DE4208189A1 - Anordnung zum direkten vergleich und zur kalibrierung von laserinterferometern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Anordnungen zum direkten Vergleich von Laserinterferometern für Längenmessungen, im folgenden LI genannt, insbesondere zur Prüfung oder Kalibrierung kompletter LI, aber auch zur Untersuchung von Komponenten dieser Interferometer. Die Erfindung kann überall dort eingesetzt werden, wo es darauf ankommt, die metrologische Leistungsfähigkeit und Genauigkeit von LI zu testen und zu kalibrieren. Mögliche Anwender der Erfindung sind Hersteller und Nutzer von LI, vor allem metrologische Staatsinstitute oder Kalibrierlaboratorien.

Zum Stand der Technik gehören Anordnungen, bei denen das zu prüfende LI auf einem Abbe- Komparator mit einem Parallelendmaß verglichen wird (1). Üblich sind auch Vergleiche von LI mit Strichmarken, z. B. auf einer 3 m-Meßmaschine.

Entscheidender Nachteil dieser meist subjektiven taktilen Methoden ist, daß ihre Meßunsicherheiten größer sind als die der zu untersuchenden LI. Diese großen Meßunsicher­ heiten werden vor allem durch zu große Meßkreise verursacht, in denen meistens noch unter­ schiedliche lineare Ausdehnungskoeffizienten wirken. Zur Vergrößerung dieser Meßunsicher­ heiten tragen noch die Ungenauigkeiten der benutzten Maßverkörperungen, die Abplattungen der Meßflächen durch die Meßkräfte bei der taktilen Antastung und die sich leicht einschlei­ chenden schwer kontrollierbaren Abbe- und Cosinus-Fehler bei. Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Anordnungen ist, daß ein Vergleich zweier LI nicht direkt und gleichzeitig erfolgen kann.

In (2) und (3) wird eine Anordnung zum direkten Vergleich bzw. ein Längennormal für LI beschrieben. Die Meßeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem stabilen Rahmen mit Führung, einem Meßschlitten und mechanischen Anschlägen in den beiden Endlagen.

Die beiden zu vergleichenden LI sind auf dieser Meßeinrichtung so zueinander angeordnet, daß ihre beiden Meßstrahlen aufeinander zulaufen bis sie jeweils auf ihrem zugehörigen Meßtripel­ prisma auftreffen und antiparallel reflektiert werden. Dabei verlaufen die beiden Meßstrahlen in einer oder in zwei zueinander parallelen Achsen. Die Normalen der beiden Frontflächen der genannten Tripelprismen zeigen in zueinander entgegengesetzte Richtungen. Die beiden Tripelprismen sind fest und in geringem Abstand zueinander auf dem Meßschlitten angeordnet. Dabei wird ein solcher Justierzustand der Prismen angestrebt, daß die beiden Meßachsen der beteiligten LI übereinstimmen.

Bei der Messung wird der Meßschlitten von Anschlag zu Anschlag bewegt. Dabei wird der Meßstrahl des einen Interferometers kontinuierlich verlängert, während die Länge des zweiten Meßstrahls im gleichen Maße abnimmt und umgekehrt, d. h., die beiden LI messen gegenläufig zueinander.

Vorteile dieser Anordnung sind, daß keine taktilen, sondern optische Meßmethoden benutzt werden, ein direkter und gleichzeitiger Vergleich zweier LI vorgenommen werden kann und die beiden Interferometer mit ihren Original-Baugruppen betrieben werden. Es kann also zu keinen gegenseitigen optischen Beeinflussungen der LI kommen, d. h. durch die Anordnung können z. B. keine Intensitätsverluste oder Änderungen des Polarisationszustandes der beteiligten Strahlengänge der LI auftreten. Letzterer Vorteil bedeutet auch, daß LI miteinander verglichen werden können, die hinsichtlich ihres Funktionsprinzips, ihres optischen Aufbaus und der von ihnen benutzten Wellenlänge verschieden sein können.

Die gegenläufige Anordnung der beiden LI hat aber entscheidende Nachteile. Diese bestehen darin, daß ein sehr großer Meßkreis in Kauf genommen werden muß. Letzterer bewirkt, daß die räumlich weit voneinander entfernten Meßstrahlen durch die Umwelteinflüsse, vor allem durch unterschiedliche Lufttemperaturen, beeinflußt werden. Hinzu kommt, daß durch die vom Prinzip her bedingten großen Abstände der beiden Strahlenteiler der Interferometer entsprechend große Meßfehler auftreten können, die durch die Temperatur und den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Materials bedingt sind.

Ein weiterer Nachteil der Anordnung ist, daß bei der Justierung der beiden Tripelprismen nicht garantiert werden kann, daß kein Versatz ihrer optischen Zentren senkrecht zur Meßrichtung zueinander auftritt, da letztere praktisch nicht zugänglich sind. Es gelingt also kaum, die Meßachsen der beiden LI in Übereinstimmung zu bringen, d. h. Abbe-Fehler können nicht ausgeschlossen werden. Um letztere wenigstens Kleiner zu halten, muß eine Präzisions- Schlittenführung benutzt werden, was ein weiterer Nachteil der Anordnung ist.

Die in (4) beschriebenen Anordnungen zum gleichzeitigen und unmittelbaren Vergleich der Meßgenauigkeit zweier verschiedener LI stellen gegenüber den bisher beschriebenen Metho­ den einen deutlichen Fortschritt dar.

Das Grundprinzip dieser Anordnungen besteht darin, daß den beiden zu vergleichenden LI ein gemeinsames bewegliches Tripelprisma und ein gemeinsamer Strahlenteiler mit Referenz­ tripelprisma zugeordnet ist. Die beiden zu vergleichenden Meßstrahlen gelangen vom Strahlen­ teiler ausgehend in sich überlagert oder parallel zueinander zu dem bereits genannten gemeinsam benutzten beweglichen Meßtripelprisma.

Ein wesentliches Merkmal und ein Vorteil dieser Anordnung ist, daß die zu vergleichenden Meßstrahlengänge zwischen dem Strahlenteiler und dem Meßtripelprisma in einem gemein­ samen Strahlkorridor liegen. Somit sind die örtlichen und zeitlichen Schwankungen der Umweltbedingungen für die beteiligten LI praktisch gleich, was für einen genauen Vergleich der Meßsysteme erforderlich ist. Das gemeinsame Meßtripelprisma bewirkt die vorteilhafte optische Antastung mit einer im Gegensatz zu den taktilen Methoden sehr kleinen Antastunsicherheit. Ein weiterer Vorteil der Benutzung dieses gemeinsamen Meßtripelprismas ist, daß durch die selbstzentrierende Wirkung dieses Bauelements prinzipiell keine Abbe- Fehler beim Vergleich der beiden LI auftreten können, auch dann nicht, wenn die zu verglei­ chenden Meßstrahlen zueinander in der Höhe oder seitlich einen Versatz aufweisen, was allgemein der Fall ist. Die am genannten Tripelprisma reflektierten Strahlen haben dann bezüglich des optischen Zentrums des Prismas jeweils den gleichen Versatz wie die zugehö­ rigen eintretenden Strahlen, nur mit umgekehrtem Vorzeichen. Durch diese Eigenschaft des Tripelprismas sind die Meßachsen der zu vergleichenden LI immer identisch. An die Schlitten­ führung brauchen deshalb keine besonderen Anforderungen gestellt zu werden. Die Anordnung nach (4) bietet auch den Vorteil, daß nicht nur zwei, sondern bis zu acht LI gleichzeitig miteinander verglichen werden können. Für letztere Anordnung ist aber erforderlich, daß die beteiligten LI Unterscheidungsmerkmale besitzen müssen, wie Seitenversatz, entgegengesetzte Richtung der Meßstrahlen zum Tripelprisma, unterschiedliche Polarisationszustände oder unterschiedliche Wellenlängen, was oft nachteilig ist.

Die Anordnung nach (4) hat aber einen entscheidenden Nachteil. Dieser besteht darin, daß bei der Kalibrierung nur ein LI, meist das Normal-LI, mit allen vom Hersteller vorgesehenen und aufeinander abgestimmtem optischen und elektronischen Baugruppen benutzt wird, während die übrigen zu prüfenden Interferometer ohne komplette eigene Interferometeroptik betrieben werden, also nicht in dem Zustand kalibriert wie sie später praktisch eingesetzt werden. Durch die gemeinsam benutzten Interferometerbaugruppen kommt es meist zu einer gegenseitigen Beeinflussung der Meßstrahlengänge, was ein weiterer entscheidender Nachteil ist. Diese Beeinflussung kann eine starke Abschwächung der Strahlintensität und eine Änderung des Polarisationszustandes der Meßstrahlengänge hervorrufen. Beide Effekte können somit zu einer Verringerung des Kontrasts der Interferenzen der beteiligten LI führen. Bei einer Hinter­ einanderschaltung mehrerer Strahlenteiler, wie dies teilweise in (4) der Fall ist, wird dieser Effekt noch verstärkt. Es kann zum Ausfall der Zahlung der Meßsysteme, mindestens können die Effekte aber zu einer Beeinflussung der Interpolation der Interferenzen, also zu Meßfehlern führen.

Bei den beiden aufgezeigten nicht taktilen Meßanordnungen (2-4) ist ein Hauptproblem, daß mit jeder von ihnen andere Probleme gelöst werden, dafür aber andere Nachteile in Kauf genommen werden müssen. Das heißt, es fehlt eine Lösung, die alle bisher aufgezeigten Vorteile in sich vereint und alle Nachteile vermeidet.

Darüber hinaus weisen alle aufgezeigten Anordnungen folgende Mängel bzw. Nachteile auf:

• - Ein Maßanschluß von LI kann bisher nur unter realen Umweltbedingungen vorgenommen werden, ist also witterungsabhängig. Bei der Kalibrierung von LI wäre aber eine gezielte meßbare Änderung der Umgebungsbedingungen (Lufttemperatur, -druck, -feuchte, Fremd­ gasanteil u. a.) erforderlich und zwar in den von den Herstellern angegebenen Arbeitsbereichen.
• - Die Wellenlänge des Normal-LI ändert sich unter Einwirkung der sich ständig ändernden Brechzahl der Luft im gleichen Maße wie die des zu kalibrierenden LI.
• - Seine Vakuumwellenlänge kann nur auf einer gesonderten Meßeinrichtung durch Differenz­ frequenzmessung gegenüber einem genaueren Laser bestimmt werden und nicht auf den bisher beschriebenen Einrichtungen.
• - Eine Prüfung im großen Meßbereich des LI erfordert bisher einen ebenso langen Hub des Meßschlittens. Bekannte Anordnungen (5-11) zur Strahlvervielfachung (Strahlfaltung) ermöglichen zwar prinzipiell eine zum Vervielfachungsfaktor umgekehrt proportionale Verringerung des Meßschlittenhubs bei gleichem Anzeigebereich oder bei gleichem Schlittenhub die entsprechende Vervielfachung des Anzeigebereichs, haben aber den Nachteil, daß sie praktisch das ganze bewegliche Tripelprisma abdecken und nur den Strahlengang für ein Interferometer ermöglichen. Ein gleichzeitiger Vergleich zweier oder mehrerer LI ist auf diese Weise somit nicht möglich.

Hauptaufgabe der nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnungen ist, alle aufgezeigten Probleme zu lösen und zwar nach Möglichkeit in einer Meßeinrichtung. Dabei sollen möglichst alle Nachteile des bisherigen Standes der Technik beseitigt werden. Ziel und Aufgabe der erfindungsgemäßen Anordnungen zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung von LI ist also die Lösung der folgenden Probleme:

• - Alle Original-Baugruppen der beteiligten LI gleichzeitig im Einsatz, Benutzung von Zusatzbaugruppen nur, wenn keine Beeinflussung der Meßsignale Eintritt (z. B. Intensitätsverluste, Änderung des Polarisationszustandes, Minderung des Kontrasts der Interferenzen),
• - synchrone Messung mit den beteiligten LI,
• - keine Verletzung des Abbe-Prinzips,
• - kleiner Meßkreis,
• - Veränderung der Meßinterferometerarme der beteiligten LI mit Hilfe eines Meßschlittens und aufgesetztem gemeinsamen Tripelreflektor gleichsinnig und im allgemeinen auch im gleichen Maße,
• - kleine Meßzeiten am günstigsten durch dynamischen Meßvorgang, dabei synchrone Auslösung der Zählerstände durch Triggerimpulse,
• - gleiche Umweltbedingungen für die Interferometerstrahlengänge, d. h. gleicher Strahlkorridor, möglichst Symmetrie der Strahlengänge, möglichst kleine und keine unterschiedlichen Totstrecken.
• - Messung in großen Meßbereichen bei räumlich homogenen und zeitlich konstanten Umwelt­ bedingungen (Lufttemperatur, -druck, -feuchte), in einem kleinen Meßvolumen bei geringer Schlittenverschiebung und Strahlfaltung,
• - Kalibrierung bei meßbar variierbaren Umweltbedingungen in den von den Herstellern angegebenen Bereichen für die Temperatur, Luftdruck, Feuchte u. a. bzw. Bestandteile der Luft, d. h., daß die Kalibrierung kompletter LI oder auch seiner Komponenten hinsichtlich der Umweltparameter möglich ist,
• - Bestimmung der Brechzahl der Luft für die gemeinsame Meßachse der beteiligten LI durch direkte absolute Messung der Brechzahl in zwei symmetrisch zur o. g. Meßachse liegenden Meßstrahlengängen und optischer oder mathematischer Mittelung,
• - Anschluß an ein Referenz-LI mit höherer Genauigkeit, im günstigsten Fall an ein Vakuum­ interferometer,
• - direkter Vergleich der Vakuumwellenlängen der beteiligten LI im Vakuum.

Ein wesentliches Mittel, die aufgezeigten Probleme zu lösen ist, daß die zueinander parallelen Meßstrahlen der zu vergleichenden LI auf einen gemeinsamen großen Tripelreflektor gelangen, der im allgemeinen eine optische Zusatzbaugruppe darstellt und nur in einem Spezialfall Bestandteil des einen, meist des Normal-LI, ist. Im Gegensatz zu den Anordnungen nach (4) werden aber in den erfindungsgemäßen Anordnungen alle Interferometerbaugruppen der beteiligten LI benutzt, d. h. alle Strahlenteiler, Referenz- und Meßtripelreflektoren. Letztere sind im Gegensatz zu ihrem normalen Einsatz nicht beweglich sondern fest angeordnet. Beweglich ist nur der gemeinsam genutzte große Tripelreflektor, der auf einen Meßschlitten aufgesetzt ist und dafür sorgt, daß die Meßinterferometerarme der LI gleichsinnig und im allgemeinen in gleichem Maße verändert werden, d. h. eine synchrone Messung der LI möglich wird. Die Meßstrahlen verlaufen so, daß es nicht zu ihrer optischen Beeinflussung kommen kann. Im allgemeinen sind sie auf die drei Kanäle des großen Tripelreflektors aufgeteilt, aber auch kanalüberschreitende Anordnungen ermöglichen ungestörte Meßstrahlengänge. Eine Änderung ihrer Intensität tritt somit nicht auf. Der Tripelreflektor weist solche Reflexionsschichten auf (z. B. Aluminium), daß keine Beeinflussung des Polarisationszustandes der Strahlungen entstehen kann. Somit kommt es zu keiner Verände­ rung des Kontrasts der Interferenzen und zu keiner Beeinträchtigung der Zahlung oder Interpolation der beteiligten LI. Der gemeinsame Tripelreflektor sorgt auch dafür, daß durch seine selbstzentrierende Wirkung (die Mitte zwischen jeweils hin- und rücklaufendem Strahl eines LI ist immer identisch mit der Hauptachse des Tripelreflektors) die Meßachsen aller beteiligten LI übereinstimmen und Abbe-Fehler prinzipell nicht entstehen können. Weiterhin werden durch den gemeinsamen Tripelreflektor kleine Meßkreise und somit Kleine Meßfehler ermöglicht. Wesentlich ist auch, daß die beteiligten Meßstrahlengänge in einem Strahlkorridor verlaufen, d. h. praktisch den gleichen Umweltbedingungen unterliegen, was für einen Maßvergleich eine wesentliche Voraussetzung darstellt.

Erfindungsgemäße Mittel sind auch die in den weiter unten folgenden Ausführungsbeispielen vorgenommenen Strahlfaltungen. Sie können einfach aber auch zwei- und mehrfach vorgenommen werden. Durch diese Strahlfaltungen ist es möglich, ein LI in einem ganz bestimmten Anzeigebereich zu prüfen, obwohl der Meßschlitten mit dem Tripelreflektor nur um den halben Betrag dieses Bereichs oder einen Bruchteil davon verschoben zu werden braucht und die Führungsbahn entsprechend kürzer sein kann.

Mit der neuen Grundanordnung ist es meistens möglich, Totstrecken der LI zu vermeiden. Mindestens kann aber dafür gesorgt werden, daß praktisch keine Unterschiede zwischen den Längen der Totstrecken auftreten. Eine Kalibrierung bei meßbar variierbaren Umweltbedingungen, die entscheidend die jeweils wirksame Brechzahl und somit die Wellenlänge in Luft beeinflussen, ist erfindungsgemäß dadurch möglich, daß der eigentliche Komparator von einem Thermostaten und Manostaten umgeben ist. Zusätzlich kann mit der neuen Anordnung die Brechzahl der Luft in der eigentlichen Meßachse bestimmt werden. Dies geschieht dadurch, daß die Brechzahlen der Luft in zwei symmetrisch zur Meßachse der gesamten Anordnung liegenden Achsen gemessen werden. Durch optische oder mathematische Mittelung der beiden Brechzahlen erhält man die eigentlich interessie­ rende Brechzahl in dieser Haupt- bzw. Meßachse der LI.

Für die Kalibrierung des Normal-LI gibt es erfindungsgemaß zwei Möglichkeiten: Die erste Möglichkeit ist die Benutzung eines vorhandenen hochgenauen Komparators mit Präzisions-LI, wie er z. B. für den hochgenauen Anschluß von Strichmaßstäben an Lichtwellenlängen benutzt wird. Die Meßstrahlengänge der zu kalibrierenden LI werden in den Strahlkorridor des Meßinterferometerarms dieses Komparators eingespiegelt. Die zweite und meßtechnisch noch günstigere Lösung ist, wenn der Meßstrahlengang des Normal-LI im Vakuum geführt wird und es somit zu keiner Beeinflussung seiner Vakuumwellenlänge durch die Brechzahl der Luft kommen kann. Die Erfindung schließt noch die Möglichkeit ein, daß auch der Strahlengang des zu kalibrierenden LI im Vakuum geführt werden kann und auf diese Weise ein direkter Vergleich der Vakuumwellenlängen vorgenommen werden kann. Das Vakuum kann entweder dadurch erreicht werden, daß die Meßstrahlen des zu kalibrierenden LI mit Vakuumbälgen umgeben werden oder der gesamte Manostat evakuiert wird. Weitere Merkmale der Erfindung und ihre Einzelheiten werden in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen mit den Fig. 1a bis 4c erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 das Grundprinzip zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung kompletter LI mit symmetrischer Anordnung,

• a) die Draufsicht,
• b) einen Seitenschnitt (Schnitt A-A),
• c) ein Schnitt senkrecht zur Meßachse (Schnitt B-B),

Fig. 2 einen Schnitt senkrecht zur Meßachse um das Prinzip zum direkten Vergleich von vier LI darzustellen,

Fig. 3 Einspiegelung des Meßstrahlenganges eines zu kalibrierenden LI in ein vorhandenes, als Normal benutztes LI,

• a) Gesamtschema (Draufsicht),
• b) Schnitt AA von a),
• c) schematische Darstellung zur Zweifach-Faltung eines Meßstrahls mit drei Kleinen Tripelreflektoren,
• d) schematische Darstellung zur Dreifach-Faltung eines Meßstrahls mit fünf kleinen Tripelreflektoren,
• e) Schnitt A-A von a) für Vierfach-Faltung,
• f) Schnitt A-A von a) für Sechsfach-Faltung,

Fig. 4 Kalibriereinrichtung mit Thermostat, Manostat, Vakuuminterferometer und in einem der Meßachse angeordneten Luftrefraktometer,

• a) Draufsicht,
• b) Schnitt A-A von a),
• c) Schnitt B-B von a).

In Fig. 1 besteht das Normal-LI aus dem Laser 1, dem Strahlenteiler 2 und den beiden Tripelprismen 3 und 4. Die entsprechenden Baugruppen des zu prüfenden LI werden mit 1′ bis 4′ bezeichnet. Die beiden den jeweils zugehörigen Strahlenteiler verlassenden Meßstrahlen 1.1 und 1′.1 der beiden LI (vergleiche Fig. 1c) verlaufen parallel zueinander und gelangen auf den gemeinsamen Tripelreflektor 5, der sich auf einem jeweils in Pfeilrichtung beweglichen Meßschlitten befindet.

Dieser Reflektor ist gegenüber den Tripelprismen 3, 4, 3′ und 4′ groß. Er gehört weder zum einen noch zum anderen Meßsystem, stellt also eine zusätzliche Baugruppe des Komparators dar. Am Reflektor 4 werden die Strahlen 1.1 und 1′.1 als Strahlen 1.2 und 1′.2 zum jeweiligen Lauftripelprisma 4 bzw. 4′ antiparallel reflektiert. An letzteren erfolgen erneute antiparallele Reflexionen. Die nun entstehenden Strahlen 1.3 und 1′.3 gelangen wieder zum Tripelreflek­ tor 5, bevor sie dann als Strahl 1.4 bzw. 1.4′ wieder in den entsprechenden Strahlenteiler 2 bzw. 2′ eintreten.

In den Fig. 1b und 1c sind die Strahlführungen in den beiden Schnitten A-A und B-B dargestellt. Die Strahlrichtungen sind in Fig. 1c analog zu einem auf den Beobachter zufliegenden oder von diesem wegfliegenden Pfeil gekennzeichnet (Darstellung durch Punkt oder Kreuz). Bei der Messung werden die beiden beweglichen Interferometerarme durch Bewegung des Reflektors 5 kontinuierlich und in gleichem Maße verändert. Die eigentlichen Meßtripelprismen 4 und 4′ sind fest angeordnet. Die beiden zu vergleichenden LI werden in separaten Kanälen mit ihren Original-Baugruppen benutzt und können sich also gegenseitig optisch und mechanisch nicht beeinflussen. Auch der Tripelreflektor 5, der zusätzlich in die beiden Interferometerarme eingreift, darf die Intensitäten und die Polarisationszustände der Meßstrahlen nicht verändern. Es müssen deshalb Tripelreflektoren, z. B. Tripelspiegel mit polarisationserhaltenden Schichten vorgesehen werden, was z. B. mit Aluminium-Schichten leicht erreicht werden kann und zum Stand der Technik gehört. Würde man Tripelprismen mit totalreflektierenden Flächen als Reflektor 5 einsetzen, so entstünde z. B. aus ursprünglich linear polarisiertem elliptisch polarisiertes Licht. Diese Polarisationsellipse könnte dann eine Schwächung des Kontrasts bzw. Erhöhung des Gleichlichtanteils der Interferenzen hervorrufen und bei der Interpolation zu Meßfehlern oder sogar zum Ausfall der Interferenzstreifenzählung führen.

Zu den Fig. 1a und 1b ist zu bemerken, daß es günstig ist, wenn die Lauftripelprismen 4′ und 4 jeweils vertikal zum Strahlenteiler 2 bzw. 2′ angeordnet sind, damit Totstrecken vermieden werden. Es ist natürlich gleichgültig ob sich das Tripelprisma 4′ bzw. 4 über, unter oder neben dem jeweiligen Strahlenteiler 2 bzw. 2′ befindet. Der Versatz der Lauftripelprismen in Strahlrichtung wurde in den Fig. 1a und 1b wegen der besseren Anschaulichkeit gewählt. In Fig. 1c ist zu erkennen, daß die beiden LI jeweils einen der drei Kanäle des Tripelreflektors zugeordnet werden.

Prinzipiell kann auch ein weiteres LI in den dritten Kanal eingekoppelt werden. Es ist auch möglich, vier und mehr LI einzukoppeln und gleichzeitig zu messen. Dann kann diese Einkopplung auch kanalüberschreitend erfolgen. Fig. 2 zeigt als Beispiel solch eine Anordnung analog zur gewählten Schnittdarstellung in Fig. 1c für vier LI.

Die Anwendungen nach den Fig. 1a bis 2d bieten folgende Vorteile:

• - Alle beteiligten LI werden bei der Prüfung mit den Originalbaugruppen eingesetzt und es kommt zu keiner Strahlbeeinflussung. Alle Arten von LI können miteinander verglichen werden.
• - Auch der gemeinsame Tripelreflektor 5 beeinflußt nicht die beteiligten Strahlen, vor allem hinsichtlich des Polarisationszustandes.
• - Bei der Messung mit den Anordnungen werden die optischen Wege gleichzeitig in gleichem Maße und in gleicher Richtung verändert.
• - Durch den beweglichen gemeinsamen Tripelreflektor werden keine extremen Anforderungen an die Schlittenführung gestellt.
• - Durch die gewählte Anordnung kommt es zur einfachen Strahlfaltung, d. h., daß der Meßhub nur die Hälfte vom gewünschten Anzeigebereich betragen braucht.
• - Der Vergleich der LI erfolgt berührungslos und mit einer Kleineren Antastunsicherheit als die Unsicherheit eines LI beträgt.
• - Abbe-Fehler wurden prinzipiell vermieden, d. h. durch die selbstzentrierende der beteiligten Tripelreflektoren sind die Meßachsen der beiden LI identisch und verlaufen durch das optische Zentrum des gemeinsamen Tripelreflektors.
• - Die Meßkreise sind prinzipiell klein.
• - Alle beteiligten Strahlen durchlaufen einen gemeinsamen Strahlenkorridor, d. h. mit sehr guter Näherung unterliegt jedes LI den gleichen Umweltbedingungen, obwohl z. B. die Strahlabschnitte 1.1 bis 1.4 und 1.1′ bis 1.4′ (und die entsprechenden bei mehr als zwei beteiligten LI) jeweils geringfügig unterschiedliche Brechzahlen der Luft aufweisen, ist für beide (oder mehrere) LI die mittlere Brechzahl der gemeinsamen Meßachse mit sehr guter Näherung wirksam.

Fig. 3a zeigt die Ankopplung eines zu kalibrierenden LI an ein hochgenaues Normal-LI, welches Hauptbestandteil eines automatischen Interferenzkomparators ist. Dieser wird normalerweise zur Kalibrierung von Strichmaßen und Rasterteilungen eingesetzt und stellt ein abgewinkeltes Michelson-Interferometer mit den Baugruppen 1 bis 4 und einem Strahlentei­ ler 7 dar. Der Komparator ist mit einem Temperaturschutzgehäuse 9 mit eingesetzten optischen Fenstern 8 umgeben. Die hier nicht näher beschriebenen Bauteile sind analog zu den Fig. 1 beziffert. Gleiches gilt für das zu kalibrierende LI (mit Strich gekennzeichnet). Sein Meßtripel­ prisma 4′ ist analog zu den Fig. 1 fest angeordnet. Der Meßtripelreflektor 4 des Normal-LI wird auch für das zu kalibrierende LI, also als gemeinsamer Reflektor 4≡5 benutzt. In Fig. 3b (Schnitt A-A) ist der Strahlenverlauf analog zu Fig. 1c zu erkennen. Strahlrichtungen und Reihenfolge der Teilstrahlen sind darin eindeutig gekennzeichnet. Die gestrichelten Linien stellen den Strahlverlauf im Inneren der beteiligten Tripelreflektoren stark schematisiert dar. Über den 90°-Strahlumlenker 7 wird der Strahl 1′.1 in den Strahlkorridor ein- und der Strahl 1′.4 wieder aus demselben ausgekoppelt.

Der Unterschied zur Fig. 1c besteht darin, daß der Meßstrahl des zu prüfenden LI durch die einfache Strahlfaltung eine Strahlverdoppelung erfährt, während eine solche Strahlfaltung im vorhandenen Strahlengang des Normal-LI nicht vorgesehen werden konnte, aber prinzipiell auch in dieser Anordnung möglich ist. Wird nun der Meßschlitten mit dem Tripelreflektor 4≡5 in Pfeilrichtung bewegt, so ändert sich die Anzeige des Normal-LI um den entsprechenden Betrag des Verschiebewegs und die des zu kalibrierenden LI um den doppelten Betrag dieses Wegs. Umgekehrt kann festgestellt werden, daß das zu prüfende LI seine Empfindlichkeit bezüglich des Meßhubes verdoppelt hat. In Fig. 3a sind noch die in der Nähe des Strahlenteilers 4′ liegenden Strahlenumlenker 7 zu erkennen. Mit Hilfe des Temperaturschutz­ gehäuses 9 kann die Temperatur im Meßraum sehr stabil gehalten werden.

Modifizierte Anordnungen der Fig. 3a und b hinsichtlich weiterer Strahlfaltungen die Fig. 3c bis 3e. Fig. 3c und 3e sind als stark als stark schematisierte und modifizierte Ausschnitte von Fig. 3a aufzufassen. Anstelle des Tripelreflektors 4′ von Fig. 3a treten in Fig. 3c die drei Tripelreflektoren 4′.1, 4′.2 und 4′.3 und in Fig. 3e fünf Tripelreflektoren 4′.1 bis 4′.5.

Bei Verschiebung des Reflektors 5 in Fig. 3c ändert sich dann die Interferometeranzeige um den Faktor 4 des Verschiebewegs bzw. der Verschiebeweg kann mit der vierfachen Empfindlichkeit gemessen werden. Analoges gilt für Fig. 3e, jedoch mit dem Unterschied, daß hier der Faktor 6 wirksam ist.

Die Fig. 3d und 3f sind die Schnitte A-A der Fig. 3c bzw. 3e und zeigen die wahren Strahlverläufe. Ihre Kennzeichnungen wurden analog zu Fig. 3b vorgenommen.

Weitere Strahlfaltungen sind denkbar. Diese brauchen im Gegensatz zu den Fig. 3c-3f nicht nur auf einen Kanal des Tripelreflektors 5 beschränkt bleiben. Wesentlich bei allen Ausfüh­ rungsbeispielen mit Zwei- und Mehrfachfaltung ist, daß die Tripelreflektoren so angeordnet werden müssen, daß der letzte rücklaufende Strahl wieder in den Eingang des Strahlenteilers 3′ des LI gelangen kann. Dies gelingt z. B. in den Fig. 3c bis 3f, indem die Pupillen der Strahlen jeweils zwei Vierecke bzw. zwei Sechsecke bilden. Für weitere Strahlfaltungen sind n-Ecken denkbar. Zu beachten ist, daß bei diesen Varianten die entsprechende axialen Verdrehungen der Tripelprismen vorgesehen werden müssen, wie aus den Fig. 3d und 3f zu erkennen ist. In allen genannten Figuren ist auch zu erkennen, daß sich die Tripelreflektoren teilweise verdecken können, natürlich so, daß die Meßstrahlen nie abgedeckt werden. Auf diese Weise wird Platz für eine größere Zahl von hin- und herlaufenden Teilstrahlen gewonnen.

Es sind noch zahlreiche Modifikationen bei der Anwendung der Tripelreflektoren zur Strahl­ faltung möglich. Dabei kann auch das beschriebene Prinzip der n-Ecken der Pupillen verlassen werden und z. B. die Pupillen mäanderförmig angeordnet werden, jedoch so, daß der letzte Strahl in den zugehörigen Strahlenteiler des LI gelangen kann. In weiteren Ausführungsbeispielen wäre die Strahlfaltung natürlich nicht nur auf das zu kalibrierende LI zu beschränken, sondern könnte auch bei den anderen beteiligten LI vorgenommen werden. Die Vorteile der Fig. 1 und 2 werden in den Fig. 3a bis 3f zum größten Teil beibehalten. Kleine Nachteile ergaben sich bei Fig. 3a dadurch, daß die Strahlengänge nicht symmetrisch angeordnet sind und Totstrecken bzw. -unter­ schiede zwischen den Interferometern auftreten. Letztere können aber in bekannter Weise korrigiert bzw. kompensiert werden. Im Vergleich zu den Fig. 1a bis 2 weisen die Fig. 3c bis 3f zusätzlich die Vorteile der zwei- und mehrfachen Strahlfaltung, d. h. die bereits beschriebene Meßbereichs- bzw. Empfindlichkeitserweiterung auf.

Die beschriebenen Methoden zur Strahlfaltung lassen sich auch bei den Anordnungen der Fig. 1 und 2 anwenden.

Ein weiterer Vorteil der Fig. 3a bis 3f ist, daß mit dem hier dargestellten Komparator zusätzlich ein Maßvergleich, z. B. mit einem in den Figuren nicht dargestellten hochgenauen Strichmaßstab erfolgen kann. Dieser Maßvergleich kann berührungslos und frei von Abbe-Fehlern gestaltet werden. Der Strichmaßstab wird direkt hinter dem Meßtripelprisma 4 des Komparators angekoppelt und seine Striche werden in bekannter Weise in einem dynamischen Meßverfahren mittels eines fotoelektrischen Mikroskops erfaßt. Somit können systematische Fehler der beiden LI, also auch des Normal-LI in gewissen Grenzen erkannt bzw. die Richtigkeit der Messungen kontrolliert werden. Das Temperaturschutzgehäuse 9 bietet den Vorteil, bei großer Temperaturkonstanz messen zu können.

Eine weitere Verbesserung im Sinne einer metrologischen Untersuchung von LI mit höchster Präzision ist die Anordnung der Fig. 4a bis 4c. Fig. 4a ist die Draufsicht der nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung. In den Figuren ist wiederum das Grundprinzip gemäß Fig. 1a zu erkennen. In streng symmetrischer Anordnung ist das Normal-LI und das zu kalibrierende LI dargestellt. Die Kennzeichnung der Bauteile wurde analog zu den vorher beschriebenen Figuren vorgenommen. Der besseren Anschauung wegen sind die fest angeordneten Meßtripelprismen 4 und 4′ der beiden zu vergleichenden LI nicht vertikal zu den Strahlenteilern gezeichnet, obwohl in der praktischen Ausfürung, wie bereits bei Fig. 1a beschrieben, eine solche Anordnung vorteilhaft ist.

Fig. 4b zeigt den Schnitt A-A und die Fig. 4c den Schnitt B-B der Fig. 4a. In Fig. 4b ist die stabile Kopplung 19 des gemeinsamen Tripelreflektors 5 mit dem Meßschlitten 18 zu erkennen. Beide Baugruppen können durch einen nicht gezeichneten Antrieb in jeweils einer Pfeilrichtung verschoben werden. Das Bett 17 ist über die Schwingungsdämpfer 16 mit dem stabilen Fundament verbunden.

Die ganze Meßeinrichtung befindet sich in einem thermo- und monostatierten Meßraum. Die temperaturisolierende und druckfeste Wandung 9 bzw. 10 ist in beiden Ansichten dargestellt. Um jegliche Wärmequellen im Meßraum zu vermeiden, befinden sich die Strahlungsquellen 1,1′ und 20 außerhalb der Meßzelle. Die Strahlung gelangt über die Fenster 8 in den Innenraum.

In Fig. 4a sind durch zwei Kästchen 11 und 12 die Regel- bzw. Meßeinrichtungen für die Temperatur, den Luftdruck, die Luftfeuchte und für die Gasbeimengungen der Luft schematisch angedeutet. Mit diesen Regel- und Meßeinrichtungen können die Umweltparameter einzeln gezielt variiert und präzise gemessen werden und zwar in den Bereichen wie sie von den Herstellern der LI angegeben werden.

Der Meßstrahlengang des Normal-LI kann mit Hilfe zweier spezieller Vakuumbälge 13 und Abschlußfenster 14 im Vakuum geführt werden. Spezielle Halterungen und Führungen für die Vakuumbälge sind vorgesehen (in den Figuren nicht dargestellt). Sie sollen die Kräfte und Momente infolge des Vakuums und der Schlittenbewegung aufnehmen. Auf den gemeinsamen Tripelreflektor 5 und andere im Meßkreis befindliche Baugruppen dürfen durch die Vakuumbälge keine Kräfte und Momente übertragen werden.

Das Normal-LI wird also ein Vakuum-Interferometer. Seine Wellenlänge ist demnach unabhängig von Umweltparametern, wenn die Bälge ausreichend evakuiert sind. Es verbleibt dann nur noch ein Meßfehler, der durch die Vakuumwellenlänge selbst verursacht wird. Letztere kann durch einen Maßanschluß mit einem Tod-Laser über Differenzfrequenzmessung in bekannter Weise bestimmt werden.

In einer weiteren Option soll es wahlweise möglich sein, durch Einsetzen weiterer Vakuum­ bälge 13′ auch das zu kalibrierende LI unter Vakuumbedingungen zu betreiben. Dadurch können systematische Meßfehler der Meßeinrichtung erkannt werden. Weiterhin ist es dann auch möglich, die Vakuumwellenlängen beider Laser direkt miteinander vergleichen zu können, bzw. die Wellenlänge des Lasers des zu prüfenden LI bestimmen zu können. Das Einfügen weiterer Vakuumbälge für das zu prüfende LI hat den Nachteil, daß diese zur eigentlichen Kalibrierung, die ja in Luft vorgenommen werden muß, immer wieder entfernt werden müssen. Deshalb sollte anstelle dieser Maßnahme auch die gesamte Druckkammer evakuiert werden können.

In den Fig. 4a bis 4c wurde aus Anschaulichkeitsgründen nur eine einfache Strahlfaltung ausgeführt. Natürlich ist es auch möglich, diesen Vakuumkomparator so zu gestalten, daß z. B. gemäß der Fig. 3c bis 3f weitere Strahlfaltungen vorgesehen werden, auch weitere beteiligte LI und alle Vorteile der Erfindung in einer Anordnung verwirklicht werden können.

Eine weitere Besonderheit der Erfindung ist die Anordnung eines an und für sich bekannten Luftrefraktometers in der Meßachse 6, welches mit oder ohne Referenzsystem ausgestattet sein kann. In den Fig. 4a bis 4c ist neben dem Meßsystem auch ein Referenzsystem eingezeichnet, welches den Vorteil bietet, daß es eine interferentielle Indexmarke erzeugt, mit welcher auch Veränderungen des Justierzustandes des Refraktometers erkannt werden können. Als Strahlungs­ quelle für das Refraktometer kann entweder ein separater Laser 20 wie in den Fig. 4a bis 4b benutzt werden oder es kann anstelle des Lasers 20 auch ein Teil der Strahlung des Lasers 1 über einen eingezeichneten Strahlenteiler und Umlenkspiegel in das Refraktometer eingekoppelt werden. Der Strahlenteiler 22 - in den Fig. 4a und 4b nur schematisch dargestellt - erzeugt insgesamt 4 Teilstrahlen: 2 Strahlen 1 _MV und 1 _ML für das Meßsystem und zwei Referenzteilstrahlen 1 _RL1 und 1 _RL2 für das Referenzsystem. Strahl 1 _MV gelangt durch die Abschlußglasplatte 24 in das Vakuumrohr, dann durch das Fenster 26 auf den fest angeordneten Tripelreflektor 25, nach der antiparallelen Reflexion wiederum durch das Fenster 26 zurück in das Vakuumrohr als Strahl 2 _MV. Nach Reflexion an der teilweise verspiegelten Abschlußplatte 24 gelangt der Strahl 3 _MV bzw. 4 _MV wieder zurück zum Strahlenteiler 22.

Der verspiegelte Teil (27) der Abschlußplatte 24 stellt gleichzeitig den Referenzspiegel des Refraktometers dar. Zum Verständnis der räumlichen Strahllagen dienen alle Ansichten der Fig. 4. Analog zu Strahl 1 _MV verlaufen die Strahlen 1 _ML, 1 _RL1 und 1 _RL2, nur mit dem Unterschied, daß sie entsprechende Luftstrecken des Refraktometers passieren. Sie gelangen schließlich als Strahlen 4 _ML, 4 _RL1 und 4 _RL2 zum Strahlenteiler. Es entstehen zwei Interferenzstreifensysteme: aus den Strahlen 4 _MV und 4 _ML das Meßsystem und aus den Strahlen 4 _RL1 und 4 _RL2 das Referenz­ system. Prinzipiell ist es auch möglich, daß das Referenzsystem nicht horizontal wie in Fig. 3, sondern auch vertikal über bzw. unter dem Meßsystem angeordnet ist. Da jeweils zusammengehörige hin- und rücklaufende Strahlen des Luftrefraktometers symmetrisch zur Meßachse der Anordnung verlaufen, kann mit sehr guter Näherung darauf geschlossen werden, daß durch die optische Mittelung die Brechzahl der Luft bestimmt wurde, die für die Meßachse 6 der Meßeinrichtung, d. h. für beide LI repräsentativ ist. Durch die einfache Strahlfaltung wird eine Verdoppelung der Empfindlichkeit des Refraktometers erreicht, was ein weiterer Vorteil ist.

Eine Besonderheit in Fig. 4 ist der Tripelreflektor 5, der vorzugsweise ein Tripelspiegel ist. Die Lagen der Meßstrahlen der beiden Interferometer sind so berechnet, daß in einem Bereich um die Meßachse der Tripelreflektor keine Reflexionsflächen benötigt und deshalb so ausgespart werden kann, daß er das fest angeordnete Vakuumrohr 23 so umschließt, daß er gemeinsam mit dem Meßschlitten 18 in Meßrichtung (= Pfeilrichtung) verschoben werden kann.

Gegenüber den Fig. 1a bis 3f kommen gemäß Fig. 1 weitere Vorteile der Erfindung zur Geltung. Diese Vorteile sind:

• - Es können wahlweise sowohl eine Kalibrierung eines oder mehrerer kompletter LI als auch der Komponenten hinsichtlich Umweltparameter vorgenommen, aber auch wissenschaftliche Grundlagenuntersuchungen durchgeführt werden.
• - Durch die Benutzung eines Vakuuminterferometers ist die höchste Präzision der Kalibrierung möglich, da das Normalinterferometer nicht durch Umwelteinflüsse gestört werden kann.
• - Zusätzlich ist neben der präzisen Erfassung der Umweltparameter und Luftbestandteile eine direkte Brechzahlmessung in der Meßachse der Anordnung möglich.
• - Durch wahlweise vornehmbaren Einbau von Vakuumbälgen für das zu prüfende LI oder günstiger durch Evakuierung des gesamten Monostaten kann auch ein direkter Anschluß der Wellenlänge des zu prüfenden LI vorgenommen werden, und Fehler der Meßeinrichtung erkannt werden.

Literatur

[1] Dokumentation der Genauigkeit von Laser-Interferometer-System. VDI/VDE-GMA Ausschuß 7.4 "Grundlagen der Längen- und Winkelmessung", VDI-Bericht 750, Verlag des Vereins Deutscher Ingenieure, Düsseldorf 1989, S. 75-79
[2] Auslegeschrift DE 27 22 887 G01B9/02 beim Deutschen Patentamt, angemeldet am 20.05.1977
[3] W. Dutschke: "Längennormal zum Prüfen eines Laser-Interferometers". Wt-Zeitschrift für industrielle Fertigung 67 (1977) 283-286, Springer-Verlag
[4] Patentschrift DE 33 38 981 C1 G01B9/02, angemeldet am 27.10.1983
[5] H. Dupoisot; P. Lostis: "Inteferometrie a passages multiples et mesure des tres faibles epaisseurs". Nonv. Rev. Optique, 1973, n°4, pp. 227-235
[6] Tadashi Morokuma; Tohru Musha: "Stable Multiple-Path-Interferometers". Pro. ICO Conf. OPT. Methods in Sci. and Ind. Meas., Tokyo, 1974, Japan J. appl. Phys. 14 (1975) Suppl. 14-1
[7] Patentschrift DD 2 17 619 A1 G01B9/02, angemeldet am 22.08.1983
[8] Yoshihisa Tanimura: "Differential laser Interferometer Extending Optical Path Difference". Bull. NRLM 33 (1984) 1, 17-24
[9] Yoshihisa Tanimura: "High Sensitive laser Interferometer Developt for Measuring Micropatterns like LSI". Bull. NRLM 33 (1984) 1, 28-29
[10] Offenlegungsschrift DE 35 27 245 A1 G01B11/02, angemeldet am 30.07.1985
[11] Offenlegungsschrift DE 35 28 259 A1 G01B11/02, angemeldet am 07.08.1985

Claims (14)

1. Anordnung zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung von Laserinterferometern für Längenmessungen, im folgenden LI genannt, wobei vorwiegend ein LI als Normal benutzt wird, die Meßstrahlen der zu vergleichenden LI einen parallelen Verlauf zueinander aufweisen, diese auf einen gemeinsamen Tripelreflektor auftreffen und von letzteren antiparallel reflektiert werden und der Tripelreflektor parallel zu den Meßstrahlen mit Hilfe einer Führung und eines Meßschlittens verschoben werden kann, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei oder mehrere LI parallel und symmetrisch zur gemeinsamen Meßachse (6) aufgestellt sind,
daß die gemeinsame Meßachse (6) der beteiligten LI mit der vom optischen Zentrum des von den LI gemeinsam benutzten Tripelreflektors (5) ausgehenden Symmetrielinie zwischen allen beteiligten hin- und rücklaufenden Meßstrahlen prinzipiell immer identisch ist,
daß die zueinander parallelen Meßstrahlen (1.1, 1′.1, 1′′.1, . . .) der LI ohne gegenseitige oder andere mechanisch/optische Beeinflussung von ihren jeweiligen Strahlenteilern (2, 2′, 2′′, . . .) zu dem gemeinsam benutzten Tripelreflektor (5) gelangen und dieser Reflektor zu keinem der beteiligten LI gehört,
daß die von diesem Tripelreflektor (5) antiparallel reflektierten Meßstrahlen (1.2, 1′.2, 1′′.2,...) auf ihre jeweils zugehörigen Meßtripelreflektoren (4, 4′, 4′′, . . .) gelangen, die aber erfin­ dungsgemäß fest angeordnet sind, von diesen jeweils wieder antiparallel (1.3, 1′.3, 1′′.3, . . .) zum gemeinsam benutzten Tripelreflektor (5) zurückgeworfen werden und nach der dort stattfindenden erneuten antiparallelen Reflexion (1.4, 1.4′, 1.4′′, . . .) wieder ohne sich gegen­ seitig mechanisch/optisch beeinflußt zu haben, in ihren jeweiligen Strahlenteiler eintreten und auf diese Weise eine einfache Strahlfaltung oder Verdoppelung entsteht,
daß alle Originalstrahlenteiler (2, 2′, 2′′, . . .) und Referenztripelreflektoren (3, 3′, 3′′, . . .) der beteiligten LI eingesetzt werden und fest angeordnet sind,
daß die Strahlenteiler (2, 2′, 2′′, . . .) und die Lauftripelprismen (4, 4′, 4′′, . . .) vorwiegend in einer zur Meßachse (6) senkrechten Ebene liegen und dadurch die Totstrecken fast gleich Null bzw. die Differenzen derselben gleich Null sind,
daß aus Platzgründen die Laser (1, 1′, 1′′ . . .) und die Strahlenteiler (2, 2′, 2′′, . . .) mit den Referenztripelprismen (3, 3′, 3′′, . . .) nicht auf einer zur Meßachse (6) parallelen Geraden, sondern teilweise oder komplett auch senkrecht zu dieser Meßachse angeordnet sind und in diesem Fall die Meßstrahlen über Umlenker in den gemeinsamen Strahlkorridor ein- oder ausgekoppelt werden können,
daß der von den zu vergleichenden LI gemeinsam benutzte Tripelreflektor (5) größer als die die Originaltripelreflektoren (3′, 3′′, . . .; 4′, 4′′,...) der zu kalibrierenden LI ist.

2. Anordnung zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung von Laserinterferometern für Längenmessungen, im folgenden LI genannt, wobei vorwiegend ein LI als Normal benutzt wird, die Meßstrahlen der zu vergleichenden LI einen parallelen Verlauf zueinander aufweisen, diese auf einen gemeinsamen Tripelreflektor auftreffen und von letzteren antiparallel reflektiert werden und der Tripelreflektor parallel zu den Meßstrahlen mit Hilfe einer Führung und eines Meßschlittens verschoben werden kann, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei oder mehrere LI parallel zur gemeinsamen Meßachse (6) aufgestellt sind und die Anordnung nicht symmetrisch ist,
daß die gemeinsame Meßachse (6) der beteiligten LI mit der vom optischen Zentrum des von den LI gemeinsam benutzten Tripelreflektors (5≡4) ausgehenden Symmetrielinie zwischen allen beteiligten hin- und rücklaufenden Meßstrahlen prinzipiell immer identisch ist,
daß die zueinander parallelen Meßstrahlen (1.1, 1′.1, 1′′.1, . . .) ohne gegenseitige oder andere mechanisch/optische Beeinflussung von ihren jeweiligen Strahlenteilern (2. 2′, 2′′, . . .) aus zu dem gemeinsam benutzten Tripelreflektor (5) gelangen und dieser Reflektor gleichzeitig der Meßtripelreflektor (4) des einen, vorzugsweise des Normalinterferometers ist (5≡4),
daß die von diesem Tripelreflektor (5≡4) antiparallel reflektierten Meßstrahlen (2, 1′.2, 1′′.2, . . .) auf ihre jeweils zugehörigen Lauftripelreflektoren (4′, 4′′, . . .) gelangen, die aber erfindungsgemäß fest angeordnet sind, von diesen jeweils wieder antiparallel (1′.3, 1′′.3, . . .) zum gemeinsam benutzten Tripelreflektor (5≡4) zurückgeworfen werden und nach der dort stattfindenden erneuten antiparallelen Reflexion (1′.4, 1′′.4, . . .) wieder in ihren jeweiligen Strahlenteiler (2′, 2′′, . . .) eintreten und auf diese Weise eine einfache Strahlfaltung oder Verdoppelung entsteht,
daß der Meßstrahl (1.1) des LI, dessen Meßtripelreflektor (4) gleichzeitig als gemeinsamer Tripelreflektor (4≡5) benutzt wird, von diesem Reflektor als Strahl (1.2) direkt zu seinem Strahlenteiler zurückgeworfen wird, d. h., keine Strahlfaltung bzw. Verdoppelung erfährt,
daß alle Originalstrahlenteiler (2, 2′, 2′′, . . .) und Referenztripelreflektoren (3, 3′, 3′′, . . .) der beteiligten LI eingesetzt werden und fest angeordnet sind,
daß die Totstrecken der beteiligten LI möglichst klein gehalten werden und gleich sind,
daß aus Platzgründen die Laser (1′, 1′′, . . .) und die Strahlenteiler (2′, 2′′, . . .) mit den Referenztripelprismen (3′, 3′′, . . .) nicht auf einer zur Meßachse (6) parallelen Geraden, sondern teilweise oder komplett auch senkrecht zu dieser Meßachse angeordnet sind und in diesem Fall die Meßstrahlen über Umlenker (7) in den gemeinsamen Strahlkorridor ein- oder ausgekoppelt werden können,
daß der von den zu vergleichenden LI gemeinsam benutzte Tripelreflektor (5≡4) größer als die die Originaltripelreflektoren (3′, 3′′, . . .; 4′, 4′′,...) der zu kalibrierenden LI ist.

3. Anordnung zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung von LI nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jedem LI zugeordneten hin- und rücklaufenden Meßstrahlen je einen der drei Kanäle des Tripelreflektors (5) bzw. (5≡4) benutzen oder auch ohne Beschränkung auf einen bestimmten Kanal in diesen Reflektor ein- und austreten, alle ein- und austretenden Strahlen den gleichen Strahlkorridor durchlaufen, in dem bei stabiler Luftschichtung die jeweilige mittlere Brechzahl der Luft zwischen zusammengehörigen ein- und austretenden Strahlen mit sehr guter Näherung immer der Brechzahl in der Meßachse (6) entspricht und somit alle Meßstrahlen der beteiligten LI gleichen Umweltbedingungen unterliegen.

4. Anordnung zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung von LI nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von den zu vergleichenden LI gemeinsam benutzte Tripelreflektor (5) bzw. (5≡4) so beschaffen ist, daß durch seine Reflexionsschichten eine minimale Beeinflussung des Polarisa­ tionszustandes der von den Strahlenteilern (2, 2′, 2′′, . . .) ausgesandten Meßstrahlen (1.1, 1′.1, 1′′.1,...) eintritt und gleiches auch für eventuell einzubringende Strahlumlenker (7) gilt.

5. Anordnung zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung von LI nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch Optionen von Planspiegelinterferometern geprüft werden können, wobei die fest angeordneten Meßtripelreßektoren (4, 4′, 4′′, . . .) durch ebene Spiegel ersetzt werden und in bekannter Weise die Strahlenteiler (2, 2′, 2′′, . . .) als polarisierende Teiler mit λ/4-Plättchen ausgeführt sind.

6. Anordnung zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung von LI nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle eines oder mehrerer fest angeordneter Tripelreflektoren (4′, 4′′,...) und auch (4), falls letzterer nicht identisch mit dem gemeinsamen Tripelreflektor (5) ist, diese jeweils durch eine Gruppe von (2n-1) Tripelreflektoren (4.1, 4.2, . . ., 4.(n-1)) und (oder) (4′.1, 4′.2, 4′.(2n-1)) und (oder) (4′′ .1, 4′′ .2,..., 4′′(2n-1)) und (oder) (. . .) ersetzt werden, daß die genannten Tripelreflektoren so angeordnet sind, daß nach n-facher Strahlfaltung der jeweils letzte Abschnitt eines Meßstrahls wieder in den Strahlenteiler eintritt, der diesen Meßstrahl ausgesendet hat und für das betreffende LI auf diese Weise nach einer n-fachen Strahlfaltung eine 2n-fache Strahlvervielfachung bzw. eine n-fache Erweiterung seines Anzei­ gebereiches bei gleichem ursprünglichen Schlittenhub eintritt oder diese Position des Meß­ schlittens mit der 2n-fachen Empfindlichkeit gemessen werden kann.

7. Anordnung zum direkten Vergleich und Kalibrierung von LI nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der von einem Strahlenteiler ausgesandte Meßstrahl nach einer n-fachen Strahlfaltung dadurch wieder in diesen Strahlenteiler zurückkehren kann, weil die Tripelreflektoren axial jeweils beidseitig zur Meßachse (6) so verdreht sind, daß in einem zur Meßachse senkrechten Schnitt zwei zu dieser Achse symmetrisch angeordnete n-Ecken zwischen den Strahlachsen entstehen, wobei 2n gleich m ist, oder die Tripelreflektoren und der Strahlumlenker (7) so angeordnet sind, daß die Achsen der Meßstrahlen z. B. mäanderförmig oder anders angeordnet sind.

8. Anordnung zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung von LI nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Strahlfaltung für ein LI auch die beiden anderen Kanäle der fest angeordneten Tripelreflektoren, z. B. (4′.1, 4′.2) . . ., 4′.(2n-1)) einbezogen und auch alle drei Kanäle des gemeinsamen Tripelreflektors (5) dafür benutzt werden können, je nachdem, ob auch für weitere LI Platz benötigt wird oder nicht.

9. Anordnung zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung von LI nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte erfindungsgemaße Anordnung ein Temperaturschutzgehäuse (9) umschließt, welches zusätzlich auch einen Manostaten darstellt, so daß in seinem Innenraum auch präzise Messungen (11) und Regelungen (12) der Umweltparameter Temperatur, Luftdruck, Luft­ feuchte, CO₂-Gehalt u. a. Gasbeimengungen vorgenommen werden können, die Umwelt­ parameter in den von den Herstellern der LI angegebenen Bereichen variiert werden können und in bekannter Weise die Brechzahl der Luft bestimmt werden kann.

10. Anordnung zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung von LI nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur direkten Bestimmung der Brechzahl der Luft ein prinzipiell bekanntes Luftrefrak­ tometer mit einer gleichlangen Luft- (ML) und Vakuumstrecke (MV) als Meßsystem und mit zwei gleichlangen Luftstrecken (RL1, RL2) als Referenzsystem und erfindungsgemäß diese beiden Systeme symmetrisch zur Meßachse (6) der gesamten Meßeinrichtung angeordnet sind, daß diese symmetrische Anordnung dadurch erreicht wird, daß z. B. alle oberhalb der Meß­ achse vom Strahlenteiler (22) ausgesandten Teilstrahlen (1 _MV, 1 _ML, 1 _RL1, 1 _RL2) zum fest­ stehenden Tripelreflektor (25) des Refraktometers, von letzteren antiparallel als Strahlen (2 _MV, 2 _ML, 2 _RL1, 2 _RL2) oberhalb der Meßachse zur Referenzspiegelschicht (27), dann in sich selbst reflektiert werden und schließlich als Strahlen (3 _MV, 3 _ML, 3 _RL1, 3 _RL2; 4 _MV, 4 _ML, 4 _RL1, 4 _RL2) den gleichen Weg zurück zum Strahlenteiler (22) nehmen und auf diese Weise wegen dieses bezüglich der Meßachse (6) symmetrischen Strahlverlaufs durch optische Integration der z. B. oberen und unteren Strahlen mit sehr guter Näherung die für die Meßachse interessierende Brechzahl bestimmt werden kann, indem die beiden entstehenden Interferenz­ streifensysteme des Meß- und Referenzsystems in bekannter Weise zur Auswertung benutzt werden, daß durch die einfache Strahlfaltung mit Hilfe des Tripelreflektors (25) und der Referenz­ spiegelschicht (27) eine Verdoppelung der Meßempfindlichkeit bewirkt wird.

11. Anordnung zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung von LI nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Vakuumrohr (23) des Luftrefraktometers in der Meßachse (6) angeordnet ist,
daß der Tripelreflektor (5), vorzugsweise ein Tripelspiegel, in Richtung seiner Hauptachse einen solchen Durchbruch besitzt, daß er ohne Behinderung das Vakuumrohr umschließt und in Meßrichtung verschoben werden kann,
daß im Tripelspiegel (5) Aussparungen für die Luftstrecken des Refraktometers vorgesehen sind und diese im Raum so angeordnet sind, daß die übrigen Interferometerstrahlengänge der Meßeinrichtung nicht beeinträchtigt oder abgeschattet werden, daß die Befestigungselemente für das Vakuumrohr (23) so angebracht sind, daß diese ebenfalls o.g. Strahlengänge nicht behindern.

12. Anordnung zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung von LI nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil strahlen des Meß- und Referenzsystems des Refraktometers horizontal oder vertikal zueinander liegen.

13. Anordnung zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung von LI nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßstrahlen (1.1 bis 1.4) des Normal-LI mit geeigneten Mitteln, z. B. mit zwei Vakuumbälgen (13) mit Abschlußfenstern (14) zwischen dem Strahlenteiler (2) und dem beweglichen gemeinsamen Tripelreflektor (5), im Vakuum laufen und auf diese Weise die zu prüfenden LI mit großer Genauigkeit an das Vakuuminterferometer angeschlossen werden können, welches frei von jeglichen Refraktionseinflüssen ist,
daß die Vakuumbälge speziell so gehaltert und geführt werden, daß keine Kräfte oder Momente die Lage der Interferometerbaugruppen, insbesondere des gemeinsamen Tripelreflektors (5), verändern können.

14. Anordnung zum direkten Vergleich und zur Kalibrierung von LI nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise auch die Meßstrahlengänge der zu prüfenden LI (z. B. 1′.1 bis 1′.4) mit geeigneten Mitteln, z. B. durch zwei weitere Vakuumbälge abgeschirmt werden oder der gesamte Manostat evakuiert werden kann und auf diese Weise ein direkter Vergleich der Vakuumwellenlängen der beteiligten LI erfolgen kann und dadurch auch systematische Meßfehler der gesamten Meßanordnung bestimmt werden können.