DE3446014A1

DE3446014A1 - Interferometer according to the Michelson principle

Info

Publication number: DE3446014A1
Application number: DE19843446014
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. 8088 Eching Tank
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1984-12-17
Filing date: 1984-12-17
Publication date: 1986-06-26
Also published as: DE3446014C2

Abstract

In an interferometer with rotating components for obtaining path differences, a mirror element (RDS) which reflects an incoming beam bundle (SB) in a direction (laterally offset) parallel to the incident direction, a mirror element (SF2) arranged perpendicular to the reflected beam bundle (SB) and which has the effect that the path so far traversed by the beam bundle (SB) is traversed a second time backwards, and a device are used in order to set the first mirror element (RDS) rotating in an arrangement in such a way that during rotation the optical path for the beam bundle (SB) is altered. These elements replace the arm of a conventional Michelson interferometer in which the path difference is generated by the to and fro movement of the moving mirror. Use is made as the first (rotating) mirror element (RDS) of an arrangement consisting of a plurality of roof mirrors or triple mirrors which are arranged cylindrically about an axis (DA) of rotation in such a way that a beam incident perpendicular to the axis (DA) of rotation is reflected in a parallel direction onto the second mirror element (SF2) which is a plane mirror. The axis (DA) of rotation is perpendicular to the optical axis (OA) of the interferometer, and in the event of rotation a perpendicular projection of the apex of the roof mirrors or of the triple mirrors which occurs on the optical axis (OA) is moved along the optical axis (OA); in this case, the optical path ... Original abstract incomplete. <IMAGE>

Description

Interferometer nach dem Michelson-Prinzip Interferometer based on the Michelson principle

Die Erfindung betrifft ein Interferometer nach dem Michelson-Prinzip nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an interferometer based on the Michelson principle according to the preamble of claim 1.

In den Patentanmeldungen P 33 46 455.3 und P 34 31 040.1 sind Interferometer mit rotierenden Rückstrahlern beschrieben, um eine Wegdifferenz zwischen den beiden Interferometerarmen zu erzeugen. Die in diesen beiden Patentamneldungen vorgeschlagenen Anordnungen weisen zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Interferometern auf. Als nicht ganz so vorteilhaft ist bei diesen Anordnungen anzusehen, daß zum einen die dort vorgesehenen Rückstrahler exzentrisch rotieren und sie daher vor allem für hohe Rotationsgeschwindigkeiten sehr sorgfältig ausgewuchtet sein müssen, und daß zum anderen die zeitliche Auflösung, d.h. die Meßgeschwindig'keit, durch die Drehgeschwindigkeit des Rückstrahlers begrenzt ist.In the patent applications P 33 46 455.3 and P 34 31 040.1 are interferometers described with rotating reflectors, a path difference between the two Generate interferometer arms. The ones proposed in these two patent applications Arrangements have numerous advantages over conventional interferometers. In these arrangements, it is to be regarded as not quite so advantageous that on the one hand the reflectors provided there rotate eccentrically and therefore they above all must be very carefully balanced for high rotational speeds, and that on the other hand the temporal resolution, i.e. the measuring speed, by the Rotation speed of the reflector is limited.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter möglichst weitgehender Vermeidung der vorstehend angeführten Nachteile bei den herkömmlichen oder vorgeschlagenen Interferometern ein solches Interferometer mit einem rotierenden Element zu schaffen, bei welchem ein konzentrisch rotierendes Element verwendbar ist und dadurch die Meßgenauigkeit beträchtlich gesteigert werden kann. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei einem Interferometer der gattungsgemäßen Art durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The object of the invention is therefore to avoid it as far as possible the above-mentioned disadvantages in the conventional or proposed Interferometers to create such an interferometer with a rotating element, in which a concentrically rotating element can be used and thereby the Measurement accuracy can be increased considerably. According to the invention this is Task in an interferometer of the generic type by the subject of Claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are the subject of the subclaims.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist bei einem Interferometer nach dem Michelson-Prinzip als bewegliches Element eine Anordnung aus einer Anzahl n (n 5) von Dachkantspiegeln verwendet, wobei unter Dachkantspiegel rechtwinklig mit den Seitenflächen aneinanderstoßende, fest miteinander verbundene Planspiegel zu verstehen sind. Diese Dachkantspiegel liegen jeweils mit der Basis an einem benachbarten Dachkantspiegel an und sind fest mit diesem verbunden; ferner sind die Dachkantspiegel vorzugsweise zylinderförmig um die Drehachse des Elements herum gruppiert. Dadurch verlaufen die Scheitel der Dachkantspiegel sowie die Drehachse des Elements parallel. Wenn dann das Element in Form einer Anordnung aus einer Anzahl von Dachkantspiegeln kontinuierlich mit einer einstellbaren und regelbaren Drehgeschwindigkeit um seine Drehachse rotiert und wenn ferner die Drehachse bzw. die Scheitel der Dachkantspiegel oder aber auch deren Projektionen und die optische Achse des Interferometers senkrecht aufeinander stehen,wird in jeder Drehstellung des Elements eine seiner reflektierenden Flächen von einem von einem Strahlteiler kommenden Strahlenbündel erreicht;dieses wird von der ersten reflektirenden Fläche auf eine zweite reflektierende Fläche der Dachkantspiegel reflektiert, dann von der zweiten reflektierenden Fläche senkrecht auf einen zweiten festen Spiegel reflektiert, von dort auf demselben Weg nunmehr zurück zu dem Strahlteiler reflektiert, und wird dort in bekannter Weise mit dem von einem ersten festen Spiegel kommenden Strahlenbündel rekombinieren.According to a preferred embodiment of the invention is in one Interferometer according to the Michelson principle as a movable element an arrangement from a number n (n 5) used by roof-prism mirrors, with under Roof mirror at right angles with the side surfaces abutting, firmly together connected plane mirrors are to be understood. These roof mirrors are each with the base to an adjacent roof mirror and are firmly connected to this; Furthermore, the roof mirrors are preferably cylindrical around the axis of rotation of the Elements grouped around. This will run the apex of the roof edge mirrors as well the axis of rotation of the element parallel. If then the element in the form of an arrangement from a number of roof mirrors continuously with an adjustable and controllable rotational speed rotates around its axis of rotation and if further the axis of rotation or the apex of the roof edge mirror or also their projections and the The optical axis of the interferometer are perpendicular to each other in every rotational position of the element one of its reflective surfaces from one of a beam splitter coming bundle of rays; this is from the first reflecting surface reflected onto a second reflective surface of the roof prism mirror, then from the second reflective surface reflects perpendicularly onto a second fixed mirror, from there on the same path now reflected back to the beam splitter, and is there in a known manner with the beam coming from a first fixed mirror recombine.

Bei einer solchen Rotation des Elements aus einer Anordnung von Dachkantspiegeln verändern die Scheitel der Dachkantspiegel ihren Abstand zu dem Strahlteiler und zu dem zweiten festen Spiegel, so daR sich dadurch die Weglänge durch diesen Arm des Interferometers ändert. Mit jedem Dachkantinnenspiegel können somit ein symmetrisches bzw. zwei halbseitige Interferogramme gewonnen werden, so daß bei n-Dachkantspiegeln an dem Umfang des rotierenden Elements 2n Interferogramme je Umdrehung des Elements gewonnen werden können.With such a rotation of the element from an arrangement of roof-prism mirrors change the apex of the roof mirrors their distance to the beam splitter and to the second fixed mirror, so that the path through this arm is thereby increased of the interferometer changes. With every roof prism mirror you can create a symmetrical or two half-sided interferograms can be obtained, so that with n roof-edge mirrors on the circumference of the rotating element 2n interferograms per revolution of the element can be won.

Wenn bei einer solchen Ausbildung des rotierenden Elements der zweite feste Spiegel zwischen dem Strahlteiler und dem Element selbst angeordnet ist, geht das von dem Strahlteiler kommende Strahlenbündel entweder an dem zweiten festen Spiegel vorbei und trifft auf das Element auf oder aber es trifft durch eine Öffnung in dem zweiten festen Spiegel auf das Element auf. Um den vorstehend beschriebenen Strahlenverlauf bei Rotation des Elements zu vervollständigen, sind an dem zweiten festen Spiegel die dem rotierenden Element gegenüberliegende Seite verspiegelt und die dem Strahlteiler z-ugewandte Seite unverspiegelt.If with such a design of the rotating element the second fixed mirror arranged between the beam splitter and the element itself is, the beam coming from the beam splitter either goes to the second fixed mirror and hits the element or it hits through a Opening in the second fixed mirror onto the element. To the above described The path of rays to be completed upon rotation of the element is on the second fixed mirror mirrors the side opposite the rotating element and the side facing the beam splitter z is not mirrored.

Gesät einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung können anstelle der Dachkantspiegel Rückstrahler in Form von Tripelspiegeln u.ä. verwendet werden. Hierbei ist mit Rückstrahler eine Einrichtung bezeichnet, bei der die reflektierten Strahlen gegenläufig parallel zu den einfallenden Strahlen verlau'fen. Ferner kann anstelle einer zylinderförminen Anordnung eine kreisförmige Anordnung aus solchen Rückstrahlern in Form von Tripelspiegeln verwendet werden.Sown a preferred development of the invention can instead the roof edge mirror reflector in the form of triple mirrors and the like. be used. Here, a device is referred to as a reflector in which the reflected Rays run in opposite directions parallel to the incident rays. Furthermore can instead of a cylindrical arrangement, a circular arrangement of such Reflectors in the form of triple mirrors are used.

Bei einer solchen kreisförmigen Anordnung aus Rückstrahlern sind dann die optische Achse und die Drehachse des Elements so zueinander angeordnet, daß bei einer Rotation die Spur der optischen Achse in der Nähe der Scheitel der Rückstrahler in Form beispielsweise von Tripelspiegeln verläuft; hierbei we-ist die'Drehachse eine Neigung von einigen Grad gegenüber der optischen Achse auf.In such a circular arrangement of reflectors are then the optical axis and the axis of rotation of the element are arranged to one another so that in the case of rotation, the trace of the optical axis near the vertices of the retro-reflectors runs in the form, for example, of triple mirrors; here we-is the axis of rotation an inclination of a few degrees with respect to the optical axis.

Zusätzlich-kann z-u dem rotierenden Element ein Keil aus einem brechenden Mater-ial in dem Strahlengang vorgesehen sein. In diesem-Fall können bei Verwendung einer kreisförmigen Anordnung von'Rückstrahlern auch die optische Achse sowie die Drehachse wieder parallel zueinander verlaufen. Zur Erhöhung der spektralen Auflösungskraft kann entweder der Durchmesser des rotierenden Elements vergrößert werden, oder aber bei unverändertem Durchmesser des Elements kann die Anzahl seiner Dachkantspiegel bzw. seiner Rückstrahler verringert werden.In addition-can z-u the rotating element a wedge from a refractive Material be provided in the beam path. In this case, when using a circular arrangement of reflectors also the optical axis and the The axis of rotation run parallel to each other again. To increase the spectral resolving power either the diameter of the rotating element can be increased, or it can with the diameter of the element unchanged, the number of its roof mirrors or its reflectors are reduced.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsformen im einzelnen erläutert. Es zeigen: Fig.l schematisch eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Interferometers gemäß der Erfindung; Fig.2 eine Schnittansicht durch ein bei einem Interferometer gemäß der Erfindung verwendbares, rotierendes Element mit sechzehn Dachkantinnenspiegeln; Fig.3 schematisch eine Schnittansicht durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Interferometers gemäß der Erfindung; Fig.4 schematisch eine Darstellung einer Ausführungsform mit zylinderförmig angeordneten Rückstrahlern beispielsweise in Form von Tripelspiegeln, wobei in der Darstellung der Zylinder als Abwicklung wiedergegeben ist; Fig.5 schematisch eine Darstellung einer Ausführungsform eines rotierenden Elements mit ringförmig angeordneten Rückstrahlern in Form von Tripelspiegeln; Fig.6 schematisch eine Darstellung einer Ausführungsform eines Interferometers gemäß der Erfindung, bei welchem ein Keil aus brechendem Material verwendet ist, und Fig.7 eine perspektivische Darstellung des in Fig.6 schematisch wiedergegebenen, rotierenden Elements.The invention will now be described with reference to the attached Drawings explained in detail on the basis of preferred embodiments. It show: Fig.l schematically a sectional view of a preferred embodiment an interferometer according to the invention; Fig.2 is a sectional view through a at an interferometer according to the invention usable, rotating element with sixteen Interior roof mirrors; 3 schematically shows a sectional view through another preferred embodiment of an interferometer according to the invention; Fig. 4 schematically a representation of an embodiment with cylindrically arranged reflectors for example in the form of cube-corner mirrors, the cylinder being shown in the illustration is shown as a settlement; 5 schematically shows a representation of an embodiment a rotating element with annularly arranged reflectors in the form of Triple mirrors; 6 schematically shows an illustration of an embodiment of an interferometer according to the invention, in which a wedge of breaking material is used, and FIG. 7 is a perspective illustration of the schematically reproduced in FIG. rotating element.

In Fig.l ist bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Interferometers IF gemäß der Erfindung außer zwei festen Spiegeln, nämlich einem ersten festen Spiegel S1 und einem zweiten festen Spiegel SF2, und einem Strahlteiler ST als beweglicher Spiegel des Interferometers IF eine Anordnung RDS aus rotierenden Dachkantinnenspiegeln vorgesehen. Solche Dachkantinnenspiegel sind beispielsweise aus rechtwinklig mit ihren Spiegelflächen aneinanderstoßenden, fest miteinander verbundenen Planspiegeln gebildet. Diese Dachkantspiegel lassen sich beispielsweise aus einem zylinderförmigen Material, wie Glas, Metall u.ä. herstellen; die Länge des Zylinders muß mindestens gleich dem Durchmesser eines Strahlenbündels SB sein, welches auf die Dachkantspiegel auftreffen soll, und sein Durchmesser muß ein Mehrfaches seiner Länge betragen, wie später noch im einzelnen erläutert wird.In Fig.l is an interferometer in a preferred embodiment IF according to the invention except for two fixed mirrors, namely a first fixed mirror S1 and a second fixed mirror SF2, and a beam splitter ST as a movable one Mirror of the interferometer IF an arrangement RDS of rotating roof prism mirrors intended. Such roof prism mirrors are, for example, made at right angles with their mirror surfaces abutting, firmly connected plane mirrors educated. This roof edge mirror can be made of a cylindrical Material such as glass, metal, etc. produce; the length of the cylinder must be at least be equal to the diameter of a bundle of rays SB, which is on the roof mirror should hit, and its diameter must be a multiple of its length, as will be explained in detail later.

In einem solchen Zylinder sind mindestens fünf gleiche, rechtwinklige Ausfräsungen derselben Tiefe gleichmäßig über dessen Umfang verteilt und parallel zu dessen Längsachse eingebracht, so daß sich bei einem Schnitt senkrecht zu dessen Längsachse ein mindestens fünfzackiger Stern zeigt.In such a cylinder there are at least five equal, right-angled Millings of the same depth evenly distributed over its circumference and parallel introduced to its longitudinal axis, so that when a cut is perpendicular to it Long axis shows at least a five-pointed star.

(In Fig. 1 sind sechs solcher Ausfräsungen vorgesehen, und somit ist ein sechszackiger Stern geschaffen). Diese rechtwinkligen Ausfräsungen sind zweckmäßigerweise so tief ausgeführt, daß an dem Umfang des ursprünglichen Zylinders jeweils benachbarte Ausfräsungen aneinanderstoßen und jeweils eine scharfe Kante SKB (Schnittkante-Basis) bilden, so daß der sich ergebende "Stern" spitze Zacken aufweist.(In Fig. 1, six such millings are provided, and thus is created a six-pointed star). These right-angled millings are useful executed so deep that on the circumference of the original cylinder each adjacent Millings abut each other and each have a sharp edge SKB (cut edge base) form so that the resulting "star" has sharp points.

Es sind jedoch auch Anordnungen mit nur einer, zwei, drei oder vier Ausfräsungen (Dachkantinnenspiegeln) möglich; in diesen Fällen weist der "Stern" keine spitzen Zacken auf, und es kommt zu Verlusten hinsichtlich der Meßzeit, was später noch erläutert wird.However, there are also arrangements with only one, two, three or four Milling (inner roof mirrors) possible; in these cases the "star" indicates no sharp points, and there is a loss of measurement time, what will be explained later.

Die Ausfräsungen weisen eine optische Oberflächengüte auf und sind verspiegelt; dadurch wird aus dem anfänglichen Zylinder eine rotationssymmetrische Anordnung RDS von Dach- kantinnenspiegeln. Das sich hierbei ergebende Element RDS kann auch als Anordnung von Dachkantaußenspiegeln betrachtet werden; im folgenden wird jedoch der Einfachheit halber immer der Ausdruck Dachkant- bzw. Dachkantinnenspiegel verwendet. Mit einem solchen Element RDS aus einer Anordnung von Dachkantinnenspiegeln, dessen bzw. deren Funktionsweise im folgenden im einzelnen noch erläutert wird, sind mehrere Ausführungsformen von Interferometern möglich. Eine der bevorzugten Ausführungsformen ist in Fig. 1 dargestellt.The millings have an optical surface quality and are mirrored; this turns the initial cylinder into a rotationally symmetrical one RDS arrangement of roof canteen mirrors. The resulting Element RDS can also be viewed as an arrangement of roof-edge mirrors; In the following, however, for the sake of simplicity, the expression roof edge or Roof prism mirror used. With such an element RDS from an arrangement of roof prism mirrors, its mode of operation in the following in detail will be explained, several embodiments of interferometers are possible. One of the preferred embodiments is shown in FIG.

Das in Fig. 1 wiedergegebene Element RDS weist sechs Dachkantinnenspiegel auf und ist drehbar so gelagert, daß seine Drehachse DA gleichzeitig seine Längs- bzw. seine Symmetrieachse ist. Scheitel SL der Dachkantinnenspiegel, d.h. die Schnittkanten der reflektierenden Flächen, bilden bei einer Rotation des Elements RDS einen Zylinder, dessen kreisförmige Schnittfläche in Fig. 1 mit SK (Scheitelkreis) bezeichnet ist. Die optische Achse des Strahlenbündels, SB, welches auf das Element RDS trifft, ist mit OA bezeichnet.The element RDS shown in FIG. 1 has six roof prism mirrors on and is rotatably mounted so that its axis of rotation DA at the same time its longitudinal or its axis of symmetry is. Apex SL of the roof edge mirrors, i.e. the cut edges the reflective surfaces, form a cylinder when the RDS element rotates, the circular sectional area of which is denoted by SK (vertex circle) in FIG. 1. The optical axis of the beam, SB, which hits the element RDS, is designated with OA.

Die Drehachse DA des Elements RDS und die optische Achse OA bzw. die Projektionen der beiden Achsen aufeinander, bilden einen rechten Winkel miteinander; in der dargestellten Ausführungsform schneiden sich außerdem die beiden Achsen DA und OA.The axis of rotation DA of the element RDS and the optical axis OA or the Projections of the two axes on top of each other form a right angle with each other; In the embodiment shown, the two axes DA also intersect and OA.

Die Drehachse DA des Elements RDS bzw. die Scheitel SL seiner Dachkantinnenspiegel und die reflektierende Fläche des zweiten, festen Spiegels SF2 sind parallel zueinander. In üblicher Weise bilden die reflektierenden Flächen der beiden Spiegel S1 und SF2 den gleichen Winkel mit dem Strahlenteiler ST, nämlich beispielsweise 45. Der Spiegel SF2 ist außerdem mit einer Öffnung Ö versehen, durch welche das Strahlenbündel SB vom Strahlenteiler ST zum Element RDS und später wieder zurück gelangt. Der Ort des Detektors ist mit D bezeichnet, während der Ort der Strahlungsquelle (eines zu untersuchenden Objekts) mit Q bezeichnet ist.The axis of rotation DA of the RDS element or the apex SL of its inner roof mirror and the reflecting surface of the second fixed mirror SF2 are parallel to each other. The reflective surfaces of the two mirrors form S1 and SF2 in the usual way the same angle with the beam splitter ST, namely 45, for example. The mirror SF2 is also provided with an opening Ö through which the beam SB from the beam splitter ST to the element RDS and later back again. The place of the detector is labeled D, while the location of the radiation source (a object to be examined) is denoted by Q.

In üblicher Weise wird die von der Quelle Q kommende Strahlung durch den Strahlteiler ST in amplitudengleiche Hälften zerlegt, von denen eine zu dem festen Spiegel S1 reflektiert wird. Die zweite Hälfte gelangt durch die Öffnung Ö des zweiten festen Spiegels SF2 auf das um seine Drehachse DA bzw. im Uhrzeigersinn rotierende Element RDS. Die Stellung des Elements RDS soll beispielsweise gerade so sein, daß das Strahlenbündel SB vollständig auf die beim Betrachten der Fig.l rechte Fläche eines Dachkantinnenspiegels trifft, und zwar gerade auf dessen Basis, also an einem sogenannten "Zacken des Stern. Das Strahlenbündel SB wird von dieser Fläche zur gegenüberliegenden Fläche des Dachkantspiegels reflektiert und von dort zum zweiten festen Spiegel SF2; hierbei ist der in des Element RDS eintretende Strahl parallel zu dem austretenden Strahl. Der Strahl trifft also senkrecht auf den zweiten, festen Spiegel SF2, und zwar links von der Öffnung Ö auf, wird -dann von dort reflektiert und gelangt auf demselben Weg wie beim "Hinweg" nunmehr,zurück zur Öffnung Ö und zum Strahlteiler ST, wo er in bekannter Weise mit dem vom Spiegel S1 reflektierten Strahl rekombinie-rt.In the usual way, the radiation coming from the source Q is transmitted the beam splitter ST is split into halves of equal amplitude, one of which becomes the fixed mirror S1 is reflected. The second half comes through the opening Ö of the second fixed mirror SF2 on the one about its axis of rotation DA or clockwise rotating element RDS. For example, the position of the RDS element should be straight be so that the bundle of rays SB completely on the when looking at Fig.l meets the right surface of a roof prism mirror, precisely on its base, thus at a so-called "point of the star. The bundle of rays SB is from this Surface to the opposite surface of the roof prism mirror and reflected from there to the second fixed mirror SF2; here is the ray entering the element RDS parallel to the exiting beam. The beam hits the second perpendicularly, Fixed mirror SF2, to the left of the opening Ö, is then reflected from there and now comes back to the opening Ö and on the same path as with "Hinweg" to the beam splitter ST, where it is reflected in a known manner with that of the mirror S1 Beam recombine-rt.

Der Detektor D empfängt in üblicher Weise die rekombinierte Strahlung und wandelt sie zur weiteren Verarbeitung in ein elektrisches Signal um. Hat sich im weiteren Verlauf das Element RDS weiter gedreht, so daß das Strahlenbündel SB beispielsweise auf die Mitte der rechten Spiegelfläche auftrifft, so nimmt es prinzipiell den gleichen Weg, wie in der ersten beschriebenen Stellung. Der Scheitel SL des Dachkantspiegels ist ab-er auf dem Kreis (Zylinder) SK weiter gewandert und damit ist sein zum zweiten festen Spiegel SF2 senkrechter -Abstand geringer geworden; der Scheitel SL liegt dann nämlich näher bi der optischen Achse, und vor allen Dingen auch näher beim Spiegel SF2 und damit auch näher beim Strahlteiler ST.The detector D receives the recombined radiation in the usual way and converts it into an electrical signal for further processing. Has in the further course the element RDS rotated further, so that the beam SB for example, hits the center of the right mirror surface, it takes in principle the same way as in the first described position. The apex SL of the The roof edge mirror has moved further on the circle (cylinder) SK and with it its distance perpendicular to the second fixed mirror SF2 has become smaller; namely, the vertex SL then lies closer to the optical axis, and above all else also closer to the mirror SF2 and thus also closer to the beam splitter ST.

Wird die Verkürzung des Abstandes vom Scheitel SL zum Strahlteiler ST mit ds bezeichnet, so wird, wie aus Fig.l zu ersehen ist, der Weg des Strahlenbündels SB vom Strahlteiler ST durch die Anordnung mit dem Element RDS und zurück, um 4 x ds kürzer, während der Weg durch den Interferometerarm mit dem festen Spiegel S1 unverändert ist.If the shortening of the distance from the vertex SL to the Beam splitter ST denoted by ds, as can be seen from Fig.l, the path of the beam SB from the beam splitter ST through the arrangement with the element RDS and back to 4 x ds shorter, while the path through the interferometer arm with the fixed mirror S1 is unchanged.

Bei einer fortwährenden Drehung des Elements RDS wird der verkürzte Abstand ds ständig größer, und somit wird der Weg über das Element RDS ständig kürzer, bis die optische Achse OA den Scheitel SL schneidet. (In dieser Stellung ist dieser Weg der kürzeste).With a continuous rotation of the RDS element, the shortened one becomes The distance ds is constantly increasing, and thus the path via the RDS element is becoming shorter and shorter, until the optical axis OA intersects the vertex SL. (This one is in this position The shortest route).

Von da an entfernt sich der Scheitel SL bei fortscheitender Drehung vom Strahteiler ST und von dem zweiten festen Spiegel SF2 (und damit von der optischen Achse OA), während jetzt das von dem Strahlteiler ST kommende Strahlenbündel SB auf die linke Fläche des Dachkantspiegels trifft, und über die rechte Fläche rechts von der Öffnung Õ auf den zweiten festen Spiegel SF2 auftrifft. Der Weg wird also durch den Interferometerarm mit dem Element RDS wieder ständig länger, bis die Schnittkante SKB der Basen von zwei benachbarten Dachkantspiegel die optische Achse OA schneidet.From then on, the apex SL moves away as the rotation continues from the beam splitter ST and from the second fixed mirror SF2 (and thus from the optical Axis OA), while now the beam SB coming from the beam splitter ST meets the left surface of the roof edge mirror, and across the right surface on the right from the opening Õ impinges on the second fixed mirror SF2. So the way will through the interferometer arm with the RDS element again and again longer until the cut edge The SKB of the bases of two adjacent roof mirrors intersects the optical axis OA.

In dieser Stellung des Elementes RDS läuft das Strahlenbündel je zur Hälfte durch die benachbarten Dachkantspiegel und über den zweiten festen Spiegel rechts und links von der Öffnung Ö und wieder zurück, so daß die Hälften wieder an der Kante SB zusammengeführt werden. Dies ist bei der Rotation die Stellung mit der größten Weglänge durch diesen Interferometerarm, und die Scheitel beider Dachkantspiegel haben (bezogen auf die Fälle, in denen sie das Strahlenbündel SB erreicht) die größte Entfernung zum Strahlteiler ST. Bei andauernder Rotation des Elements RDS wiederholt sich der beschriebene Ablauf periodisch, so daß der Weg durch diesen Interferometerarm in ständigem Wechsel kürzer und länger wird, d.h. daß sich beim Durchgang eines Dachkantspiegels jeweils der Weg vom Maximum zum Minimum und wieder zum Maximum ändert.In this position of the RDS element, the bundle of rays runs towards each Half through the neighboring roof-edge mirror and over the second fixed mirror right and left of the opening Ö and back again, so that the halves again be merged at the edge SB. This is the position with during rotation the greatest path length through this interferometer arm, and the vertices of both roof mirrors have (based on the cases in which they reach the beam SB) the largest Distance to the beam splitter ST. Repeated if the RDS element continues to rotate the sequence described is periodic, so that the path through this interferometer arm gets shorter and longer in constant change, i.e. that when passing through a Roof mirror the way from the maximum to the minimum and back to the maximum changes.

Dabei können zwei halbseitige oder ein doppelseitiges Interferogramm aufgezeichnet werden, d. h. bei einer Umdrehung des Elements RDS können zwölf Spektren gewonnen werden (wenn das Element, wie in dieser Ausführungsform dargestellt, sechs Dachkantspiegel enthält). Natürlich können auch mehr als sechs, nämlich beispielsweise 12, 24, 48 oder eine beliebige andere Anzahl Dachkantinn-enspiegel in einen entsprechenden Zylinder eingearbeitet werden, wobei dann eine entsprechend groRe Anzahl von Spektren pro Umdrehung gewonnen wird; für kontinuierlich aufeinanderfolgende Messungen muß die Anzahl der Dachkantspiegel größer als vier sein.Two half-sided or one double-sided interferogram can be used recorded, d. H. one rotation of the RDS element produces twelve spectra can be obtained (if the element, as shown in this embodiment, six Includes roof edge mirror). Of course, more than six can also be used, for example 12, 24, 48 or any other number of roof prism mirrors in a corresponding one Cylinders are incorporated, with a correspondingly large number of spectra is gained per revolution; for continuously successive measurements the number of roof mirrors must be greater than four.

Es gibt zwei bevorzugte bzw. ausgezeichnete Stellungen des Elements RDS; in der einen Stellung schneidet die optische Achse OA den Scheitel SL, und in der anderen Stellung schneidet sie die Basiskante SKB; zu den beiden ausgezeichneten Stellungen ist folgendes zu bemerken. Eine eindeutige Weglängenzurodnung liegt nur vor, wenn das Strahlenbündel SB vollständig innerhalb nur eines Dachkantspiegels reflektiert wird oder außerdem in genau der Stellung reflektiert wird, in welcher die optische Achse OA die Kante SKB schneidet.There are two preferred or distinguished positions for the element RDS; in one position the optical axis OA intersects the vertex SL, and in the other position it cuts the base edge SKB; to the two excellent The following is to be noted in positions. There is only a clear allocation of the path length before when the bundle of rays SB completely within just one roof-prism mirror is reflected or is also reflected in exactly the position in which the optical axis OA intersects the edge SKB.

Nur in dem zuletzt erwähnten Fall weisen die Scheitel benachbarter Dachkantspiegel dieselbe Entfernung vom Strahlteiler ST auf. Damit sind die Zustände, in denen zwei Dachkantspiegel g-leichz-eitig wirksam sind, auszuschließen.Only in the last-mentioned case do the vertices point more closely Roof mirror the same distance from the beam splitter ST. So the states are in which two roof mirrors are simultaneously effective, to be excluded.

Hieraus ergibt sich unmittelbar die Forderung, den Durchmesser des Strahlenbündels SB (bezogen auf den Abstand zwischen dem Scheitel und der B-asis des Spiegels) im Vergleich zu den Flächen der Dachkantspiegel klein auszuführen.This directly results in the requirement that the diameter of the Ray bundle SB (based on the distance between the vertex and the base of the mirror) in comparison to the surfaces of the roof edge mirror.

Schneidet die optische Achse OA den Scheitel SL, dann wird das Strahlenbündel SB wieder zum Strahlteiler ST zurückreflektiert, ohne daß es über den zweiten festen Spiegel SF2 gelenkt wird; auch dieser Zustand ist bei einer Interferogrammaufzeichnung zu übergehen. Trifft das Strahlenbündel SB außer mit seiner optischen Achse OA auf den Scheitel SL auf, dann gelangen je nach Überschneidung von Strahlenbündel und Scheitel mehr oder weniger große Anteile des Strahlenbündels ohne bzw. mit einer Umlenkung über den zweiten festen Spiegel SF2 wieder zurück zum Strahlteiler ST. Beide Anteile mit bzw. ohne Umlenkung sind in ihrer Größe umgekehrt proportional.If the optical axis OA intersects the vertex SL, then the beam becomes SB again reflected back to the beam splitter ST without it being fixed over the second Mirror SF2 is steered; this condition is also in the case of an interferogram recording to pass over. If the bundle of rays SB hits, except with its optical axis OA the apex SL then arrive depending on the intersection of the bundle of rays and vertex more or less large portions of the beam without or with a Deflection via the second fixed mirror SF2 back to the beam splitter ST. Both parts with and without deflection are inversely proportional in size.

Einen interferierenden Anteil liefert nur derjenige Teil, der von dem festen Spiegel SF2 kommt; dieser Anteil wird umso kleiner, je näher der Scheitel SL an der optische Achse zu liegen kommt; es findet also eine Apodisation des Interferogramms statt. Diese Aposidation des Signals kann durchaus erwünscht sein; ihr Bereich in einem Interferogramm, bezogen auf die Fläche des Dachkantspiegels, ist abhängig von dem Durchmesser des Strahlenbündels SB.An interfering component is only provided by that part that is affected by the fixed mirror SF2 comes; the closer the vertex, the smaller this portion becomes SL comes to rest on the optical axis; so there is an apodization of the interferogram instead of. This aposidation of the signal can be quite desirable; your area in an interferogram, based on the area of the roof mirror, is dependent on the diameter of the beam SB.

Wie den obigen Ausführungen zu entnehmen ist, ist daher, ohne daß ein Teil des Geräts vor oder zurückbewegt wird, eine kontinuierliche Änderung des Wegs in dem einen Arm des Interferometers allein dadurch erreicht, daß das Element RDS mit dem Dachkantinnenspiegel kontinuierlich rotiert; hierbei ist zu betonen, daß dieses Element rotationssymmetrisch ist und konzentrisch rotiert. (Eine exzentrische Rotation wäre möglich, aber nicht erforderlich). Darüber hinaus ist eine Erhöhung der Meßgeschwindigkeit, d.h. der Anzahl Spektren pro Zeiteinheit, neben einer Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit insbesondere auch durch eine Vergrößerung der Anzahl der Dachkantinnenspiegel zu erreichen; die Meßgeschwindigkeit wird also nur sekundär durch die Rotationsgeschwindigkeit begrenzt.As can be seen from the above, is therefore without a part of the device is moved forward or backward, a continuous change in the Path in one arm of the interferometer achieved solely by the fact that the element RDS rotates continuously with the inside roof mirror; it should be emphasized here, that this element is rotationally symmetrical and rotates concentrically. (An eccentric one Rotation would be possible, but not required). In addition, there is an increase the measuring speed, i.e. the number of spectra per unit of time, in addition to an increase the speed of rotation, in particular, by increasing the number to reach the roof edge mirror; the measuring speed is therefore only secondary limited by the speed of rotation.

Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Interferometers sind somit insbesondere darin zu sehen, daß zum einen bei einer weitgehenden Unabhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Elements eine sehr hohe zeitliche Auflösung der Messungen möglich ist, und daß zum anderen bei einem geringeren mechanischen Aufwand (hin- sichtlich Auswuchtung und Lagerung des rotierenden Elements ein vibrations- und schockunempSindliches Interferometer hergestellt werden kann, das in jeder beliebigen Lage im Raum betrieben werden kann.The main advantages of the interferometer according to the invention are thus in particular to be seen in the fact that, on the one hand, with a high degree of independence the speed of rotation of the rotating element has a very high temporal rate Resolution of the measurements is possible, and that on the other hand with a lower mechanical Effort visible balancing and storage of the rotating Elements a vibration and shock-resistant interferometer can be manufactured that can be operated in any position in the room.

In Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines rotierenden Elements mit 16 Dachkantinnenspiegeln dargestellt, welches bei einer Umdrehung somit bis zu 32 einseitige Interferogramme liefern kann. In entsprechend-er Weise lassen sich Element RDS mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Dachkantinnenspiegeln ausführen, die dann entsprechend mehr oder weniger Interferogramme pro Umdrehung liefern, Während in Fig. 1 eine Anordnung gezeigt ist, in welcher sich die optische Achse OA und die Drehachse DA senkrecht schneiden, ist in Fig, 3 eine weite-re Auaf-ührungsform dargestellt, in welcher sich die beiden Achsen OA und DA nicht schneiden; vielmehr stehen die Parallelprojektionen der beiden Achsen OA und DA senkrecht aufeinander. In Fig. 1 wandern die Scheitel SL. der Spiegel symmetrisch zur optischen Achse näher zu dem Strahlteiler ST hin oder weiter von ihm weg, während das Strahlenbündel SB die reflektierenden Flächen eines Dachkantinnenspiegels erreicht.In FIG. 2, there is a sectional view of a rotating member at 16 Roof prism mirrors shown, which thus up to 32 one-sided with one rotation Can deliver interferograms. In a corresponding way, Element RDS can be used with run a larger or smaller number of roof prism mirrors, which then accordingly deliver more or fewer interferograms per revolution, while in Fig. 1 shows an arrangement in which the optical axis OA and the Cut the axis of rotation DA perpendicularly, another embodiment is shown in Fig. 3, in which the two axes OA and DA do not intersect; rather they stand Parallel projections of the two axes OA and DA perpendicular to one another. In Fig. 1 hike the vertices SL. the mirror symmetrically to the optical axis closer to the beam splitter ST or further away from it, while the beam SB the Reached reflective surfaces of a roof prism mirror.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist während eines Meßdurchgangs eines Dachkantinnenspiegels die Wegänderung nicht symmetrisch; beim Uebergang von dem einen zu dem nächsten Dachkantinnenspiegel ergibt sich daher ein Sprung in der Wegdifferenz.In the arrangement according to FIG. 3, one is during a measurement run Roof edge mirror the path change is not symmetrical; at the transition from that one to the next roof edge mirror there is therefore a jump in the path difference.

Grundsätzlich hat dies zur Folge, daß mit einer Anordnung nach Fig. 3 gröbere Wegdifferenzen und damit höhere spektrale Auflösungen möglich sind als mit der Anordnung nach Fig.l.Basically, this has the consequence that with an arrangement according to Fig. 3 coarser path differences and thus higher spectral resolutions are possible than with the arrangement according to Fig.l.

Der Abstand von der optischen Achse OA zu der Drehachse DA beeinflußt die Unsymmetrie der Wegänderung und darf natürlich nicht zu groß werden, weil sonst das Strahlenbündel SB für bestimmte Drehstellungen in die falsche Richtung reflektiert wird bz. das Element RDS überhaupt nicht erreicht.The distance from the optical axis OA to the axis of rotation DA influences the asymmetry of the path change and must of course not become too large, because otherwise the bundle of rays SB is reflected in the wrong direction for certain rotational positions or the RDS element is not reached at all.

Selbstverständlich können anstelle von Dachkantinnenspiegeln bei der Anordnung auch Tripelspiegel o.ä. (Rückstrahler) verwendet werden, die dann auch auf dem Umfang eines Zylinders anzuordnen wären. Die durch eine Abwicklung entstehende Spur eines derartigen Zylinders mit Tripelspiegeln TS ist in Fig. 4 dargestellt. Verglichen mit den Ausführungsformen mit Dachkantspiegeln, bei welchen die Scheitel SL bzw.Of course, instead of interior roof mirrors, the Arrangement also triple mirror or similar (reflector) can be used, which then also would have to be arranged on the circumference of a cylinder. The resulting from a settlement The track of such a cylinder with cube-corner mirrors TS is shown in FIG. Compared to the embodiments with roof-edge mirrors, in which the vertices SL or

die Drehachse DA oder deren Projektion senkrecht zur optischen Achse OA bzw. deren Projektion sein müssen, ist bei einer Verwendung von Tripelspiegeln TS o.ä. Neigung der Drehachse bezogen auf den rechten Winkel bzw. auf die optische Achse OA, d.h. eine Abweichung von dem rechten Winkel, unkritisch.the axis of rotation DA or its projection perpendicular to the optical axis OA or their projection must be when using triple mirrors TS or similar inclination of the axis of rotation in relation to the right angle or the optical one Axis OA, i.e. a deviation from the right angle, is not critical.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Rückstrahler (Tripelspiegel) kreisförmig angeordnet sein; in Fig. 5 sind sechs Tripelspiegel TS in Draufsicht dargestellt; die Drehachse DA ist die Symmetrieachse der Rotationssymmetrie; diese Drehachse DA muß, falls keine brechenden Komponenten verwendet werden, um einige Grad gegen die optische Achse OA des Interferometers IF geneigt sein, d.h. die Drehachse,DA ist nicht genau parallel zu der optischen Achse OA und verläuft insbesondere nicht senkrecht zu dieser wie in den vorher beschriebenen Ausführungsformen.In a further embodiment of the invention, the reflectors (Triple mirror) be arranged in a circle; in Fig. 5 there are six cube-corner mirrors TS shown in plan view; the axis of rotation DA is the axis of symmetry of the rotational symmetry; this axis of rotation DA must, if no refractive components are used be inclined a few degrees from the optical axis OA of the interferometer IF, i.e. the axis of rotation, DA is not exactly parallel to the optical axis OA and runs in particular not perpendicular to this as in the previously described embodiments.

Bei einer Rotation verläuft die Spur der optischen Achse OA in der Nähe der Scheitel der Tripelspiegel TS. Auch bei dieser Anordnung ist eine konzentrische Rotation möglich und zulässig.During rotation, the track of the optical axis OA runs in the Near the vertices of the cube-corner mirrors TS. This arrangement is also concentric Rotation possible and permitted.

In Fig.6 ist darüber hinaus eine Anordnung dargestellt, bei welcher ein Keil K aus brechendem Material verwendet ist.In Figure 6, an arrangement is also shown in which a wedge K made of breaking material is used.

Wegen der Ablenkung des Strahlenbündels SB bei einer Rotation des Elements RDS bewirkt der Keil K aufgrund seines Brechungsindex nK proportional zu der Materialstärke des Keils K, welche das Strahlbündel SB zu durchlaufen hat, eine Veränderung oder eine zusätzliche Veränderung des optischen Wegs durch den Interferometerarm, in welchem er sich befindet. Derartige Keile aus brechendem Material (beispielsweise KBr) können in allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Interferometers verwendet werden.Because of the deflection of the beam SB upon rotation of the Elements RDS causes the wedge K due to its refractive index nK proportional to the material thickness of the wedge K, which the beam SB has to traverse, a Change or an additional change in the optical path through the interferometer arm, in which he is located. Such wedges made of breaking material (e.g. KBr) can be used in all of the above-described embodiments of the interferometer will.

In Fig.7 ist schließlich noch schematisch eine perspektivische Ansicht eines sechszackigen Spiegelelements RDS der Fig .6 wiedergegeben.Finally, FIG. 7 is a schematic perspective view a six-pointed mirror element RDS of Fig. 6 reproduced.

Die spektrale Aufelösungskra-ft, die bei Fo-uri-erspektrometern bekanntlich abhängig Yon der Wegdifferenz in den beiden Interferometerarmen -ist, wird bei allen beschriebenen Ausführungsformen größer, wenn der Durchmesser des rotierenden Elements RDS vergröRert-wird. Dann werden nämlich die Wege der Scheitel und damit die optischen Wegunterschiede größer.The spectral resolution that is known to exist in Fouri spectrometers depending on the path difference in the two interferometer arms, will be for all described embodiments larger when the diameter of the rotating element RDS is enlarged. Then the paths become the vertices and thus the optical ones Path differences greater.

Bei einem unveränderten Durchmesser des Elements RDS kann die Auflösungskraft durch Verringerung der Zahl der Dachkant-bzw. Tripelspiegel gesteigert werden (diese werden bei einer geringeren Anzahl größer).With an unchanged diameter of the element RDS, the resolving power by reducing the number of roof edge or. Triple mirror can be increased (this become larger with a smaller number).

Ende der BeschreibungEnd of description

Claims

Claims 1. Interferometer according to the Michelson principle, with a first fixed mirror (S1), with a second fixed mirror (SF2), with a Beam splitter (ST) and with a movable element, thereby g e k e n n z e i c h n e t that an arrangement (RDS) consisting of a number n (with n> 5) of roof-prism mirrors in the form of perpendicular to each other with the mirror surfaces, permanently connected plane mirrors is used, which roof edge mirror in each case with the base in contact with an adjacent roof edge mirror and firmly with it these are connected, and which are cylindrical around an axis of rotation (DA) of the element (RDS) are grouped, with the vertices (SL) of the roof edge mirror and the axis of rotation (DA) of the element (RDS) are parallel, that the element (RDS) is continuous in operation rotates around its axis of rotation (DA) with adjustable and controllable rotational speed, that the axis of rotation (DA) or the apex (SL) or their projections and the optical axis (OA) of the interferometer (IF) are perpendicular to each other that the second fixed mirror (SF2) between the beam splitter (ST) and the element (RDS) is arranged so that the beam (SB) coming from the beam splitter (ST) past the fixed mirror (SF2) or through an opening (Ö) in the second fixed mirror Mirror (SF2) strikes the element (RDS), and that the second fixed mirror (SF2) mirrored on the side opposite the element (RDS) and is not mirrored on the side facing the beam splitter.

2. Interferometer according to claim 1, characterized in that g e k e n nz e i c h n e t, that reflex reflectors (triple mirror or similar) can be used instead of the roof edge mirror are.

3. Interferometer according to claim 1, characterized in that g e k e n nz e i c h n e t that instead of a cylindrical arrangement a circular arrangement of Reflectors (triple mirror or the like) can be used, and that in the case of the circular Arrangement of the reflector the optical axis (OA) and the axis of rotation (DA) to each other are arranged that, upon rotation, the track of the optical axis (OA) in the Near the vertex of the reflector runs, and that the axis of rotation (DA) and the optical axis (OA) have an inclination of a few degrees to each other.

According to the interferometer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is g e k It is noted that in addition to the rotating element (RDS) there is a wedge (K) made of a refractive material is provided in the beam path.

5. Interferometer according to claims 3 and 4, characterized g e k e n -n -z -e i c h n e t that with an arrangement of reflectors and -when used of a wedge (K), the optical axis (OA) and the axis of rotation (DA) also run parallel.

6. Interferometer according to one of claims 1 to 5, characterized -g e k It is noted that to increase the spectral resolving power of the diameter of the rotating element (RDS) is enlarged.

7. Interferometer according to one of claims 1 to 5, characterized g e k Notices that to increase the spectral Resolving power if the diameter of the element (RDS) remains unchanged, the number of its roof-prism mirrors or reflector is lower.