DE19605383A1 - Polarisationsinterferometer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Polarisationsinterferometer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiges Polarisationsinterferometer ist beispielsweise aus der WO-A-90/10191 bekannt. Wenn auch dieses bekannte Polarisationsinterferometer speziell für die Spektralanalyse ausgebildet ist, so ist die vorliegende Erfindung durchaus nicht darauf beschränkt, obwohl dies das be­ vorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung ist. Im übrigen aber gelten die darin beschriebenen Abwandlungsmöglichkeiten für ein Polarisationsinterferometer in analoger Weise für die vorliegende Erfindung, weshalb der Inhalt dieser Schrift hiermit durch Bezugnahme als im Rahmen dieser Beschreibung als geoffenbart gelten soll.

Beim bekannten Polarisationsinterferometer ist die Ausbildung der Anordnung zur Veränderung der Weglänge mit Hilfe zweier doppeltbrechender Keile nicht nur in der Herstellung aufwendig, sondern beansprucht für die Bewegung der Keile rela­ tiv zueinander einen gewissen Platz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine baulich kostengünstigere und darüber hinaus auch platzsparende Anordnung zu schaffen. Dies gelingt mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spielen. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, wozu die

Fig. 2 eine vereinfachte Ausführung unter Weglassung einzelner Teile veranschaulicht und

Fig. 3 eine weitere bauliche Vereinfachung zeigt.

In der Zeichnung besitzen Teile gleicher Funktion dieselben Bezugszeichen wie in der zuvor erwähnten WO-A-90/10191, so daß sie hier nur in verkürzter Weise besprochen werden müssen.

Eine Lichtquelle 1 ist entsprechend dem Anwendungszwecke des erfindungsge­ mäßen Polarisationsinterferometers entweder so ausgebildet, daß sie monochro­ matisches Licht nur einer Wellenlänge abgibt, wie dies für Längen- und Dicken­ messungen ausreicht, oder sie ist zur Abgabe von Licht mit mehreren Wellenlän­ gen ausgebildet , wie man es für spektrometrische Anwendungen benötigt. In letz­ terem Falle kann das von der Lichtquelle 1 abgegebene Licht beispielsweise weißes Licht üblicher Art sein, oder es wird ein gewisses Spektrum von Wellen­ längen abgegeben. Eine andere Möglichkeit ist die aufeinanderfolgende Abgabe monochromatischen Lichtes unterschiedlicher Wellenlängen.

Wie beim Stande der Technik folgt auf die Lichtquelle 1 ein, nur vereinfacht ange­ deutetes, Kollimatorsystem 2, das an seinem Ausgang einen parallelen Strahl abgibt. Damit wird eine optische Achse A definiert. An dieser optischen Achse A liegt ein linear polarisierender Polarisator 3 und ein prismenartiges doppelbre­ chendes Kompensatorelement 4. Diese Kompensatorelement besteht bevorzugt aus Quarz, könnte aber auch aus MgF₂ oder aus CdS gefertigt werden.

Die oben genannten Teile finden sich bereits im Stande der Technik. Neu hin­ gegen ist, daß die im Stande der Technik üblicherweise benutzten Keilpaare durch ein weiteres Kompensatorelement 4a ersetzt wird, das zwar an sich auch von einem Wollaston-Prisma gebildet sein könnte, vorzugsweise aber ein eben­ solches doppelbrechendes Prisma wie das Prisma 4 ist. Damit wird u. a. die Stückzahl bei der Herstellung erhöht, was die Kosten senkt.

Das weitere Kompensatorelement 4a, ist - wie durch einen Pfeil dargestellt wurde - gegenüber dem Kompensatorelement 4 um die optische Achse A drehbar und ist zu diesem Zwecke in der bei Drehprismen üblichen Weise gelagert. Der Drehantrieb während einer Messung kann an sich beliebig ausgebildet sein und könnte an sich auch aus einer Handkurbel bestehen, doch ist bevorzugt ein Motor 28 vorhanden, der über sein Motorritzel einen Zahnring 23 antreibt, der den Lichtweg und gegebenenfalls auch das Prisma 4a umgibt. Der Zahnring 23 kann an einer Stirnfläche einen Drehwinkelcode tragen, der von einem lichtelektrischen Bauteil aus einer Lichtquelle 27 und einem lichtelektrischen Wandler 25 gelesen wird, um ein Stellungssignal an einen Rechner 26 abzugeben.

Alternativ oder zusätzlich kann eine, z. B. von einem Laser gebildete, Lichtquelle 9 vorgesehen sein, deren Licht über einen Spiegel 10 in den Strahlengang an der optischen Achse A eingeblendet und an der gegenüberliegenden Seite durch einen weiteren Spiegel 11 und eine Optik 12 mit einem Filter (zur Ausfilterung aller anderen Wellenlängen als der des Lasers) und einem Linsensystem einem lichtelektrischen Wandler 13 zugeführt, dessen Ausgangssignal ebenfalls an den Rechner 26 geht.

Wird als Motor 28 ein Schrittmotor verwendet, der beispielsweise über einen Schrittzähler angesteuert wird, so können die Drehwinkelgeber 9-13 bzw. 24, 25 ganz entfallen, weil dann das den Schriftmotor ansteuernde Signal gleich auch die Drehwinkellage angibt.

Durch die Drehung des doppelbrechenden Kompensatorelementes 4a gegenüber dem ortsfesten Kompensatorelement 4 ergibt sich die gewünschte Veränderung des Lichtweges, indem, je nach Drehlage, die Verzögerungen der beiden Kom­ pensatorelemente 4, 4a entweder einander aufheben (Subtraktion) oder sich addieren.

Das so modulierte Licht der Lichtquelle 1 trifft am Ende auf einen lichtelektrischen Wandler 8, dessen Ausgang mit dem Rechner 26 verbunden ist. Es sei erwähnt, daß das Meßobjekt, z. B. eine spektral zu analysierende Probe, an einer belie­ bigen Stelle des Strahlenganges an der optischen Achse A oder einer konju­ gierten Achse gelegen sein kann. Beispielsweise wird das Licht, wie dies in der Praxis geschieht, hinter dem Spiegel 10 auf eine Probe und von da auf den licht­ elektrischen Wandler 8 gelenkt. Im Falle eines Spektrometers wird dieses Aus­ gangssignal des Wandlers 8 im Rechner 26 einer Fourier-Analyse unterzogen, bzw. im Falle der Digitalisierung dieses Signales einer Fast-Fourier-Analyse.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind einige der in Fig. 1 zu ersehenden Teile weggelassen. Ferner fehlen gesonderte Spiegel 10, 11, und es werden an deren Stelle Spiegelflächen 10a, 11a des Polarisators 3 und des Analysators 7 heran­ gezogen, um das Licht der Lichtquelle 9 ein- und dann auf den lichtelektrischen Wandler 13 auszublenden. Es versteht sich, daß gewünschtenfalls auch nur einer der Spiegel 10 oder 11 durch die in Fig. 2 gezeigte Anordnung ersetzt werden mag. Hier sei auch erwähnt, daß - wie schon beim genannten Stande der Technik - die Polarisationsrichtungen von Polarisator 3 und Analysator 7 gekreuzt oder parallel sein können, obwohl ein gegenseitiges Kreuzen um 90° bevorzugt ist.

Eine weitere Vereinfachung ergibt sich, wenn ein einziges polarisierendes Element 3 nach Fig. 3 die Rolle des Polarisators ebenso übernimmt wie die des Analysators. Zu diesem Zwecke ist hinter dem Drehprisma 4a ein Rückstrahlspie­ gel 14 vorgesehen, so daß das einmal beim ersten Durchgang durch den Polarisator 3 bereits polarisierte Licht bei seiner Rückkehr nochmals auf dieses Element 3 - diesmal in der Rolle des Analysators - trifft und dann zum Wandler 8 umgelenkt wird.

Es sei erwähnt, daß der Spiegel 14 hier als einfacher, ebener Spiegel dargestellt ist, gegebenenfalls aber auch - wie dies im Stande der Technik auch schon vor­ geschlagen worden ist - von einem Retroreflektor, wie einem Dachkantenprisma gebildet sein kann.

Claims (9)

1. Polarisationsinterferometer mit einer Lichtquelle (1) zur Abgabe von Licht entlang einer optischen Achse (A), an der ein Polarisator (3) und ein Analy­ sator (7; 3) und dazwischen ein doppelbrechendes Kompensatorelement (4) so­ wie eine Anordnung zur Veränderung der optischen Weglänge vorgesehen sind, wobei das Licht einer lichtelektrischen Wandleranordnung (8) zuführbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Veränderung der optischen Weglänge ein weiteres Kompensatorelement (4a) aufweist, das zur Veränderung der optischen Weglänge gegenüber dem ersten Kompensatorelement (4) um die genannte optische Achse (A) drehbar gelagert ist.

2. Polarisationsinterferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lichtquelle (1) zur Abgabe von Licht mit mehreren Wellenlängen ausgebildet ist.

3. Polarisationsinterferometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Drehung des weiteren Kompensatorelementes (4a) um die optische Achse (A) ein Motor (28), insbesondere ein Schrittmotor, vorgesehen ist.

4. Polarisationsinterferometer nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Kompensatorelement (4a) und/oder das erste Kompensatorelement (4) aus Quarz besteht.

5. Polarisationsinterferometer nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem drehbaren Kompensatorelement (4a) eine Drehwinkel-Meßanordnung (9-13; 24, 25) zugeordnet ist, deren Aus­ gang einer Recheneinrichtung (26) zuführbar ist, an die auch die lichtelektrische Wandleranordnung (8) angeschlossen ist.

6. Polarisationsinterferometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Drehwinkel-Meßanordnung eine Einrichtung (9-13) zur Abgabe eines monochromatischen Strahles sowie eine optische Einkopplungseinrichtung (10, 11; 10a, 11a) zum Einkoppeln dieses monochromatischen Strahles in den Licht­ weg entlang der genannten optischen Achse (A) aufweist.

7. Polarisationsinterferometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die optische Einkopplungseinrichtung eine schräg zur optischen Achse liegende Ein- bzw. Ausspiegelungsfläche (10a, 11a) an mindestens einem von Polarisator (3) und Analysator (7) gebildeten polarisierenden Element aufweist.

8. Polarisationsinterferometer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (26) eine Recheneinrichtung zur Durchführung einer Fourieranalyse, insbesondere einer Fast-Fourier-Analyse, ist.

9. Polarisationsinterferometer nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kompensatorelemente (4, 4a) gleich ausgebildet sind.