DE1147051B

DE1147051B - Optical interferometer

Info

Publication number: DE1147051B
Application number: DEL28500A
Authority: DE
Inventors: John Kaufmann; Johnson City; Woddrow L Hayes
Original assignee: General Precision Inc
Current assignee: General Precision Inc
Priority date: 1956-09-12
Filing date: 1957-09-04
Publication date: 1963-04-11

Description

Optisches Interferometer Die Erfindung betrifft ein optisches Interferometer, bei welchem die Anzahl der bei der Vereinigung zweier zwischen einem Strahlenleiter und einem Strahlenvereiniger gebildeten kohärenter Teilstrahlen, nämlich eines Bezugsstrahles von konstanter optischer Weglänge und eines Meßstrahles von entsprechend der Bewegung eines Meßkopfes änderbarer optischer Weglänge, auftretenden Interferenzstreifen ein Maß für die Wegänderung des Meßkopfes darstellt und bei welchem durch Veränderung des optischen Weges in einem Anteil eines der Teilstrahlen um einen Bruchteil der Wellenlänge gegenüber dem Rest des gleichen Teilstrahles im vereinigten Strahlenbündel und durch Bildung zweier Gebiete, in denen die Interferenzstreifen phasenverschoben gegeneinander auftreten, die Richtung der Bewegung des Meßkopfes bestimmbar ist.Optical interferometer The invention relates to an optical interferometer, at which the number of when two are joined between one beam guide and a beam combiner of coherent partial beams formed, namely a reference beam of constant optical path length and a measuring beam corresponding to the movement of a measuring head with changeable optical path length, occurring interference fringes represents a measure for the change in path of the measuring head and at which by change of the optical path in a proportion of one of the partial beams by a fraction of the Wavelength compared to the rest of the same partial beam in the combined beam and by forming two areas in which the interference fringes are out of phase occur against each other, the direction of movement of the measuring head can be determined.

Es ist bereits bekannt, zur Bestimmung der Bewegungsrichtung des Meßkopfes eines derartigen Interferometers in einem Anteil des einen Teilstrahles eine Veränderung der optischen Weglänge um einen Bruchteil einer Wellenlänge vorzunehmen, dadurch im vereinigten Strahlenbündel zwei Gebiete zu schaffen, in denen die Interferenzstreifen entsprechend phasenverschoben gegeneinander auftreten, und diese Gebiete darauf abzutasten, ob die Interferenzstreifen in dem einen Gebiet denen in dem anderen Gebiet in der Phase voreilen oder nacheilen. Bei den bisher bekannten interferometrischen Meßgeräten wurde die geringfügige Phasenverschiebung in dem einen Anteil eines der Teilstrahlen gegenüber dem Rest des gleichen Teilstrahles dadurch erzeugt, daß in dem Spiegelsystem, das den betreffenden Teilstrahl parallel zu sich selbst zurückwirft, einer der Spiegel mit der abgestuften reflektierenden Fläche versehen wird, oder daß eine phasenverzögernde Schicht auf einen für den gleichen Zweck bestimmten Reflexionsprisma erzeugt wird. It is already known to determine the direction of movement of the Measuring head of such an interferometer in a portion of a partial beam change the optical path length by a fraction of a wavelength, thereby creating two areas in the combined beam in which the interference fringes occur correspondingly out of phase with one another, and these areas on it to scan whether the interference fringes in one area correspond to those in the other Leading or lagging territory in the phase. With the previously known interferometric Measuring devices was the slight phase shift in the one portion of one of the Partial beams compared to the rest of the same partial beam generated in that in the mirror system that reflects the relevant partial beam parallel to itself, one of the mirrors is provided with the stepped reflective surface, or that a phase retarding layer on a reflective prism intended for the same purpose is produced.

Derartige Anordnungen sind jedoch sehr schwierig zu justieren und auch sehr teuer in der Herstellung. However, such arrangements are very difficult to adjust and also very expensive to manufacture.

Im Falle der Benutzung eines abgestuften Spiegels ist es sehr schwierig, eine genaue winkelmäßige Justierung des Spiegelsystems zu erhalten, da andernfalls die gewünschten Phasenbeziehungen nicht auftreten. Reflexionsprismen sind in dieser Hinsicht sehr viel günstiger, da die Winkelstellung der Reflexionsflächen von vornherein festliegt. Allerdings ist bei Prismen die Winkelstellung der Reflexionsflächen im allgemeinen nicht genau genug, so daß zunächst zueinander passende Paare ausgesucht und im Gerät justiert werden müssen, worauf erst dann eines der Prismen wieder ausgebaut und mit einer die Strahlen verzögernden Schicht versehen werden kann. Gelingt diese schwierige Operation nicht einwandfrei, ist auch der bisher geleistete Aufwand vergebens gewesen, denn Möglichkeiten einer Nachjustierung sind nicht mehr gegeben.In the case of using a graduated mirror, it is very difficult to to get an exact angular adjustment of the mirror system, otherwise the desired phase relationships do not occur. Reflective prisms are in this Much cheaper in terms of the angle of the reflection surfaces from the start is fixed. However, in the case of prisms, the angular position of the reflection surfaces is im generally not precise enough, so that first matching pairs are selected and have to be adjusted in the device, after which one of the prisms is removed again and can be provided with a layer which retards the rays. If this succeeds If a difficult operation is not flawless, the effort that has been made so far is in vain because there are no more options for readjustment.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und ist dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Teil der Oberfläche einer in den Weg eines der beiden Teilstrahlen eingeschalteten planparallelen Platte, die entweder als Strahlenteiler oder als Strahlenvereiniger dient oder zusätzlich im Strahlengang liegt eine lichtdurchlässige, phasenverzögernde Schicht aufgebracht ist, die in den einen Anteil des betreffenden Teilstrahles eine von 1800 verschiedene Phasenverschiebung einführt, und daß eine umkehrbare Zähleinrichtung zum Zählen der Interferenzstreifen in den beiden Gebieten des wiedervereinigten Strahlenbündels vorgesehen ist. The invention avoids these disadvantages and is characterized in that on part of the surface one in the path of one of the two partial beams switched plane-parallel plate, either as a beam splitter or as a The beam combiner is used or there is also a translucent, phase-retarding layer is applied in the one portion of the concerned Partial beam introduces a phase shift different from 1800, and that one Reversible counter for counting the interference fringes in the two areas of the reunited beam is provided.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einiger Ausführungsbeispiele unter bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der sich der verzögernde Überzug auf dem Strahlenteiler befindet, Fig. 2 eine schematische Skizze zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Winkelverstellbarkeit des Strahlenvereinigers, Fig. 3 schematisch abgeänderte Ausführungsformen mit dem verzögernden Überzug auf dem Strahlenteiler, Fig. 4 schematisch weitere abgeänderte Ausführungsformen mit dem verzögernden Überzug auf einer gesonderten transparenten Platte, Fig. 5 schematisch weitere abgeänderte Ausführungsformen mit dem verzögemden Überzug auf dem Strahlenvereiniger. The invention is explained below with reference to a few exemplary embodiments explained in more detail with reference to the drawings. 1 shows a perspective Representation of an embodiment according to the invention, in which the delaying Coating is located on the beam splitter, Fig. 2 is a schematic sketch for explanation the mode of action of the angle adjustability of the beam combiner, Fig. 3 schematically modified embodiments with the retarding coating on the Beam splitter, Fig. 4 schematically further modified embodiments with the retarding coating on a separate transparent plate, Fig. 5 schematically further modified embodiments with the delayed coating on the beam combiner.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird das Licht aus einer Lichtquelle 1 (beispielsweise ein scharfe Spektrallinien erzeugendes Krypton-Entladungsrohr) durch eine Kollimatorlinse 2 auf einen Strahlenverteiler 4 gerichtet, der auf der in der Zeichnung abgewandten Seite eine halbreflektierende Oberfläche 3 besitzt. Der von dieser Oberfläche reflektierte Teilstrahl 8 dient als Bezugsstrahl. Er wird iiber ein reflektierendes Prisma 9 auf einen Strahlenvereiniger 12 gelenkt, der ähnlich dem Strahlenteiler 4 aufgebaut sein kann und der auf seiner in der Zeichnung sichtbaren Seite eine halbrefiektierende Oberfläche besitzt. Der durch den Strahlenteiler 4 hindurchgetretene Teilstrahl 6, der als Meßstrahl dient, fällt auf ein reflektierendes Prisma 7. In the embodiment of FIG. 1, the light comes from a light source 1 (e.g. a krypton discharge tube that creates sharp spectral lines) directed through a collimator lens 2 onto a beam distributor 4, which is on the in the drawing facing away from the side has a semi-reflective surface 3. The partial beam 8 reflected from this surface serves as a reference beam. He will Guided by a reflecting prism 9 onto a beam combiner 12, the can be constructed similar to the beam splitter 4 and on its in the drawing visible side has a semi-reflective surface. The one through the beam splitter 4 which has passed through partial beam 6, which serves as a measuring beam, falls on a reflective one Prism 7.

Dieses Prisma 7 ist auf einem beweglichen, von Hand oder maschinell angetriebenen Meßkopf 10 befertigt dessen Lageänderung relativ zum Gegenlager 11 gemessen werden soll. Der Meßstrahl 6 wird von dem Prisma 7 zu dem Strahlenvereiniger 12 geworfen. Die in Fig. 1 sichtbare Fläche des Strahlenvereinigers 12 reflektiert den Meßstrahl 6 und vereinigt ihn dabei mit dem Bezugsstrahl 8, der von dem reflektierenden Prisma 9 her durch den Strahlenvereiniger hindurchgetreten ist. This prism 7 is on a movable, by hand or by machine The driven measuring head 10 produces its change in position relative to the counter bearing 11 should be measured. The measuring beam 6 is from the prism 7 to the beam combiner 12 thrown. The surface of the beam combiner 12 visible in FIG. 1 is reflected the measuring beam 6 and combines it with the reference beam 8 from the reflective Prism 9 has passed through the beam combiner.

Ein Teil der nichtreflektierenden Oberfläche des Strahlenteilers 4 ist mit einer lichtdurchlässigen, phasenverzögernden Schicht 5 überzogen, die in den durch diese Schicht hindurchgetretenen Anteil des Meßstrahles 6 eine von 1800 (oder einem ganzzahligen Vielfachen davon) verschiedene Phasenverzögerung relativ zum restlichen Anteil des Meßstrahles 6 einführt. Der Überzug 5 kann an sich aus vielen geeigneten lichtdurchlässigen Stoffen bestehen, bevorzugt wird er durch Aufdampfen von Magnesiumfiuorid oder Siliziumdioxyd im Vakuum hergestellt. Zweckmäßig besitzt der Überzug 5 eine solche Stärke und bedeckt eine solche Fläche, daß der eine Anteil des Strahles 6 um eine Viertelwellenlänge (900) verzögert wird und ungefähr die Hälfte des Gesamtquerschnittes des Strahles 6 ausmacht. Part of the non-reflective surface of the beam splitter 4 is coated with a transparent, phase-retarding layer 5, which in the portion of the measuring beam 6 which has passed through this layer one of 1800 (or an integral multiple thereof) different phase lag relative introduces the remaining portion of the measuring beam 6. The coating 5 can be made of itself consist of many suitable translucent materials; vapor deposition is preferred made of magnesium fluoride or silicon dioxide in a vacuum. Appropriately owns the coating 5 has such a thickness and covers such an area that the one portion of the beam 6 is delayed by a quarter wavelength (900) and approximately that Half of the total cross-section of the beam 6 makes up.

Bei der Strahlenvereinigung überlagert sich jeder der beiden gegeneinander phasenverschobenen Anteile des Meßstrahles 6 mit dem Bezugsstrahl 8 unter Interferenz, so daß sich im vereinigten Strahlenbündel zwei Felder 13 und 14 ausbilden, in denen die Interferenzstreifen um einen Betrag gegeneinander phasenverschoben sind, der dem zusätzlichen Gangunterschied entspricht, der durch den Überzug 5 in die zur Interferenz mit dem Bezugsstrahl 8 gebrachten Anteile des Meßstrahles 6 eingeführt wurde. Bei einer Bewegung des das Prisma 7 tragenden Meßkopfes 10 relativ zum Gegenlager 11 kommt es mithin in jedem der beiden Felder 13 und 14 zu periodisch sich wiederholenden Intensitätsänderungen, deren Anzahl in beiden Feldern gleich ist und in üblicher Weise ein Maß für die Veränderung der Weglänge des Meßstrahles 6 gegenüber der festen Weglänge des Bezugstrahles 8 und damit der Bewegung des Meßkopfes 10 darstellt, deren Phasenlage jedoch in beiden Feldern unterschiedlich ist. Weil bei einer Bewegung des Meßkopfes 10, dessen für den Durchgang der Intensität durch den gleichen Pegel. z. B. durch das Maximum, erforderliche Stellung je nach der Bewegungsrichtung für eines der beiden Felder 13 und 14 früher oder später als das andere Feld erreicht wird, läßt sich durch Abtastung der relativen Phasenlage (voreilung oder Nacheilung) der Intensitätsänderungen in den beiden Feldern die Bewegungsrichtung des Meßkopfes 10 ermitteln. Wenn beispielsweise die durch den Überzug 5 in den Meßstrahl eingeführte Phasenverzögerung eine Viertelwellenlänge beträgt, läuft bei einer Bewegung des Meßkopfes 10 in der einen Richtung (z. B. Erhöhung der Weglänge des Meßstrahles 6) die sich periodisch verändernde Intensität des einen Beleuchtungsfeldes, z. B. des Feldes 13, der entsprechenden Intensitätsänderung des anderen Beleuchtungsfeldes 14 mit einem Phasenwinkel von 900 vor, während eine Bewegung des Meßkopfes 10 in die andere Richtung (z. B. Verringerung der Weglänge des Meßstrahles 6) eine periodische Änderung der Intensität des Feldes 13 bewirkt, die der des Feldes 14 um den gleichen Winkel nacheilt. When the rays combine, each of the two overlaps one another phase-shifted parts of the measuring beam 6 with the reference beam 8 under interference, so that in the combined bundle of rays two fields 13 and 14 are formed in which the interference fringes are out of phase with one another by an amount that corresponds to the additional path difference created by the coating 5 in the for Interference with the reference beam 8 brought parts of the measuring beam 6 introduced became. During a movement of the measuring head 10 carrying the prism 7 relative to the counter bearing 11 consequently in each of the two fields 13 and 14 there are periodically repeating ones Changes in intensity, the number of which is the same in both fields and in more common Way a measure of the change in the path length of the measuring beam 6 compared to the fixed Path length of the reference beam 8 and so that the movement of the measuring head 10 represents whose However, the phase position is different in both fields. Because in one movement of the measuring head 10, its for the passage of the intensity through the same level. z. B. by the maximum, required position depending on the direction of movement for one of the two fields 13 and 14 is reached earlier or later than the other field can be determined by scanning the relative phase position (lead or lag) the intensity changes in the two fields determine the direction of movement of the measuring head 10 determine. If, for example, the introduced through the coating 5 in the measuring beam Phase delay is a quarter of a wavelength, runs when the Measuring head 10 in one direction (e.g. increasing the path length of the measuring beam 6) the periodically changing intensity of one illumination field, e.g. B. of the field 13, the corresponding change in intensity of the other illumination field 14 with a phase angle of 900, while a movement of the measuring head 10 in the other direction (e.g. reducing the path length of the measuring beam 6) is periodic Change in the intensity of the field 13 causes that of the field 14 to be the same Angle lags.

In der Anordnung nach Fig. 1 sind Fotozellen 18 und 19 zur Abtastung der Intensität der beiden außer Phase befindlichen Beleuchtungsfelder 13 und 14 vorgesehen. Die sinusförmigen elektrischen Ausgänge dieser Zellen werden in bekannter Weise zur Betätigung einer elektronischen Zähleinrichtung 20 verwendet, die in der einen Richtung läuft, wenn die periodische Intensitätsänderung im Feld 13 der periodischen Intensitätsänderung im Feld 14 voreilt, während sie bei umgekehrter Phasenlage der Intensitätsänderungen in den beiden Feldern ihre Zähleinrichtung ebenfalls umkehrt. Zweckmäßig ist die Zähleinrichtung 20 so beschaffen, daß sie nicht auf eine Intensitätsänderung in einem der Felder 13 oder 14 allein anspricht, sondern eine Anzeige der in beiden Feldern vollständig durchlaufenden Perioden liefert. Zur Ermittlung von Wegänderungen, die kleiner sind als eine vollständige Periode der Intensitätsänderung, kann die Zähleinrichtung 20 noch eine Interpolationseinrichtung enthalten, z. B. einen Kathodenstrahloszillographen, in dem die beiden Sinus-Ausgänge der Fotozellen 18 und 19 geeignet überlagert sind. In the arrangement according to FIG. 1, photocells 18 and 19 are used for scanning the intensity of the two out-of-phase illumination fields 13 and 14 intended. The sinusoidal electrical outputs of these cells are known in Way used to operate an electronic counter 20, which is in the one direction runs when the periodic intensity change in field 13 of the periodic The change in intensity in the field 14 leads, while the reverse phase position of the Changes in intensity in the two fields also reverse their counter. The counter 20 is expediently designed so that it does not respond to a change in intensity responds in one of the fields 13 or 14 alone, but an indication of the in both Fields for completely continuous periods. To determine changes in path, which are smaller than a full period of the change in intensity, the Counting device 20 also contain an interpolation device, e.g. B. a cathode ray oscilloscope, in which the two sinusoidal outputs of the photocells 18 and 19 are suitably superimposed.

Falls der Strahlengang des Interferometers nicht mit monochromatischem Licht gespeist wird, sondern z. B. in der in Fig. 1 gezeigten Weise mit dem aus mehreren Spektrallinien zusammengesetzten Licht eines Krypton-Entladungsrohrs 1, muß im wiedervereinigten Strahlenbündel eine Auswahl einer bestimmten Spektrallinie stattfinden, da der verzögernde Überzug 5 für jede der vorhandenen Spektrallinien eine andere Phasenverschiebung erzeugt. If the beam path of the interferometer does not have a monochromatic Light is fed, but z. B. in the manner shown in Fig. 1 with the from light composed of several spectral lines from a krypton discharge tube 1, In the reunited bundle of rays, a selection of a certain spectral line must be made take place as the retarding coating 5 for each of the existing spectral lines another phase shift is generated.

Zu diesem Zweck wird in der Ausführungsform der Fig. 1 das wiedervereinigte Strahlenbündel über ein Prisma 15 geführt, das für jede der Spektrallinien eine konstante, unterschiedliche Ablenkung bewirkt.For this purpose, in the embodiment of FIG. 1, the reunited Beams guided over a prism 15, one for each of the spectral lines constant, varying distraction causes.

Dann werden die beiden Beleuchtungsfelder 13 und 14 über eine transparente Teilerplatte 16 auf bestimmte Offnungen in einer Blende 17 gerichtet, die von den Fotozellen 18 und 19 abgetastet werden.Then the two lighting fields 13 and 14 are transparent over a Divider plate 16 directed to certain openings in a diaphragm 17, which of the Photocells 18 and 19 are scanned.

Welche der Spektrallinien dabei ausgewählt werden, ist für die grundsätzliche Wirkungsweise des Interferometers unerheblich.Which of the spectral lines are selected is the fundamental one How the interferometer works is irrelevant.

Einer der Vorteile, die sich aus der Anordnung des verzögernden Überzuges 5 auf dem Strahlenteiler 4 (oder einer anderen, für den Lichtdurchtritt vorgesehenen Fläche, wie dies weiter unten erläutert wird) ergeben, liegt darin, daß die wirksamc Fläche des Überzuges für die Erzeugung gleicher Intensitätsänderungen in den beiden Beleuchtungsfeldem 13 und 14 justierbar- ist. Falls nämlich die beiden Beleuchtungsfelder nicht die gleiche Intensitätsänderungen aufweisen, kann der Strahlenteiler 4 in seiner Ebene so weit seitlich verschoben werden., bis die gewünschte Gleichheit eintritt. Diese Gleichheit ist besonders bei einer Auswertung der Meßergebnisse mittels Zähleinrichtungen wünschenswert. One of the advantages resulting from the arrangement of the retarding coating 5 on the beam splitter 4 (or another one provided for the passage of light Area, as will be explained below), is that the effective c Area of the coating for producing equal changes in intensity in the two Illumination fields 13 and 14 is adjustable. If namely the two lighting fields do not have the same changes in intensity, the beam splitter 4 in its level can be shifted sideways until the desired equality entry. This equality is particularly important when evaluating the measurement results by means of counting devices is desirable.

Falls die Phasenverzögerung dagegen wie bisher auf dem reflektierenden Prisma hergestellt wird, ist eine solche Justierung nicht mehr möglich, da das Prisma bereits optisch ausgerichtet ist.If, on the other hand, the phase delay is on the reflective as before Prism is produced, such an adjustment is no longer possible because the prism is already optically aligned.

Weiterhin führt die beschriebene Anordnung des Überzuges 5 zu der Möglichkeit, den Aufwand zur Abgleichung der Winkelfehler der reflektierenden Prismen 7 und 9 zu vermindern, wenn zugleich der Strahlenvereiniger 12 winkelmäßig einstellbar gemacht wird. Dies sei an Hand der Fig. 2 näher erläutert. In dieser Figur sind schematisch das bewegliche reflektierende Prisma 7 und das feste reflektierende Prisma 9 sowie die über diese Prismen zum Strahlenvereiniger 12 geleiteten Teilstrahlen 6 und 8 (Meßstrahl und Bezugsstrahl) dargestellt (letztere in Form eines aus den Bündeln ausgewählten Einzelstrahlers 22 bzw. 23). Die Prismen 7 und 9 besitzen wie alle Prismen, von Natur aus mehr oder weniger starke Unvollkommenheiten. Insbesondere sind ihre Scheitelwinkel im allgemeinen nicht genau 90 sondern weichen von diesem Wert ab, so daß die von den Prismen reflektierten Strahlen 22 und 23 nicht parallel zu den entsprechenden einfallenden Strahlen laufen. Der Winkel zwischen dem idealen Strahl (in Fig. 2 gestrichelt angedeutet) und dem tatsächlich reflektierten Strahl wird als »Winkelfchler« des Prisma bezeichnet. Furthermore, the described arrangement of the coating 5 leads to the Possibility of the effort to adjust the angular error of the reflecting prisms 7 and 9 to be reduced if at the same time the beam combiner 12 can be angularly adjustable is made. This will be explained in more detail with reference to FIG. In this figure are schematically the movable reflective prism 7 and the fixed reflective Prism 9 and the partial beams directed to the beam combiner 12 via these prisms 6 and 8 (measuring beam and reference beam) shown (the latter in the form of one of the Bundling selected individual radiators 22 or 23). The prisms 7 and 9 have like all prisms, inherently more or less strong imperfections. In particular their vertex angles are generally not exactly 90 but deviate from this So that the beams 22 and 23 reflected by the prisms are not parallel run to the corresponding incident rays. The angle between the ideal Beam (indicated by dashed lines in Fig. 2) and the actually reflected beam is called the "Winkelelfchler" of the prism.

Ein derartiger Winkelfehler kann nur mit sehr hohem Aufwand dadurch ausgeglichen werden, daß in ihren Winkelfehlern zusammenpassende Paare von Prismen ausgewählt und ihre zweckentsprechenden Orientierungen ausprobiert werden. um zu erreichen, daß sich die von den Prismen reflektierten Strahlen im Strahlenvereiniger schneiden und eine optimale Wiedervereinigung ergeben. Dieses Verfahren ist außerordentlich mühevoll, wenn die Phasenverzögerung auf einer der Refiexionsfiächen der Prismen erzeugt wird, weil dann für die beiden Prismen eine Abstimmung zweier Winkelgrößen und Orientierungen (eine für jede Hälfte eines jeden Teilstrahles) erfolgen muß. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung des Überzuges 5 braucht dagegen für die beiden Prismen nur noch eine Abstimmung einer Winkelgröße und Orientierung durchgeführt zu werden, die auf die eine der beiden Hälften der beiden Teilstrahler bezogen ist. Da die Hälften der beiden Teilstrahlen in dem einen Teilstrahl nur eine um z. B. eine Viertelwellenlängc voneinander abweichende optische Weglänge aufweisen und in dem anderen Teilstrahl sogar einander gleich sind. ist für die entsprechenden Hälften der beiden Teilstrahlen die Differenz in Winkelfehlern (sowohl hinsichtlich Winkelgröße als auch hinsichtlich Orientierung) ungefähr die gleiche. Wenn daher der Strahlenver- einiger so orientiert ist, daß er für die einen Hälften der beiden Teilstrahlen im Schnittpunkt der Einzelstrahlen 22 und 23 liegt, ist er auch gleichzeitig für die anderen Hälften der beiden Teilstrahlen richtig orientiert. Aus diesem Grund hat der in Fig. 1 gezeigtc Strahlenvereiniger 12 eine winkelmäßige Einstellmöglichkeit, vermitteis der er so gestellt werden kann, daß er den Schnittpunkt der Teilstrahlen 8 und 6 schneidet. In Fig. 1 ist zu erkennen, daß der Strahlenvereiniger 12 in einem anderen Winkel liegt als der Strahlenteiler 4. Such an angle error can only be achieved with a great deal of effort are compensated that in their angle errors matching pairs of prisms selected and their appropriate orientations tried out. in order to achieve that the beams reflected by the prisms are in the beam combiner cut and result in an optimal reunion. This procedure is extraordinary troublesome when the phase delay on one of the reflecting surfaces of the prisms is generated because then a coordination of two angle sizes for the two prisms and orientations (one for each half of each sub-beam) must be made. With the inventive arrangement of the coating 5, however, needs for the two Prisms only have to coordinate an angle size and orientation which is related to one of the two halves of the two partial radiators. Since the halves of the two partial beams in the one partial beam only one by z. B. have a quarter wavelength different from each other optical path length and are even equal to each other in the other partial beam. is for the appropriate Halves of the two partial beams the difference in angular errors (both with regard to Angle size as well as orientation) about the same. If therefore the radiation some of them are so oriented that for one half of the two If the partial rays lie at the intersection of the individual rays 22 and 23, it is also at the same time correctly oriented for the other halves of the two partial beams. For this reason If the beam combiner 12 shown in Fig. 1 has an angular adjustment option, avoids it can be placed so that it is the intersection of the partial beams 8 and 6 intersects. In Fig. 1 it can be seen that the beam combiner 12 in one is at a different angle than the beam splitter 4.

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt. Auch bei diesen Ausführungsbeispielen wird die Phasenverzögerung nicht auf einer der kritischen reflektierenden Flächen der festen oder beweglichen Prismen erzeugt, sondern durch einen Überzug, durch den einer der beiden Teilstrahlen hindurchtreten kann. Die nachfolgend näher erläuterten Fig. 3 bis 5 sind nur schematischc Darstellungen, die die gleichen Bezugszeichen benutzen wie Fig. 1. Further exemplary embodiments of the invention are shown in FIGS and 5 shown. The phase delay is also in these exemplary embodiments not on any of the critical reflective surfaces of the fixed or moving Prisms generated, but by a coating through which one of the two partial beams can pass through. FIGS. 3 to 5, which are explained in more detail below, are only schematic Representations which use the same reference symbols as in FIG. 1.

Fig. 3 zeigt weitere Möglichkeiten der Anbringung des Überzugs 5 auf dem Strahlenteiler 4. Während sich in Fig. 1 der halbdurchlässige Spiegel 3 auf der zum einfallenden Strahlenbündel hinweisenden Fläche und der verzögernde Überzug 5 auf der zum Meßstrahl 6 hinweisenden Fläche des Strahlenteilers 4 befinden, ist in der Anordnung nach Fig. 3 A der Strahlenteiler 4 umgekehrt angeordnet. Die erforderliche Phasenverschiebung zwischen den Hälften der Teilstrahlen tritt dadurch ein. daß die eine Hälfte des Bezugsstrahles 8 die Schicht 5 zweimal durchläuft, während die entsprechende Hälfte des Meßstrahles 6 die Schicht S nur einmal durchläuft. In der Anordnung nach Fig. 3 B sind sowohl der halbdurchlässige Spiegel 3 als auch der verzögernde Überzug 5 auf der Fläche des Strahlenteilers 4 gebildet, die zu dem beweglichen reflektierenden Prisma 7 hinweist. 3 shows further possibilities for applying the cover 5 on the beam splitter 4. While in Fig. 1 the semi-transparent mirror 3 on the surface pointing to the incident beam and the retarding one Coating 5 is located on the surface of the beam splitter 4 facing the measuring beam 6, the beam splitter 4 is arranged reversed in the arrangement according to FIG. 3A. the required phase shift between the halves of the partial beams occurs as a result a. that one half of the reference beam 8 passes through the layer 5 twice, while the corresponding half of the measuring beam 6 passes through the layer S only once. In the arrangement of FIG. 3B, both the semi-transparent mirror 3 and the retarding coating 5 is formed on the surface of the beam splitter 4, which is to the movable reflective prism 7 indicates.

Dabei durchläuft nur allein der Teilstrahl 6 die verzögernde Schicht 5. In der Anordnung nach Fig. 3 C sind der halbdurchlässige Spiegel 3 und der verzögernde Überzug 5 auf der Fläche des Strahlenteilers 4 angeordnet, die zu dem festen reflektierenden Prisma 9 hinweist. Dabei wird wie im Falle der Fig. 3 A. die erforderliche Phasenverschiebung dadurch erzielt, daß die Hälfte des Bezugsstrahls 8 den verzögernden Überzug zweimal durchlaufen, während er von der entsprechenden Hälfte des Meßstrahls 6 nur einmal durchlaufen wird.In this case, only the partial beam 6 alone passes through the delaying layer 5. In the arrangement of Fig. 3C, the semi-transparent mirror is 3 and the retarding mirror Coating 5 placed on the surface of the beam splitter 4 that is reflective to the solid Prism 9 indicates. As in the case of FIG. 3A, the required phase shift is thereby obtained obtained by half of the reference beam 8 applying the retarding coating twice traversed, while he of the corresponding half of the measuring beam 6 only once is run through.

In Fig. 4 sind die Möglichkeiten der Anordnung des verzögernden Überzugs 5 auf einer besonderen lichtdurchlässigen Platte 25, die in den Strahlengang eines der Teilstrahlen 8 oder 6 gelegt ist, gezeigt. In Fig. 4 are the options for the placement of the retarding coating 5 on a special translucent plate 25 that is in the beam path of a the partial beams 8 or 6 is placed, shown.

Die Platte 25 ist vorzugsweise planparallel. damit sie den Strahlengang nicht zusätzlich beeinflußt. In der Anordnung nach Fig. 4A liegt sie zwischen dem Strahlenteiler 4 und dem beweglichen reflektierenden Prisma 7. und der verzögernde Überzug 5 befindet sich auf einem Teil der Seite der Platte 25. die zum Strahlenteiler 4 hinweist. Damit wird die Phasenverzögerung in einem Teil des Meßstrahles 6 erzeugt. Die Anordnung nach Fig.4B ist identisch mit der Anordnung nach Fig. 4A mit der Ausnahme, daß die transparente Platte 25 mit dem verzögernden Überzug 5 in den Bezugsstrahl 8 gelegt ist. Die Fig. 4C und 4D zeigen die entsprechende Anordnung dieser Platte 25 in dem Strahlengang der Teilstrahlen 6 bzw. 8 zwischen dem Strahlenv reiniger 12 und dem jeweils zugehörigen reflektierenden Prisma.The plate 25 is preferably plane-parallel. so that they are the beam path not additionally influenced. In the arrangement of FIG. 4A, it is between the Beam splitter 4 and the movable reflective prism 7. and the retarding Coating 5 is on part of the side of plate 25 facing the beam splitter 4 indicates. The phase delay is thus generated in part of the measuring beam 6. The arrangement according to FIG. 4B is identical to the arrangement according to FIG. 4A with the exception that the transparent plate 25 with the retarding coating 5 in the reference beam 8 is laid. Figures 4C and 4D show the corresponding arrangement of this plate 25 in the beam path of the partial beams 6 and 8 between the Strahlv cleaner 12th and the associated reflective prism.

Der verzögernde Überzug 5 kann auch auf dem Strahlenvereiniger 12 angeordnet sein, wie dieses Fig. 5 zeigt. In der Anordnung nach Fig. so ist dabei der verzögernde Überzug 5 auf der gleichen Fläche des Strahlenvereinigers 12 aufgebracht wie der halbdurchlässige Spiegel 39, und zwar auf der zu dem festen reflektierenden Prisma 9 hinweisenden Fläche. In diesem Ausführungsbeispiel geht nur der Teilstrahl 8 durch den verzögernden Überzug 5 hindurch. In der Anordnung nach Fig. 5B befindet sich der verzögernde Überzug 5 auf der dem halbdurchlässigen Spiegel 39 gegenüberliegenden Fläche des Strahlenvereinigers 12 und weist zu dem beweglichen Refiektionsprisma 7 hin. Dabei durchläuft der Meßstrahl 6 den Überzug 5, bevor er mit dem Bezugsstrahl 8 vereinigt wird. Die Fig. 5 C und 5 D zeigen eine gegenüber den Fig. 5A und 5 B jeweils umgekehrte Anordnung des Strahlenteilers 12. The retarding coating 5 can also be on the beam combiner 12 be arranged, as this Fig. 5 shows. In the arrangement according to FIG the retarding coating 5 is applied to the same surface of the beam combiner 12 like the semi-transparent mirror 39, on the one reflective to the fixed one Prism 9 indicative surface. In this embodiment, only the partial beam goes 8 through the retarding coating 5. Located in the arrangement of Fig. 5B the retarding coating 5 is on the opposite of the semi-transparent mirror 39 Surface of the beam combiner 12 and faces the movable reflecting prism 7 out. The measuring beam 6 passes through the coating 5 before it comes into contact with the reference beam 8 is united. FIGS. 5C and 5D show one opposite FIGS. 5A and 5B Reverse arrangement of the beam splitter 12 in each case.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Optical interferometer, in which the number the one in the union of two between a beam splitter and a beam combiner formed coherent partial beams, namely a reference beam of constant optical path length and a measuring beam corresponding to the movement of a measuring head changeable optical path length, occurring interference fringes a measure of the Change of path of the measuring head represents and in which by changing the optical Path in a portion of one of the partial beams by a fraction of the wavelength compared to the rest of the same partial beam in the combined beam and through Formation of two areas in which the interference fringes are out of phase with one another occur, the direction of movement of the measuring head can be determined, characterized in that that on part of the surface one in the path of one of the two partial beams switched on plane-parallel plate, either as a beam splitter (4) or as radiation some (12) serves or is additionally located in the beam path, a translucent, phase delayed layer (5) is applied, which is part of the relevant Partial beam introduces a phase shift different from 1800, and that one Reversible counter for counting the interference fringes in the two areas (13, 14) of the recombined radiation beam is provided.

2. Optical interferometer according to claim 1, characterized in that that the layer (5) by vapor deposition of magnesium fluoride or silicon dioxide in the Vacuum is established and has a thickness for the transmitted light a Phase delay of 900 causes.

3. Interferometer according to claim 1 and 2, characterized in that that for scanning each of the two areas (13, 14) of the reunited beam a photosensitive tube (18, 19) is provided and both tubes their signals dispense into a reversible electronic counting device (20).

4. Interferometer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the beam splitter (4) is a semi-transparent mirror.

5. Interferometer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the beam splitter (4) is laterally adjustable.

6. Interferometer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the beam combiner (12) from the beam splitter (4) is separated, is a semi-transparent mirror.

7. Interferometer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the beam combiner (12) is adjustable in angle.

Publications considered: German Auslegeschriften No. 595,211,1,109,411; U.S. Patent Nos. 2,604004, 2583,596, 2338981; Swiss U.S. Patent No. 315,930.