DE19958555A1 - Strahlteilerbaugruppe sowie Interferometer mit einer Strahlteilerbaugruppe - Google Patents

Abstract

Es wird eine Strahlteilerbaugruppe bzw. ein Interferometer mit einer Strahlteilergruppe angegeben, wobei die Strahlteilergruppe ein darauf auftreffendes Eintritts-Strahlenbündel in mindestens ein erstes und ein hierzu paralleles zweites Austritts-Strahlenbündel aufteilt. Hierzu umfaßt die Strahlteilerbaugruppe ein Strahlteilerelement und ein Ausgleichselement. Das Strahlteilerelement besteht aus einer transparenten Platte, die zwei parallele Grenzflächen aufweist, von denen eine Grenzfläche zumindest teilweise als Strahlteilerfläche und eine weitere, zur erstgenannten Grenzfläche parallele Grenzfläche zumindest in einem Teilbereich als zumindest teilreflektierende Reflektorfläche wirkt. Das Ausgleichselement ist derart in Bezug auf das Strahlteilerelement angeordnet, daß die beiden Austritts-Strahlenbündel parallel zueinander verlaufen. Ferner ist das Ausgleichselement oder ggf. die optischen Weglängen im Interferometer derart dimensioniert, daß die beiden Austritts-Strahlenbündel im wesentlichen die gleichen optischen Weglängen im Strahlteilerelement und im Ausgleichselement durchlaufen haben (Figur 1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strahlteilerbaugruppe sowie ein In­ terferometer mit einer Strahlteilerbaugruppe.

Interferometer enthalten in der Regel ein oder mehrere Strahlteiler-Baugrup­ pen, die zur physikalischen Aufspaltung eines Strahlenbündels in einen Meßstrahlengang und einen Referenzstrahlengang dienen; oft ist hierbei auch von Meß- und Referenzarm die Rede. In umgekehrter Strahl-Richtung dient diese Baugruppe in der Regel zur Vereinigung der Meß- und Refe­ renzstrahlengänge. Je nach Interferometer-Variante sind die optischen Ach­ sen in Meß- und Referenzarm unterschiedlich zueinander orientiert. So kön­ nen Meß- und Referenzarm etwa senkrecht zueinander ausgerichtet sein oder aber parallel zueinander.

Im erstgenannten Fall werden dabei in der Regel Strahlteilerwürfel verwen­ det, auf die ein Tripelprisma aufgekittet ist, welches den Referenzarm bildet.

Hierzu sei z. B. auf die US 4,802,765 verwiesen.

Im zweiten Fall mit parallelen Meß- und Referenzstrahlengängen wird zu­ meist ein sog. Kösters-Prisma als geeigneter Strahlteiler eingesetzt. Ein der­ artiges Prisma ist als klassisches Strahlteilerelement etwa im Lehrbuch "Bauelemente der Optik", Naumann/Schröder, Carl Hanser Verlag, 6. Auf­ lage, S. 184 gezeigt. Als nachteilig an einer derartigen Variante einer Strahlteiler-Baugrupe ist zunächst anzuführen, daß es relativ aufwendig in der Herstellung ist. Im Fall eventueller, fertigungsbedingter Pyramidalfehler der Kösters-Teilprismen resultiert ein Strahlengang, der mehr oder weniger vom idealen Strahlengang abweicht. Desweiteren erweist sich als entschei­ dender Nachteil, daß die Parallelität der beiden Austritts-Strahlenbündel empfindlich vom möglichst korrekten Einfallswinkel des Einfalls-Strahlen­ bündels zur Strahlteiler-Baugruppe abhängt; bereits eine geringe Verkip­ pung gegenüber der idealen Einfallsachse bewirkt eine signifikante Konver­ genz bzw. Divergenz der beiden Austritts-Strahlenbündel. Ebenso wirkt sich ein eventueller Parallelversatz des Einfalls-Strahlenbündels gegenüber der idealen Einfallsachse deutlich auf den Abstand der beiden Austritts-Strah­ lenbündel aus. Insbesondere bei relativ großen optischen Weglängen zwi­ schen der Strahlteiler-Baugruppe und den nachgeordneten Meß- und Refe­ renzreflektoren im Meß- und Referenzarm sind derartige undefinierte Ände­ rungen in der Ausbreitungsrichtung der die Strahlteiler-Baugruppe verlas­ senden Strahlenbündel als nachteilig anzusehen, da nachfolgende Optik- Komponenten im Strahlengang exakt zu diesen Strahlenbündeln ausge­ richtet werden müssen. Es ist demzufolge ein großer Justageaufwand in Bezug auf den möglichst korrekten Einfall des Eintritts-Strahlenbündels er­ forderlich.

Aus der US 5,675,412 ist nunmehr eine Strahlteiler-Baugruppe bekannt, die diese Probleme grundsätzlich umgeht. Die beiden Bauteile, die eine strahl­ teilende bzw. strahlablenkende optische Wirkung in der Baugruppe aufwei­ sen, sind jedoch separat voneinander angeordnet und müssen demzufolge hochexakt zueinander justiert werden, damit die austretenden zwei Strah­ lenbündel auch parallel zueinander verlaufen.

Eine weitere Variante einer Strahlteiler-Baugruppe für ein Interferometer, die zwei parallel zueinander orientierte Strahlenbündel liefert, ist desweiteren in der US 5,808,739 offenbart. Hierbei trifft ein einfallendes Strahlenbündel auf eine erste Anordnung aus zwei parallel angeordneten Planplatten, die zu­ einander durch Abstandshalter fixiert werden. Auf der Rückseite der ersten Planplatte ist eine Strahlteilerschicht angeordnet, die den einfallenden Strahl in einen durchgelassenen Strahlanteil ART und einen reflektierten Strahlan­ teil ARR aufspaltet. Der reflektierte Strahlanteil ARR verläßt nach nochmali­ gem Durchlauf wieder die erste Platte und gelangt auf eine zweite Anord­ nung aus zwei beabstandet angeordneten Planplatten. Nach mehrmaliger Reflexion in der zweiten Anordnung verläßt dieser Strahlanteil ARR die Strahlteiler-Anordnung in Richtung Reflektor. Der an der Strahlteilerschicht der ersten Anordnung durchgelassene Strahlanteil ART wird an einer reflek­ tierenden Schicht der zweiten Planplatte reflektiert und wieder in Richtung der ersten Planplatte umgelenkt. Nach nochmaligem Durchtritt durch die erste Planplatte verläßt dieser Strahlanteil ART parallel zum Strahlanteil ARR die erste Planplattenanordnung.

Um bei dieser vorgeschlagenen Strahlteilervariante die erwünschten Vorteile zu erreichen, ist es nötig, innerhalb der ersten Anordnung die beiden Plana­ platten hochexakt parallel zueinander auszurichten; hierzu ist wiederum ein entsprechender Justageaufwand beim Zusammenbau bzw. Fertigungsauf­ wand bei der Herstellung der zwischen den Planplatten angeordneten Ab­ standshalter erforderlich.

Eine erste Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Strahl­ teilerbaugruppe insbesondere für ein Interferometer anzugeben, die ein einfallendes Strahlenbündel in mindestens zwei austretende, parallele Strahlenbündel aufspaltet. Gefordert ist hierbei eine möglichst hohe Unemp­ findlichkeit gegenüber nicht optimal ausgerichteten, einfallenden Strahlen­ bündeln. Ferner sollen keine großen fertigungstechnischen Anforderungen an die Herstellung der Strahlteilerbaugruppe zu stellen sein.

Eine zweite Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Inter­ ferometer anzugeben, bei dem die oben angesprochenen Probleme möglichst nicht auftreten.

Eine Strahlteilerbaugruppe für ein Interferometer, die den Anforderungen gemäß der ersten Teilaufgabe genügt, ist Gegenstand des Patentanspru­ ches 1.

Ein Interferometer, bei dem die Unzulänglichkeiten gemäß der zweiten Tei­ laufgabe beseitigt sind, ist Gegenstand des Patentanspruches 16.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Strahteilerbau­ gruppe bzw. des erfindungsgemäßen Interferometers ergeben sich aus den Maßnahmen, die in den jeweils abhängigen Patentansprüchen aufgeführt sind.

Die erfindungsgemäße Strahlteilerbaugruppe besteht im wesentlichen aus zwei separaten Elementen, nämlich einem Strahlteilerelement und einem Ausgleichselement. Beide Elemente der Strahlteilerbaugruppe sind hierbei als planparallele Platten ausgebildet, d. h. die Einhaltung von Parallelitäts­ anforderungen an die jeweiligen Grenzflächen erfordert weder einen beson­ deren fertigungstechnischen Aufwand noch eine eventuelle Justage dersel­ ben.

Desweiteren gewährleistet die erfindungsgemäße Strahlteilerbaugruppe, daß auch im Fall eines nicht optimal ausgerichteten Eintritts-Strahlenbündels die mindestens zwei Austritts-Strahlenbündel weitestgehend parallel zuein­ ander verlaufen bzw. der Abstand der beiden Austritts-Strahlenbündel wei­ testgehend erhalten bleibt.

Die vorgeschlagene Strahlteilerbaugruppe und die damit verbundene Justa­ getoleranz erlaubt desweiteren eine gewisse Flexibilität im Aufbau des erfin­ dungsgemäßen Interferometers, in dem dieselbe eingesetzt wird. So ist ins­ besondere ein modularer, justageunkritischer Aufbau des Interferometer- Meßkopfes möglich, bestehend aus einem Optik-Modul und einem Elektro­ nik-Modul. Ersteres Modul enthält u. a. hierbei die erfindungsgemäße Strahlteiler-Baugruppe, das letztgenannte Modul enthält hingegen u. a. die Detektorelemente zum Erfassen der Interferenzsignale.

Desweiteren kann das erfindungsgemäße Interferometer flexibel für ver­ schiedenste Applikationen ausgelegt werden, d. h. beispielsweise auch zur kombinierten Erfassung von Linear- und Rotationsbewegungen etc.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der erfindungsgemäßen Strahlteilerbau­ gruppe sowie des erfindungsgemäßen Interferometers ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen.

Dabei zeigt

Fig. 1 den Strahlengang einer ersten Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Strahlteilerbau­ gruppe;

Fig. 2a und 2b die Verhältnisse im Fall einer Abweichung des Eintritts-Strahlenbündels von der idealen Ein­ fallsrichtung;

Fig. 3 den Strahlengang eines ersten Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Interferometers, in dem die obige, erste Ausführungsform der Strahlteilerbaugruppe eingesetzt wird.

Fig. 4 den Strahlengang einer zweiten Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Strahlteilerbau­ gruppe;

Fig. 5 den Strahlengang einer dritten Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Strahlteilerbau­ gruppe;

Fig. 6 den Strahlengang einer zweiten Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Interferometers;

Fig. 7 den Strahlengang einer dritten Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Interferometers;

Fig. 8 den Strahlengang einer zweiten Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Interferometers.

Anhand von Fig. 1 sei nachfolgend der prinzipielle Aufbau der erfindungs­ gemäßen Strahlteilerbaugruppe anhand eines ersten Ausführungsbeispieles erläutert.

Die erfindungsgemäße Strahlteilerbaugruppe dieses Ausführungsbeispieles umfaßt mit einem Strahlteilerelement 1 und einem Ausgleichselement 2 im wesentlichen zwei Komponenten. Nicht dargestellt sind in Fig. 1 aus Grün­ den der Übersichtlichkeit hierbei die weiteren Interferometer-Elemente wie Lichtquelle, Reflektorelemente, Detektorelemente, Auswerteeinheit etc.

Das von der Lichtquelle, z. B. von einem HeNe-Laser, gelieferte Strahlen­ bündel gelangt als Eintritts-Strahlenbündel S zunächst auf das Strahltei­ lerelement 1. Dieses Element 1 ist als transparente Platte mit mindestens zwei exakt parallelen Grenzflächen 1.1, 1.2 ausgebildet. Als Plattenmaterial eignen sich z. B. optische Standardgläser wie BK7. Alternativ kann auch Quarzglas sowie ggf. Zerodur zum Einsatz kommen. An der Eintritts-Grenz­ fläche 1.1 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel im Eintrittsbereich lediglich eine Brechung des Eintritts-Strahlenbündels S in Richtung des eingezeich­ neten Lotes L der Eintrittsgrenzlläche 1.1 hin. Das Eintritts-Strahlenbündel S tritt hierbei unter dem Winkel α gegen das Lot L in das Strahlteilerelement 1 bzw. die transparente Platte ein. Der Winkel α wird in einer möglichen Aus­ führungsform hierbei als Brewster-Winkel α ≈ 57° gewählt, wenn als Plat­ tenmaterial Glas verwendet wird.

Nach dem Durchlauf durch die Platte trifft das Eintritts-Strahlenbündel S auf die zweite Grenzfläche 1.2, die zumindest im Auftreff-Teilbereich für das Eintritts-Strahlenbündel S als Strahlteilerfläche 1.3 ausgelegt ist. An der Strahlteilerfläche 1.3 erfolgt eine Aufspaltung des Eintritts-Strahlenbündels S in zwei Teilstrahlenbündel SR, ST. Das Teilstrahlenbündel SR wird hierbei an der Strahlteilerfläche 1.3 reflektiert und wieder in Richtung der ersten Grenzfläche 1.1 hin umgelenkt; das zweite Teilstrahlenbündel ST hingegen durchtritt die Strahlteilerfläche 1.3 in Richtung des Ausgleichselementes 2.

Auf der ersten Grenzfläche 1.1 ist zumindest im Auftreff-Teilbereich des Teilstrahlenbündels SR eine Reflektorfläche 1.4 angeordnet, an der dieses Teilstrahlenbündel SR wiederum in Richtung der zweiten Grenzfläche 1.2 reflektiert wird, die es in einem transparenten Teilbereich durchtritt, so daß dort lediglich eine Brechung an der entsprechenden Grenzfläche beim Übergang vom Glas nach Luft erfolgt. Nach dem Verlassen des Strahltei­ lerelementes 1 liegt somit das erste Austritts-Strahlenbündel SA1 vor, das im weiteren - nicht gezeigten - Interferometerstrahlengang als Meß- oder Refe­ renzstrahl eingesetzt werden kann.

Das an der Strahlteilerfläche 1.3 transmittierte Teilstrahlenbündel ST gelangt anschließend auf eine erste Grenzfläche 2.1 des Ausgleichselementes 2, wird an der Grenzfläche 2.1 gebrochen und durchläuft das Ausgleichsele­ ment 2 ohne weitere Ablenkung bis zur zweiten Grenzfläche 2.2, durch die es das Ausgleichselement 2 als zweites Austritts-Strahlenbündel SA2 ver­ läßt. Das zweite Austritts-Strahlenbündel SA2 kann dann wiederum als Meß- oder Referenzstrahlenbündel im weiteren Interferometerstrahlengang einge­ setzt werden.

Das Ausgleichselement 2 ist in der gezeigten Ausführungsform ebenfalls als planparallele Platte mit zwei zueinander parallelen Grenzflächen ausgebil­ det, d. h. die Eintritts- und Austritts-Grenzflächen 2.1, 2.2 sind hochexakt parallel zueinander orientiert. Als Material für das Ausgleichselement 2 eig­ nen sich wiederum die bereits oben angegebenen Materialien für das Strahlteilerelement 1.

Die wesentliche optische Funktionen des Ausgleichselementes 2 ist nun­ mehr darin zu sehen, daß darüber sichergestellt werden kann, daß die bei­ den Austritts-Strahlenbündel SA1, SA2 letztlich im wesentlichen die gleichen optischen Weglängen in den entsprechenden Elementen 1, 2 zurücklegen. Dies wird im dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch sichergestellt, daß die Dicke D₂ des Ausgleichselement 2 doppelt so groß gewählt wird wie die Dicke D₁ des Strahlteilerelementes 1.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel läßt sich die obige Forderung wie er­ wähnt einfach durch die Wahl der doppelten Dicke D₂ des Ausgleichsele­ mentes 2 im Vergleich zur Dicke D₁ des Strahlteilerelementes 1 umsetzen, da die beiden Elemente aus dem gleichen Material bestehen. Allgemein muß demzufolge gewährleistet sein, daß die Austritts-Strahlenbündel SA1, SA2 im wesentlichen die gleichen optischen Weglängen in den Elementen 1, 2 der Strahlteilerbaugruppe durchlaufen haben, wobei unter optischer Weglänge das Produkt aus geometrischer Weglänge und Brechungsindex verstanden sei. Durch eine derartige Auslegung des Ausgleichselementes 2 ist sichergestellt, daß auch im Fall von eventuellen Temperaturschwankun­ gen die beiden Austritts-Strahlenbündel SA1, SA2 in der erfindungsgemä­ ßen Strahlteilerbaugruppe den gleichen Einflüssen unterliegen und demzu­ folge auch identisch beeinflußt werden.

Als weiterer positiver Nebeneffekt ist im Zusammenhang mit der Funktion des Ausgleichselementes 2 aufzuführen, daß damit eine Vergrößerung des Abstandes A der beiden Austritts-Strahlenbündel SA1 und SA2 erreicht wer­ den kann. Dadurch lassen sich die Strahlengänge der beiden Austritts- Strahlenbündel SA1, SA2 an gewisse konstruktive Gegebenheiten des In­ terferometer-Aufbaus anpassen.

Als vorteilhaft erweist sich, das Ausgleichselement 2 geringfügig beabstan­ det vom Strahlteilerelement 1 anzuordnen, z. B. durch einen schmalen Luftspalt getrennt. Im Fall des hierzu alternativen Aufkittens dieses Elemen­ tes 2 auf das Strahlteilerelement 1 könnte eine Strahlscherung aufgrund ei­ nes sog. Kittfehlers, wie z. B. einer eventuellen keiligen Kittschicht, verur­ sacht werden. Desweiteren würde das Aufkitten einen zusätzlichen Arbeits­ gang in der Fertigung der Baugruppe darstellen.

Die Strahlteilerfläche 1.3 im Strahlteilerelement 1 ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 polarisationsoptisch wirksam, d. h. die beiden Austritts-Strahlen­ bündel SA1 und SA2 weisen zueinander senkrecht orientierte Polarisations­ richtungen auf. Die Reflektorfläche 1.4 des Strahlteilerelementes 2 ist als hochreflektierendes dielektrisches Schichtpaket ausgebildet.

Wenn in einer derartigen Ausführungsform die Strahlteilerfläche derart aus­ gelegt wird, daß das transmittierte Teilstrahlenbündel ST eine p-Polarisation aufweist, so ergibt sich im Fall des oben erwähnten Einfallswinkels α ≈ 57° ein weiterer positiver Nebeneffekt. Es muß in diesem Fall dann keine reflex­ mindernde Beschichtung bzw. Vergütung auf den Grenzflächen 2.1, 2.2 des Ausgleichselementes 2 aufgebracht werden, d. h. es resultiert ein verringer­ ter Fertigungsaufwand.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die oben beschriebene Ausbil­ dung der Strahlteilerfläche 1.3 bzw. der Reflektorfläche 1.4 keineswegs er­ findungswesentlich ist. Vielmehr sind auch bekannte Alternativen hierzu im Rahmen der vorliegenden Erfindung realisierbar. So kann die Strahlteilerflä­ che 1.3 etwa auch als sog. Neutralteiler ausgelegt werden, der sowohl di­ elektrisch als auch metallisch ausgebildet sein kann. Ebenso ist es möglich, die Reflektorfläche 1.4 als metallische Reflektorfläche zu realisieren, bei­ spielsweise in Form einer Al- oder Ag-Beschichtung usw.

In beiden Fällen ist lediglich die strahlaufteilende bzw. strahlreflektierende Wirkung der jeweiligen Flächen im Rahmen der vorliegenden Erfindung rele­ vant.

Mit Hilfe der beiden Fig. 2a und 2b soll nachfolgend ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Strahlteilerbaugrupe veranschaulicht wer­ den. Gezeigt ist hierbei das in Fig. 1 beschriebene Ausführungsbeispiel der Strahlteilerbaugruppe, wobei jeweils neben einem optimal eintretenden Ein­ tritts-Strahlenbündel S ein weiteres Eintritts-Strahlenbündel S' dargestellt ist, das abweichend von der idealen Einfallsrichtung in die Strahlteilerbaugruppe eintritt. In der Praxis bedeutet dies, daß die Strahlteilerbaugruppe beispiels­ weise verdreht gegenüber dem Eintritts-Strahlenbündel S angeordnet ist.

Im Fall der Fig. 2a tritt das Eintritts-Strahlenbündel S' hierbei unter dem Winkel Δa gegenüber der idealen Einfallsrichtung bzw. dem Eintritts-Strah­ lenbündel S in die erfindungsgemäße Strahlteilerbaugruppe bzw. das Strahlteilerelement 1 ein. Trotz der vorhandenen Abweichung resultieren aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen ausgangsseitig jedoch wie­ derum zwei Austritts-Strahlenbündel SA1', SA2', die exakt parallel zueinan­ der orientiert sind, d. h. der Winkel β' zwischen den beiden Austritts-Strah­ lenbündeln SA1 ', SA2' ergibt sich wie im Ideal-Fall der beiden Austritts- Strahlenbündel SA1, SA2 als β' = β = 0.

Im Fall der Verwendung eines herkömmlichen Kösters-Prismas würde in diesem Fall ein Winkel β ≠ 0 resultieren, was wiederum entsprechende Pro­ bleme bei der Justierung nachgeordneter Optikkomponenten zur Folge hätte.

In Fig. 2b ist schließlich skizziert, wie sich ein eventueller Parallelversatz Δd des Eintritts-Strahlenbündels S' von der idealen Einfallsrichtung eines Eintritts-Strahlenbündels S auf die beiden Austritts-Strahlenbündel SA1', SA2' auswirkt. In der Praxis würde dies wiederum bedeuten, daß ein Paral­ lelversatz der Strahlteilerbaugruppe gegenüber dem Eintritts-Strahlenbündel S' vorliegt, beispielsweise verursacht durch nicht-optimale Justage der Strahlteilerbaugruppe.

In Fig. 2b ist nunmehr erkennbar, daß auch ein derartiger, eventueller Par­ allelversatz den Abstand der beiden Austritts-Strahlenbündel SA1', SA2' nicht beeinflußt; auch im Fall des vorliegenden Parallelversatzes Δd des Eintritts-Strahlenbündels S' ändert sich der Abstand A' zwischen den beiden Austritts-Strahlenbündeln SA1', SA2' im Vergleich zum Idealfall mit dem Abstand A zwischen den beiden Austritts-Strahlenbündeln SA1, SA2 nicht, d. h. A' = A.

Demgegenüber wäre bei einem Kösters-Prisma in diesem Fall eine Ände­ rung des Abstandes A' zu erwarten gewesen, was wiederum Probleme im nachfolgenden Strahlengang verursacht.

Eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Interferometers, in dem die oben beschriebene Strahlteilerbau­ gruppe eingesetzt wird, ist in Fig. 3 gezeigt.

Das erfindungsgemäße Interferometer 50 umfaßt hierbei eine Lichtquelle 51, beispielsweise einen bekannten HeNe-Laser, dessen Ausgangsstrahl als Eintritts-Strahlenbündel S in die erfindungsgemäße Strahlteilerbaugruppe 100 eintritt. Diese ist identisch zum ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet, welches bereits in Fig. 1 beschrieben wurde. Auf eine erneute detaillierte Beschreibung der Strahlteilerbaugruppe 100 sei deshalb an dieser Stelle verzichtet.

Die Strahlteilerbaugruppe 100 verlassen zwei parallele Austritts-Strahlen­ bündel SA1, SA2. Hierbei gelangt das erste Austritts-Strahlenbündel SA1 in einen Referenzarm des Interferometers 50, in dem beabstandet von der Strahlteilerbaugruppe 100 ein stationärer Referenzreflektor 53 angeordnet ist. Der Referenzreflektor 53 ist hierbei vorzugsweise als bekanntes Tri­ pelprisma ausgebildet.

Das zweite Austritts-Strahlenbündel wiederum tritt in den eigentlichen Meß­ arm des Interferometers 50 ein, in dem ein Meßreflektor 54 beweglich in Meßrichtung x angeordnet ist, dessen Relativ- oder ggf. Absolutposition zu bestimmen ist. Auch der Meßreflektor 54 ist als Tripelprisma ausgebildet.

Nach Reflexion der beiden Austritts-Strahlenbündel SA1, SA2 an den beiden Reflektoren 53, 54 im Meß- und Referenzarm gelangen die rückreflektierten Strahlenbündel SA1R, SA2R wieder auf die erfindungsgemäße Strahlteiler­ baugruppe 100. Diese wird nunmehr von den beiden Strahlenbündeln SA1R, SA2R in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen, die an der Strahlteil­ erfläche 1.3 wieder zusammengeführt bzw. vereinigt werden. Das Paar in­ terfererenzfähiger Strahlenbündel gelangt als Strahlenbündel SIF schließlich auf eine Detektoreinheit 55, die die auftretenden lnterferenzsignale erfaßt und zur Weiterverarbeitung bzw. Positionsbestimmung an eine nachgeord­ nete Auswerteeinheit 56 übergibt. An dieser Stelle sei erwähnt, daß z. B. im Strahlengang der beiden interferenzfähigen Strahlenbündel noch weitere optische Elemente angeordnet sein können, die in Fig. 3 jedoch nicht im einzelnen dargestellt sind. Hierbei kann es sich etwa um polarisationsopti­ sche und strahlteilende Elemente handeln etc., die z. B. in bekannter Art und Weise zur Erzeugung phasenverschobener lnterferenzsignale dienen.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Strahlteilerbau­ gruppe sei nachfolgend anhand von Fig. 4 erläutert.

Wiederum umfaßt die Strahlteilerbaugruppe im wesentlichen zwei Kompo­ nenten: ein Strahlteilerelement 21, ein Ausgleichselement 22.

Sowohl das Strahlteilerelement 21 als auch das Ausgleichselement 22 sind wie im vorherigen Ausführungsbeispiel als planparallele Platte ausgebildet, die aus den oben bereits angegebenen Materialien gefertigt wird.

Das Eintritts-Strahlenbündel S trifft wiederum auf eine erste Grenzfläche 21.1 des Strahlteilerelementes 21 auf. In diesem Bereich ist die erste Grenz­ fläche 21.1 nunmehr als Strahlteilerfläche 21.3 ausgebildet. Das Eintritts- Strahlenbündel S wird an der Strahlteilerfläche 21.3 in ein erstes Teilstrah­ lenbündel ST und ein zweites Teilstrahlenbündel SR aufgespalten.

Das erste Teilstrahlenbündel ST durchtritt die Strahlteilerfläche 21.3 und trifft nach Durchlaufen des Strahlteilerelementes 21 auf die zweite Grenzfläche 21.2 desselben auf, das in diesem Teilbereich als Reflektorfläche 21.4 aus­ gebildet ist. Von der Reflektorfläche 21.4 wird das Teilstrahlenbündel ST wiederum in Richtung der ersten Grenzfläche 21.1 zurückreflektiert, die in einem Teilbereich dann transmittiert wird und wo eine entsprechende Bre­ chung beim Übergang von Glas nach Luft stattfindet. Nach dem Verlassen des Strahlteilerelementes 21 liegt ein erstes Austritts-Strahlenbündel SA1 vor.

Das an der Strahlteilerfläche 21.3 reflektierte, zweite Teilstrahlenbündel SR wird in Richtung des Ausgleichselementes 22 bzw. in Richtung einer ersten Grenzfläche 22.1 desselben umgelenkt. Das Teilstrahlenbündel SR durch­ läuft das Ausgleichselement 22 und tritt an der zweiten Grenzfläche 22.2 desselben als zweites Austritts-Strahlenbündel SA2 wieder aus diesem Bauteil 22 aus.

In Bezug auf die verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten der erfindungs­ gemäßen Strahlteilerbaugruppe sei auf die vorhergehende Beschreibung des ersten Ausführungsbeispieles verwiesen.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Strahlteilerbau­ gruppe sei nachfolgend anhand der Fig. 5 erläutert, das im wesentlichen aus einer Kombination der beiden vorhergehenden Varianten resultiert. Diese unterschieden sich primär darin, daß einmal ein glasseitiger Einfall des Eintritts-Strahlenbündels auf die Strahlteilerfläche erfolgte (Fig. 1), während im anderen Fall ein luftseitiger Einfall vorgesehen war (Fig. 4).

Mit Hilfe der in Fig. 5 dargestellten Variante der Strahlteilerbaugruppe läßt sich z. B. ein sog. Zwei-Achsen-Interferometer aufbauen, da ausgangsseitig zwei Paare mit jeweils zwei parallelen Austrittsstrahlenbündeln SA1, SA2, SB1, SB2 erzeugt werden. Je ein Paar der Austrittsstrahlenbündel SA1, SA2, SB1, SB2 dient zur Vermessung einer Koordinatenachse x oder y.

Die erfindungsgemäße Strahlteilerbaugrupe umfaßt nunmehr neben einem Strahlteilerelement 31 zwei weitere Ausgleichselemente 32A, 32B in jeder der beiden Austrittsrichtungen x, y. Die Ausgleichselemente 32A, 32B sind erneut als planparallele Platten mit mindestens zwei zueinander parallel ori­ entierten Grenzflächen ausgebildet.

Das Eintritts-Strahlenbündel S trifft wiederum auf die erste Grenzfläche 31.1 des Strahlteilerelementes 31, die in diesem Teilbereich eine erste Strahlteil­ erfläche 31.3 aufweist. Während in den bisherigen Varianten das Strahltei­ lungsverhältnis an den jeweiligen Strahlteilerflächen im Regelfall als 1 : 1 ge­ wählt wurde, ist nunmehr ein bestimmtes Verhältnis der Intensitäten der re­ flektierten und transmittierten Teilstrahlenbündel von Bedeutung. So wird die erste Strahlteilerfläche 31.3 so ausgebildet, daß das Intensitätsverhältnis I des reflektierten ersten Teilstrahlenbündels SR zum transmittierten zweiten Teitstrahlenbündel ST als I = 1 : 3 gewählt wird.

Das erste Teilstrahlenbündel SR wird an der Strahlteilerfläche 31.3 in Rich­ tung des ersten Ausgleichselementes 32.B umgelenkt, tritt durch dessen erste Grenzfläche 32.B1 ein, durchläuft dieses und verläßt das erste Aus­ gleichselement 32.B als erstes Austritts-Stahlenbündel SB1 in (negativer) x- Richtung.

Das zweite Teilstrahlenbündel ST durchläuft das Strahlteilerelement 31 in Richtung der zweiten Grenzfläche 31.2 des Strahlteilerelementes 31 und trifft in einem Teilbereich auf, in dem eine zweite Strahlteilerfläche 31.5 an­ geordnet ist. Dieser Teilbereich wirkt wiederum teilreflektierend bzw. teil­ transmitterend für das auftreffende Teilstrahlenbündel ST, wobei das Inten­ sitätsverhältnis I aus reflektiertem zu transmittiertem Strahlanteil nunmehr als I = 2 : 1 gewählt wird. Es resultieren an der zweiten Strahlteilerfläche 31.5 demzufolge ein drittes und viertes Teilstrahlenbündel STT, STR.

Das zweite Teilstrahlenbündel STR wird wiederum in Richtung der ersten Grenzfläche 31.1 des Strahlteilerelementes 31 zurückreflektiert und trifft in einem Teilbereich derselben auf, die als Strahlteilerfläche 31.6 wirksam ist und nachfolgend als dritte Strahlteilerfläche 31.6 bezeichnet sei. Das Ver­ hältnis I von reflektierter zur transmittierter Strahlintensität ist bei der dritten Strahlteilerfläche 31.6 als I = 1 : 1 gewählt.

Das an der dritten Strahlteilerfläche 31.6 transmittierte Teilstrahlenbündel verläßt schließlich das Strahlteilerelement 31 und damit die Strahlteilerbau­ gruppe als zweites Austrittsstrahlenbündel SB2 parallel zum ersten Austritts- Strahlenbündel SB1.

Das dritte Teilstrahlenbündel STT, das die zweite Strahlteilerfläche 31.5 durchtritt, gelangt nachfolgend das zweite Ausgleichselement 32.A. Nach dem Eintritt des Teilstrahlenbündels STT durch die erste Grenzfläche 32.A1 des Ausgleichselementes 32.A durchläuft das Teilstrahlenbündel STT das Ausgleichselement 32.A und verläßt das zweite Ausgleichselement 32.A durch die zweite Grenzfläche 32.A2 als drittes Austritts-Strahlenbündel SA2 in y-Richtung.

Das an der dritten Strahlteilerfläche reflektierte Teilstrahlenbündel STRR wird in Richtung der zweiten Grenzfläche 31.2 des Strahlteilerelementes 31 umgelenkt und durchtritt diese Grenzfläche 31.2 in einem Teilbereich, in dem lediglich eine Brechung beim Übergang von Glas nach Luft erfolgt. Es resultiert aus diesem Teilstrahlenbündel STRR das vierte Austritts-Strahlen­ bündel SA1, welches parallel zum dritten Austrittsstrahlenbündel SA2 orien­ tiert ist.

Die beiden Paare von jeweils parallelen Austritts-Strahlenbündeln SA1, SA2, SB1, SB2 sind orthogonal zueinander orientiert und können in entsprechen­ den Interferometer-Anordnungen wiederum zur Bestimmung der Position eines Meßreflektors genutzt werden, wie dies z. B. anhand von Fig. 3 erläu­ tert wurde.

Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Interferometers 60 ist in Fig. 6 gezeigt. Diese Variante ermöglicht nunmehr nicht nur die Erfas­ sung der Linearbewegung eines zu vermessenden Objektes sondern auch die gleichzeitige Messung einer eventuelle Rotationsbewegung einer linear verschiebbaren Baugruppe. Entsprechende Aufgabenstellungen liegen etwa im Bereich von Halbleiter-Fertigungssystemen vor, wie z. B. bei Wafer-Step­ pern etc.

Als wesentlicher Unterschied zur ersten erfindungsgemäßen Interferometer- Variante in Fig. 3 ist aufzuführen, daß die in Fig. 6 dargestellte Ausfüh­ rungsform zwei als Tripelprisma ausgebildete Meßreflektoren 54A, 54B um­ faßt, die zusammen in einer Baueinheit 55 angeordnet sind. Die Baueinheit 55 ist in x-Richtung verschiebbar gegenüber den restlichen Interferometer- Komponenten angeordnet; darüberhinaus kann aufgrund von Führungstole­ ranzen noch eine Rotation der Baueinheit 55 um die Achse z resultieren, die senkrecht zur Zeichenebene orientiert ist. Sowohl die Verschiebung in x- Richtung als auch die Rotation um die z-Achse können mit Hilfe der zweiten erfindungsgemäßen Interferometer-Variante erfaßt werden.

Zu diesem Zweck sind bestimmte Modifikationen im Strahlengang im Ver­ gleich zu den vorherigen Beispielen erforderlich, u. a. im Aufbau der einge­ setzten Strahlteiler-Baugruppe 200, die nachfolgend erläutert werden sollen. Das erfindungsgemäße Interferometer 60 umfaßt eine Lichtquelle 61, die das Eintritts-Strahlenbündel S liefert, welches in die Strahlteilerbaugruppe 200 gelangt. Dieselbe weist nunmehr einen für diese Anwendung modifi­ zierten Aufbau auf. So sind ähnlich zum Beispiel aus Fig. 5 neben einem Strahlteilerelement 41 zwei Ausgleichselemente 42A, 42B vorgesehen, die in der gezeigten Art und Weise geringfügig beabstandet vom Strahltei­ lerelement 41 angeordnet sind. Das Strahlteilerelement 41, das erste Aus­ gleichselement 42A und das zweite Ausgleichselement 42B sind wiederum als planparallele Platten aus den oben aufgeführten Materialien ausgebildet. Auf derjenigen Grenzfläche des Strahlteilerelementes 41, die der Lichtquelle 61 zugewandt ist, sind insgesamt drei Teilbereiche als Reflektorflächen 41.1, 41.2, 41.3 ausgebildet; alternativ könnte an dieser Stelle selbstverständlich auch eine einzige durchgehende Reflektorschicht eingesetzt werden. Auf der gegenüberliegenden, zweiten Grenzfläche sind zwei Teilbereiche als Strahlteilerflächen 41.4, 41.5 ausgebildet; zwischen den Strahlteilerflächen 41.4, 41.5 ist ein weiterer Teilbereich als Reflektorfläche 41.6 ausgebildet. Die Strahlteilerflächen 41.4, 41.5 sind hinsichtlich des Strahlteilungsverhält­ nisses so ausgelegt, daß die letztlich zur Interferenz kommenden Teilstrah­ lenbündel möglichst die gleichen Intensitäten aufweisen.

Die dargestellte Variante der Strahlteilerbaugruppe 200 liefert ausgangssei­ tig drei parallele Austritts-Strahlenbündel SA1, SA2, SA3. Zwei der Austritts- Strahlenbündel SA1, SA3 werden als Meßstrahlen genutzt, die auf die bei­ den Meßreflektoren 54A, 54B in der Baueinheit 55 auftreffen. Das dritte Austritts-Strahlenbündel SA2 wird als Referenzstrahl genutzt und trifft auf den stationären Referenzreflektor 63 auf, der ebenfalls als retroreflektieren­ des Tripelprisma ausgebildet ist. Nach Rückreflexion von den Reflektoren 54B und 63 gelangen die beiden rückreflektierten Strahlenbündel SA2R und SA3R auf die Strahlteilerbaugruppe 200 bzw. dort auf das zweite Aus­ gleichselement 42B und das Strahlteilerelement 41.

Das zurückreflektierte Strahlenbündel SA1R gelangt auf eine weitere Strahlteilerbaugruppe 300, die in Fig. 6 lediglich schematisch angedeutet ist. Von der zweiten Strahlteilerbaugruppe 300 wird das Strahlenbündel SA1R wiederum in zwei parallele Austritts-Strahlenbündel SA1R1, SA2R2 aufgespalten, die dann auf das erste Ausgleichselement 42A auftreffen. Im Hinblick auf die zweite Strahlteiler-Baugruppe 300 ist lediglich anzuführen, daß darüber aus einem einfallenden Eintritts-Strahlenbündel zwei parallele Austritts-Strahlenbündel erzeugbar sein müssen. Beispielsweise könnte an dieser Stelle demzufolge eine erfindungsgemäße Strahlteiler-Baugruppe eingesetzt werden, wie sie anhand von Fig. 1 beschrieben wurde.

Das von der zweiten Strahlteiler-Baugruppe 300 gelieferte Strahlenbündel SA1R1 wird im Strahlteilerelement 41 mit dem vom Meßreflektor 54B zu­ rückreflektierten Strahlenbündel SA3R zusammengeführt; als interferenzfä­ higes erstes Paar von Strahlenbündeln gelangen diese beiden Strahlenbün­ del SAIR1, SA3R als Strahlenbündel SIFW auf eine erste Detektoreinheit 65.1. Das Strahlenbündel SIFW bzw. das entsprechende lnterferenzsignal liefert hierbei die Information bezüglich einer eventuellen Rotation der Bau­ einheit 55 um die z-Achse.

Das von der zweiten Strahlteiler-Baugruppe 300 gelieferte Strahlenbündel SA1R2 wird im Strahlteilerelement 41 mit dem vom stationären Meßreflektor 63 zurückreflektierten Strahlenbündel SA2R zusammengeführt; als interfe­ renzfähiges zweites Paar von Strahlenbündeln gelangen diese beiden Strahlenbündel SA1R2, SA2R als Strahlenbündel SIFL auf eine zweite De­ tektoreinheit 65.2. Das Strahlenbündel SIFL liefert die Information bezüglich einer linearen Verschiebung der Baueinheit 55 entlang der Meßrichtung x.

Die von den beiden Detektoreinheiten 65.1, 65.2 erfaßten Interferenzsignale werden zur Weiterverarbeitung an eine nachgeordnete Auswerteeinheit 66 übergeben.

Im Hinblick auf die optischen Weglängen der verschiedenen Strahlenbündel, die zur Interferenz kommen gilt auch in diesem Beispiel, daß die jeweiligen optischen Weglängen im Interferometer, die z. B. in Glas und Luft zurückge­ legt wurden, identisch sind. Hierzu wurde die Dicke des zweiten Ausgleichs­ elementes 42B doppelt so groß gewählt wie die Dicke des Strahlteilerele­ mentes 41; die Dicke des ersten Ausgleichselementes 42A wiederum ist viermal so groß gewählt wie die Dicke des Strahlteilerelementes 41. Im Hin­ blick auf die Definition der Dicken dieser Elemente sei auf das beschriebene Beispiel in Fig. 1 verweisen.

In einer weiteren vorteilhaften Abwandlung dieses Ausführungsbeispieles kann vorgesehen werden, die von den verschiedenen Reflektoren 54A, 54B, 63 zurückkommenden Strahlenbündel SA1R, SA2R, SA3R nicht in der glei­ chen Ebene zurückzureflektieren, in der der die Strahlenbündel SA1, SA2, SA3 auf die Reflektoren 54A, 54B, 63 einfallen, d. h. in der Zeichenebene; es kann vielmehr ebenso vorgesehen werden, die Strahlenbündel SA1R, SA2R, SA3R senkrecht zur Einfallsebene zurück zur Strahlteiler-Baugruppe 200 zu reflektieren. Dies bietet Vorteile im Hinblick auf die resultierende Baugröße der Strahlteiler-Baugruppe 300 als auch hinsichtlich der Ausge­ staltung der verschiedenen Strahlteiler- und Reflektorflächen in der Strahl­ teiler-Baugruppe 300.

Anschließend sei eine dritte Variante des erfindungsgemäßen Interferome­ ters anhand der Fig. 7 erläutert. In den beiden oben erläuterten Interfero­ meter-Ausführungsformen wurden als Reflektoren stets Tripelprismen ein­ gesetzt, d. h. retroreflektierende Elemente. Nunmehr ist hingegen vorgese­ hen, zumindest in einem Interferometerarm einen Planspiegel als Reflektor einzusetzen, beispielsweise im Meßarm. Dies ist insbesondere dann vorteil­ haft, wenn mit Hilfe des erfindungsgemäßen Interferometers Bewegungen in einer Ebene erfaßt werden sollen, d. h. beispielsweise eine gleichzeitige Be­ wegung in x- und y-Richtung. Um auch in diesem Fall eine interferometri­ sche Positionsbestimmung zu ermöglichen, sind räumlich ausgedehnte Re­ flektoren erforderlich, damit auch im Fall einer gleichzeitigen Bewegung in x- und y-Richtung eine Rückreflexion vom jeweiligen Meßreflektor erfolgt. Zu diesem Zweck sind retroreflektierende Elemente wie Tripelprismen ungeeig­ net.

Das von einer in - Fig. 7 nicht gezeigten - Lichtquelle kommende, linear polarisierte Eintritts-Strahlenbündel S gelangt hierbei zunächst wieder auf die Strahlteilerbaugruppe 400, die in dieser Ausführungsform neben dem Strahlteilerelement 71 und dem Ausgleichselement 72 noch ein weiteres Reflektorelement 75 umfaßt. Auf der dem einfallen Eintritts-Strahlenbündel S zugewandten Grenzfläche des Strahlteilerelementes 71 ist ein Teilbereich vorgesehen, der als Reflektorfläche 71.1 dient; auf der gegenüberliegenden Grenzfläche ist ein Teilbereich als Strahlteilerfläche 71.2 ausgelegt. In ana­ loger Weise zum Ausführungsbeispiel in Fig. 1 liefert die Strahlteilerbau­ gruppe 400 wiederum zwei parallele Austritts-Strahlenbündel SA1, SA2.

Das erste Austritts-Strahlenbündel SA1 gelangt im Referenzarm des Inter­ ferometers auf einen Referenzreflektor 73, der als retroreflektierendes Tri­ pelprisma ausgelegt ist. Vom Referenzreflektor 73 wird das Strahlenbündel SA1 R in Richtung der Strahlteilerbaugruppe 400 zurückreflektiert und mit einem zweiten Strahlenbündel SA2R' zusammengeführt, so daß ein Paar in­ terferenzfähiger Strahlenbündel SIF auf die - in Fig. 7 nicht gezeigt - De­ tektoreinheit gelangt.

Das zweite Interferenzstrahlenbündel SA2R' resultiert hierbei in nachfolgend erläuterter Weise aus dem zweiten Austritts-Strahlenbündel SA2, das die Strahlteilerbaugrupppe 400 in Richtung des in x-Richtung beweglichen Meß­ reflektors 74 verläßt. Wie bereits angedeutet ist der Meßreflektor 74 nun­ mehr als räumlich ausgedehnter Planspiegel ausgebildet.

Das nach wie vor linear polarisierte Austritts-Strahlenbündel SA2 durchläuft vor dem Auftreffen auf den Meßreflektor 74 ein polarisations-veränderndes Element 76 in Form einer λ/4-Platte, durch die es eine zirkulare Polarisation erhält. Nach der Rückreflexion am Meßreflektor 74 weist das Strahlenbündel SA2R eine entgegengesetzte zirkulare Polarisation auf. Nach nochmaligem Durchtritt durch die λ/4-Platte 76 liegt ein linear-polarisiertes Strahlenbündel vor, wobei die Polarisationsebene senkrecht zu derjenigen des ursprüngli­ chen Eintritts-Strahlenbündels S orientiert ist. Nach Durchlauf durch das Ausgleichselement 72 trifft das derart polarisierte Strahlenbündel SA2R auf die Strahlteilerfläche 71.2 auf und wird nunmehr vollständig in Richtung des retroreflektierenden Reflektorelementes 75 reflektiert. Nach Zurückreflexion über das Reflektorelement 75 auf die Strahlteilerfläche 71.2 erfolgt eine nochmalige vollständige Reflexion in Richtung des Ausgleichselementes 72, ehe das Strahlenbündel SA2' die Strahlteilerbaugruppe 400 in Richtung des Meßreflektors 74 verläßt. Nach Durchlauf durch die λ/4-Platte 76 liegt wie­ derum ein zirkular polarisiertes Strahlenbündel vor, das auf den Meßreflektor 74 auftrifft. Nach der Rückreflexion am Meßreflektor besitzt das Strahlen­ bündel SA2R' wiederum die umgekehrte zirkulare Polarisation; nach Durch­ lauf durch die λ/4-Platte 76 ist das Strahlenbündel SA2R' linear-polarisiert, wobei die Polarisationsebene nunmehr senkrecht zur Polarisationsebene des Strahlenbündels SA1R ist, mit dem es schließlich überlagert wird. Hierzu wird das Strahlenbündel SA2R' nach Durchlaufen des Ausgleichselementes 72 und Transmission durch die Strahlteilerfläche 71.2 mit dem Strahlenbün­ del SA1R innerhalb des Strahlenbündels SIF zusammengeführt, welches schließlich auf die Detektoreinheit gelangt und das verschiebungsabhängige lnterferenzsignal liefert.

In dieser Variante des erfindungsgemäßen lnterferometers wird die Forde­ rung nach gleichen zurückgelegten optischen Weglängen in Glas und Luft ebenfalls eingehalten, obwohl das Strahlteilerelement 71 und das Aus­ gleichselement 72 innerhalb der Strahlteilerbaugruppe die gleiche Dicke aufweisen. Aufgrund des zwei- bzw. viermaligen Durchlaufs durch das Aus­ gleichselement 72 wird die obige Forderung jedoch auch in dieser Konfigu­ ration erfüllt.

In einer möglichen Abwandlung der Interferometer-Variante in Fig. 7 ist es ferner möglich, diese als Differential-Planspiegel-Interferometer auszubilden. Hierzu wäre ergänzend zum Beispiel in Fig. 7 i. w. ein zweiter Planspiegel- Meßreflektor zum dort vorgesehenen Meßreflektor 74 erforderlich, auf den dann eines der beiden Austritts-Strahlenbündel SA2, SA2' auftrifft.

Eine weitere Abwandlung des Interferometer-Ausführungsbeispiels aus Fig. 7 ist schließlich in Fig. 8 gezeigt. Wiederum ist der bewegliche Meßre­ flektor 84 als Planspiegel ausgebildet, während als stationärer Referenzre­ flektor 83 ein Tripelprisma dient.

Das vierte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen lnterferometers entspricht mit Ausnahme eines zweiten Reflektorelementes 85.2 in der Strahlteilerbaugruppe 500 im wesentlichen dem Aufbau des vorherigen, dritten Ausführungsbeispieles. Hierbei umfaßt die Strahlteilerbaugruppe 500 wiederum ein Strahlteilerelement 81 mit Grenzflächen-Teilbereichen, die als Reflektorflächen 81.1 und als Strahlteilerflächen 81.2 wirksam sind. Ferner ist wie im Beispiel der Fig. 7 ein polarisations-änderndes, optisches Ele­ ment 86 in Form einer λ/4-Platte im Meßarm angeordnet.

Durch die gezeigte Anordnung des zweiten Reflektorelementes 85.2 wird letztlich ein zweiter Durchlauf der Strahlenbündel durch sämtliche Interfero­ meter-Komponenten bewirkt, ehe ein Paar interferierender Strahlenbündel SIF auf eine wiederum nicht gezeigte Detektoreinheit gelangt. Als wesentli­ cher Effekt dieses zweimaligen Durchlaufes der verschiedenen Strahlen­ bündel durch die verschiedenen Interferometer-Komponenten resultiert eine halbierte Signalperiode im erzeugten Interferenzsignal im Vergleich zum vorherigen Beispiel. Es ist mit dieser Variante des erfindungsgemäßen In­ terferometers somit eine Auflösungssteigerung bei der Positionsbestimmung möglich.

Ebenso wäre wie im vorhergehenden Beispiel wiederum möglich, diese Va­ riante als Differential-Planspiegel-Interferometer auszubilden. Hierzu wäre wie oben i. w. ein zweiter Planspiegel-Meßreflektor erforderlich, auf den dann zwei der vier entsprechenden Austritts-Strahlenbündel SA2, SA2' auftreffen.

Die vorliegende Erfindung ist somit keinesfalls auf die vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiele beschränkt; vielmehr existieren im Rahmen der Lehre vorlie­ gender Erfindung eine Reihe vorteilhafter Ausführungsmöglichkeiten.

Claims (20)

1. Strahlteilerbaugruppe, inbesondere für ein Interferometer, um ein darauf auftreffendes Eintritts-Strahlenbündel (S) in mindestens ein erstes und mindestens ein hierzu paralleles zweites Austritts-Strahlenbündel (SA1, SA2; SB1, SB2) aufzuteilen, wobei die Strahlteilerbaugruppe minde­ stens ein Strahlteilerelement (1; 21; 31; 41; 71; 81) und mindestens ein Ausgleichselement (2; 22; 32.A, 32.B; 42A, 42B; 72; 82) umfaßt und das Strahlteilerelement (1; 21; 31; 41; 71; 81) aus einer transparenten Platte besteht, die zwei parallele Grenzflächen (1.1, 1.2; 21.1, 21.2; 31.1, 31.2) aufweist, von denen eine Grenzfläche (1.2; 21.1; 31.1, 31.2) zumindest teilweise als Strahlteilerfläche (1.3; 21.3; 31.3, 31.5, 31.6; 41.3, 41.4, 41.5; 71.2; 81.2) und eine weitere, zur erstgenannten Grenzfläche (1.2; 21.1; 31.1, 31.2) parallele Grenzfläche (1.1; 21.2; 31.1, 31.2) zumindest in einem Teilbereich als zumindest teilreflektierende Reflektorfläche (1.4; 21.4; 31.3, 31.5, 31.6; 41.1, 41.2; 71.1; 81.1) wirkt und das Aus­ gleichselement (2; 22; 32.A, 32.B; 42A, 42B; 72; 82) derart in Bezug auf das Strahlteilerelement (1; 21; 31; 41; 71; 81) angeordnet ist, daß min­ destens zwei Austritts-Strahlenbündel (SA1, SA2; SB1, SB2) parallel zueinander verlaufen und das Ausgleichselement (2; 22; 32.A, 32.B; 42A, 42B; 72; 82) desweiteren derart dimensioniert ist, daß die Austritts- Strahlenbündel (SA1, SA2; SB1, SB2) im wesentlichen die gleichen op­ tischen Weglängen im Strahlteilerelement (1; 21; 31; 41; 71; 81) und im Ausgleichselement (SA1, SA2; SB1, SB2; 42A, 42B; 72; 82) durchlau­ fen haben.

2. Strahlteilerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Strahlteilerfläche (1.3; 21.3; 31.3, 31.5, 31.6; 41.3, 41.4, 41.5; 71.2; 81.2) eine Aufspal­ tung des darauf auftreffenden Eintritts-Strahlenbündels (S) in zwei zu­ einander senkrecht polarisierte Teil-Strahlenbündel (SR, ST; STR, STT, STRR) bewirkt.

3. Strahlteilerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Strahlteilerfläche (1.3; 21.3; 31.3, 31.5, 31.6; 41.3, 41.4, 41.5; 71.2; 81.2) eine Aufspal­ tung des darauf auftreffenden Eintritts-Strahlenbündels (S) in identisch polarisierte Teil-Strahlenbündel (SR, ST; STR, STT, STRR) bewirkt.

4. Strahlteilerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Reflektorfläche (1.4; 21.4; 31.3, 31.5, 31.6; 41.1, 41.2; 71.1; 81.1) als hochreflektierendes dielektrisches Schichtpaket ausgebildet ist.

5. Strahlteilerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Ausgleichselement (2; 22; 32.A, 32.B; 42A, 42B; 72; 82) beabstandet vom Strahlteilerele­ ment (1; 21; 31; 41; 71; 81) angeordnet ist.

6. Strahlteilerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei auch das Ausgleichs­ element (2; 22; 32.A, 32.B; 42A, 42B; 72; 82) als planparallele Platte ausgebildet ist, durch deren parallele Grenzflächen (2.1, 2.2; 22.1, 22.2; 32.A1, 32.A2, 32.B1, 32.B2) die Strahlenbündel ein- und austreten.

7. Strahlteilerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Strahlteilerelement (1) und das Ausgleichselement (2) in Bezug auf das darauf einfallende Eintritts-Strahlenbündel (S) dergestalt ausgebildet und angeordnet sind, daß das Eintritts-Strahlenbündel (S) unter einem definierten Einfallswin­ kel (α) gegen das Lot (L) auf eine erste Grenzfläche (1.1) in das Strahl­ teilerelement (1) eintritt und nach dem Durchlaufen auf die Strahlteiler­ fläche (1.3) auf der zweiten Grenzfläche (1.2) auftrifft, von wo

• - ein erstes Teilstrahlenbündel (SR) in Richtung der ersten Grenzflä­ che (1.1) zur Reflektorfläche (1.4) zurückreflektiert wird und von dort wiederum in Richtung der zweiten Grenzfläche (1.2) reflektiert wird, die es in einem transparenten Bereich durchtritt und die Strahlteiler­ baugruppe als erstes Austritts-Strahlenbündel (SA1) verläßt, und
• - ein zweites Teilstrahlenbündel (ST) die Strahlteilerfläche (1.3) durch­ tritt und auf eine erste Grenzfläche (2.1) des Ausgleichselementes (2) auftrifft, dieses durchläuft und an einer zweiten Grenzfläche (2.2) als zweites Austritts-Strahlenbündel (SA2) verläßt.

8. Strahlteilerbaufgruppe nach Anspruch 7, wobei der Einfallswinkel (α) dem Brewster-Winkel entspricht.

9. Strahlteilerbaugruppe nach Anspruch 7, wobei die Dicke (D₂) des Aus­ gleichselementes (2) die doppelte Dicke (D₁) des Strahlteilerelementes (1) aufweist.

10. Strahlteilerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Strahlteilerelement (21) und das Ausgleichselement (22) in Bezug auf das darauf einfallende Eintritts-Strahlenbündel (S) dergestalt ausgebildet und angeordnet sind, daß das Eintritts-Strahlenbündel (S) unter einem definierten Einfallswin­ kel gegen das Lot auf eine erste Grenzfläche (21.1) des Strahlteilerele­ mentes (21) auftrifft, die in diesem Bereich als Strahlteilerfläche (21.3) wirkt, von wo

• - ein erstes Teilstrahlenbündel (ST) die Strahlteilerfläche (21.3) durch­ tritt und auf die gegenüberliegende zweite Grenzfläche (21.2) des Strahlteilerelementes (21) auftrifft, die in diesem Bereich als Reflek­ torfläche (21.4) wirkt und von dort wiederum in Richtung der ersten Grenzfläche (21.1) des Strahlteilerelementes (21) reflektiert wird, die es in einem transparenten Bereich durchtritt und die Strahlteilerbau­ gruppe als erstes Austritts-Strahlenbündel (SA1) verläßt, und
• - ein zweites Teilstrahlenbündel (SR) von der Strahlteilerfläche (21.3) in Richtung des Ausgleichselementes (22) reflektiert wird und auf eine erste Grenzfläche (22.1) des Ausgleichselementes (22) auftrifft, dieses durchläuft und an einer zweiten Grenzfläche (22.2) als zwei­ tes Austritts-Strahlenbündel (SA2) verläßt.

11. Strahlteilerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Strahlteilerelement (31) und zwei Ausgleichselemente (32.A, 32.B) in Bezug auf das darauf einfallende Eintritts-Strahlenbündel (S) dergestalt ausgebildet und ange­ ordnet sind, daß das Eintritts-Strahlenbündel (S) unter einem definierten Einfallswinkel gegen das Lot auf eine erste Grenzfläche (31.1) des Strahlteilerelementes (31) auftrifft, die in diesem Bereich als erste Strahlteilerfläche (31.3) wirkt, von wo

• - ein erstes Teilstrahlenbündel (SR) von der ersten Strahlteilerfläche (31.3) in Richtung des ersten Ausgleichselementes (32.B) reflektiert wird und auf eine erste Grenzfläche (32.B1) des ersten Ausgleichs­ elementes (32.B) auftrifft, dieses durchläuft und an einer zweiten Grenzfläche (32.B2) als erstes Austritts-Strahlenbündel (SB1) ver­ läßt,
• - ein zweites Teilstrahlenbündel (ST) die erste Strahlteilerfläche (31.3) durchtritt, das Strahlteilerelement (31) in Richtung der zweiten Grenzfläche (31.2) durchläuft und dort in einem Teilbereich auftrifft, der als zweite Strahlteilerfläche (31.5) wirkt und von wo
• - ein drittes Teilstrahlenbündel (STR) in Richtung der ersten Grenzflä­ che (31.1) zurückreflektiert wird, wo es auf einen Teilbereich auftrifft, der als dritte Strahlteilerfläche (31.6) wirkt und von wo
• - ein fünftes Teilstrahlenbündel die dritte Strahlteilerfläche (31.6) durchtritt und die Strahlteilerbaugruppe als zweites Austritts-Strah­ lenbündel (SB2) verläßt, welches parallel zum ersten Austritts- Strahlenbündel (SB1) orientiert ist und
• - ein an der zweiten Strahlteilerfläche (31.5) transmittiertes, viertes Teilstrahlenbündel (STT) auf eine erste Grenzfläche (32.A1) des zweiten Ausgleichselementes (32.A) auftrifft, dieses durchläuft und an einer zweiten Grenzfläche (32.A2) das zweite Ausgleichselement (32.A) als drittes Austrittsstrahlenbündel (SA2) verläßt und
• - ein an der dritten Strahlteilerfläche (31.6) reflektiertes, sechstes Teil­ strahlenbündel (STRR) in Richtung der zweiten Grenzfläche (31.2) des Strahlteilerelementes (31) umgelenkt wird, die es in einem trans­ parenten Bereich durchtritt und die Strahlteilerbaugruppe als viertes Austritts-Strahlenbündel (SA1) verläßt, welches parallel zum dritten Austritts-Strahlenbündel (SA2) orientiert ist.

12. Strahlteilerbaugruppe nach Anspruch 11, wobei die ersten und zweiten Austritts-Strahlenbündel (SB1, SB2) senkrecht zu den beiden dritten und vierten Austritts-Strahlenbündeln (SA1, SA2) orientiert sind.

13. Strahlteilerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Strahlteilerbaugruppe (300) zwei Ausgleichselemente (42A, 42B) umfaßt, durch die zwei Aus­ tritts-Strahlenbündel (SA1, SA2) die Strahlteilerbaugruppe (300) parallel zueinander verlassen, während ein drittes Austritts-Strahlenbündel (SA3) das Strahlteilerelement (41) verläßt, welches ebenfalls parallel zu den beiden erstgenannten Austritts-Strahlenbündeln (SA1, SA2) orientiert ist.

14. Strahlteilerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Strahlteilerbaugruppe (400; 500) mindestens ein vom Strahlteilerelement (71; 81) und vom Ausgleichselement (72; 82) separat angeordnetes retroreflektierendes Reflektorelement (75; 85.1, 85.2) umfaßt, welches ein von einer Strahl­ teilerfläche (71.2, 81.2) des Strahlteilerelementes (71; 81) kommendes Strahlenbündel wieder auf die Strahlteilerfläche (71.2, 81.2) zurückre­ flektiert.

15. Verwendung einer Strahlteilerbaugruppe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Interferometer.

16. Interferometer mit

• - einer Lichtquelle (51),
• - mindestens einem stationären Referenzreflektor (53) im Referenz­ arm,
• - mindestens einem in Meßrichtung (x) beweglichen Meßreflektor (54) im Meßarm,
• - einer Detektoreinheit (55) zur Erfassung eines positionsabhängigen lnterferenzsignales,
• - einer Auswerteeineit (56) zur Weiterverarbeitung des erfaßten Inter­ ferenzsignales sowie
• - mindestens einer Strahlteilerbaugruppe (100), zur Aufteilung eines von der Lichtquelle (51) emittierten und darauf auftreffenden Eintritts- Strahlenbündels (S) in mindestens ein erstes und mindestens ein hierzu paralleles zweites Austritts-Strahlenbündel (SA1, SA2; SB1, SB2), wobei die Strahlteilerbaugruppe (100) mindestens ein Strahl­ teilerelement (1; 21; 31; 41; 71; 81) und mindestens ein Ausgleichs­ element (2; 22; 32A, 32B; 42A, 42B; 72; 82) umfaßt und das Strahl­ teilerelement (1; 21; 31; 41; 71; 81) aus einer transparenten Platte besteht, die zwei parallele Grenzflächen aufweist, von denen eine Grenzfläche zumindest teilweise als Strahlteilerfläche und eine wei­ tere, zur erstgenannten Grenzfläche parallele Grenzfläche zumindest in einem Teilbereich als zumindest teilreflektierende Reflektorfläche fungiert und das Ausgleichselement (2; 22; 32A, 32B; 42A, 42B; 72; 82) derart in Bezug auf das Strahlteilerelement (1; 21; 31; 41; 71; 81) angeordnet ist, daß mindestens zwei Austritts-Strahlenbündel (SA1, SA2; SB1, SB2) parallel zueinander verlaufen und wobei die Aus­ tritts-Strahlenbündel (SA1, SA2; SB1, SB2) im wesentlichen die gleichen optischen Weglängen im Interferometer durchlaufen haben, ehe sie auf die Detektoreinheit (55) gelangen.

17. Interferometer nach Anspruch 16, wobei im Strahlengang mindestens eines Austritts-Strahlenbündels ein optisches Element angeordnet ist, welches derart dimensioniert ist, daß darüber optische Weglängen für dieses Austritts-Strahlenbündel aus der Strahlteilerbaugruppe einstellbar ist.

18. Interferometer nach Anspruch 17, wobei das optische Element als plan­ parallele Platte ausgebildet ist.

19. Interferometer nach Anspruch 16 mit einer Strahlteilerbaugruppe (300) nach Anspruch 13, wobei zwei der Austritts-Strahlenbündel (SA1, SA3) zwei Meßreflektoren (54A, 54B) beaufschlagen, die gemeinsam in einer Baueinheit (55) angeordnet sind, die linear in Meßrichtung (x) verschieb­ bar und drehbar um eine Achse (z) senkrecht zur Meßrichtung (x) ange­ ordnet ist.

20. Interferometer nach Anspruch 16 mit einer Strahlteilerbaugruppe (400; 500) nach Anspruch 14, wobei mindestens einer der beiden Reflektoren (74; 84) als Planspiegel ausgebildet ist.