenden Interferometer wird einzig die Lage des Austrittsloches B bestimmt. Aus der Analyse nach. Fig. 2 ist eo
offensichtlich, dass die Punkte A und B vom Bezugspunkt O gleich
weit entfernt ©ein müssen. Dies ist die einzige Position für
den Punkt B^ an welchem das Zentrum des
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JPs 7795
ar
stationär ist* Da die Lage des Punkts B für alle Werte des Winkels
a festliegt» oder ebenso eine Verschiebung in irgendeinem unabhängigen Preiheitsgrad, so ist das Problem eines sich ver»
schiebenden Interfersnzstellennmstörs als Folge einer Fehlfluchtung
vollständig ausgeschaltet. Dieses Ergebnis ist wiederum einmalig.
Der Durchmesser des Lochs B in der Platte 25 unterliegt einander
entgegengesetzten Anforderungen. Einmal ist es wünsehenswerfc,
dass das Loch so gross nie möglich gewählt ist, um so viel
Licht wie möglich aufzunehmen* Andererseits soll das Loch so
klein isle möglich sein, uia die Sichtbarkeit der Interferenzstellen
su
Die Kafcur des Interferengsausbera in de*· Ebene der Platt® 25
und die erforderliche Qvus&q aes Loches B können unter Bezugnahme auf das Diagramm der Fig. 3 untersucht werden. Das
DIaSS1SEIi gersUss Fig. 3 wird abgeleitet, indem der Arm, welcher
dursh den optischen Weg 14 gegeben ist, i?.ra den Bezugspunkt O
gedreht wird, so dass das Bild bei B'1 mit dem Bild bei B zusammenfällt,
und die virtuellen Bilder, die A und A' äquivalent
sind,, werden erhalten, indem die Strahlen verlängert werden, um
die virtuellen Bildquellen hinter den Bildern ansugeben.
Die Verschiebung r gegenüber BB1 eatspricht der Entfernung von
der Achse in der Ebene der Platfco 25· Es ist sweekmgssig, die
Uegdlfferenz .Vr - Ar als Funtcfelon von r zn bestliH£aen. Aus
Pig. 3 ergibt slchs
Gleichung (1) Ä'r2 * r8 + B8A2 + 2r B'A! sin &,
Oleiohuiig (11) Ar2 m rS 4· BA8 ■»· BÄ sin a,
Gleichung (12) A'r - Ar * ^hF+ B'A'2 + 2r BTA' sin a
+ 2r BA ein a.
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| JFs 7795 | (13) | A | fr - | Ar s | 4 | 9 | 2v | BA | P2 * | 2r | a | Bf | A» | - | sin | a |
| Gleichung | . B' | Af | B | 1A1 | 2 | |||||||||||
| - | baM | f1 + | sin | |||||||||||||
| r2 | + | |||||||||||||||
BA2
Da r viel kleiner als B1A1 oder BA ist, gilt
BA (1 4-1/2 * ■♦ Sr BA sin a
• . BA*
a -'^ -- 2^ sln
BA
2 BfAr
4% - r2
>'Af * BA «. 4(D cos a - w )2 -
Die Analyse liefert öas Ergebnis» deso sich das
niuster aus einer Reihe konsentriecher Kreise oder bei eines)
grosssn Winkel a aus Ellipsen zusansaensefcsfc. Der Durcfessssea? des
Musters isfc eine Funicticn von χ und das Muster ist am Mittelpunkt
mit r β 0 zentriert, unabhängig vom Winkel der Objektplatt £
oder von. einer tran&lafcoriachoa ¥©rßshl©feung s: gageaüber ümu
Bezugspunkt O. Das Intei^feroKoter nach Fig. 1 kann daher dursli
Uiiregelraäsaige Bew@gimg@n der Objektplafcte 18 HShreaö einer-Translation
nicht fehlgefluchtet werden.
- 26 909836/0948 BAD
JFs 7795
In Fig. 4 ist ein Einachsenabschnitt eines Interferometers dargestellt,
welches die Richtung einer Verschiebung lHngs einer
Messachse abtasten kann· Dabei ist eine einzige Laserquelle
dargestellt, die eine Lichtquelle zur Verwendung in mehr als
zwei linearen Kessachsen liefert. DarUberhinaus wurde das
dargestellte Interferometer abgeändert, um einen Richtungssinn für eine einzige axiale Messung anzugeben.
In der Vergangenheit wurde die Richtung typischerweise ermittelt
durch Korrelation oder Vergleich verschiedener Teile öes Interferensstellemausters <. Sin anderes Verfahren umfasst
die Verwendung paralleler Strahlen» wobei ein Detektor gegenüber
dem anderen us 90° verschoben ist·
Hier ist nur gin raöglicher Weg von.der Quelle zum Detektor
verhnn&en und das Infcerferenzstellenmuster verbreitert
sich bis bei der Nuliverschiebiaig der Radius des ersten dunklen
Rings unendlich wira. Da hier die Grosse der Interferenzstellen
sich mit der Verschiebung ändert·*, ist es erforderlich, die BIngangsenergie
in swei unabhängige,, peeafcwinlcllg sueinandor polarisierte
Strehlen aufzuteilen^ clls susaetssenfallende Mege durch laiifen-k&men.
Wenn die Polarisationsebene des Lasers 45° gegenüber der durch die opti&ch^n Wege bestimmten Ebene geureh't
wird, so kann der Strahl gleich:aä'3£% in gleiche vartikalc urA
horisGAtale Ko^poaenSea' aafgelSsS t:erilent. "welche äst Austrifcfcs=.
h Voi'iceaauiig einer Kefeallisclisii Reflsxionsflache, die einen
optisches lieg- afcsr nicht dosi &nd@ron 3chneid^fc* wird «ine
Phaseiro'erschi-ebiiiis swiscksn dies©o Komponenten erzeugt. Sine
metallische EeflesionsflSche erseugt in tfohlbek&nnter ftsise
- 27 909836/0948
BAD ORiQINAL
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bei Reflebcion verschiedene Phasenverschiebungen in den senkrecht
zueinander liegenden Polarlsationskomponenten. Damit
die bei 45° linear polarisiert© Energie bei Reflexion an der
metallischen Fläche elliptisch polarisiert· Der Betrag der erteilten Phasenverschiebung kann dureh federung des Eintritts-Winkels
verändert werden.
Es wird auf die Fig. 4 Bezug geaoiaaien; Der Laser 40 ißt über
eine yokussierlinse 41 mit einem Strahlenteiler 4S gekoppelt,
welcher die Energie in zwei Lichtquellen unterteilt* die für
sehr als eine ESessachse brauchbar sind.
Lichtenergie wird über dm Strahlenteiler 42 auf einen 45°-
Kopplungsspiegel 4j$ geleitet und auf ein Loch A in einer
EingangsSffnungsplatte 45 fokussiert« Das vom Loeh A austretende
Licht gelangt mit einer sphärischen Wellenfrot&t au einem Strahlenteiler
46. Ein Teil der Energie wird durch den Strahlenteiler·
46 längs des optischen Wegs 47 auf ein endseitiges Prisma 48
übertragen, welches zwei Eokenreflektoren aufweist, die die
Energie auf eine Reflex·ionsflache 49 der Objektplatte 50 l
Per vom Strahlenteiler reflektiert® Energieanteil gelangt en
einen metallischen Phasenschieberspiegel 51, und längs
optischen Wegs 52 auf ein endseitiges Prisma 53» welches
Eckenreflektorsn aufweist, die dio Energie an eine Refle^losisfloche
54 an der Objslctplatte 50 leiten. EIn-SJi messendes Objekt
55 x^ird von der beweglichen Ob-Jolnfcplatte 30 getragen, die
längs einer linearen Translationsachse 56 verschiebbar ist.
Ein Betrachtungsmikroskop ist bei 57 eingetragen and weist ein©
Vergleichaeinrichtung 58 auf, die an: Bezugspunkt abgebildet ist
Die Objektplatte 50 besteht 'aus Glas. Infolge des Brechungsin-
- 28 -
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JFe 7795
dexes des Glases erscheint die Vergleichaeinrichttmg an der Ober
fläche äer Ob,j©ktplatt© in Berührung mit dem su messenden Objekt
55 zu liegen. Daa Objekt kann beispielsweise eine Fotografie
sein» Wie vorausgehend beschrieben wurde, kehren die reflektierten
Energien ssuri Strahlenteiler 46 jsurüek und gelangen durch
das Looh B in ©iwer Außtrittsplatte 59 durch ein Wollaston-Prisma
60, tielciiee die Strahlen ira Einklang sait ihren Polaria&tionsebenen
längs <2©r optischen $eg© 61 und. 62 trennt und an ein
Paar von Befcekfccrsa heranführt* welche Lichtrohre 63 und 64
aufweisen* die mit ©inesj Paar von Potovervielfacherröhren 65
und 66 verbunden uiricU Die Fotovervielfacher sind Ober ein Paar
von Verstärkern 67 und 68 ssiit einem InterferensatellenzUhler
gekoppelt, der eine Ansteige des AusBiasses und der Richtung der
Verschiebung
Das."· Infcepferenssfceilensähler tsreisifc oisa© Einrichtung sum Vergleich"
der ?haae der Virleo-Si^asle auf, im AuegsngsaShlttngen
au liefern, die bsispislowsiB© pltas oder siinus &panntmgspola-
Bevjcg«agen nach rechts oder
sys* Bewögjüig d<sr Objektplatte isc saittelß des
, der caife der Objekfcplafcte" verbunden iet
eia Glölten der Objplrtplatto auf der PlSehe 70 hervorruft . Bin Rc/cg's? 73 treibt; den Biemen 72 über ein Paar von Riemsn-
räüh*sib&i'& ';K utrJl 73 ^i, Infolge der linabJiiangigkeifc der Dr
?;a?in die Ob j ek E; platt© falls erfordörlicSi von Hand feeviegt
J)«r iiofcor "(3 und der Bi^nssn 72 aiiid aus GrUssdoji der
keifc vorgesehen, um beispielaweise auf ©in ©lekfcriachos, von
PrograßKäiisrer gegebenes Signal an
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JFs 7795
Betrieb
Betrieb
Der Laser, die Lochplatt en, die ICoppliangsspiegsl* die Fotovervielfacher uric! die Kopplungsprlsissn* die Siapportf IMefo© 70.»
der" Motor 73» und Sie Rleaiensclidibea 74 und 75, die Vergleichseinrichtung
58 und ihre ikbbiläungselemente sind alle starr
mitsinander gekoppelt. Die Objektplatte 50 und das Objekt 55
sind gegenüber diesen !lementen bewegliefe« Die Vargleiehseinriehtimg,
wie siie durch das Mikroskop 57 betrachtet werden
kann, liegt räumlich feat uaö ist dalier effektiv mit den.
anderen-Elementen stark g@koppe.lt* die all© iia ei»sfc©n Beaugsangeordnet
sind.
Das Objekt 55 ist starr an üer Objelctplafefe® 55 dsarcli ©ine
in der · Zeichnung nicht dargestellt® Ei
Ein© Messung wItü a® Objekt 55 swiselien swei Fsmkt^n
ηοκ&ΐ©ϊΐ« iad©ra der erste Pimlcfc in der Vergi@ichs@i£iriohtung
festgelegt imd bowegt wii'dä, bis dis Vergleicfeseiysriofefettns s?ifc
des ätseiten Fraikfc zur Deckung koainifc* MMSypead eiete daa Objekt In
BewGgimg befindet* liefert UeT Tnb&?£@i>®nE®bellmi%ffl&ler 69
ständig ©ine Ana©lge der Safcfermmg <S©s ernten Punk'c©s gegen-"der
VeirisleißliseinrielÄfcuag längs ©lri®F fcr&aslafeorischesa
iss Kooröinafe©asfgfc@?a des5 ÖbJ@kfeplafet©5 wie di@s mit
Bssog auf Fig. 2 naehfolgend ©flltateFfe wlxu* Isfe cl@r
erreicht, so ist ©in IMss tüv öl©
Punkten
genau ©raifctelt und
genau ©raifctelt und
Beachreibtirig und SrläutersHig das la $©b FIg* 5-3.0 «Sargesfcelltea
Pig* 5 ist. ein© iscstetriscfr© Ansicht ®lnea erfindungs»
Interferoasetens dargestöllt. Das gszeigte "Interfer-
nsöter dient xur Lieferung genauer Messungen linearer Eatfer-
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JFs 7795 $Λ
Rungen in einer Ebene* Dies erfordert ein zweiachsiges Translationssystem,
mit einem X-Achse-Antriebssystem und einem Y-Achoe-Antriebssystem.
Das optische System ist starr mit einem Tisch gekoppelt» der beispielsweise mit Erde gekoppelt ist. Die Objektplatte
kann sich an der Oberfläche des Tisches frei in X- und Y-Richtung bewegen.
Ein X-Achsen-Servomotor wird auf einer Schiene geführt und weist
beispielsweise ein Ritzel auf, welches in eine am Tisch angeordnete Zahnstange eingreift« um das Objekt längs der X-Translationsachse
zu bewegen. Das Y-Aehse-Antriebssystera weist ein
Paar von Schienen auf, welche die Bewegung der Objektplatte parallel zu den Y-Achse-Schienen behindert. Die Objektplatte
ist jedoch mit einer weiteren Schiene gekoppelt, die vom Y~Achse-Antriebs
system getragen wird, öo dass sie vom Y-Achse-Antriebssystem rechtwinklig translatorisnh bewegt werden kann. Die
Objektplatte weist zwei Paar von zueinander rechtwinkling angeordneten
parallelen Reflexionsflächen auf.
Ein Mikroskop ist vorgesehen zur Beobachtung der Lage der Vergleichseinrichtung
relativ zu den zu messenden Punkten auf dem zu messenden Objekt, beispielsweise einer fotografischen Platte.
Häufig sind von Punkt su Punkt erfolgende Messungen auf einer
fotografischen Platte erfordern oh, u.-a diese Messungen mit Entfernungen
auf der Erde in Verbindung mit Luftaufnahmen und Luft-Aufklärungsarbeiten
in Besiehung zu bringen«
Um eine Trennung des* ausg&ngnseitig reflektierten Energien esu
erhalten, wird die aus einer Laserquelle eintretende Energie eben polarisiert,, beispielsweise mit vertikales elektrischem
Vektor β Di« Elemente für- das optische System einer jeden Achse
liegen in einer Ebene unter 90° aur beispielsvfeise der Richtung
des elektrischen Vekfcors in dor Polarisationsebene der einfallen«
den Energie. Die Elemente sind räumlich auf den Flächen eines
- 31 - "
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JFa 7795
.angeoMnefc, dessen Oberfläche und Grundfläche
parallel zum Tisch und sur Ofoiektpl&tte liegen. Die Seitenflächen
des PyraEäi&enstumpfesi Bind im Hinke 1 von 45° zur Ebene des
Tisches geneigt und daaifc relativ sum elektrischen Vektor der
Eingangsebene der polarisierten Liohtenergie.
Die Vergleichseinriehtung wird öiarch ©in optisches Sjfstes« betrachtet,
das starr teit deas Tiscii verbunden ißt. Ein iss Tisch
angeordnetes Loch ermöglicht di® Projektion der Vergleichseinrichtung an der Fläche der Qbjektplafefce,. die aus Olas besteht *
Ein Tiscii 100 ist raifc Erde ^©ffbtmöen und trägt eine aus Glas be
sfcehenö-e Objekfcpiatte 101» diQ alt swel Freiheitsgradcn in
X und Y troinslafcoriffch OsiaSglich ist* Me Objektplafcfee wöi^fe
avj©i Paare \ron zueinander reöhtwinklig aisgeordneten,. para3
Flächen 1OS, 105 und 104, 105 auf.
■)fie vorausgehend eriilutert κΐϊ^β, uprieht das Syst esa nur auf
Translationen ao^die längs der rechtwinklig ineinander
den Messachsen In der Objektplatte gegenüber der einrichtung gemessen wsrden· Infolgade-ssen ist ds
system- für die Ob^ektplafete voriiSlttiiSRiäealg grobj ®s ist
keineswegs erfos^.©rllch, dass ©in PräsisiemseBtrlebs
verwendet wird. Dabei ist eia X-Achse- Antriebsmotor
eines Rifcsel 107 gekoppelt, welches in eine as? Tisch 100 angeordnete
Zalinefesjage lOS eingreift. Dsr I-iutcx1 IQS vercal'iiübtsieh
au;? der Schiene 109. 3>ie Objekfcplatte 101 ist über «in
Gelenk 110 fütifc ©inisr on Kötor 196 befestigten Schien» HH vevbuadsa.
Dsi» Sfefeor ist ISiigs der X-AeJis« trs^slafcorisch u® ■
irsglicli, «Shrend di© Objel^platte Igngs öer SeMt^e 111 ^-^ehiwinklig
zur X-Achse gleitbar ist»
BAD
JPs 7795 . 33
Ein Y-Achse-Servomotor 112 besitzt ein Ritzel,, welches in Eingriff
mit einer Zahnstange 113 steht, die fest aus Tisch 100 angeordnet
ist. Ein.® Schiene 114 ist mit einer Schiene 115 gekoppelt*
um die Bewegung in Y-Rlchtung parallel su den Führungen 113 und
115 ^u behindern^ die Ritzel sind nicht dargestellt. Eine Betrachtungsöffntmg
116 ist im S?lsch 117 vorgesehen, damit die Vergleichseinrichtung
auf der Oberseite der Objektplatte abgebildet
werden kann. Ein Paar einstellbarer Klemmen 117 wird verwendet,
mn das au messende Objökb festzuklemmen, beispielsweise
eine Fotografie, die rait ihrer Eraulsionsseite aur Objektplatte
gerichtet ist. Das optische X-Ächse-Systöm weist ein
Paar Aram 118 und 119 auf, die entgegengesetst gerichtete Lichtv/wgö
jeweils su den Reflosionsflachen 102 und 103 projizieren.
B?j.s upki&Qhfi Y~Aehse-Systeia wsist ein Paar Arme 120 und 131
auf, die il.n-jtsils Licht au den gegenüberliegenden Reflexions«
i'iücftsa dsr Objc^tplaitc 105 uad 3.04 ps^Jlziercn. Ein Mikroskop
122 viird z\xz? Estracb^ung der Vergleichseinrichtung \»er-
Ein. Pedienungslmopf 123 dient znrr Änderung des Charali:···
eji1 VcVgleielaoeinrlchtung;, beispielsweise ausgehend von
King, einem Fadenkreuz oder einem lichtundurolilässigen
Ihml-.^s die Abäiiesöuinseri dQT Vergleichselnriehtung können üb Einklang
i.il: der üriisse des bsts*achtoten Objekts verändert werden. ViIe in
Cien vuraiisceheiicl beschriobenen Figuren 1 bis h, geigen die oi'fe-
nen H'eile <lar, mi cter Objektplatte einfallende Licht und die
τ/) lI/aiKgöse^eriöa. Pfeile das von dar Objektplatte reflektierte
Lieh'; Ptt.
Ö7.S -.ptlt.trih'.'-i 8ysfcföi:ü:yxo2'dm.mg ist i» Fig,» 6 dargestellt, in wel«
-:h\s:·.- «ί.?ί I-.v-ass^ftiiiiiUfie 3,2^ tiait ©inetn sentraleii Gehäuse 125 ββ~
l-iipy.v::;n., ι:.3&, ..7&lcUes den x*orauagöhend gsnannteti JPyraraidenstunipi'
uatiCM'·.. Wie aus Fxg» 6 ersslehtXich ist, liegen die X und Y
of.-'ci.iicL»-:4 υ«;.ϊ*ί 126 unä 127 jeweils in im Winkel von 45°
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JPs 7795 Jf
zur Vertikalen angeordneten Ebenen. Der Schnittpunkt des optischen X-Achse-Weges 126 und des optischen Y-Achse-Weges 127
tritt am festen Bezugspunkt 128 des Interferometers auf. Eine
öffnung 129 im Gehäuse 125 entspricht der öffnung 116 im Tisch,
um in der Tat die Abbildung der Vergleichseinrichtung am Bezugspunkt zu ermöglichen.
In Fig;» T ist eine Draufsicht auf das Interferometer dargestellte welche scheßiatiaeüi die grundlegende optische Systemanordnung
darstellt. lsi Laaergehäuse projiziert ein Laser 128
einen Lichtstrahl auf eine Fokusslerlinse 129, die Licht am Eintrittsloch in der Eintrittsöffnungsplatte jeweils für die optische X- und Y-Äehse-Koßipoaenteii projiziert. Das monochromatische
kohärente kieiifc gelangt längs einer zentralen optischen Achse
IJl EU einem Strahlenteiler 132. Der Strahlenteiler 132 liegt
beispielsweise in eines: Winkel relativ zur einfallenden Lieht~
energie, aber seine Ebtne ist senkrecht zur Bbsne dei» Objekfcplatt©
101 angeor^dnefc * Bea? Strahlenteiler 132 1st auf einem
Pyramideiisfeucapf 3.33 angeordnet, welches gegenüberliegende
PlSchen Ij^- und 135 beeifcat, di© sich von der Grundfläche der
Pyramide nach oben und Innen in einem Winkel von 4$° relativ
jsur Ebene der Ob^ökfcplafcfc© erstrecken.. In ähnlicher Weise erstrecken sieh die Flächen Ijj6 uod 137 voui des· Grundfläche nach
ob©n und itmen in einem ttialcel voa 45° relativ sup Obtjektplatfce.
Dl© vom StoalHQffifcQil-ar I'ß2 übsrfcrageiae LicJatbfinsräie wird»
ersichtlich« ßaeSi links unä nach oboa zu eineai Gehäuse 155
Y-Achse -Optik geleitet· Der» wem Strahlenteiler- 132 reflektier
te Lichbant@il viivaM wie ©rsichfclicls, naeh oben und nach links
zu einem X-Achss -Gehäuse 154 geleitet. Die oberen Teil© der
Gehäuse 15^ und 155 sind in der Fig. 7 der grösseren Klarheit
wegen nicht dargestellt. Di© Energie ist mit elaera Spiegel 138
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7795
gekoppelt, welche die X-Achse-Energie stn Loch A fokussiert,
wie in Fig· 10 dargestellt ist» und anschllessend auf einen
X-Achse-Strahlenteiler 139 i«a Gehäuse 154 der X-Achse-Optik
leitet. Die Ebene des Spiegels 158 liegt senkrecht zur Ebene
der Objektplatte ιοί. Die Ebene des Strahlenteilers 139 isfc
jeodch senkrecht zur Ebene aar Im Winkel von 45° liegenden
Fläche 136 angeordnet, und liegt damit in einem Winkel von
45° relativ zum vertikalen elektrischen Vektor in der Polarisationsebene des X-Achse Lichtenergieeingangsanteils.
Der X-Achse-Ehergieanteil, «elcher durch den ^strahlenteiler 1.39
hindurehtritfc, gelangt nach l-ln-sts l&igs der zentralen optischen
X-Aohise lpß an einen Kopplupgaepiegel 3.40 und damit an einen
Kopplungsspiesel l4l und zur Reflesioncfläcks 202. Der vorn
Strahlenteiler 139 reflektierte Anteil gelangt «n einen Kopplung«- Phasenspiegel 142, welcher die Energie lungs der zentralen optischen X-Achse 12β, wie geseigt» nach rechts auf einen
Kopplungespiegel 143 leitet* und damit zu einen Kopplungsspiegei
144 und sur SeflesiGnsflScize 103,
Der Y-Achse-Snergieanteil gc^an{yt durch ö.eix Sti-öhlenfceiler 132,
wie gezeigt, nach linkt» βλ einen" Kopplungaßpiegsl 145, ron wo
er auf ein Loch A ge&iUns Pig. 10 fokussiert wird* ui>1 gelangt ansehliesser/ö
su. einem Y-Achßs-Stralilente'.lor 146ζ Der reflektierte
Anteil der Y-Achse-Energie wird an »inen Phcsen-Kopplungsspl.c-gel
14? geleitet, and aaschliensend nach iitit-en., wie ersichtlich,
längs der optischen Y-Aciise 127 au v;ißt!.? Paar Kopplungespiegel
und 5.49 wiid ?λ\τ· RoflejcicncflLiChe 10^0 Der Arifce.il der Y-
g, ϊίε-lcher äurch öei? StrahÄ'tnteller 146 iiindurolitnlfet,
gelangt IKngs de? Y-Achse 12V ϋεο.Ί o'c&n an ein P&ar
130 urid 155 «J'id e«t ReflexIonsflSche 105'
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JFs 7795 «3 (
Um die Klarheit der Zeichnung zu erhöhen, wurden die Lichtstrahlen
nicht gemäss Fig. 1 in Bündeln dargestellt. Die Lichtenergie
besitzt in allen Fällen eine sphärische Wellenfront und stellt ein EnergiebUndel dar, welches sich läng? der zentralen optischen
X- und Y-Achse ausbreitet. Der rückkehrende Strahl geht in Jedem Falle nur vosi Einfallestrahl normal zur Reflexionsfläche der Objektplatte aus.
Die Ebene des optischen X-Achse-Wegs liegt in einem Winkel von 45° sur Objektplatte 101 und parallel zur Seite 156. Die
Ebenen des Strahlenteilers 139 und der Spiegel 1*K>
bis I1M liegen normal zur Seite 15β·
In ähnlicher Weise ist die Ebene des optischen Y-Achse-Wegs
parallel sur Seite 155 angeor<änet und die Ebenen des Strahlenteilers
146 und der Spiegel Ikf bis 151 liegen senkrecht zur
Seite 155.
Ein Vergleichsbild ist bei 152 in der öfffnung ,155 des PsrramidengehUuses
dargestellt. Die optische X-Achse- Qöh&useanoydnung
15^ liegt auf der Fläche 1J6 end di« optische X-Achse- Gehguseanordnung
155* liegt auf der Fläche 155·
Die Anordnung des vollständigen X-Achse r Gehäuses 15'ί ist in
der Seitenansicht nach Fig. 8 dargestellt j die Anordnung des
vollständigen Y-Achse ι- Gehäuses 155 isfc in der Vorderansisiifc
nach Fig« 9 dargestellt. Aus Gründen der Klarheit sind die
optischen Kopplungselerfienfee nicht eingetragen.
In Fig. 9 ist ein Teil des optischen Systems des Mikroskops
zur Betrachtung der Vargleidhseinrichtung gegeigt. Die ¥&xv
gleichseinrichtung wird bei» Fehlen der Objektplatte 101 sum
- 36 9C9836/0948
BAD
JFs 7795 3?
Schnittpunkt der X- und Y-Liehtwege projiziert. Ist jedoch
die Objektplatte eingebaut, so erscheint die 'Vergleichseinrichtung
an der oberen Flüche der Objektplatte, und zwar wegen der Wirkung der Brechung des Glases.
Sine Draufsicht auf das Y-Achse «Gehäuse 155 und sein»: Komponenten,
geraäss eine» Schnitt lungs der iiinio X-X* in Fig. 9*
ict in Fig. 10 dargestellt. Das X-Aehße.-Gehäuse 154 und aeine
Komponenten entsprechen unmittelbar der Pig. 10» obwohl si© auf der Seite l'3>€ liegen. Aus Gründen der Klarheit sind nicht
alle Elemente der Fig. 10 in den Figuren 5 bis 9 angegeben.
Das Y~Achs« - Gehäuse Ϊ55 weist eine Eintrittsöffnungaplatte
156 mit - einsin Loch A auf und eine AustrittsöffnungsplattG
weist ein Loch B auf* Die Y-Achse.- Energie., welche durch das
Loch A eintritt, commt, wie angegeben, vom Kopplungsspiegel 145. Die*
Energie gelangt aura Strahlenteiler 146, welcher ein Teil der
Y-Achse:,·-Bner&ie, wie vorausgehend erulihnt, zum Phaaenkopplungssplegel
147 leitet. Der vora Phasencpiegel 147 reflektierte
Energieanteil wird, wie angegeben, »um Kopplungsspiegel
IhB geleitet« Der vom Strahlenteiler 146 durchgelassene Anteil
gelangt, wie angegeben, zum Kopplungsspiegel X50.
Die von der Objektplatte reflektierte Energie gelangt längs
eines AuBtritteviegs I58 suiii Auetrittsloch B in der Platte 157*
Dio von der Flüche 105 reflektierte Energie kommt vom Kopplungospiegel
150 und wird von Strahlenteiler I56 lungs den
AuctrittOHtg* 158 reflektiert« wobti eich di· beiden rtfltktiorten
Energicant»iIq vereinigen und zur Int«rf«rtns kommen.
Die vereinigten reflektierten Energieanteile ßelangen iua Loch
B und su «Inen Priest 159* weichet* orthogonale Polarisation»-
koaponenten trennt· die eich.llin§e getrennter Wege ΐβο und Ißl
auf ein Pear Fotovervlelfaoherröhren 162 und 169 wfteilen.
iOMJi/0141
* BAD ORIGINAL
JPs 7795
Eine ahnliche Anordnung ist fUr di© X-Achse.-; Austrittsanordnung
vorgesehen»
Betrieb der Anordnung
Die Ausdrücke. X und Y wurden austauschbar verwendet, um die
orthogonalen Messachsen und ebenso die orthogonalen Transla~
tionsachsen zu kennzeichnen. Di® Messachsea sind jedoch völlig
unabhängig von den Translationsachsen. Die Translationsachsen X und Y stehen ungefähr in Besiehung mit den Messachsen X und
Y. Wie jedoch vorausgehend erwähnt wurde, werden die Translation
e achsen in Beaug auf einen Besugsrahmen angegeben, wHhrend
di© Measachcen in Bezug auf einen davon verschiedenen Bezugsrahmen angegeben x*©rden, nämlich jenem des zu messenden Objekts. Wird die Objektplatte bezüglich r und © bewegt« d. h.
erfolgt Bewegung der Objektplatte als Drehung Über einen
Schwenkarm um einen Schwenlepunkt in ersten Bezuger ahmen, der
von der Objektplatte entfernt liegt und in einiger Entfernung
von der optischen Achse angeordnet ist« und ist die Bewegung ferner radial gegenüber dem Schweikpunkt verlängerbar, so
werden nur Translationen längs der orthogonalen, sich schnei»
denden Ebenen awisohen den zueinander senkrocht liegenden Paaren von parallelen ittflcxlonsflXehtn gtHtistn.
Bein Betrüb der Vorrichtung wird ein aa Objekt iu «tuender
Punkt» bei«pi«l8weiee «ine Fotografit, alt der Vtnleicheeinrlohtung
aur llbereinitljwuni gebracht» ladt« die V«nl«ioh»-
tinriohtung durch 4a» lttkroefcop 128 bttpMbtit wird «κ»
triiohe «Hnalt in dl· X* und ¥-Antrleb«e©tort ügtbtti
bi· dl· vi9vh&a%m funk»· eit der f«mi#ä#9ilfii?ltiitiMi
■ !infalt«, m
901131/0141 *; BAD ORIGINAL
JPs 7795
Die angegebene Interferensstellenziihlung wird darauf sowohl
für die X- als auch die Y-Achse auf HuXl eingestellt. Ansehliessend
wird ein elektrisches Signal an ieden X~ und Y-Antriebsntotor
106 bzw. 112 gegeben, bis beobachtet wird, daas
ein zweiter ausgewählter Punkt mit der Vergleichseinrichtung
susemmenfällt. Zu diesem Zeitpurüct werden die Signale weggenommen
und die Anzeige der Xntorfersnzaählung wird abgelesen.
Es wird ein Mass fUr eine Translation in der X- und Y-Meesachse
erhalten, aus welchem di© linear© Entferaung SMischen
den zwei Punkten abgeleitet wenden kann.
Die Fotografie muss nicht sorgfältig ausgerichtet werden. Sie
wird lediglich Eilt ihrer Esitjls&onsseite nach unten auf die
Objektplatte gelegt .mö die Klanmiern 117 werden sehnappartig
nach unten gel<ogfe5 um sie In ihrem Plats su halten.
Beschreibung; und Erl&utermig der Einstellvorrichfcunis nach Fig» Il
In Pig. 11 1st eine eriinöunsssessiiss aufgebaute Einstellvorrichtung
dargestellt, dl© beispielweise smn Einstellen eines gegebenen
Werkstücks relativ su eliisy Bohjr.presse geeig£?;Ot ist.
Bas FP-sfcleßi liegt "dabei darin» daa Werkstück genau.gegenfiber
dem Bohrer in einer preg*;;aiäEiiö2*t<sn Folge eiaßustellen. Ein
Baßd liefert dl© Daten für ,jö^es su bohrende
Im einfaclien Fall fifo* ©iae Sitispindelsaaschinc ist die
gerealiirig usuZ In Seifoeasehsilfcisng» Da di® X-gloishseifclg
übe-rtiittelfe wirß» betiögt das- AntriobEöyatöis
<!as obsr&e l'lerkstiiasC gloichceitig, sowohl in. X-als
auch la Y-Bichtu&g. Falle u&a tfeffiestiiek suez'st die X-KoordinatsiilGg©
erreicht, hört di© Bewegiaxs in öer X-Richtung auf
und das &r©i-k3fcüölc t?ijfd lediglieh längs der Y-Ä.clise äuai g
ten Punkt t<jeiterbewegt β
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Bel einer Einstellvorrichtung wird die Objektplatte zum Werkstück
und die Vergleichseinrichtung zum Werkzeug. Unter Vervrendung
des Zweiachsen~Inter£erometers nach den Pig. 5 bis 10
werden die Ausgänge einer Jeden Achse in den um 90° versetzten Kanälen AB an einen logischen Phasenabtastkreis geleitet. Der
logische Schaltkreis produziert Zähllrapulse, die beispielsweise
an einen "Aufwärts- Abwärts" - Zähler gegeben werden, der eine
tatsächliche Zählung von Infcerferensstellen liefert, die ein
Mass für die augenblickliche Lage eines Punktes am Werkstück
relativ zum Merkzeug darstellt- Die Impulse addierten sich
oder subtrahieren sich von der angegeben Zählung. Eine gewünschte Position wird vorprogrammiert und rait Registern für
.jede Äohse gekoppelt. Die Register und die Zähler sind mit
einer Subfcraktionsvorrichtung gekoppelt. Der Ausgang der
Subtrakt ionsvorrichfcung ist Esit ein©ia Digit al-Analog« Wandler
gekoppelt, welcher für Jede Achse ein Fehlersignal liefert,
das den jeweiligen Servomotor antreibt. Die Vorrichtung bewegt sich um die gewünschte Position bis sie zur Rufte kommt;» Zu
diesem Zeitpunkt ist der Vorgang abgeschlossen,-vorzugsweise
durch Bewegung des Werkstücks längs der Z-Achse, bis der
Schnitt vollendet ist.
Im einzelnen weist daher das Interferometer 200 einen X-Achse- Anfcriebsservoracfcor 201 auf* welcher die Objektplafcfce oder
das Werkstück ISngs der X-Traaslafcionsachse bewegt, sowie
einem Y-Achsa-Antriebsservormotor 202, der das IFerkstUck längs
der Y-Translatlon. antreibt.. Dabei liegt das Werkzeug in seiner
Lage fesfc un<? das Werkstück bewegte sich. Umgekehrt kann sieh
das Werkzeug bewegen und das ücrkstUck kann stationär'angeordnet
sein. Es ifird darauf hingewiesen, dass die Vergleichseinrichtung
aus einem Fadenkreuz in einem Mikroskop, &us elnesa Gravierwerkzeug,
einem Lichtstrahl, einsss Laser, einer Werkzeugspitze,
einem Schreiber, einer Feder oder Bohrerspitze und dgl* bestehen
kann.
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1M
Der Ausgang des Interferometers bssteht aus X- und Y-Signalen,
die von fotoelektrischen Detektoren können, wobei die Phase
des Kanals A um 90° phasenverschoben gegenüber dem Kanal B für jede Achse ist. Die Signale werden einem logischen Phaeenabtastkrsis
2OJ zugeführt, welcher die Richtung der Belegung
entweder als *X oder -X bestimmt· Falls der Ausgang eine positive
Bewegung angibt, werden die Impulse an den Pluseingang
des X-Zählers herangeführt. Jcdor Impuls stellt eine Detektor-Infcerfercnzstellö
dar, welche 1/4« Wellenlänge BiA* der Frequenz der Lichtquelle entspricht. Ist der Ausgang des
Phasenabtast!o*3iGGs negativ, so werden die Zählungen vorn
summierten Gesamtergebnis im Sähler abgesogen* Liegt der
Ausgang in der Plusrlchtung, so addierten sich die Impulse.
Diese Zählung wird anschlieessnd mit Instruktionen verglichen,
die vom Progransinierungsband 204 abgeleitet werden, welches
mit einem Bingangsregister 205 für die gewünschte X-Lage und
einem Elngangsregister 207 für die gewünschte Y-Lage verbunden
ist. Der X-2Hhlor 208 wird dann ait einer Subtrationsvorrichtung
209 verbunden, die ihrerseits Bit einem X-Achse^Digltal-Analog-Wandler
210 verbunden ist, um ein Fehlersignal zu erzeugen, welches an den X-Achse* Antriebs servomotor gegeben wird.
Das Werkstück oder die Objektplatte setzt ihre Bewegung in
positiver oder negativer X~Richtung fort, bis das Fehlersignal
auf 0 verringert viird, d. h. kleiner als eine Viertel wellenlänge, beispieleweiG© 0,15 Mikron,ist.
In :üh<Allchei· Weise wird der Ausgang der f otoelektrischen
Y-Achsö-Detektoren iaj Interferometer ait einem Paar um 90° phaacavor.iuhobGnen
Kanäle AB vorbunden· Ein Y-Achse -Phasenabta^tkrtin
211 liefert ein· Anzeigo einer Plus- oder Minusrichtung längs der Y-Acha·. Der Kreis 211 1st alt einem Y-Aoheo-Zähler
212 verbunden, welcher positive Zählungen addiert und
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negative Zählungen subtrahiert·
Der Y-Achse-Zähler 212 und das Y-Achse-Reßlster 207 sind mit einer
Y-Achse -Subtraktionsvorrichtung 213 verbunden, die Y-Achse -differenzsignale erseugt. Di© Diff«renz3ignale werden an einem
Digital-Analog-Wandler 214 eingegeben, der mit dem Y-Achse -servomotor 202 verbunden ist»
Während relative Translationen sswischen dem Werkstück und dem
Werkzeug in mehr als einer Richtung erfolgen, 1st die Anwendung auf einen breite*! Bereich derartiger Werkzeuge klar.
Ein© Fräsmaschine erfordert beispielsweise eine kontinuierliche Lagemessung, um eine kontinuierliche Fehlerkorrektur
zu liefern. Eine derartig« Maschine ist schemaiiach in Fig.
dargestellt·
In Fig· 12 ist eine erfindungsgesaMsse Fräsmaschine gezeigt,
welche eine weitere Anwendung der Vorrichtung nach Fig. 11 darstellt.
Ein Basis joch 225 trägt einen Motor 226 und einen Spindelkopf
227* Der Spindflkopf nimmt die optische Quelle und Anordnung
des Interferometers auf. Von dar Spindel erstreckt sich ein Paar optischer Arme 228 und 229 weg* welche den optischen
Y-Achse .-Weg 230 festlegen. Ein X-Achee-Notor 231 und Y-Achse -Kotor 232 treiben Antriebseohraubenspindeln, die ein Werkstück 239 in seiner Lage einstellen« rtas ; auf einen Tisch
festgekloraat ist, der zwei Paare senkrecht zueinander stehender
Reflexionsflttehen aufweist· Dabei sind die Y-Achse- HefIc
xionsflÄchsn 2J4 und 235 dargestellt. Der X-üeäÄse-Hofcor sfc 11t
aie Lage eines Tisches ein, der den Y*Aohsf»*f@%o?>
and Tisch längs der X-Translationsaanse ir« die Zelohcnaben· 1*iiegta.Des·
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Y-Achse-Nofcor ist am X-Translationstisch befestigt und stellt
den Y-Translationstiseh relativ hierzu ein, wodurch das Werkstück in X- und Y-Richtung eingestellt wird, urn kontinuierlich
die Richtung des Schnitts mit grosser Genauigkeit zu steuern«
Ein Z~Ach3e«föotor stellt die Lage des Tisches ein, um das
Schnittwerkzeug sur gewünschten Tiefe su führen« Das Schnittende des Werkzeugs befindet sich am Bezugspunkt 0 und 1st daher
in der Tat die Vergleichseinrichtung.
Das Interferometer ist mit einem Steuerkreis gekoppelt, in
welchem dl© unter Bezug auf die Pig. Il aufgeführten Punktionen
η vsepdeii. X~ und Y-Lagesignale sind ssit dem Kreis
gekoppelt, der X- und Y-Fehlersignale liefert, die jeweils an die Motoren 231 bsw. 2j$2 herangeführt werden, um die
gewünschte kontinuierliche^ genau festgelegte Seimittbewegung
oinzuhalfcea.
In Pig. 13 isfe sine AbSndepuag der Äusfühpungsfornj nach F
dargestellt;.
Aus des.1 Analyse der Fig. 2 ist- es klar, dass die Keflsktionsfläüiien
aasserhalb ά&τ Licatcjuäileü liegen k&mea, d. h. die
Licht quelle \caiin stechen Reflex ionsf lochen angeordnet sein, die
sich gcigüniü?er5 iegtsii mvl öl« einander enfcGSgerigeriehtet-s
Lichtstrahlen raflelcfeieyen,
Ein Xiüfeerferonffeter ist dargecfcelifc. welches eine Objekfcplatte
mit starr gekopp«Xfcen Reflexionsflachen aufweist, die sinajidsr
gsee-riüberlifegeräi. «obei die Lictetquetlle zwischen ihnen
angeordnet isfc» Ein Laserstrahl mit Rionoshroiaatischem kohärent
ew Lxo:il·· ^ird auf das Loch Λ in c?e»? JSiiitritfesöffnusngsplatte
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fokussiert. Die vom Loch erzeugte sphärische Lichtquellenfront
wird £u einem Strahlenteiler geleitet· Der Strahlenteiler reflektiert
einen Energieanteil eines Kopplungsspiegele und einen Anteil des Paars paralleler Reflekionsflochen· Der durch den
Strahlenteiler hindurehtretcnd© Anteil wird durch Kopplungsspiegel auf einem entgegengesetzt gerichteten Weg zur anderen
Refle&Lon&flache geführt, wobei beide auf der Reflexionsfläche
einfallenden Wege fluchtend angeordnet sind.
Der Betrieb des Xnterferostdters nach Fig. 13 erfolgt in Shnlicher
!Seise wie er' in Verbindung rait Pig. I beschrieben wurde.
Bas Fadenkreuz wird wiederum Im Mittelpunkt zwischen den scheinbaren
optischen Quellen angeordnet.
Dabei liefert ein Laser 300 einen Lichtstrahl, welcher durch
eine Linse 302- auf ein Loch A in der Platte 302 fokussiert wird.
Das ^ickt wird auf einen Strahlenteller 303 geleitet, welcher
einen T©S1 zu einem Kopylungßßpiegel 30^ reflektiert und annach
links * wie dargestellt, an ©ine Refle%lons-Di©
Reflexionsflache 305 isfc starr mit einer ge-
parallelen Refle^ionsflMehe J$ö6 gekoppelt,
die beiden Hefl©3cionsf !Sehen einander sugewandfc sind und
Licl?it ε seil ©inwärfcs reflektieren.
Bq:? diss?-ah den Str-alilesiteiler 303 hlndurchtreteade Lichtanfcei.1
gelasgfe· üfc^r ein Paar Kopplungsspiegel 307 und 308 zur Ref Isrlöns
f liiehe 3ü6« Der Weg 309 sup PlKohe 306 und der Weg 310 sur
%Q3 slrtd fluchtend angeordnet, aber in Üirer Rieü.ttJiiß
a^essiss^tf Sine Objsictplatfce- 311 iäfeeilt ©inen starren
ss.it Bei'lesionsfliäciiea 305 und 3®6 dar,
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Die reflektierten Energieanteile gelangen durch die Kopplungsspiegel zum Strahlenteiler 303 zurück und durch das Austrittsloch B in der Austrittsöffnungsplatte 313 zum Detektor 312«
Wie aus Fig. 13 ersichtlich ist, liegt die Lichtquelle zwischen
den Reflexionsflächen. Die Vergleichseinriohtung befindet sich im Einklang mit der Analyse der Fig. 2 am Mittelpunkt
zwischen den zwei scheinbaren Quellenο Eine Translation
längs der Messachse in Koordinatensystem der Objektplatte entspricht
der Entfernung längs der Normalen an der Vergleichs" einrichtung zur Halbierungsebene.
Diese Abltnderung der Ausführ-ungsforaj nach Fig. 1 ist besonders
brauchbar für Werkseugmaschinenanwendungen und andere Einstell-
und Steuervorrichtungen, da die langen optischen Ansie nicht erforderlich sind. Der Interferometerkopf kann sehr klein bemessen
xiertien und es kann mehr als ein Interferoraeterkopf Verv/e?idu<i.3
finden, um eine Anzahl von Punkten an der Objektplatte festzulegen.
Dia Vörgleieheelnrichtung kann immer im Einklang mit der Analyse
nach. Fig. 2 räumlich bestimmt warden und ein« Kompensation für
verschiedene Phasen- und Übertragung»änderungen, die als Folge der Elements des Systems auftreten, ist bis herab 2u 0,025 «rau
mü&lieh. Ein derartiger Fehler erzeugt Jedoch einen Translation
fehler dsp kielner ist als 85.10 na·
DdV im vorausgehend verwendete Ausdruck "parallel" bedeutet,
da-jo «ine J'arallelitiit «üiletierfc, die mit dem erforderlichen
iuitngranl vereinbar isfc» Eine relativ gross© Abweichung
cir einem streng parallelen 'Zustand erzeugt Translations-
^ dio verhftltniQi'.iäB8lg v«riiachl&s3lgbar sind» BeispielsweU
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erzeugt eine Abweichung der Parallelität in der Oröasenordnung
von 10 Bogensekunden bei einer zugelassenen Neigung von einer Bogenminute der Objektplatte einen Translationsfehler der
Orössenordnung von 25*10 mm oder kleiner.
Aus der vorausgehenden Beschreibung der Erfindung 1st ersichtlich* dass diese ein breites Anwendungsfeld beim Messen« Steuern
und Einstellen besitzt. Zum ersten Mal können Interferometer in normalen Industriellen Umwelt.bedingungen eingesetzt werden.
Messmaschinen, welche die Erfindung verwenden, können als
Steuer und Einstellvorrichtungen für Werkzeugmaschinen, automatisierte Kompsratoren, automatische steraographisehe Zeichnungsgeräte und Druckvorrichtungen, automatische Umrisszeichnimgsmaschinen, automatische Kartenherstellung, Fotografie
und Stern'platten.messungen verwendet werden.
Die Erfindung ist ferner anwendbar, beim Grafieren, bei Liniermaschinen, Lehrenbohrmaschine^ Schritt- und Repetierkameras,
bei der 'Herstellung von integrierten Schaltkreisen, bei automatischer Registrierung und allen Arten von Schneiden, Schlei- »
fen und Schweissen.
Schlieselich können Vorrichtungen, welche die Erfindung verwenden, für Anwendungen in der Winkelmessung und zum Abtasten
einer Beschleunigung und anderen Trägheitsbsdlngongen eingesetzt
werden.
ErflndungsgemMsse Vorrichtungen sind nicht auf Übliche Translationen in orthogonalen Richtungen beschränkt. Ein weiter
Bewegungsbereioh, welcher beispielsweise alle Punkte auf einer
Objektplatte abtastet, kann verwendet werden und dabei nocii
ein Mass in Form einer orthogonalen Translation im Koordinatensystem des zu »essenden Objektes liefern. Oleichfalls sind
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Vorrichtungen und Systeme» welche die Erfindung verwenden^
brauchbar in der Navigation· und in der Ermittlung und Steuerung von Standpunkt und Lage.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten AusfUhrungsbeispiele beschränkt« vielmehr sind Abänderungen im Rahmen der
anliegenden Ansprüche möglich.
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Claims (1)
- 7795 ig Λ 17» Jantaai»f atent afl a ip τ U & h e1« MessVerrichtung, gekennzeichnet durch eine Einrichtung 40« 128, 300) zur Abgab« von Strahlungsenergie ISnge elnep eretön Eingangsaehse, eine Einrichtung (12, ^6, 1^52, zur Abgabe von Strahlimssenergie ISngs «iner ZMeiten Eingangs achse^ einen starren Körper (l8j 50 101 j. >11) mit einein ReflexionBflachen, wisibel Si« «rste Beflexiofisflach^ (1T>' 49, 102, 306) di« $¥s&e lElnjgang&aelis« sshneicSel; rni die zwei te Reflexionsfläche (22, 54, 105., 3P5) diels, ^* 129* 3%$}* äxmäx wBüdbe mim. M&tmll. -um$ eoergie normal auf jede der genannten BeflexicrjsfISctien geleitet virdj unabJiSngig voa Schulttwinlcel einer jeden Bef Ie-£<* VoiTifäitsmg oaßh ^n^misäi 1, daäareli igeiceamzsIiiteB5!t.i^ass «Ssr as&ÄRr« ϊ®ΐφ©3Ε· il©a| -©toe Jße&eHKIL nannten BeflesionsflJiciiea (102, 103, TO^, 105)4,- T^aoisrlisKfcajc® amsaa «Jaa»» -äer7795 ^3senkrecht zueinander liegenden Paaren paralleler Reflexionsflachen (102, 10.?, 104, 105) aufweist.3. Vorrichtung nach einesi der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabgabevorrlchtimg (10, 40, 128, 300) und die genannte Leiteinrichtung (11, 41, 129, 33-3) starr miteinander gekoppelt sind, um dabei einen Straf ilungsweg au6. 'vorrichtung nach Anspruch 5s dadurch gekennzeichnet* dase eine Einrichtung (7G* 72s 100, ΙΟβ, 112) vorgesehen ist, uns ©ins relative Bewegung tischen deia starren Körper (18, SO» 10I9 53-1) und de? starr gekoppelten Einrichtung KU es?s®sagen*7· Vorrieiiibung nach einssa ä©p i'orausgehenden Ansprüche, :3adf.iri»h gekennsQiöhnöt, dass ein® Einrichtung zur Angabe oä«*s£s Bezugspunktes (O5 1S8) iss Mittelpunkt des Wegs der eisten und gleiten
vorgesehen 1st.s nach Anspruch T, gekennzeichnet äureli ein« Einrichtung (695 208, 212, 312) ζην Erzeugung einer Anseigeder relativen ^ransiafeica des^ starren Körpers (l8, 30,101, ) gegenüber des;, gsnarmt©«.9» "iforr-Ächviäng mich Anspruch 8* gekennzeichnet durch 'eipe Ein-S5ur Einsfcellunß eisifes Elefflsnfcs abhängig von ein^m ignalj, welches von der genannten Anzeige der Transdes starren K&vpoz'® afogeleifest wird.Jlrt909836/0948BAD ORiGINALJFs 779510. Vorrichtung nach Anspruch β oder 9» dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung für die genannte Translation eine Interferenzstellenzühlvorrichtung (69) zum Zählen von Interferenzstellen der reflektierten Energien aufweist, um dadurch ein Mass der Translation des starren Körpers (50) gegenüber den genannten Bezugspunkt (O) unabhängig von der Drehung des starren Körpers gegenüber dem genannten Strahlungsweg zu liefern.11.Vorrichtung nach einesa der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsenergie in Form von: Licht vorliegt.12. Vorrichtung nach Anspruch Ii, dadurch gekennzeichnet, dass die LIchtenargie aus einer gemeinsamen Lichtquelle kommt.13· Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Lichtenergie kohärent und polarisiert ist.14. Vorrichtung nach Anspruch 15» gekennzeichnet durch eine Einrichtung (134) zur Änderung der Phase einer Polarisationskomponente gegenüber einer anderen der genannten Energie längs der genannten ersten Eingangsachse.15· Vorrichtung nach eines) des» Ansprüche Il bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtenergie eine sphärische Wellenfront aufweist*16. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Trennung orthogonaler Polarisationskomponenten der reflektierten Energien nach Interferenz längs getrennter Abtastwege.~ 909836/094817* Vorrichtung nach Anspruch l€, dadurch gekttua^eieiMiei, dass die genannte TrennvoiTioiituiig eine Prisaaaa (13^» 159) -!»fasst, ^jelc&e Köaspe&ea&ea der Saergien rSielich länge verschiedener Wege Im Einklang der Polarisation zwieehea den refle&fcierfcen l&ergieii auflöst.Vorrichtung naeii inspruefei 14« u&äxw&h. geksmassicimet, dass die genannte Bias€galnäeri2£3gseiia2».läiife!3i^ {15%) sine asstallisehe19» Vöi>ri'^itiiag nsiäi eiEtasa der jlnispi^eiie 11 Ms l8, ·SO» ¥örriaii2ti2E^ liacii iitospraeli S* -€adH2?eIbi gelceDaassI^Hiet,, dassfür iäi© "Säraasslaätlem «Isae {SS* 65* ^5 S03r 211.»■Jji Mj/ XiII W v^l VUf ft UV UV "^T WBAD ORIGINALJFs 7795die eins Einrichtung aufweist» welche sich von d®r starren Quelle IMngs mindestens zweier Wege zum zweiten Bezuserahmen erstreckt, wobei Jede Megläng« der letztgenannten Einrichtung sieh mit einer Verschiebung des zweiten Bezugsrahnaens gegenüber dem festen Bezugspunkt ändert und die Differenz zwischen den genannten WeglSngen der Einrichtung sich nur mit einer Verschiebung im genannten einen Freiheitsgrad des sweitah Eezugsraniaens gegenüber dem festen Bezugspunkt änderte* und ferner die Weglöngendifferenx der Einrichtung gegenüber einer Verschiebung derselben in irgendeinem anderen Freiheitsgrad unveränderlich ist, mit einer Einrichtung (2β, 69» 204, 312); die ©ine Anzeige einer Verschiebung im genannten einen Preiheitsgrad des zweiten Eej&ugsrahmens gegenüber dem genennten Bezugspunkt (0) unabhängig von eine/t* Verschiebung gegenüber dera Bezugspunkt in irgendeinem anderen Preiheitsgrad liefert«·Vorrichtung nach ÄAißprueh 21, dadurch gekennzeichnet* dass di^ Verschiebung im genannten einen Preih/eitsgraöl erfolgt und unabhängig von der Drehung des zweiten rateens (18, 5Oj. 101 3K)I) usi den festen BesugspuEskt ( ist»2J« Vorrichtung nach Anspruch Sl ©der S3, neti, äaes .der erste Besugsrsfeaen (12, 46, 133, IhS9 30'ß) die genarmte Inergieabgabevorriehfeung .(10, 40 g 128« JOO).welch© SfcreiilyngseRe2agS.© IMPiga elfö©s ©raten BtT' Ivabgibt, imü. ferasr di© gfeaaraat® Eß^^si.c--(12, 4β* 132, 146, 303) Strahlongsefieiv:-"-Iltogs eines zweiten Strsahluagssaergiew^fa ab.fjibfc., unß.fj909836/0948BAD ORIGINALΪ3JFa 7795diese erste und zweite Eingangsvorrichtung starr miteinander gekoppölt sind, und der genannte zweite Bezugsrahmen den genannten starren Körper (18, 50, 101, 311) enthält, welcher das genannt© Paar Refle^ioneflachen aufweist, wobei jede dieser Ref Ieje ionsflachen die genannte Strahlungsenergie längs des einen genannten Strahlungsenergie vicgs aufninaat.24. Vorrichtung nach Anspruch 23* dadurch gekennzeichnet, dass der genannte &sfcö Bezugspunkt Im Z©nts*ua des genannten Strahlungsenergiewegs liegt *25· Vorrichtung nach Anspruch 24 s dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (26» 69, £94* 312) zur Anzeige üqt Verschiebung eine Einrichtung emth<, di© «sine Anzeige der itriderung der relativen W@gl£!ngen lieförfc, weiche sich aus der genannten relativen Verschiebung ergeben, wodurch eine Anzeige der gm%mi'c<sn linearen Verschiebung gegeben wird»26* VosTiehfciEag nasli Anspruch 23» öadüreh gekennzeicitnet, dass di« Vjrrl«.hfcv«ig (36, 69» 204» 313) gur Ansöige der Vorsctiie·-nuz» auf Hiiergien föisprichfe, di© Iflngs Einfallswegen Oi· die Sfci-ühiungsenörßlG, die norsaal au den genannten fleaioiißflachen liögen^ ^«flöktiert ^«rden.27· Vorrichtung nach <«in©Bi Ansprüche £3 tis So3 dadurch ge-?'c, dass· di© goiusmito Straiüliiiisaenergie snoiio-ad kohärent iofc und «in© .sphärische S'jpciit beisitzt.909836/09A8BAD ORIGINALJFs 779528« Vorrichtung nach einen der Ansprüche 21 bis 27« dadurch ge kennzeichnet« dass die genannte Kopplungsvorrichtung eine Verbindungseinrichtung aufweist» durch welche Jede der genannten parallelen Flächen mit der genannten starren Quelle gekoppelt wird, wobei die Verbindungseinrichtung längs eines linearen Weges angeordnet ist» der sich von einer Schwenkanordnung normal zu jeder genannten parallelen Fläche erstreckt und damit gleitbar gekoppalt ist» wobei die Wegl&nge zwischen der Ve^bindungöeinrichtung zwischen der Schwenkeinrichtung zu Jeder parallelen Fläche sich mit der Verschiebung des zweiten Bezugsrahmens gegenüber tfem festen Bezugspunkt Hndert» und wobei ferner eine konstante Differenz zwischen den Weglängen der Verbindungseinriehtung von Jeder genannten parallelen Fläche zur genannten Schwenkeinrichtung aufrecht erhalten wird, wenn der starre Körper usa den genannten festen Bezugspunkt gedreht wird.909836/0948
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