DE19650507C1

DE19650507C1 - Polarisation optical interferometric measurement arrangement

Info

Publication number: DE19650507C1
Application number: DE19650507A
Authority: DE
Inventors: Ralf Arnold
Original assignee: O K TEC OPTIK KERAMIK TECHNOLO
Current assignee: O K TEC OPTIK KERAMIK TECHNOLO
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2016-12-06

Abstract

The arrangement has a light source (1), a unit (2) for forming a parallel beam for supply to a polariser (3), and one or more doubly refracting wedges (4) expanded to a cuboid or parallelepiped with further wedges (6). There is a compensator (7) of opposite phase difference to the wedges, with a further polariser (8) and a device (9) for focussing the beam onto a detector (10). All the components are arranged along an optical system axis (12). The doubly refracting wedges are mounted on a rotating plane (5) which rotates about an axis (11) inclined with respect to the system axis. The wedges move on a circular path between the polarisers, through the parallel beam.

Description

Die Erfindung betrifft eine interferometrische Meßanordnung ge mäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder 2.The invention relates to an interferometric measuring arrangement according to the preamble of claim 1 or 2.

Bekannte Anordnungen interferometrischer Meßgeräte beruhen meist auf dem Michelson-Prinzip. Durch einen Strahlteiler wird Licht ein und derselben Quelle in zwei vorteilhafterweise gleichintensive Teilstrahlen aufgespalten und zwischen diesen Teilstrahlen eine optische Weglängendifferenz L = n₁l₁ + n₂l₂ (im weiteren kurz Weglängendifferenz) erzeugt. Dabei durchlau fen beide Teilstrahlen meist Gebiete gleicher Brechzahlen n₁ = n₂, wobei sie unterschiedliche Wege l₁ und l₂ zurücklegen. Die Wiedervereinigung beider Teilstrahlen führt dabei zu einem System von Interferenzstreifen, deren Lage und Form unter Berücksichtigung der Geometrie der Strahlen und der Wellenlänge für die erzeugte Weglängendifferenz charakteristisch ist. Known arrangements of interferometric measuring devices are based mostly on the Michelson principle. Through a beam splitter Light one and the same source in two advantageously equally intense partial beams split and between them Partial rays an optical path length difference L = n₁l₁ + n₂l₂ (in the following short path length difference). Thereby blue fen both partial beams mostly areas of the same refractive index n₁ = n₂, where they cover different paths l₁ and l₂. The The reunification of both partial beams leads to one System of interference fringes, their location and shape below Consideration of the geometry of the rays and the wavelength is characteristic of the generated path length difference.

Hauptnachteil dieser Anordnungen ist die hohe Empfindlichkeit gegen Dejustierungen, insbesondere gegen die unexakte Führung der Spiegel (ruckweise Bewegungen, Verkippungen) und äußere Einflüsse (z. B. Vibrationen), so daß insbesondere für Wellen längen im sichtbaren oder nahinfraroten Spektralbereich ein er heblicher, apparativer Aufwand erforderlich ist, um solche Stö rungen zu vermeiden.The main disadvantage of these arrangements is their high sensitivity against misalignments, especially against inexact guidance the mirror (jerky movements, tilting) and external Influences (e.g. vibrations), so that especially for waves length in the visible or near infrared spectral range Considerable expenditure on equipment is required in order to avoid such disturbances to avoid problems.

Lösungen oben genannter Problematik bieten polarisationsopti sche interferometrische Meßanordnungen, bei denen beide Teil strahlen geometrisch wegidentisch ineinander verlaufen und l₁ = l₂ ist, wobei die Erzeugung der Weglängendifferenz polarisa tionsoptisch durch Verwendung optisch doppelbrechender Kristalle n₁, n₂ erfolgt. Die Vorteile derartiger Anordnungen gegenüber dem Michelson-Prinzip sind in der WO 90/10191 A1 be schrieben.Solutions of the above problems offer polarization optics cal interferometric measuring arrangements, in which both part radiate geometrically and are identical to each other and l₁ = l₂, the generation of the path length difference polarisa optically birefringent Crystals n₁, n₂ takes place. The advantages of such arrangements compared to the Michelson principle are in WO 90/10191 A1 wrote.

Beide Anordnungen besitzen jedoch den Nachteil, daß zur Verän derung der Weglängendifferenzen Massen periodisch linear hin und zurück bewegt werden müssen. Sollen nun Interferogramme (im weiteren Scans genannt) in kurzen Zeitabständen aufgenommen werden, so sind dabei hohe Beschleunigungen erforderlich. Um die Trägheit der bewegten Teile zu überwinden, sind so sehr hohe Kräfte aufzuwenden. Die dazu erforderlichen Antriebseinrichtun gen verbrauchen große Energien und erzeugen entsprechend Ab wärme, die zu Instabilitäten und Driften in der Anordnung füh ren können. Darüber hinaus führen die hohen Kräfte zu erhebli chen dynamischen Belastungen der bewegten Bauteile, die sich in deren Folge reversibel oder irreversibel verformen können. Diese Verformungen sind wiederum Ursache für Instabilitäten und Driften. Gleichzeitig steigt mit der Höhe der aufzuwendenden Kraft die Belastung der Führungen bzw. Lager, was zu erhöhtem Verschleiß der Anordnung und damit - besonders bei im Dauerbe trieb arbeitenden Meßanordnungen - zu frühzeitigen Ausfällen führen kann.However, both arrangements have the disadvantage that for the change change in path length differences mass periodically linear and have to be moved back. If interferograms (in called further scans) recorded at short intervals high accelerations are required. Around Overcoming the inertia of the moving parts is very high To apply forces. The drive equipment required for this gen consume large energies and generate ab accordingly heat that leads to instabilities and drifts in the arrangement can. In addition, the high forces lead to considerable Chen dynamic loads on the moving components, which are in the result of which can deform reversibly or irreversibly. These deformations are in turn the cause of instabilities and Drift. At the same time increases with the amount of expenditure Force the load on the guides or bearings, which leads to increased Wear of the arrangement and thus - especially in the permanent driven working measuring arrangements - to early failures can lead.

Abhilfe gegenüber den Nachteilen der Meßanordnungen mit peri odisch translatorisch bewegten Elementen bieten Lösungen, bei denen die Erzeugung der Weglängendifferenz auf der Rotation von Bauteilen beruht. So sind in den EP 0 443 477 A1, DE 40 13 399 C1 und DE 41 36 300 C1 Anordnungen beschrieben, die auf der Ver wendung des Prinzips nach Michelson beruhen, bei denen jedoch als Reflektor ein exzentrisch rotierender Tripelspiegel (oder Tripelprisma) Verwendung findet.Remedy for the disadvantages of the measuring arrangements with peri odically translationally moving elements offer solutions, at which the generation of the path length difference on the rotation of Components. So in EP 0 443 477 A1, DE 40 13 399 C1 and DE 41 36 300 C1 arrangements described on the Ver application of the Michelson principle, but for which an eccentrically rotating triple mirror (or Triple prism) is used.

Nachteil ist hier jedoch der hohe Aufwand zur Justage und die Dejustageempfindlichkeit z. B. infolge äußerer Einflüsse (Stöße, Vibrationen) der beiden Interferometerarme. Gleichzeitig ent stehen durch die exzentrische Rotation des Reflektors Unwuchten und damit Lagerbelastungen, die eine Massenkompensation bis zum Verschwinden der Deviationsmomente (Auswuchten) erforderlich machen.The disadvantage here is the high effort for adjustment and the Misalignment sensitivity e.g. B. due to external influences (shocks, Vibrations) of the two interferometer arms. Ent ent are unbalanced due to the eccentric rotation of the reflector and thus bearing loads that a mass compensation up to Disappearance of the deviation moments (balancing) required do.

Durch Meßaufgaben in schnellen Prozessen, an Fließbändern oder in Rohrleitungen hoher Transportgeschwindigkeiten einerseits und durch das oft vorhandene Erfordernis, das Signal-Rausch- Verhältnis der Messungen durch eine höhere Anzahl von Mittelun gen zu verbessern, ergibt sich die Notwendigkeit höherer Meßge schwindigkeiten.By measuring tasks in fast processes, on assembly lines or in pipelines with high transport speeds on the one hand and due to the often existing need to signal-noise Ratio of measurements by a higher number of means to improve conditions, there is a need for higher measuring ranges speed.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine interferometrische Meßanordnung beruhend auf einem polarisationsoptischem Inter ferometerprinzip anzugeben, die es gestattet, hohe Meßgeschwin digkeiten auch im Dauerbetrieb zu erreichen, wobei die gesamte Anordnung über eine derartige Langzeitstabilität verfügt, daß auch ein Dauereinsatz in Geräten zur Prozeßsteuerung oder zur Qualitätskontrolle möglich ist.It is therefore an object of the invention to provide an interferometric Measuring arrangement based on a polarization-optical inter to specify the ferometer principle, which allows high measuring speeds to achieve in continuous operation, the entire Arrangement has such long-term stability that also continuous use in devices for process control or Quality control is possible.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen stand gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder 2, wobei die Un teransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiter bildungen umfassen.The object of the invention is achieved with a counter stood according to the features of claim 1 or 2, the Un Claims at least appropriate configurations and further educations include.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, anstelle mecha nisch verschiebbarer Keile zur Erzeugung variabler Weglängen differenzen einen oder mehrere Keile in Rotation zu versetzen, wobei die Rotationsbewegung in einer Ebene erfolgt, die zur op tischen Achse des Systems um einen definierten Winkel versetzt ist.The basic idea of the invention is instead of mecha nically movable wedges for the generation of variable path lengths differences to set one or more wedges in rotation, the rotational movement takes place in a plane that leads to the op table axis of the system offset by a defined angle is.

Durch diese Maßnahme ist es nicht mehr erforderlich, träge Massen, d. h. die optischen Keile periodisch linear zu beschleunigen, wobei lineare Bewegung und ansonsten erforderliche lineare Führungen entfallen.With this measure it is no longer necessary to be lazy Masses, d. H. the optical wedges periodically linear accelerate, taking linear motion and otherwise linear guides are no longer required.

Durch die Erfindung kann die Meßgeschwindigkeit und gleichzei tig die Verschleißfreiheit erheblich gesteigert bzw. erhöht werden. Die Vorteile bekannter polarisationsoptischer Inter ferometeranordnungen gegenüber den Anordnungen nach Michelson bleiben erhalten.Through the invention, the measuring speed and at the same time tig significantly increased or increased freedom from wear will. The advantages of known polarization-optical inter ferometer arrangements compared to the Michelson arrangements remain intact.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The invention is intended to be explained below using exemplary embodiments as well as explained with the aid of figures.

Hierbei zeigen:Here show:

Fig. 1 eine schematische Anordnung der Elemente der inter ferometrischen Meßanordnung in einer ersten Ausfüh rungsform; Fig. 1 is a schematic arrangement of the elements of the inter ferometric measuring arrangement in a first embodiment;

Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung der Anordnung der Keile auf einer sich drehenden Scheibe; Figure 2 is a schematic representation of the arrangement of the keys on a rotating disk.

Fig. 3 eine Ausführungsform entsprechend Fig. 1, bei der je doch von einem Laser erzeugtes Licht durch die Meßan ordnung geführt wird; und Fig. 3 shows an embodiment corresponding to Figure 1, in which ever light generated by a laser is guided by the Meßan order. and

Fig. 4 eine Meßanordnung mit Polarisationsstrahlteiler. Fig. 4 shows a measuring arrangement with polarization beam splitter.

Fig. 1 zeigt die schematische Anordnung der Elemente der in terferometrischen Meßanordnung in ihrer einfachsten Ausfüh rungsform. Fig. 1 shows the schematic arrangement of the elements of the terferometric measuring arrangement in its simplest embodiment.

Das von einer Lichtquelle 1 oder von einem Lichtwellenleiter erzeugte oder herangeführte Licht wird mittels eines strahl formenden Mittels 2 zu einem parallelen Bündel geformt, wobei die Parallelität des Bündels durch die Nichtpunktförmigkeit der Lichtquelle begrenzt wird. Als strahlformendes Mittel 2 findet abhängig vom Spektralbereich eine Linse, ein Linsensystem, ein Spiegel oder ein Spiegelsystem Verwendung. Beispielsweise empfiehlt es sich, im nahen oder im mittleren Infrarot Paraboloidspiegel zu verwenden, da hier die Linsen oder Linsen systeme erhebliche Dispersionen über den erforderlichen Spek tralbereich und oft auch ungenügende Durchlässigkeiten der Lin sensubstrate aufweisen.The light generated or brought in by a light source 1 or by an optical waveguide is shaped into a parallel bundle by means of a beam-shaping means 2 , the parallelism of the bundle being limited by the non-punctiformity of the light source. Depending on the spectral range, a lens, a lens system, a mirror or a mirror system is used as the beam-shaping means 2 . For example, it is advisable to use paraboloid mirrors in the near or middle infrared, since here the lenses or lens systems have considerable dispersions over the required spectral range and often also insufficient permeability of the lens substrates.

Zur weiteren Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung sei die Bewegung der rotierenden doppelbrechenden Keile 4, 6 quasi eingefroren, so daß die erzeugte Weglängendifferenz der beiden Teilstrahlen nach Transmission der Gesamtanordnung gerade verschwindet.To further explain the mode of operation of the invention, the movement of the rotating birefringent wedges 4 , 6 is virtually frozen, so that the path length difference of the two partial beams which has just been generated disappears after transmission of the overall arrangement.

Die doppelbrechenden, vorzugsweise optisch einachsigen, Keile 4 und 6 sind jetzt so angeordnet, daß ihre optischen Achsen senkrecht auf der optischen Systemachse 12 stehen, und die Azimute ihrer optischen Achsen parallel zueinander und unter 45° zum Azimut des Polarisators 3 liegen. Beide Keile 4, 6 ergänzen sich zum Quader oder Parallelepiped, wobei die lichtdurchsetzten Oberflächen des Quaders oder Epipeds senkrecht zur Systemachse 12 stehen. Dieser Quader kann, bedingt durch die gleiche Ausrichtung der optischen Achsen und den nur schmalen Spalt zwischen beiden Keilen als homogen betrachtet werden.The birefringent, preferably optically uniaxial, wedges 4 and 6 are now arranged so that their optical axes are perpendicular to the optical system axis 12 , and the azimuths of their optical axes are parallel to one another and at 45 ° to the azimuth of the polarizer 3 . Both wedges 4 , 6 complement each other to form a cuboid or parallelepiped, the light-permeable surfaces of the cuboid or epiped being perpendicular to the system axis 12 . Due to the same alignment of the optical axes and the narrow gap between the two wedges, this cuboid can be regarded as homogeneous.

Das durch die Optik 2 erzeugte Parallelbündel wird durch einen Polarisator 3 linear polarisiert (die in den Elementen der Fig. 1, 3 und 4 dargestellten Pfeile entsprechen schematisch dem Einfluß der Elemente auf die Intensitäten in den Polarisations ebenen). Beim Auftreffen des Bündels auf den doppelbrechenden Quader (bestehend aus den Keilen 4 und 6) wird das polarisierte Licht entsprechend der Lage der optischen Achse des Quaders in die senkrecht zueinander polarisierten ordinären und extraordinären Bündel gleicher Intensität zerlegt. Beide Bündel besitzen eine von der Dicke des Quaders und der Differenz der Brechungsindizes abhängige Weglängendifferenz und können wegen der Orthogonalität ihrer Polarisation nicht miteinander interferieren.The parallel beam generated by the optics 2 is linearly polarized by a polarizer 3 (the arrows shown in the elements of FIGS. 1, 3 and 4 correspond schematically to the influence of the elements on the intensities in the polarization planes). When the bundle strikes the birefringent cuboid (consisting of wedges 4 and 6 ), the polarized light is broken down into the perpendicular and mutually polarized ordinary and extraordinary bundles of the same intensity according to the position of the optical axis of the cuboid. Both bundles have a path length difference that depends on the thickness of the cuboid and the difference in the refractive indices and cannot interfere with one another because of the orthogonality of their polarization.

Der ebenfalls doppelbrechende, vorzugsweise aus dem gleichen Material bestehende und gleichdicke Kompensator 7 ist so ange ordnet, daß seine lichtdurchsetzten Oberflächen senkrecht im Strahlengang stehen. Die optische Achse des Kompensators bildet mit der Systemachse 12 und mit der Achse des oben genannten doppelbrechenden Quaders jeweils einen rechten Winkel. Beim Eintritt des Lichts in den Kompensator tauschen die ordinären und extraordinären Lichtbündel ihre Rollen, sie werden beide entgegengesetzt verzögert. So erzeugt der Kompensator in der eingefrorenen Stellung der Anordnung eine Weglängendifferenz, die der des aus den Keilen gebildeten Quaders genau invers ist. Beide Weglängendifferenzen addieren sich und heben sich auf.The also birefringent, preferably made of the same material and the same thickness compensator 7 is arranged so that its light-penetrated surfaces are perpendicular to the beam path. The optical axis of the compensator forms a right angle with the system axis 12 and with the axis of the birefringent cuboid mentioned above. When the light enters the compensator, the ordinary and extraordinary light beams switch roles, both of which are retarded in the opposite direction. In the frozen position of the arrangement, the compensator thus produces a path length difference which is exactly inverse to that of the cuboid formed from the wedges. Both path length differences add up and cancel each other out.

Das zweite als Analysator arbeitende, polarisierende Mittel 8 steht ebenfalls senkrecht zur Systemachse 12. Der Azimut der polarisierenden Ebene ist gegen den Azimut der polariserenden Ebene des Polarisators 3 um 90° verdreht. Der Analysator 8 analysiert das den Kompensator 7 verlassende Licht. Bei ver schwindender Phasendifferenz beider Teilstrahlen löschen sich die den Analysator 8 passierenden Teile der Teilstrahlen gerade aus, so daß kein Licht den Analysator 8 verläßt.The second polarizing means 8 operating as an analyzer is also perpendicular to the system axis 12 . The azimuth of the polarizing plane is rotated by 90 ° with respect to the azimuth of the polarizing plane of the polarizer 3 . The analyzer 8 analyzes the light leaving the compensator 7 . When the phase difference of the two partial beams vanishes, the parts of the partial beams passing the analyzer 8 are extinguished, so that no light leaves the analyzer 8 .

Das fokussierende Mittel 9 besitzt vorzugs- aber nicht notwen digerweise den gleichen Aufbau wie das strahlkollimierende Mittel 2. Wenn Licht den Analysator 8 verläßt, wird dieses so auf den Detektor 10 fokussiert. Alternativ kann anstelle des Detektors 10 auch ein Lichtwellenleiter angeordnet sein, der das Licht zu einem entfernt angeordneten Detektor führt.The focusing means 9 preferably but not necessarily has the same structure as the beam collimating means 2 . When light leaves the analyzer 8 , it is focused on the detector 10 . Alternatively, an optical waveguide can also be arranged instead of the detector 10 , which guides the light to a remote detector.

Nachfolgend wird der oder die Keile 4 als beweglich und Keil 6 als fest betrachtet. Als einfaches Ausführungsbeispiel soll der Keil 4 (oder zwei oder mehrere Keile 4) wie in Fig. 2 darge stellt rotieren.In the following, the wedge or wedges 4 is regarded as movable and wedge 6 as fixed. As a simple embodiment, the wedge 4 (or two or more wedges 4 ) should rotate as shown in Fig. 2 Darge.

Die Bezugszeichen der Fig. 2 entsprechen dabei denjenigen nach Fig. 1, die zum besseren Verständnis in Fig. 2 separat darge stellt wurden. Dazu befinden sich die Keile 4 auf einer Scheibe oder dergleichen, die an den Orten der Keile transparent ist. Die kreisförmige Bewegung jedes der identischen Keile 4 läßt sich gedanklich in eine Translation quer zum sich entlang der Systemachse ausbreitenden optischen Bündel und in eine Rotation um die Systemachse zerlegen.The reference numerals of FIG. 2 correspond to those of FIG. 1, which has been presented separately in FIG. 2 for better understanding. For this purpose, the wedges 4 are located on a disk or the like, which is transparent at the locations of the wedges. The circular movement of each of the identical wedges 4 can be broken down into a translation transversely to the optical bundle propagating along the system axis and into a rotation about the system axis.

Der translatorische Anteil der Bewegung eines Keils 4 bewegt unterschiedliche Dickenbereiche des Keils 4 in den Strahlen gang, so daß sich dieser mit Keil 6 zu einem Quader variabler (entsprechend Fig. 2 zunehmender) Dicke addiert. Dadurch wird eine variable (entsprechend Fig. 2 zunehmende) Weglängendiffe renz erzeugt.The translatory portion of the movement of a wedge 4 moves different thickness ranges of the wedge 4 in the beam path, so that it adds with wedge 6 to a cuboid of variable (increasing according to FIG. 2) thickness. As a result, a variable path length difference (corresponding to FIG. 2) is generated.

Der Kompensator 7 ist genau so ausgelegt, daß er die vom durch den aus Keil 4 und 6 entstehenden Quader erzeugte Weglängen differenz kompensiert, wenn der Keil 4 mit seiner senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes stehenden Fläche symmetrisch im Strahlengang des Lichtbündels steht. In den Bewegungsphasen vor bzw. nach der Symmetriestellung werden bei gemeinsamer Be trachtung der Keile 4 und 6 und des Kompensators 7 zunehmende Weglängendifferenzen erzeugt, die mit einem negativen Wert be ginnen, den Nullpunkt überschreiten und mit einem positiven Wert idealerweise gleichen Betrags zum negativen Startwert en den (oder je nach Anordnung der Keile umgekehrt). Diese Weglän gendifferenzen erzeugen nach Durchgang des Lichtes durch den Analysator 9 ein symmetrisches Interferogramm.The compensator 7 is designed so that it compensates for the difference in path lengths generated by the cuboid 4 and 6 generated when the wedge 4 with its surface perpendicular to the direction of propagation of the light is symmetrical in the beam path of the light beam. In the movement phases before or after the symmetry position, wedges 4 and 6 and the compensator 7 are used to generate increasing path length differences that begin with a negative value, exceed the zero point and ideally have the same amount at the negative starting value with a positive value (or vice versa depending on the arrangement of the wedges). These path length differences produce a symmetrical interferogram after the light has passed through the analyzer 9 .

Der rotatorische Anteil der Bewegung des Keils 4 beeinflußt die durch das kristalloptische Verhalten des Keils erzeugte Weglän gendifferenz der beiden Teilbündel des Lichts nicht, da sich die Dicke des aus den Keilen 4 und 6 resultierenden Quaders oder Epipeds nicht ändert. Es ändert sich aber die azimutale Orientierung der optischen Achse des Keils 4 gegenüber der Po larisationsebene des vom Polarisator 3 kommenden Lichts. Da durch bekommen die beiden Teilstrahlen (ordinärer und extraor dinärer Anteil) des Bündels unterschiedliche Intensitäten. Der Kontrast des Interferogramms verändert sich. Richtet man die Azimute der Anordnung wie in der oben beschriebenen eingefrore nen Stellung ein, erreicht man in dieser Stellung der ver schwindenden Phasendifferenz den maximal möglichen Kontrast, da nur dann das vom Polarisator kommende Bündel in zwei gleichin tensive Teile zerlegt wird. Bei zunehmender Abweichungen von dieser Stellung in positiver oder negativer Drehrichtung steigt oder sinkt die Weglängendifferenz (verursacht durch die oben beschriebene Translation), gleichzeitig damit nimmt der Kon trast mit zunehmender Abweichung ab. Nach einer Drehung um plus oder minus 45° gegen die Symmetriestellung beträgt der Kontrast null. Diese Stellungen werden jedoch konstruktiv bedingt nicht erreicht.The rotary portion of the movement of the wedge 4 does not affect the path length generated by the crystal optical behavior of the wedge, the difference in length of the two sub-beams of light, since the thickness of the cuboid or epipeds resulting from the wedges 4 and 6 does not change. But it changes the azimuthal orientation of the optical axis of the wedge 4 relative to the polarization plane of the light coming from the polarizer 3 . As a result, the two partial beams (ordinary and extra-ordinary part) of the bundle get different intensities. The contrast of the interferogram changes. If one sets up the azimuth of the arrangement as in the frozen position described above, one achieves the maximum possible contrast in this position of the vanishing phase difference, since only then the bundle coming from the polarizer is broken down into two equally intensive parts. With increasing deviations from this position in the positive or negative direction of rotation, the path length difference increases or decreases (caused by the translation described above), at the same time the contrast decreases with increasing deviation. After a rotation of plus or minus 45 ° against the symmetry position, the contrast is zero. However, these positions are not achieved due to the design.

Bei der auf der Verwendung der Fouriertransformation beruhenden interferometrischen Spektroskopie werden (meist symmetrische) Interferogramme endlicher Weglängendifferenz mit Computern di gitalisiert und transformiert. Die Beschränkung der Weglängen differenz entsteht durch den Abbruch der Aufnahme der Inter ferogramme bei Erreichen vorgegebener Werte. Dadurch entstehen Verfälschungen, die sich als Nebenmaxima bzw. -minima an scharfen Absorptions- oder Emissionspeaks äußern. Um diese Ver fälschungen zu vermeiden, werden die aufgenommenen Interfero gramme mit Wichtungsfunktionen multipliziert, die an den Stellen minimaler und maximaler Weglängendifferenz verschwin den. So wird der Kontrast der Interferogramme zu den beiden En den des Meßbereichs hin numerisch abgesenkt. In diese Zu sammenhang betrachtet ist der oben beschriebene Effekt der Kon trastabnahme nicht störend. Er ist oft sogar erwünscht, da er die Wichtung des Interferogramms optisch unterstützt.In the case based on the use of the Fourier transform interferometric spectroscopy (mostly symmetrical) Interferograms of finite path length differences with computers di capitalized and transformed. The limitation of path lengths difference arises from the termination of the recording of the Inter ferograms when predetermined values are reached. This creates Adulterations that appear as secondary maxima or minima sharp absorption or emission peaks. To this ver To avoid counterfeiting, the recorded interfero multiplied by weighting functions, which are assigned to the Make minimum and maximum path length difference disappear the. So the contrast of the interferograms to the two En numerically reduced that of the measuring range. In this To taken together is the effect of the Kon described above Removing the trace is not a problem. He is often even wanted because he is visually supports the weighting of the interferogram.

Die Anzahl der zu verwendenden Keile 4 ist beliebig. Der oben beschriebene Prozeß findet bei jedem Durchgang eines Keils durch den Strahlengang statt. Um Unwuchten des Rotors 5 zu ver meiden, sollten jedoch vorteilhaft symmetrische Anordnungen An wendung finden. Bei Verwendung asymmetrischer Anordnungen sollte ein Massenausgleich durchgeführt werden.The number of wedges 4 to be used is arbitrary. The process described above takes place each time a wedge passes through the beam path. In order to avoid unbalance of the rotor 5 , however, symmetrical arrangements should advantageously be used. If asymmetrical arrangements are used, a mass balance should be carried out.

Als weitere, nicht dargestellte Ausführungsform ist es möglich, den feststehenden Keil 6 durch ein oder mehrere Keile 6 zu er setzen, die auf einem weiteren Rotor befestigt sind und die um die dann beiden Rotoren gemeinsame Drehachse 11 rotieren. Die Rotation der Keile 6 muß dann synchron, gegenläufig und parallel zu den Keilen 4 erfolgen. Der dadurch erreichte Effekt besteht in der Verdoppelung der erreichbaren Weglängendifferenz und der Geschwindigkeit, mit der diese zunimmt.As a further embodiment, not shown, it is possible to set the fixed wedge 6 by one or more wedges 6 which are fastened to a further rotor and which rotate about the axis of rotation 11 then common to both rotors. The wedges 6 must then be rotated synchronously, in opposite directions and parallel to the wedges 4 . The effect achieved thereby is to double the achievable path length difference and the speed at which it increases.

Bei Verwendung von monochromatischem Licht ist durch Auswertung der durchlaufenden Interferenzstreifen die exakte Bestimmung beispielsweise des Drehwinkels über der Zeit möglich.When using monochromatic light is by evaluation of the continuous interference fringes the exact determination for example, the angle of rotation over time possible.

Betreibt man die interferometrische Meßanordnung mit polychro matischem Licht, kann dieses Interferogramm digitalisiert und fouriertransformiert werden, um so das Spektrum des Lichts zu erhalten. Dazu ist jedoch die genaue Kenntnis der Zuordnung des interferometrischen Signals zu den Weglängendifferenzen notwen dig. Um diese zu ermitteln, gibt es im wesentlichen nachstehende Möglichkeiten.If the interferometric measuring arrangement is operated with polychro matic light, this interferogram can be digitized and be Fourier transformed so as to increase the spectrum of light receive. However, this requires precise knowledge of the assignment of the interferometric signal to the path length differences necessary dig. To determine this, there are essentially the following Possibilities.

Eine Möglichkeit besteht in der Messung des Drehwinkels des oder der Keile 4 um die Achse 11. Daraus läßt sich die Verände rung der Dicke des aus den Keilen 6 und 4 entstehenden Quaders messen. Daraus folgt unter Berücksichtigung des Kompensators die resultierende Weglängendifferenz der beiden Teilbündel, die sich über die Meßzeit dem Interferogramm zuordnen läßt.One possibility is to measure the angle of rotation of the wedge or wedges 4 about the axis 11 . From this, the change in the thickness of the cuboid resulting from the wedges 6 and 4 can be measured. Taking the compensator into account, this results in the resulting path length difference of the two sub-beams, which can be assigned to the interferogram over the measuring time.

Eine weitere, in Fig. 3 gezeigte Möglichkeit besteht darin, vorzugsweise von einem Laser 13 erzeugtes monochromatisches Licht bekannter Wellenlänge zusätzlich durch die Meßanordnung transmittieren zu lassen. Dazu wird dieses mit dem Spiegel 13 vor dem Polarisator 3 in die Anordnung eingekoppelt. Es durch läuft den gesamten polarisationsoptischen Teil der Anordnung bis einschließlich Analysator 8, nach dem es mittels eines Spiegels 15 wieder ausgekoppelt und dem Detektor 16 zugeführt wird. Dieses Licht unterliegt genau den gleichen Manipulatio nen, die auch das polychromatische Licht der Quelle 1 erfährt. So ist es möglich, die Weglängendifferenzen anhand der Interfe renzen der monochromatischen Strahlung direkt zu erfassen und den Interferenzen des polychromatischen Lichts zuzuordnen. A further possibility, shown in FIG. 3, consists in additionally having monochromatic light of known wavelength generated by a laser 13 additionally transmitted through the measuring arrangement. For this purpose, this is coupled into the arrangement with the mirror 13 in front of the polarizer 3 . It runs through the entire polarization-optical part of the arrangement up to and including analyzer 8 , after which it is coupled out again by means of a mirror 15 and fed to detector 16 . This light is subject to exactly the same manipulations that the polychromatic light of source 1 also experiences. It is thus possible to directly record the path length differences on the basis of the interferences of the monochromatic radiation and to assign them to the interferences of the polychromatic light.

Alternativ zur Berechnung der Weglängendifferenzen kann das Signal des Detektors 16 einer Triggerelektronik zugeführt wer den, die aus den durchlaufenden Interferenzmustern digitale Triggersignale erzeugt. Diese sind zur direkten Steuerung der Digitalisierung des Interferenzsignals des Detektors 10 ver wendbar. Dadurch kann sichergestellt werden, daß alle Inter ferenzwerte des polychromatischen Spektrums äquidistant mit ei nem aus der Wellenlänge des Lichts der Lichtquelle 13 definier ten Abstand (oder dessen Bruchteil oder Vielfaches) aufgenommen werden. Die Weglängendifferenz ergibt sich dann von Null (globales Intensitätsminimum) beginnend einfach aus der laufen den Nummer des Meßpunkts und dem Weginkrement des Triggersignals.As an alternative to calculating the path length differences, the signal from the detector 16 can be fed to a trigger electronics unit which generates digital trigger signals from the continuous interference patterns. These can be used for direct control of the digitization of the interference signal of the detector 10 . This can ensure that all interference values of the polychromatic spectrum are recorded equidistantly with a distance defined by the wavelength of the light from the light source 13 (or its fraction or multiple). The path length difference then results from zero (global intensity minimum) simply from the sequence of the number of the measuring point and the path increment of the trigger signal.

Bei dem in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird anstelle des Polarisators ein Polarisationsstrahlteiler 17 ver wendet, der das von der Quelle 1 kommende Licht ebenfalls li near polarisiert.In the embodiment shown in FIG. 4, a polarization beam splitter 17 is used instead of the polarizer, which also polarizes the light coming from the source 1 near.

Das Licht durchläuft die doppelbrechenden Elemente 4, 6 und 7 in zu Fig. 1 analoger Weise. Es wird dann aber durch einen Spiegel 18 in sich selbst zurück reflektiert und passiert die doppelbrechenden Elemente 4, 6 und 7 erneut. Dadurch verdoppeln sich die erzeugten Weglängendifferenzen. Anstelle des Analysa tors 8 der Fig. 1 wirkt hier der Polarisationsstrahlteiler 17 als Analysator. Alle nun senkrecht zur Durchlaßrichtung des Teilers 17 polarisierten Lichtanteile - nur diese können in Fig. 1 den Analysator reflektiv passieren - werden an der Strahlteilerschicht reflektiert und verlassen den Teiler seitlich. Über die strahlformende Optik gelangen diese Lichtanteile zum Detektor 10.The light passes through the birefringent elements 4 , 6 and 7 in a manner analogous to FIG. 1. However, it is then reflected back into itself by a mirror 18 and passes through the birefringent elements 4 , 6 and 7 again. This doubles the path length differences generated. Instead of the analyzer 8 of FIG. 1, the polarization beam splitter 17 acts as an analyzer. All of the light components now polarized perpendicular to the direction of transmission of the divider 17 - only these can pass the analyzer reflectively in FIG. 1 - are reflected on the beam splitter layer and leave the splitter laterally. These light components reach the detector 10 via the beam-shaping optics.

Alle bezüglich der Anordnung in Fig. 1 getroffenen Aussagen lassen sich auf dieses Ausführungsbeispiel übertragen. Ledig lich die Weglängendifferenzen und die Geschwindigkeit ihrer Veränderung sind zu verdoppeln und die Abnahme des Kontrastes ist zu quadrieren. Gleichfalls ist die Bewegung beider Keilan ordnungen 4 und 6 möglich. Die zu Fig. 3 analoge Ein- und Aus koppelung des zusätzlichen Lichts erfolgt zwischen den Ele menten 2 und 17 und 9 und 17.All statements made with regard to the arrangement in FIG. 1 can be transferred to this exemplary embodiment. Only the path length differences and the speed of their change must be doubled and the decrease in the contrast squared. Likewise, the movement of both Keilan orders 4 and 6 is possible. The analog to Fig. 3 on and off coupling of the additional light takes place between the elements 2 and 17 and 9 and 17 .

Claims

1. Interferometric measuring arrangement according to the polarization-optical principle comprising a light source ( 1 ), a means ( 2 ) for forming a parallel light beam, a means polarizing the light beam in one plane ( 3 ), one or more optically birefringent wedges ( 4 ), the or alternating with one or more additional optically birefringent wedges ( 6 ) in pairs to form a cuboid or parallelepiped lying in the beam path, an optically birefringent compensation means ( 7 ) which has a phase difference of the ordinary and extraordinary opposite to the wedges ( 4 , 6 ) Portions of the parallel light bundle generated, a further the light bundle polarizing means ( 8 ) and a means ( 9 ) for focusing the light bundle on a detector ( 10 ), with all of the aforementioned means being arranged along the optical system axis ( 12 ), thereby characterized in that the optically birefringent wedge (s ) ( 4 , 6 ) are located on or on a rotating plane ( 5 ) which rotates about an axis ( 11 ) inclined against the optical system axis ( 12 ), as a result of which the wedge or wedges ( 4 , 6 ) lie on a circular path between the polarizing means ( 3 , 8 ) move through the parallel light beam.

2. Interferometric measuring arrangement according to the polarization-optical principle, comprising a light source ( 1 ), a means ( 2 ) for forming a parallel light beam, a means polarizing the light beam in one plane ( 3 ), one or more optically birefringent wedges ( 4 ), the or alternating with one or more additional optically birefringent wedges ( 6 ) in pairs to form a cuboid or parallelepiped lying in the beam path, an optically birefringent compensation means ( 7 ) which has a phase difference of the ordinary and extraordinary opposite to the wedges ( 4 , 6 ) Portions of the parallel light bundle generated, a further the light bundle polarizing means ( 8 ) and a means ( 9 ) for focusing the light bundle on a detector ( 10 ), with all of the aforementioned means being arranged along the optical system axis ( 12 ), thereby characterized in that the polarizing means ( 3 , 8 ) by a common men polarization beam splitter ( 17 ) are formed and that the parallel light beam after transmission of the birefringent wedges ( 4 , 6 , 7 ) is reflected back in itself by means of a plane mirror ( 18 ), thus the birefringent wedges ( 4 , 6 , 7 ) happens a second time, is reflected away laterally by the polarization beam splitter ( 17 ) and, after transmission of the focusing means ( 9 ) now arranged on the side, reaches the detector ( 10 ) arranged on the side.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the optical axes of all birefringent means ( 4 , 6 , 7 ) at the time vanishing total phase difference of the wedges ( 4 , 6 ) and the compensation means ( 7 ) are arranged perpendicular to the optical system axis.

4. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the transit time differences generated by the birefringence of the wedges ( 4 , 6 ) of the ordinary and the extraordinary portions of the parallel light of the bundle have the same sign in each phase of the movement through the light bundle.

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the case of using only a fixed wedge ( 6 ) whose optical axis is perpendicular to the optical axis of the compensation means ( 7 ).

6. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that a plurality of birefringent wedges ( 6 ) are present which are arranged on or on a further rotating plane which is parallel, opposite and synchronous to the birefringent wedges ( 4 ) bearing rotating plane (5) rotates about the same axis of rotation ( 11 ), so that the birefringent wedges ( 4 , 6 ) complement each other in pairs in the parallel beam path to form a cuboid or parallelepiped.

7. Arrangement according to claim 1 or 6, characterized in that the optical axes of the two birefringent wedges located in the beam path ( 4 , 6 ) at the time vanishing total phase difference of the wedges ( 4 , 6 ) and the compensation means ( 7 ) in parallel to each other, perpendicular to the optical axis of the compensation means ( 7 ) and at 45 ° to the polarization planes of the polarizing means ( 3 , 8 ) are arranged.

8. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the polarizing means ( 3 , 8 ) linearly polarize the light and that these polarizing means are arranged such that the polarization planes of the light un indirectly after irradiation of the polarizing means ( 3rd , 8 ) are perpendicular to each other.

9. Arrangement according to claim 1, characterized in that the compensation means ( 7 ) with respect to the optical system axis optionally before or after the wedges ( 4 , 6 ) can be arranged.

10. The arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the light source ( 1 ) light-feeding optical light waveguide or optical waveguide are provided.

11. The arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that as beam-forming means ( 2 , 9 ) lens or lens system-based collimators, spherical or parabolic mirrors or mirror systems are used.

12. The arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the angle of rotation of the rotating plane (5) about the axis of rotation ( 11 ) is detected and therefrom the optical path length difference between ordinary and extraordinary proportions of the parallel light beam after transmission of the birefringent means ( 4 , 6 , 7 ) can be calculated.

13. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that an additional, monochromatic and parallel beam parallel to the optical system axis transmits the polarizing means ( 3 , 8 ) and the birefringent wedges ( 4 , 6 , 7 ), the interference of an additional Detector ( 16 ) registers and from this the optical path length difference of the ordinary and extraordinary components of this beam can be calculated, which with the optical path length difference of the ordinary and extraordinary components of the parallel light beam coming from the polychromatic light source ( 1 ) after transmission of the birefringent Wedges ( 4 , 6 , 7 ) matches.

14. Arrangement according to claim 13, characterized in that the monochromatic light beam is preferably coupled into and out of the interferometer arrangement by means of mirrors ( 14 , 15 ), the monochromatic light beam optionally being able to run inside or outside the polychromatic light bundle.

15. Arrangement according to claim 13, characterized in that a laser is used as the monochromatic light source.

16. The arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the on the detector ( 10 ) optoelectronically detected interferen zen digitized and a computer to be performed for evaluation.

17. The arrangement according to claim 13 and / or 16, characterized in that with the additional detector ( 16 ) detected monochromatic interference of known wavelength who used to digitize the detected with the detector ( 10 ) he signals of polychromatic radiation trigger.

18. The arrangement according to claim 12 and / or 16, characterized in that the values of the angle of rotation are measured and further processed in order to trigger the digitization of the signals of the polychromatic radiation detected with the detector ( 10 ).

19. Arrangement according to one of claims 1 to 18, characterized in that the light coming from the light source ( 1 ) comprises the visible, near-infrared and / or the mid-infrared spectral range of the electromagnetic radiation.

20. Arrangement according to one of claims 1 to 19, characterized in that a light or hollow waveguide is arranged between the detector ( 10 ) and the focusing means ( 9 ).