DE102018206519B3 - Retrointerferometer mit aktiver Nachjustierung - Google Patents

Abstract

Eine Interferometer-Anordnung (1), umfassend einen Eingang für Nutzlicht (3), einen Strahlteiler (8), zwei Retroreflektoren (15, 16) zur Einrichtung zweier Interferometerarme (13, 14), einen Antrieb (24) zum Bewegen mindestens eines der Retroreflektoren (15, 16), um einen optischen Gangunterschied zwischen den Interferometerarmen (13, 14) zu verändern, eine Referenzlichtquelle (5) für kohärentes Referenzlicht, einen Ausgang für Nutzlicht (21), und einen Referenzlichtdetektor (19), ist dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzlichtdetektor (19) wenigstens drei Detektorflächen (19a-19d) aufweist, wobei die Detektorflächen eines ersten Paars von Detektorflächen (19a, 19b) in einer ersten Richtung (ER) aufgereiht sind, und die Detektorflächen eines zweiten Paars von Detektorflächen (19a, 19c) in einer zweiten Richtung (ZR) aufgereiht sind, und wobei die erste Richtung (ER), die zweite Richtung (ZR) und eine mittlere Ausbreitungsrichtung des Referenzlichts (17) am Referenzlichtdetektor (19) linear unabhängig sind, und dass die Interferometer-Anordnung (1) weiterhin umfasst
- ein Sammelelement (18) für Referenzlicht (17), angeordnet zwischen dem Strahlteiler (8) und dem Referenzlichtdetektor (19), zum Fokussieren des Referenzlichts (17) vom Strahlteiler (8),
- wenigstens zwei Aktuatoren (9, 10) zur Veränderung einer lateralen Scherung zwischen zwei aus den Interferometerarmen (13, 14) rückreflektierten und am Strahlteiler (8) wieder überlagerten Referenzlicht-Teilstrahlen (11, 12) in wenigstens zwei Freiheitsgraden,
- und eine Regelelektronik (38) zum Ansteuern der Aktuatoren (9, 10) in Abhängigkeit von Signalen (Sa-Sc) an den Detektorflächen (19a-19d) des Referenzlichtdetektors (19). Die Erfindung stellt eine auf Retroreflektoren basierende Interferometer-Anordnung zur Verfügung, mit der eine höhere auswertbare und stabilere Nutzlichtintensität sichergestellt werden kann.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Interferometer-Anordnung, umfassend
• - einen Eingang für Nutzlicht,
• - einen Strahlteiler,
• - zwei Retroreflektoren zur Einrichtung zweier Interferometerarme,
• - einen Antrieb zum Bewegen mindestens eines der Retroreflektoren, um einen optischen Gangunterschied zwischen den Interferometerarmen zu verändern,
• - eine Referenzlichtquelle für kohärentes Referenzlicht, insbesondere ein Referenzlaser,
• - einen Ausgang für Nutzlicht,
• - und einen Referenzlichtdetektor.
• Eine solche Interferometer-Anordnung ist aus der DE 10 2014 226 487 A1 bekannt geworden.
• Gattungsgemäße Interferometer-Anordnungen können insbesondere in der FTIR (=Fourier-Transformations-Infrarot)-Spektrometrie eingesetzt werden. Hierbei wird als Nutzlicht ein breitbandiges IR(=lnfrarot)-Licht in einem Interferometer in zwei Teilstrahlen in zwei Interferometerarmen aufgespalten und ein Gangunterschied zwischen den Teilstrahlen aufgeprägt, und anschließend ein Nutzlichtdetektor ausgelesen, auf den die überlagerten Teilstrahlen nach Wechselwirkung mit einer zu untersuchenden Probe fallen. Das Auslesen des Nutzlichtdetektors wird für unterschiedliche Gangunterschiede wiederholt. Bei der Überlagerung der Teilstrahlen kommt es zu Interferenzen, die abhängig vom Gangunterschied und von der Frequenz des IR-Lichts zur Reduzierung oder Erhöhung der Bestrahlungsstärke am Nutzlichtdetektor führen. Die vom Gangunterschied abhängigen Intensitätsdaten des Nutzlichtdetektors werden einer Fouriertransformation unterzogen, wodurch ein Spektrum der zu untersuchenden Probe erhalten wird.
• Für dieses Messverfahren ist es wichtig, den Gangunterschied der Teilstrahlen genau vorgeben bzw. mitverfolgen zu können. Dazu ist es bekannt, neben dem breitbandigen IR-Licht für die eigentliche Messung der Probe zusätzlich einen Referenzlaser einzusetzen, dessen schmalbandiges Licht ebenfalls das Interferometer passiert, und aus dessen konstruktiver und destruktiver Interferenz an einem Referenzlichtdetektor den Gangunterschied der Interferometerarme korrekt zu ermitteln.
• Die Teilstrahlen werden üblicherweise mit einem Strahlteiler erzeugt, an Spiegeln in den Interferometerarmen reflektiert und im Strahlteiler wieder überlagert.
• Aus der US 5,883,712 A ist ein Interferometeraufbau mit Planspiegeln in zwei orthogonalen Interferometerarmen bekannt geworden, wobei einer der Planspiegel zur Veränderung des Gangunterschieds in Strahlrichtung verfahrbar ist. Wenn die Planspiegel zueinander nicht exakt orthogonal ausgerichtet sind, erhalten die Teilstrahlen einen Winkelfehler (das heißt die Teilstahlen sind gegeneinander verkippt), und die Teilstrahlen können nicht vollständig interferieren, was zu Intensitätsverlust oder gar zu völlig unbrauchbaren Messergebnissen führen kann. Eine gegenseitige Verkippung der Spiegel kann beispielsweise durch Temperaturschwankungen oder durch Ungenauigkeiten im Lager des beweglichen Spiegels auftreten.
• Aus Physics Procedia 33 (2012), 1695-1701 ist es bekannt geworden, bei einem Interferometer mit Planspiegeln am ortsfesten Planspiegel magnetische Aktuatoren zu installieren, um den Spiegel zu justieren. Hierfür wird die Phasendifferenz eines Referenzlaserstrahls, die an zwei Paaren von Photodioden, die in zwei zueinander orthogonalen Richtungen installiert sind, detektiert und für eine dynamische Justage eingesetzt. Dadurch kann ein Winkelfehler ausgeglichen werden. Alternativ zur dynamischen Justage wird die Verwendung von Würfelecken-Reflektoren (Retroreflektoren) erwähnt, die Licht entlang ihres Eingangswegs zurückwerfen können und deshalb einen Winkelfehler der Teilstrahlen vermeiden.
• Interferometer basierend auf Retroreflektoren (Würfelecken-Reflektoren) sind beispielsweise aus der DE 10 2014 226 487 A1 , der DE 197 04 598 C1 oder der DE 42 12 143 A1 bekannt geworden. Diese Interferometer weisen zwar keinen Winkelfehler der zu überlagernden Teilstrahlen auf. Eine laterale Verschiebung der Retroreflektoren orthogonal zur optischen Achse ist jedoch nicht kompensiert. Daher kann es auch bei diesen Interferometern zu einer unerwünscht geringen auswertbaren oder schwankenden Nutzlichtintensität am Nutzlichtdetektor kommen.
• Aufgabe der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auf Retroreflektoren basierende Interferometer-Anordnung zur Verfügung zu stellen, bei der eine höhere auswertbare und stabilere Nutzlichtintensität sichergestellt werden kann.
• Kurze Beschreibung der Erfindung
• Diese Aufgabe wird auf einfache und wirkungsvolle Weise gelöst durch eine Interferometer-Anordnung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist,
  dass der Referenzlichtdetektor wenigstens drei Detektorflächen aufweist, wobei die Detektorflächen eines ersten Paars von Detektorflächen in einer ersten Richtung aufgereiht sind, und die Detektorflächen eines zweiten Paars von Detektorflächen in einer zweiten Richtung aufgereiht sind, und wobei die erste Richtung, die zweite Richtung und eine mittlere Ausbreitungsrichtung des Referenzlichts am Referenzlichtdetektor linear unabhängig, insbesondere orthogonal zueinander, sind,
  und dass die Interferometer-Anordnung weiterhin umfasst
• - ein Sammelelement für Referenzlicht, bevorzugt eine Sammellinse, angeordnet zwischen dem Strahlteiler und dem Referenzlichtdetektor, zum Fokussieren des Referenzlichts vom Strahlteiler,
• - wenigstens zwei Aktuatoren zur Veränderung einer lateralen Scherung zwischen zwei aus den Interferometerarmen rückreflektierten und am Strahlteiler wieder überlagerten Referenzlicht-Teilstrahlen in wenigstens zwei Freiheitsgraden, insbesondere angeordnet am Strahlteiler oder angeordnet an wenigstens einem der Retroreflektoren,
• - und eine Regelelektronik zum Ansteuern der Aktuatoren in Abhängigkeit von Signalen an den Detektorflächen des Referenzlichtdetektors.
• Mit der erfindungsgemäßen Interferometer-Anordnung ist es möglich, eine laterale Scherung (also einen gegenseitigen Versatz quer zur Ausbreitungsrichtung der wieder überlagerten Strahlen) zwischen den beiden Teilstrahlen der beiden Interferometerarme der Interferometer-Anordnung zu verändern und zu regeln, und insbesondere zu stabilisieren.
• Die Position und Orientierung des Strahlteilers und der Retroreflektoren in einer Interferometer-Anordnung kann im Laufe der Zeit schwanken, insbesondere durch thermische Ausdehnungseffekte bei Temperaturschwankungen. Diese Veränderungen führen zwar nicht zu einem Winkelfehler der überlagerten Teilstrahlen aus den Interferometerarmen, können aber zu einem lateralen Versatz der überlagerten Teilstrahlen führen. Mit zunehmendem lateralen Versatz wird die auswertbare Nutzlichtintensität aufgrund destruktiver Interferenz geringer, und entsprechend sind die Informationen über eine mit dem Nutzlicht zu untersuchende Probe weniger aussagekräftig, und die Vergleichbarkeit verschiedener Messungen verschlechtert sich.
• Das Referenzlicht wird üblicherweise (und typischerweise auch im Rahmen der Erfindung) dazu eingesetzt, den Gangunterschied der Interferometerarme mitzuverfolgen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das Referenzlicht (auch) dazu eingesetzt, die laterale Scherung der Referenzlicht-Teilstrahlen (die der lateralen Scherung der Nutzlicht-Teilstrahlen im Wesentlichen entspricht) zu erfassen und für eine Stabilisierung, insbesondere Minimierung, der lateralen Scherung auszuwerten. Die laterale Scherung der Referenzlicht-Teilstrahlen entspricht weitestgehend der lateralen Scherung der Nutzlicht-Teilstrahlen, da diese im Wesentlichen denselben Strahlengang, insbesondere mit denselben Retroreflektoren und demselben Strahlteiler, durchlaufen.
• Die benötigte Information über die Güte der momentanen Justierung der Teilstrahlen der Interferometerarme wird aus den so genannten Haidingerringen entnommen. Um diese Interferenzen gleicher Neigung zu erhalten, wird die Interferometer-Anordnung mit dem Referenzlicht entlang seiner optischen Achse beleuchtet. Hierbei muss eine ausreichend große Aufspreizung des Referenzlichts, etwa eine ausreichend große Divergenz des Referenzlichts oder eine ausreichend große Winkeldifferenz zwischen diskreten Teilstrahlen des Referenzlichts, sichergestellt sein; hierfür kann ein Zerstreuungselement (etwa eine Zerstreuungslinse) oder ein Aufteilungselement (etwa eine Strahlteiler- und Keilplattenanordnung) zwischen Referenzlichtquelle und Strahlteiler angeordnet werden, oder auch eine Referenzlichtquelle mit inhärent großer Divergenz gewählt werden (etwa eine VCSEL-Diode). Durch die entsprechenden Strahlanteile unterschiedlicher Richtung werden gewünschte, unterschiedliche Wegdifferenzen erzeugt; die Wegdifferenzen werden durch das Interferenzmuster sichtbar. Das im unendlichen entstehende Interferenzmuster (Haidingerringe) wird über das Sammelelement auf den Referenzlichtdetektor mit den beiden Paaren von Detektorflächen abgebildet.
• Bei einem optischen Gangunterschied von null (ZPD zero path difference) ergibt sich beispielsweise bei einer lateralen Scherung der Referenzlicht-Teilstrahlen ein streifenförmiges Interferenzmuster, wobei die Streifen senkrecht zur Scherungsrichtung verlaufen und ihr Abstand invers proportional zum Scherungsbetrag ist. In diesem speziellen Fall haben die Haidingerringe einen unendlich großen Radius.
• Bei gleichförmigem Vorschub der Interferometeranordnung werden sinusartige elektrische Signale an den Detektorflächen erhalten. Ein überlagertes, streifenförmiges Interferenzmuster führt zu einer Phasendifferenz zwischen den Signalen der Detektorflächen eines jeweiligen Paares. Die Phasendifferenz ist ein direktes Maß für die Scherung der Referenzlicht-Teilstrahlen in Richtung dieser beiden Detektorflächen, und damit ein Maß für die Dejustierung der Interferometer-Anordnung bezüglich der Richtung der Aufreihung der Detektorflächen. Mit den Signalen der beiden Paare von Detektorflächen kann die Justagelage der Interferometer-Anordnung daher vollständig erfasst werden. Die Phasendifferenzen können durch Ansteuerung der Aktuatoren, etwa in einem geschlossenen Regelkreis, eingesetzt werden, um so eine Dejustage der Interferometeranordnung zu kompensieren bzw. eine gewünschte Justagestellung genau einzuhalten. Dadurch kann eine hohe und stabile Nutzlichtintensität sichergestellt werden.
• Die erfindungsgemäße Interferometer-Anordnung wird typischerweise dazu verwendet, ein FTIR-Spektrum einer Probe aufzunehmen. Die Probe ist typischerweise zwischen dem Strahlteiler und einem Nutzlichtdetektor (der am oder hinter dem Ausgang für Nutzlicht angeordnet ist) angeordnet. Das Referenzlicht passiert typischerweise nicht die Probe. Das Referenzlicht wird (zusätzlich zur Ansteuerung der Aktuatoren) in der Regel auch dazu verwendet, den Gangunterschied der Interferometerarme mitzuverfolgen.
• Die Interferometer-Anordnung kann eine eigene Nutzlichtquelle, insbesondere eine breitbandige IR-Lichtquelle, umfassen, die am Nutzlicht-Eingang ihr Nutzlicht zur Verfügung stellt. Es kann aber auch eine externe Nutzlichtquelle, insbesondere breitbandige IR-Nutzlichtquelle, genutzt werden, beispielsweise die Sonne. Der Nutzlicht-Detektor kann insbesondere als ein IR-Detektor ausgebildet sein.
• Mit den wenigstens zwei Aktuatoren kann eine Verstellung der Interferometer-Anordnung in einer Weise erfolgen, dass eine gegenseitige, laterale Verschiebung der Retroreflektoren orthogonal zur optischen Achse kompensiert werden kann. Die beiden Freiheitsgrade können insbesondere eine gegenseitige Verschiebung der Teilstrahlen der Interferometerarme senkrecht zur Strahlrichtung und innerhalb der Interferometerebene, die vom Scheitelpunkt eines der beiden Retroreflektoren, seines am Strahlteiler erzeugten Spiegelbilds und der optisch wirksamen Mitte des Strahlteilers aufgespannt wird, sowie eine Verschiebung senkrecht zur Strahlrichtung und senkrecht zu dieser Ebene sein. Typischerweise sind dazu die Aktuatoren an einem der Retroreflektoren oder am Strahlteiler angeordnet; es ist aber auch beispielsweise möglich, einen Umlenkspiegel zwischen dem Strahlteiler und einem Retroreflektor anzuordnen, und den Umlenkspiegel mit den Aktuatoren zu verstellen. Falls die Aktuatoren an einem Retroreflektor angeordnet sind, ist dieser bevorzugt nicht beweglich (bezüglich des optischen Gangunterschieds der Interferometerarme) ausgebildet. Falls beide Retroreflektoren beweglich ausgebildet sind, etwa auf einem gemeinsamen Pendel, sind die Aktuatoren bevorzugt am Strahlteiler angeordnet.
• Die Referenzlichtquelle umfasst typischerweise einen He-Ne-Laser oder einen Diodenlaser. Der Referenzlichtdetektor (der auch als Referenzlichtdetektoranordnung bezeichnet werden kann) kann mit einem Gesamtbauteil realisiert sein, an dem die wenigstens drei Detektorflächen ausgebildet sind (etwa mit einem Quadrantendetektor); alternativ kann der Referenzlichtdetektor mit mehreren separaten Einzelbauteilen ausgebildet sein, an denen die wenigstens drei Detektorflächen einzeln ausgebildet sind (etwa mit drei separaten Einzeldetektoren).
• Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Interferometer-Anordnung ist vorgesehen, dass die Interferometer-Anordnung so eingerichtet ist, dass ein von der Referenzlichtquelle auf den Strahlteiler gelangendes Referenzlicht am Strahlteiler eine Mindestaufspreizung MSP, insbesondere eingerichtet durch eine Mindestdivergenz MDIV des Referenzlichts oder einen Mindestzwischenwinkel MZW von diskreten Teilstrahlen des Referenzlichts, aufweist,
  und dass MSP ≥ 2 mrad, bevorzugt MSP ≥ 5 mrad,
  insbesondere wobei die Anordnung umfasst
• - ein Zerstreuungselement für das Referenzlicht, bevorzugt eine Zerstreuungslinse, angeordnet zwischen der Referenzlichtquelle und dem Strahlteiler, oder
• - eine Referenzlichtquelle mit einer inhärenten Divergenz DIV ≥ MSP, oder
• - ein Aufteilungselement für das Referenzlicht, bevorzugt eine Strahlteiler- und Keilplattenanordnung, mit der das Referenzlicht auf drei oder vier diskrete Teilstrahlen aufgeteilt wird, die paarweise den Mindestzwischenwinkel MZW einschließen, und die auf separate Detektorflächen des Referenzlichtdetektors treffen. Durch eine größere Aufspreizung des Referenzlichts kann ein größerer Bereich der Haidingerringe ausgeleuchtet werden, so dass über den ausgeleuchteten Bereich eine größere Phasendifferenz gemessen werden kann. Die Mindestaufspreizung MSP kann insbesondere über die Divergenz des Referenzlichts erreicht werden (mit MSP=MDIV), oder auch über den Zwischenwinkel von diskreten Teilstrahlen des Referenzlichts (mit MSP=MZW).
• Bei einem Retrointerferometer beträgt die ausgangsseitige Scherung der Referenzlicht-Teilstrahlen das Doppelte der lateralen Verschiebung der Scheitelpunkte der beiden Retroreflektoren zueinander, gemessen orthogonal zur optischen Achse. Ein Divergenzvollwinkel DIV der Referenzlichtquelle, gemessen in Radiant, leuchtet in der Fokusebene des Referenzlichtdetektors eine radiale Winkelkoordinate ALPHA von ±DIV/2 aus. Bei gegebener Scherung SHEAR der Referenzlicht-Teilstrahlen, gemessen in Einheiten der Wellenlänge des Referenzlichts, gilt bei ZPD für die Ordnung N des streifenförmigen Interferenzmusters $$\text{N}=\text{SHEAR}*\text{ALPHA}$$

  

  und somit für die Phasendifferenz PHI zwischen dem Zentrum und der Ausleuchtungsgrenze $$\text{PHI}/\left(2\mathrm{\pi }\right)=\text{SHEAR}*\text{DIV}/2$$

  

  Damit ist $$\text{DIV}=\text{PHI}/\left(\mathrm{\pi }\text{*SHEAR}\right).$$

  

  Da die Phasendifferenz zwischen zwei Detektorflächen gemessen wird, muss die integrierende Wirkung dieser Flächen sowie die zu größeren Winkeln hin abnehmende Intensität des Referenzlichts berücksichtigt werden, was die Empfindlichkeit in etwa Faktor 3 reduziert. Somit ergibt sich für die Mindestdivergenz $$\text{MDIV}\ge \text{PHI}/\text{SHEAR}.$$

  

  Für PHI muss hier die (insbesondere gerätebedingte oder messverfahrensbedingte) „Auflösungsgrenze“ der angewandten Phasendifferenzbestimmung eingesetzt werden; meist liegt PHI zwischen 0,3° und 2° (d.h. zwischen 5 mrad und 35 mrad). Für SHEAR ist hier die maximal zulässige laterale Scherung der Referenzlicht-Teilstrahlen einzusetzen, bei der die Interferometer-Anordnung noch als stabil gilt. Das ist der Fall, wenn die Signalamplitude des modulierten Nutzlichts am Nutzlichtdetektor für die kürzeste Wellenlänge des spektralen Messbereichs bei konstantem Eingangssignal ebenfalls (näherungsweise) konstant bleibt. Meist liegt SHEAR bei 0,25 µm bis 1,5 µm (d.h. unter Einsatz eines HeNe-Lasers als Referenzlichtquelle bei 0,4 bis 2,5 Wellenlängen). Mit diesen Werten ergibt sich für MDIV eine Spanne von 2 mrad bis 88 mrad, ein typischer Wert liegt bei 5 mrad. Die Mindestdivergenz MDIV ist typischerweise für die erste und zweite Richtung gleich, sie kann aber auch für die erste und zweite Richtung unterschiedlich sein. Als Referenzlichtquelle mit einer inhärenten Divergenz DIV≥ MDIV kann beispielsweise ein VCSEL eingesetzt werden.
• Diese Überlegungen gelten in ähnlicher Weise für den Mindestzwischenwinkel MZW bei Verwendung von drei oder vier diskreten Teilstrahlen, die aus dem Referenzlicht mit einem Aufteilungselement erzeugt werden. In dieser Ausführungsform entfällt das Zerstreuungselement und die Referenzlichtquelle sollte eine möglichst geringe Divergenz besitzen. Bei drei diskreten Teilstrahlen wird einer der diskreten Teilstrahlen (wobei dieser typischerweise auf der optischen Achse liegt) in beiden Paaren von Detektorflächen genutzt bzw. die zugehörige Detektorfläche gehört sowohl zum ersten Paar als auch zum zweiten Paar von Detektorflächen. Durch die Konzentration der Referenzlichtleistung auf nur drei oder vier diskrete Teilstrahlen wird eine besonders rauscharme Bestimmung der Phasendifferenzen ermöglicht.
• Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, bei der der Referenzlichtdetektor eine Quadrantendiode, insbesondere eine Silizium-Quadrantendiode, umfasst, bevorzugt wobei der Quadrantendiode für jede von der Regelelektronik genutzte Detektorfläche ein Strom-Spannungswandler nachgeschaltet ist. Dieser Aufbau ist kostengünstig und in der Praxis bewährt.
• Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei der mittels der Aktuatoren der Strahlteiler um zwei linear unabhängige Achsen, insbesondere zueinander und zu einer Normalen des Strahlteilers orthogonale Achsen, verkippbar ist. Diese Ausführungsform kann insbesondere gewählt werden, wenn beide Retroreflektoren zur Veränderung des Gangunterschieds beweglich ausgebildet sind (etwa auf einem gemeinsamen Pendel); in diesem Fall ist die Verkippung des Strahlteilers zur Kompensation von lateraler Scherung baulich besonders einfach.
• Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist mittels der Aktuatoren einer der Retroreflektoren entlang zweier linear unabhängiger Richtungen, insbesondere zueinander und zur optischen Achse orthogonalen Richtungen, verschiebbar. Diese Bauform kann insbesondere gewählt werden, wenn nur einer der Retroreflektoren zur Veränderung des Gangunterschieds beweglich ist. Die Aktuatoren können dann am (bezüglich des Gangunterschieds) festen Retroreflektor angreifen, was baulich wiederum einfach auszuführen ist. Die Aktuatoren sind typischerweise als Piezo-Aktuatoren ausgebildet, da die benötigten Stellwege typischerweise im 10 µm-Bereich liegen.
• Erfindungsgemäße Verfahren
• In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Verfahren zum Betrieb einer Interferometer-Anordnung, insbesondere einer oben erläuterten, erfindungsgemäßen Interferometer-Anordnung,
  wobei ein kohärentes Referenzlicht aus einer Referenzlichtquelle an einem Strahlteiler auf einen ersten Interferometerarm mit einem ersten Retroreflektor und einen zweiten Interferometerarm mit einem zweiten Retroreflektor aufgeteilt wird, und das Referenzlicht aus den beiden Interferometerarmen am Strahlteiler wieder überlagert wird und an einem Referenzlichtdetektor detektiert wird, wobei zumindest einer der Retroreflektoren in sich wiederholenden Bewegungszyklen bewegt wird und dadurch der optische Gangunterschied der Interferometerarme verändert wird,
  dadurch gekennzeichnet,
  dass das Referenzlicht hinter dem Strahlteiler fokussiert wird, insbesondere mit einem Sammelelement zwischen Strahlteiler und Referenzlichtdetektor,
  dass der Referenzlichtdetektor wenigstens drei Detektorflächen aufweist, wobei die Detektorflächen eines ersten Paars von Detektorflächen in einer ersten Richtung aufgereiht sind, und die Detektorflächen eines zweiten Paars von Detektorflächen in einer zweiten Richtung aufgereiht sind, und wobei die erste Richtung, die zweite Richtung und eine mittlere Ausbreitungsrichtung des Referenzlichts am Referenzlichtdetektor linear unabhängig, insbesondere orthogonal zueinander, sind,
  dass zumindest bei einem Teil der Bewegungszyklen jeweils
• - eine erste Phasendifferenz zwischen zwei Referenzlichtanteilen, die am ersten Paar von Detektorflächen detektiert werden, bestimmt wird,
• - eine zweite Phasendifferenz zwischen zwei Referenzlichtanteilen, die am zweiten Paar von Detektorflächen detektiert werden, bestimmt wird, und wenigstens zwei Aktuatoren zur Veränderung einer lateralen Scherung zwischen zwei aus den Interferometerarmen rückreflektierten und am Strahlteiler wieder überlagerten Referenzlicht-Teilstrahlen in Abhängigkeit von den beiden Phasendifferenzen nachgeregelt werden, insbesondere wobei die beiden Phasendifferenzen über eine Vielzahl von Bewegungszyklen im Wesentlichen konstant gehalten werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine im Laufe der Zeit auftretende laterale Scherung der Teilstrahlen der Interferometerarme in der Interferometer-Anordnung, etwa infolge einer kleinen Positions- oder Orientierungsänderung des Strahlteilers oder der Retroreflektoren, verhindert bzw. kompensiert werden.
• Durch die erfindungsgemäße Nachregelung können die Phasendifferenzen über viele Bewegungszyklen, insbesondere über viele Aufnahmen von Nutzlicht-Interferogrammen, bzw. dauerhaft näherungsweise konstant gehalten werden (oder zumindest für verschiedene Bewegungszyklusblöcke gleichartig oder in bekannter Weise verlaufend gehalten werden). Die Phasendifferenzen werden in der Regel auf feste Phasendifferenz-Werte nachgeregelt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist die Interferometer-Anordnung besonders stabil bzw. kann sehr gut reproduzierbare Messergebnisse liefern.
• Während bei einem optischen Gangunterschied von null sich bei einer lateralen Scherung der Referenzlicht-Teilstrahlen ein streifenförmiges Interferenzmuster am Referenzlichtdetektor ergibt, entsteht bei größer werdendem optischen Gangunterschied ein sich zusammenschnürendes, ringförmiges Interferenzmuster, dessen Zentrum gegenüber der Lage ohne eine solche Scherung verschoben ist. Die Phasendifferenzen werden daher vom Gangunterschied abhängen, so dass die Phasendifferenzen sinnvollerweise auf einen bestimmten Gangunterschied (bevorzugt null, ZPD zero path difference) bezogen sind. Es ist auch möglich, aber schwieriger, den Verlauf der Phasendifferenzen gegen den optischen Gangunterschied zu erfassen und in die Regelung einzubeziehen, da der genaue Verlauf von der Ausleuchtung des Referenzlichtdetektors abhängt und nur in der Nähe von ZPD im Wesentlichen unabhängig von der Ausleuchtung ist. Bevorzugt erfolgt eine Nachregelung zumindest bei jedem hundertsten Bewegungszyklus, bevorzugt bei jedem Bewegungszyklus. Andererseits genügt in vielen Fällen, etwa bei lediglich langsamen Temperaturschwankungen, eine gelegentliche Nachregelung, etwa bei jedem fünften Bewegungszyklus oder seltener. Die Bewegungszyklen laufen typischerweise mit einer Frequenz von 0,3-40 Hz, meist 1-5 Hz, ab.
• Die Verstellbarkeit der Interferometer-Anordnung mit den (wenigstens) zwei Aktuatoren bezüglich der (wenigstens) zwei Freiheitsgrade ist so eingerichtet, dass eine laterale Verschiebung der Retroreflektoren orthogonal zur optischen Achse kompensiert werden kann. Typischerweise wird dazu einer der Retroreflektoren in zwei Richtungen verschoben oder der Strahlteiler um zwei Achsen gekippt; es ist aber auch möglich, einen Umlenkspiegel zwischen dem Strahlteiler und einem Retroreflektor anzuordnen, und den Umlenkspiegel zu verstellen (verkippen und/oder verschieben). Die beiden Freiheitsgrade können insbesondere eine gegenseitige Verschiebung der Teilstrahlen der Interferometerarme senkrecht zur Strahlrichtung und innerhalb der Interferometerebene, die vom Scheitelpunkt eines der beiden Retroreflektoren, seines am Strahlteiler erzeugten Spiegelbilds und der optisch wirksamen Mitte des Strahlteilers aufgespannt wird, sowie eine Verschiebung senkrecht zur Strahlrichtung und senkrecht zu dieser Ebene sein.
• Die Nachregelung der Interferometer-Anordnung kann noch während oder auch nach einem Bewegungszyklus (bzw. ggf. einer zugehörigen Aufnahme eines Interferogramms), mit dem die Phasenbestimmung erfolgte, vorgenommen werden. Bevorzugt erfolgt die Nachregelung nach einem Bewegungszyklus, besonders bevorzugt in einer Umkehrphase des Antriebs.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,
  dass das von der Referenzlichtquelle auf den Strahlteiler gelangende Referenzlicht am Strahlteiler eine Mindestaufspreizung MSP, insbesondere eingerichtet durch eine Mindestdivergenz MDIV des Referenzlichts oder einen Mindestzwischenwinkel MZW von diskreten Teilstrahlen des Referenzlichts, aufweist,
  und dass MSP ≥ 2 mrad, bevorzugt MSP ≥ 5 mrad,
  insbesondere wobei
• - das Referenzlicht aus der Referenzlichtquelle mit einem Zerstreuungselement zwischen der Referenzlichtquelle und dem Strahlteiler auf eine größere Divergenz aufgeweitet wird, oder
• - eine Referenzlichtquelle mit einer inhärenten Divergenz DIV ≥ MSP ausgewählt ist, oder
• - das Referenzlicht mit einem Aufteilungselement in drei oder vier diskrete Teilstrahlen aufgeteilt wird, und die diskreten Teilstrahlen paarweise den Mindestzwischenwinkel MZW einschließen und auf separate Detektorflächen des Referenzlichtdetektors treffen. Durch eine ausreichend große Aufspreizung des Referenzlichts wird die Messung der Phasendifferenzen an den Paaren von Detektorflächen erleichtert. Die Mindestaufspreizung MSP kann insbesondere über die Divergenz des Referenzlichts erreicht werden (mit MSP=MDIV), oder auch über den Zwischenwinkel von diskreten Teilstrahlen des Referenzlichts (mit MSP=MZW).
• Bei einer vorteilhaften Variante umfassen die Freiheitsgrade Verkippungen des Strahlteilers bezüglich zweier linear unabhängiger Achsen, insbesondere zueinander und zu einer Normalen des Strahlteilers orthogonaler Achsen. Dies ist einfach einzurichten, insbesondere wenn die beiden Retroreflektoren auf einem gemeinsamen Pendel angeordnet sind.
• Bevorzugt ist auch eine Variante, bei der die Freiheitsgrade Verschiebungen eines der Retroreflektoren bezüglich zweier linear unabhängiger Richtungen, insbesondere zueinander und zur optischen Achse orthogonaler Richtungen, umfassen. Dies ist ebenfalls baulich einfach, insbesondere wenn der Retroreflektor bezüglich der Einrichtung des Gangunterschieds zwischen den Interferometerarmen ortsfest ist.
• Bevorzugt ist eine Variante, bei der eine jeweilige Phasendifferenz durch Messung des zeitlichen Abstands der Nulldurchgänge von zwei elektrischen Detektorsignalen, die jeweils zu den Referenzlichtanteilen bestimmt wurden, relativ zu ihrer Periodenlänge bestimmt werden. Die Phasendifferenzen sind dann besonders einfach zu bestimmen. Insbesondere können die Nulldurchgänge mit der Bedingung für das Signal der jeweiligen Detektorfläche „Momentanwert - gleitender Mittelwert = 0“ bestimmt werden. Der gleitende Mittelwert kann zum Beispiel über 100 Signalperioden bestimmt werden.
• Bei einer bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass für die Bestimmung der Phasendifferenzen jeweils nur ein immer gleicher Teilbereich des Bewegungszyklus genutzt wird, insbesondere wobei der Teilbereich weniger als 1000 Wellenlängen des Referenzlichts umfasst,
  und dass der Teilbereich einen optischen Gangunterschied zwischen den Interferometerarmen von null enthält, insbesondere wobei der Teilbereich symmetrisch um den optischen Gangunterschied von null gewählt ist. Im Bereich um den Gangunterschied null ist der Einfluss der Justierung des Refeferenzlicht-Strahlengangs auf die Phase am geringsten.
• Bevorzugt ist eine Variante, bei der die Nachregelung der Aktuatoren mittels einer digitalen PI-Regelung erfolgt, bevorzugt wobei der PI-Regelung pro Aktuator ein Hochspannungsverstärker nachgeschaltet ist. Dies hat sich in der Praxis bewährt. Falls die Richtungen, in denen die Referenzlichtdetektorflächen aufgereiht sind und die Richtungen, in denen die Aktuatoren wirksam sind, nicht kollinear sind, muss die Regelung zusätzlich eine Koordinatentransformation durchführen. Die PI (=Proportional-Integral)-Regelung vermeidet ein Überschwingen bei der Nachregelung der Aktuatoren. Piezo-Aktuatoren werden typischerweise mit 100V bis 1000V betrieben.
• Bei einer besonders bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass zur Aufnahme eines Nutzlicht-Interferogramms
• - ein Nutzlicht aus einer Nutzlichtquelle durch den Eingang für Nutzlicht an dem Strahlteiler auf den ersten Interferometerarm mit dem ersten Retroreflektor und den zweiten Interferometerarm mit dem zweiten Retroreflektor aufgeteilt wird, und das Nutzlicht aus den beiden Interferometerarmen am Strahlteiler wieder überlagert wird und durch den Ausgang für Nutzlicht an einem Nutzlichtdetektor detektiert wird,
• - und während eines Bewegungszyklus bei unterschiedlichen optischen Gangunterschieden der Interferometerarme jeweils Nutzlichtamplituden-Einzelmessungen durchgeführt werden,

und dass mehrere Nutzlicht-Interferogramme aufgenommen werden. Bei der Aufnahme der Nutzlicht-Interferogramme ist eine zu untersuchende Probe im Strahlengang des Nutzlichts (und typischerweise nicht im Strahlengang des Referenzlichts) angeordnet, bevorzugt zwischen Strahlteiler und Nutzlichtdetektor. Während der (nacheinander erfolgenden) Aufnahmen der mehreren Nutzlicht-Interferogramme kann die Interferometer-Anordnung mittels der erfindungsgemäßen Nachregelung der Aktuatoren stabilisiert werden, so dass für die mehreren Messungen gleiche Messbedingungen erhalten werden. Die mehreren Nutzlicht-Interferogramme können mit unterschiedlichen Proben aufgenommen werden, oder auch jeweils einige Nutzlicht-Interferogramme mit derselben Probe („Gesamtmessung“, siehe unten). Nutzlicht und Referenzlicht sind in der Interferometer-Anordnung typischerweise parallel oder antiparallel zueinander geführt. Ein Bewegungszyklus des wenigstens einen Retroreflektors kann sowohl für die Bestimmung der Phasendifferenzen im Referenzlicht als auch für die Nutzlichtamplituden-Einzelmessungen genutzt werden. Man beachte, dass das erfindungsgemäße Nachregeln der Aktuatoren auch stattfinden kann (und soll), wenn gerade keine Nutzlicht-Interferogramme aufgenommen werden, um für kommende Messungen die Interferometer-Anordnung stabil zu halten.
• Bevorzugt ist eine Weiterentwicklung dieser Variante, bei der mehrere Nutzlicht-Interferogramme für eine Gesamtmessung hintereinander aufgenommen werden, und dass die Nutzlichtamplituden-Einzelmessungen von jeweils gleichem optischen Gangunterschied der Nutzlicht-Interferogramme der Gesamtmessung aufsummiert werden. Typischerweise gehören zu einer Gesamtmessung 10 oder mehr Nutzlicht-Interferogramme, oder auch 1000 oder mehr Nutzlicht-Interferogramme, die typischerweise in aufeinanderfolgenden Bewegungszyklen aufgenommen werden. Durch die Aufsummierung wird ein verbessertes Signal-zu-Rausch Verhältnis erhalten. Innerhalb der Gesamtmessung werden erfindungsgemäß besonders stabile Messbedingungen erhalten. Eine Gesamtmessung findet typischerweise insgesamt mit einer einzelnen Probe statt. Die aufsummierten Nutzlichtamplituden-Einzelmessungen der Gesamtmessung werden typischerweise einer Fouriertransformation unterzogen, um ein Spektrum, insbesondere Infrarot-Spektrum, einer Probe zu erhalten.
• Vorteilhaft ist weiter vorgesehen, dass eine Bestimmung der ersten und zweiten Phasendifferenz und eine entsprechende Nachregelung der wenigstens zwei Aktuatoren zumindest bei jedem hundertsten Nutzlicht-Interferogramm der Gesamtmessung erfolgt, bevorzugt bei jedem Nutzlicht-Interferogramm der Gesamtmessung erfolgt. Durch eine häufige Nachregelung der Phasendifferenz können besonders stabile Verhältnisse an der Interferometer-Anordnung erhalten werden. Bei nur langsamen Temperaturschwankungen und einer Frequenz von aufgenommen Nutzlicht-Interferogrammen von typischerweise 1-5 Hz genügt hingegen eine gelegentliche Nachregelung, etwa im Bereich von einmal alle 5 Sekunden.
• Vorteilhaft ist auch eine Weiterbildung, die vorsieht, dass nach einem Austausch oder einer Neuinstallation eines Bauteils der Interferometer-Anordnung, insbesondere des Strahlteilers oder eines der Retroreflektoren, zunächst eine optimale Position und/oder Orientierung des Bauteils bestimmt wird, insbesondere so dass eine maximale Intensität von Nutzlicht am Nutzlichtdetektor erhalten wird,
  dass zu der optimalen Position und/oder Orientierung des Bauteils ein zugehöriger erster initialer Phasendifferenzwert und ein zugehöriger zweiter initialer Phasendifferenzwert für die Referenzlichtanteile bestimmt werden,
  und dass während eines nachfolgenden Messbetriebs, in welchem die Nutzlicht-Interferogramme aufgenommen werden, die erste Phasendifferenz und die zweite Phasendifferenz auf den bestimmten ersten initialen Phasendifferenzwert und den bestimmten zweiten initialen Phasendifferenzwert nachgeregelt werden. Durch dieses Vorgehen kann eine hohe und stabile Nutzlichtintensität erhalten werden. Messungen von Proben werden besonders aussagekräftig.
• Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
• Figurenliste
• Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische Aufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Interferometer-Anordnung, mit zwei Retroreflektoren auf einem Pendel;
• 2 eine schematische Seitenansicht der Interferometer-Anordnung von 1;
• 3 eine schematische Aufsicht auf den Strahlteiler der Interferometer-Anordnung von 1;
• 4 eine schematische, perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Interferometer-Anordnung, mit einem festen und einem beweglichen Retroreflektor;
• 5 ein Schemadiagramm der Interferometer-Anordnung von 4, unter Berücksichtigung von Nutzlicht;
• 6 eine schematische Übersicht zur Funktion einer Regelelektronik für die Erfindung;
• 7 eine Intensitätsverteilung auf einer Quadrantendiode als Referenzlichtdetektor bei einer erfindungsgemäßen Interferometer-Anordnung, bei stark gescherten Teilstrahlen der Interferometerarme;
• 8 eine Intensitätsverteilung auf einer Quadrantendiode als Referenzlichtdetektor bei einer erfindungsgemäßen Interferometer-Anordnung, bei geringfügig gescherten Teilstrahlen der Interferometerarme.
• Überblick über die Erfindung
• Interferometer für die FTIR-Spektroskopie werden häufig mit zwei Retroreflektoren ausgestattet, da eine mögliche Verkippung dieser Spiegel während ihrer Bewegung zur Veränderung des optischen Gangunterschieds vollständig kompensiert ist und die Güte der Justierung (d.h. die Modulationseffizienz) nicht beeinflusst. Ein anderer Störeinfluss, nämlich eine laterale Verschiebung der Spiegel orthogonal zur optischen Achse, ist jedoch nicht kompensiert. Diese Verschiebung erzeugt eine Scherung der Ausgangsstrahlen und dejustiert das Interferometer (d.h. reduziert seine Modulationseffizienz). Genauer gesagt verringert sich die Modulationseffizienz des Interferometers, wenn das am Strahlteiler gespiegelte Bild des Scheitelpunkts des einen Retroreflektors eine laterale Verschiebung gegenüber dem Scheitelpunkt des anderen Retroreflektors aufweist, gemessen senkrecht zur optischen Achse. Die Verschiebung kann z.B. durch Ungenauigkeiten im Lager oder thermische Drift der Komponenten entstehen. Der Effekt ist zwar eine Größenordnung kleiner als der bei Verkippung der Spiegel in einem Planspiegel-Interferometer auftretende Effekt, stört aber bei längeren Messserien und speziell bei Betrieb mit kürzeren Wellenlängen (NIR, VIS oder UV Bereich) erheblich. Man kann diese Dejustierung des Interferometers vollständig kompensieren, indem man einen der beiden Retroreflektoren in zwei Achsen senkrecht zur optischen Achse verschiebt, oder den Strahlteiler in zwei orthogonalen Winkelfreiheitsgraden verkippt. Beide Methoden sind (bei kleiner Dejustierung) optisch äquivalent. Im Stand der Technik erfolgt eine Grundjustierung des Interferometers typischerweise nur einmalig oder vor Beginn einer Messserie oder bei Wechsel von optischen Komponenten, aber nicht während des laufenden Betriebs.
• Die Erfindung sieht vor, eine laterale Verschiebung der Retroreflektoren messtechnisch zu erfassen und in einem geschlossenen Regelkreis über Aktuatoren, die die Scherung der Ausgangsstrahlen beeinflussen, den initialen Justierzustand des Interferometers über einen längeren Zeitraum zu erhalten, speziell während länger andauernder Messserien. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch gut geeignet, um nach einem Strahlteilerwechsel das Interferometer wieder automatisch auf den initialen Justierzustand zu justieren.
• Erläuterung der Figuren
• Alle Figuren zeigen jeweils schematische, nicht maßstäbliche Darstellungen. Insbesondere sind Strahldivergenzen und die Größen von optischen Elementen übertrieben dargestellt, um diese besser erkennbar zu machen.
• Die 1 zeigt schematisch in Aufsicht eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Interferometer-Anordnung 1.
• Aus einer nicht näher dargestellten Nutzlicht-Quelle wird entlang der eingangsseitigen optischen Achse 2a durch einen Eingang für Nutzlicht 3 ein Strahl von Nutzlicht 4 (hier von breitbandigem IR-Licht) in die Interferometer-Anordnung 1 eingestrahlt. Ebenfalls entlang der eingangsseitigen optischen Achse 2a wird mit einer Referenzlichtquelle 5, hier einem HeNe-Laser, kohärentes, schmalbandiges Referenzlicht 6 eingestrahlt.
• Das Referenzlicht 6 aus dem He-Ne-Laser wird aufgespreizt, in der gezeigten Bauform mittels eines Zerstreuungselements 7, hier einer Streulinse, konisch aufgeweitet, so dass eine Divergenz von wenigstens 2 mrad, bevorzugt wenigstens 5 mrad, sichergestellt ist, vgl. Mindestdivergenz MDIV. In einer alternativen Bauform kann an die Stelle des Zerstreuungselements 7 beispielsweise eine Strahlteiler- und Keilplattenanordnung treten, um das Referenzlicht 6 auf zum Beispiel vier diskrete Teilstrahlen aufzuteilen, die paarweise (entsprechend den Paaren von Detektorflächen 19a, 19b, auf die sie treffen) einen Zwischenwinkel von wenigstens 2 mrad, bevorzugt wenigstens 5 mrad, einschließen (Strahlteiler- und Keilplattenanordnung nicht dargestellt, vgl. aber die Randstrahlen des Referenzlichts 6/17 in 1 und 2, die die diskreten Teilstrahlen beschreiben können), vgl. Mindestzwischenwinkel MZW zwischen den (mittleren) Ausbreitungsrichtungen der diskreten Teilstrahlen. Das Referenzlicht 6 (mit dünnen Linien dargestellt) und das Nutzlicht 4 (mit dicken Linien dargestellt) sind auf einen Strahlteiler 8 gerichtet.
• Der Strahlteiler 8 ist mittels zweier Aktuatoren 9, 10, die hier als Piezo-Aktuatoren ausgebildet sind, um zwei zueinander orthogonale Achsen verkippbar (siehe hierzu auch 3); die Lagerung der Aktuatoren 9, 10 ist zur Vereinfachung nicht näher dargestellt. Der Strahlteiler 8 ist im Wesentlichen eben, plattenförmig und halbtransparent ausgebildet, so dass er einen ersten Teil des auf ihn auftreffenden Lichts transmittiert, und einen zweiten Teil des auf ihn treffenden Lichts reflektiert. Zur Vereinfachung ist nur die effektiv strahlteilende Ebene dargestellt, nicht jedoch das Strahlteilersubstrat.
• Am Strahlteiler 8 wird entsprechend das Referenzlicht 6 auf zwei Referenzlicht-Teilstrahlen 11, 12 aufgeteilt. Der Referenzlicht-Teilstrahl 11 propagiert in einem ersten Interferometerarm 13 zu einem Retroreflektor 15 und wird dort reflektiert. Der Referenzlicht-Teilstrahl 12 propagiert in einem zweiten Interferometerarm 14 zu einem Retroreflektor 16 und wird dort reflektiert. Die Retroreflektoren 15, 16 weisen jeweils drei zueinander rechtwinklig ausgerichtete Spiegelflächen auf, entsprechend der inneren Ecke eines Würfels. Die von den Retroreflektoren 15, 16 zurückreflektierten Referenzlicht-Teilstrahlen 11, 12 treffen erneut auf den Strahlteiler 8 und werden teilweise an ihm reflektiert und teilweise transmittiert, so dass mit einer mittleren Ausbreitungsrichtung entlang einer ausgangsseitigen optischen Achse 2b hinter dem Strahlteiler 8 ein ausgangsseitiges Referenzlicht 17 erhalten wird. Dieses Referenzlicht 17 wird aus der Überlagerung der rückreflektierten Referenzlicht-Teilstrahlen 11, 12 erhalten.
• Das ausgangsseitige Referenzlicht 17 (in der alternativen Bauform in Gestalt von diskreten Teilstrahlen) wird mit einem Sammelelement 18, hier einer Sammellinse, auf einen Referenzlichtdetektor 19 fokussiert, der hier als Quadrantendiode mit vier Detektorflächen ausgebildet ist (von diesen sind nur zwei Detektorflächen 19a, 19b in 1 zu erkennen). Ein erstes Paar von Detektorflächen 19a, 19b ist in einer ersten Richtung ER aufgereiht, und ein zweites Paar von Detektorflächen ist in einer zweiten Richtung ZR (senkrecht zur Zeichenebene) aufgereiht; die beiden Richtungen ER, ZR liegen senkrecht zur ausgangsseitigen optischen Achse 2b. Die ausgangsseitige optische Achse 2b ist gegeben durch Spiegelung der eingangsseitigen optischen Achse 2a am Strahlteiler 8.
• Auch das Nutzlicht 4 wird am Strahlteiler 8 auf die Interferometerarme 13, 14 auf Nutzlicht-Teilstrahlen aufgeteilt, die an den Retroreflektoren 15, 16 reflektiert werden, und hinter dem Strahlteiler 8 zu einem ausgangsseitigen Nutzlicht 20 überlagern. Das ausgangsseitige Nutzlicht 20 passiert einen Ausgang für Nutzlicht 21 und wird an einem Nutzlichtdetektor (nicht dargestellt) detektiert.
• Die beiden Retroreflektoren 15, 16 sind hier an einem gemeinsamen Pendel 22 befestigt, das um eine Drehache 23 schwingen kann; hierdurch kann der optische Gangunterschied der Interferometerarme 13, 14 verändert werden. Durch Pendelschwingungen können aufeinanderfolgende Bewegungszyklen eingerichtet werden. Das Pendel 22 ist mit einem Antrieb 24 versehen, hier umfassend einen ortsfest angeordneten Permanentmagneten und eine am Pendel 22 angeordnete elektromagnetische Spule. Durch eine Beaufschlagung der Spule mit elektrischem Strom kann das Pendel 22 ausgelenkt werden.
• Aufgrund von Lagertoleranzen oder auch aufgrund von Temperaturschwankungen kann sich die Ausrichtung des Strahlteilers 8 und die laterale Ausrichtung der Retroreflektoren 15, 16 zur zugehörigen optischen Achse 2a, 2b (also die Ausrichtung quer zur optischen Achse) verändern, was zu einer lateralen Scherung der überlagerten Teilstrahlen aus den Interferometerarmen hinter dem Strahlteiler 8 führen kann, in im Wesentlichen gleicher Weise beim Nutzlicht 20 wie beim Referenzlicht 17. Durch eine Verkippung des Strahlteilers 8 mit den Aktuatoren 9, 10, geregelt über die Phasenverschiebungen von Referenzlichtanteilen gemessen am Referenzlichtdetektor 19 bzw. dessen Detektorflächen 19a, 19b, kann diese laterale Scherung korrigiert bzw. beseitigt werden (vgl. hierzu 6).
• Die 2 zeigt die Interferometer-Anordnung von 1 in einer Seitenansicht, wobei zur Vereinfachung das Nutzlicht nicht dargestellt ist.
• Das eingangsseitige Referenzlicht 6 breitet sich zunächst in einem unteren Bereich des Messaufbaus aus, während das ausgangsseitige Referenzlicht 17 den Messaufbau in einem oberen Bereich durchläuft. Dadurch steht der zentrale Bereich des Messaufbaus für das Nutzlicht zur Verfügung.
• Am Strahlteiler 8, der in 3 in einer seitlichen Aufsicht dargestellt ist, können daher in einem oberen und unteren Teil Bedampfungen 25 für das Referenzlicht (Laserlicht) eingerichtet werden, und in einem mittleren Teil eine Bedampfung 26 für das Nutzlicht (breitbandige IR-Strahlung).
• Der Strahlteiler 8 ist an einem Drehpunkt 27 gelagert, und kann mittels der Aktuatoren 9, 10 senkrecht zur Strahlteilerebene (die der Zeichenebene in 3 entspricht) ausgelenkt werden. Eine Betätigung des Aktuators 9 erzeugt dadurch eine Verkippung des Strahlteilers 8 um eine erste Achse UA1, und eine Betätigung des Aktuators 10 erzeugt eine Verkippung des Strahlteilers 8 um eine zweite Achse UA2. Die linear unabhängigen Achsen UA1, UA2 verlaufen hier orthogonal zueinander und auch orthogonal zur Normalen der Strahlteilerebene.
• Die 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Interferometer-Anordnung 1 in einer schematischen Aufsicht; diese Ausführungsform ähnelt der Ausführungsform von 1, so dass hier nur die wesentlichen Unterschiede erläutert werden. Zur Vereinfachung ist zudem wiederum nur das Referenzlicht dargestellt.
• In dieser Ausführungsform ist der Retroreflektor 15 entlang der optischen Achse 2a mit einem nicht näher dargestellten Antrieb verfahrbar, um den Gangunterschied der Interferomaterarme 13, 14 zu verändern („beweglicher Retroreflektor“). Weiterhin kann der Retroreflektor 16 mittels zweier Aktuatoren 9, 10 ausgelenkt werden, um eine etwaige laterale Scherung zwischen den überlagerten Teilstrahlen 11, 12 aus den Interferometerarmen 13, 14 auszugleichen. Mit dem Aktuator 9 kann der Retroreflektor 16 entlang der Richtung R1 (in der Zeichenebene von 4) senkrecht zur optischen Achse 2b verfahren werden, und mit dem Aktuator 10 kann der Retroreflektor 16 in Richtung R2 (senkrecht zur Zeichenebene von 4) ebenfalls senkrecht zur optischen Achse 2b verfahren werden. Entlang der optischen Achse 2b ist der Retroreflektor 16 jedoch nicht verfahrbar („unbeweglicher Retroreflektor“). Der Strahlteiler 8 ist in dieser Ausführungsform nicht verstellbar.
• Die 5 zeigt eine Gesamtübersicht zu der Interferometer-Anordnung 1 von 4.
• In der Darstellung der 5 ist die Nutzlichtquelle 30 ersichtlich, deren breitbandiges IR-Licht, vgl. Nutzlicht 4, an einer Linse 31 parallelisiert wird. Nach Passieren der Interferometerarme 13, 14 wird das ausgangsseitige Nutzlicht 20 an einer weiteren Linse 32 auf den Nutzlichtdetektor 33 fokussiert; zwischen der weiteren Linse 32 und dem Nutzlichtdetektor 33 ist hier die zu untersuchende Probe 34 angeordnet, die in Transmission durchstrahlt wird.
• Das von der Referenzlichtquelle 5 erzeugte und mit einem Zerstreuungselement 7 aufgespreizte Referenzlicht 6 wird nach dem Passieren der Interferometerarme 13, 14 als ausgangsseitiges Referenzlicht 17 zum Teil mit einem Sammelelement 18 am Referenzlichtdetektor 19, hier nahe dem Nutzlichtdetektor 33, registriert, zum Teil auch an dem weiteren Referenzlichtdetektor 19', der hier in der Nähe der Nutzlichtquelle 30 angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, eine Richtung bei der Veränderung des Gangunterschieds der Interferometerarme 13, 14 beim Bewegen des Retroreflektors 15 zu bestimmen. Der Retroreflektor 16 ist erfindungsgemäß mittels der Aktuatoren 9, 10 quer zur optischen Achse 2b verschiebbar, um laterale Scherungen kompensieren zu können. Am Referenzlichtdetektor 19, der mindestens drei Detektorflächen aufweist, werden hierfür Phasendifferenzen zwischen Strahlanteilen des Referenzlichts bestimmt (siehe hierzu 6). Der weitere Referenzlichtdetektor 19' ist als Einzelelement ausgebildet.
• Das am Nutzlichtdetektor 33 erhaltene Signal, das Informationen über die Probe 34 enthält, wird an einem Verstärker 35 verstärkt, und an einem A/D-Wandler 36 digitalisiert und einem nicht näher dargestellten Auswertungsrechner zugeleitet. Zusätzlich kann das Nutzlichtsignal an einer Anzeige 37 ausgegeben werden.
• In der in 5 gezeigten Ausführungsform ist der Referenzlichtdetektor 19 auf der gegenüberliegenden Seite zur Referenzlichtquelle 5 angeordnet, und der weitere Referenzlichtdetektor 19' auf der gleichen Seite wie die Referenzlichtquelle 5. Man beachte, dass auch beispielsweise eine umgekehrte Anordnung möglich ist, bei der der Referenzlichtdetektor 19 auf der gleichen Seite wie die Referenzlichtquelle 5 angeordnet ist, und der weitere Referenzlichtdetektor 19' auf der gegenüberliegenden Seite zur Referenzlichtquelle 5.
• Die 6 erläutert die Regelelektronik 38 zur Ansteuerung der Aktuatoren 9, 10 einer Interferometer-Anordnung gemäß der Erfindung näher.
• Ein Referenzlichtdetektor 19 ist hier mit einer Quadrantendiode ausgebildet, die insgesamt vier Detektorflächen 19a-19d aufweist, von denen drei Detektorflächen 19a, 19b, 19c für die erfindungsgemäße Ansteuerung benötigt werden. Das Paar von Detektorflächen 19a, 19b ist in einer ersten Richtung ER aufgereiht, und das Paar von Detektorflächen 19a, 19c ist in einer zweiten Richtung ZR aufgereiht. Die beiden Richtungen ER, ZR sind orthogonal zueinander und auch orthogonal zu einer mittleren Einfallsrichtung des zu detektierenden Referenzlichts (senkrecht zur Zeichenebene). Die Detektorflächen 19a-19d werden von unterschiedlichen Richtungen des Referenzlichts (also unterschiedlichen Referenzlichtanteilen, die in unterschiedlichen Richtungen verlaufen) hinter dem Strahlteiler ausgeleuchtet und sehen damit unterschiedliche, lokale Bereiche der Haidingerringe; der Anteil der Detektorfläche 19a liegt bevorzugt in Richtung der optischen Achse 2b.
• Innerhalb eines Bewegungszyklus wird der Gangunterschied zwischen den Interferometerarmen verändert, wodurch es im zeitlichen Wechsel zu konstruktiver und destruktiver Interferenz des Referenzlichts kommt; bei gleichförmigem Vorschub des Gangunterschieds werden an den Detektorflächen 19a, 19b, 19c nach Verstärkung durch einen jeweiligen Strom-Spannungswandler 44a-44c näherungsweise sinusförmige Signale Sa, Sb, Sc als Funktion der Zeit t erhalten. Das Signal Sa an der Detektorfläche 19a ist hier ein gemeinsames Referenzsignal für beide Paare 19a/19b und 19a/19c.
• Abhängig von der lateralen Scherung der überlagerten Referenzlicht-Teilstrahlen hinter dem Strahlteiler 8 stellt sich eine Phasendifferenz zwischen den Signalen Sa und Sb sowie zwischen den Signalen Sa und Sc ein.
• In der illustrierten Variante wird zunächst die Periode Tperiod des Referenzsignals Sa bestimmt, indem der zeitliche Abstand der benachbarten Durchgänge DA1, DA2 durch die mittlere Signalamplitude („gleitender Mittelwert“ bzw. „Nulldurchgang“) dieses Signals Sa bestimmt wird.
• Für das Signal Sb wird dann die Position des Durchgangs DB durch die mittlere Signalamplitude dieses Signals bestimmt, und der zeitliche Abstand $$\text{Tx}=\text{DA1}-\text{DB}$$

  

  bestimmt. Für das Signal Sc wird in gleicher Weise die Position des Durchgangs DC durch die mittlere Signalamplitude dieses Signals bestimmt, und der zeitliche Abstand $$\text{Ty}=\text{DA1}-\text{DC}$$

  

  bestimmt. Die Phase x (auch Phasendifferenz x genannt) zwischen den Signalen Sa und Sb ergibt sich dann zu $$\text{Phase x}=\text{Tx/Tperiod}*2\mathrm{\pi }$$

  

  Die Phase y (auch Phasendifferenz y genannt) zwischen den Signalen Sa und Sc ergibt sich zu $$\text{Phase x}=\text{Ty/Tperiod}*2\mathrm{\pi }\mathrm{.}$$

  
• Zu Steuerung der Aktuatoren 9, 10 werden die Phase x und die Phase y wiederholt bestimmt (typischerweise nur während eines bestimmten Teils eines Bewegungszyklus, etwa um einen Gangunterschied von „null“ herum, ZPD=zero path difference) und mit zugehörigen, gespeicherten Sollwerten verglichen. Bei Abweichungen von den Sollwerten werden die Aktuatoren 9, 10 nachgeregelt.
• Dazu wird bevorzugt eine digitale Proportional-Integral-Steuerung (PI controller) 40 eingesetzt, die die Phasen x, y auswertet. Deren Ausgangssignale werden von einem D/A-Wandler 41 in analoge Signale konvertiert, in Hochspannungs-Verstärkern 42, 43 verstärkt und an die Aktuatoren (hier Piezo-Aktuatoren) 9, 10 angelegt. Dadurch kann die Interferometer-Anordnung auf konstante Phasendifferenzen zwischen den Signalen der Detektorflächen 19a/19b und 19a/19c eingestellt werden, und somit eine konstante (und typischerweise minimale) laterale Scherung erreicht werden.
• Die gespeicherten Sollwerte für die Phasendifferenzen, also für die Werte von Phase x und Phase y, werden in der Regel bei einer ersten Inbetriebnahme der Interferometer-Anordnung bestimmt. Es wird eine Justagelage der Retroreflektoren aufgesucht, mit der eine maximale Intensität von Nutzlicht am Nutzlichtdetektor erhalten wird; diese Justagelage entspricht in der Regel einer minimalen lateralen Scherung. Die bei der maximalen Nutzlichtintensität gemessenen Werte für Phase x, Phase y werden die zukünftigen, einzuregelnden Sollwerte. Man beachte, dass diese Sollwerte von Phase x, Phase y meist von 0° abweichen, und meist im Bereich bis +/- 35° zu finden sind. Die Phasenbestimmung sollte in einem immer gleichen Teilbereich eines Bewegungszyklus um einen Gangunterschied von „null“ herum, erfolgen, da die Phasenlage über einen Bewegungszyklus in der Regel variiert und nur in der Nähe von ZPD im Wesentlichen unabhängig von der Ausleuchtung des Referenzlichtdetektors ist.
• Die 7 zeigt eine simulierte Intensitätsverteilung (hell/geringe Punktdichte=hohe Intensität; dunkel/hohe Punktdichte=niedrige Intensität) an einem Referenzlichtdetektor, der mit einer Quadtrantendiode ausgebildet ist (vgl. hierzu 6), bei einer extrem starken Dejustage der Retroreflektoren durch laterale Scherung in beide Richtungen x und y, hier bei einer ZPD-Stellung (Gangunterschied null). Aufgrund der starken Verstellung sind mehrere, von links oben nach rechts unten verlaufende Interferenzstreifen (mit vier Hell-Dunkel-Übergängen) zu sehen; die zugehörigen Phasendifferenzen sind hier größer 360°, so dass die Phasenzuordnung über die Signale der Detektorflächen nicht mehr eindeutig ist.
• Die 8 zeigt eine simulierte Intensitätsverteilung an dem Referenzlichtdetektor (vgl. 6), wobei eine sehr viel geringere Dejustage in x und y vorliegt, wiederum bei einer ZPD-Stellung. Die Phasendifferenz beträgt hier in x und y jeweils ca. 180° und kann über die Signale der Detektorflächen gut bestimmt werden. Es ist lediglich ein Hell-Dunkel-Übergang zu sehen, wobei ein heller Interferenzstreifen von links oben nach rechts unten verläuft. In der Praxis ist die Dejustage der Retroreflektoren noch kleiner, und die dann beobachteten Phasendifferenzen sind entsprechend noch kleiner (was dann aber in den Figuren nicht mehr zu erkennen wäre).
• In den 7 und 8 wird gezeigt, wie die Phasendifferenzen der Signale der verschiedenen Detektorflächen-Paare des Referenzlichtdetektors vom Grad der Dejustage durch laterale Scherung abhängen, und somit durch eine Einregelung der Phasendifferenzen auf einen jeweiligen Sollwert eine konstante Justagelage bezüglich der lateralen Scherung erreicht werden kann.
• Bezugszeichenliste

1

Interferometer-Anordnung

2a

eingangsseitige optische Achse

2b

ausgangsseitige optische Achse

3

Eingang für Nutzlicht

4

Nutzlicht

5

Referenzlichtquelle

6

Referenzlicht

7

Zerstreuungselement

8

Strahlteiler

9, 10

Aktuator

11, 12

Referenzlicht-Teilstrahl

13, 14

Interferometerarm

15, 16

Retroreflektor

17

ausgangsseitiges Referenzlicht

18

Sammelelement

18'

weiteres Sammelelement

19

Referenzlichtdetektor

19'

weiterer Referenzlichtdetektor (Einzelelement)

19a-19d

Detektorflächen des Referenzlichtdetektors

20

ausgangsseitiges Nutzlicht

21

Ausgang für Nutzlicht

22

Pendel

23

Drehachse

24

Antrieb

25

Bedampfung für Referenzlicht

26

Bedampfung für Nutzlicht

27

Drehpunkt

30

Nutzlichtquelle

31

Linse

32

weitere Linse

33

Nutzlichtdetektor

34

Probe

35

Verstärker

36

A/D-Wandler

37

Anzeige

38

Regelelektronik

40

PI-Steuerung

41

D/A-Wandler

42,43

Hochspannungs-Verstärker

44a-44c

Strom-Spannungswandler

DA1, DA2

Nulldurchgänge (Signal Sa)

DB

Nulldurchgang (Signal Sb)

DC

Nulldurchgang (Signal Sc)

ER

erste Richtung (Detektorflächen des Referenzlichtdetektors)

Phase x

Phasendifferenz (Signale Sa, Sb)

Phase y

Phasendifferenz (Signale Sa, Sc)

R1

erste Richtung (Retroreflektor)

R2

zweite Richtung (Retroreflektor)

Sa-Sc

Signale an Detektorflächen

t

Zeit

Tperiod

Periodenlänge

Tx

Abstand Nulldurchgänge (DA1, DB)

Ty

Abstand Nulldurchgänge (DA1, DC)

UA1

erste linear unabhängige Achse

UA2

zweite linear unabhängige Achse

ZR

zweite Richtung (Detektorflächen des Referenzlichtdetektors)

Claims (15)

1. Interferometer-Anordnung (1), umfassend - einen Eingang für Nutzlicht (3), - einen Strahlteiler (8), - zwei Retroreflektoren (15, 16) zur Einrichtung zweier Interferometerarme (13, 14), - einen Antrieb (24) zum Bewegen mindestens eines der Retroreflektoren (15, 16), um einen optischen Gangunterschied zwischen den Interferometerarmen (13, 14) zu verändern, - eine Referenzlichtquelle (5) für kohärentes Referenzlicht, insbesondere ein Referenzlaser, - einen Ausgang für Nutzlicht (21), - und einen Referenzlichtdetektor (19), dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzlichtdetektor (19) wenigstens drei Detektorflächen (19a-19d) aufweist, wobei die Detektorflächen eines ersten Paars von Detektorflächen (19a, 19b) in einer ersten Richtung (ER) aufgereiht sind, und die Detektorflächen eines zweiten Paars von Detektorflächen (19a, 19c) in einer zweiten Richtung (ZR) aufgereiht sind, und wobei die erste Richtung (ER), die zweite Richtung (ZR) und eine mittlere Ausbreitungsrichtung des Referenzlichts (17) am Referenzlichtdetektor (19) linear unabhängig, insbesondere orthogonal zueinander, sind, und dass die Interferometer-Anordnung (1) weiterhin umfasst - ein Sammelelement (18) für Referenzlicht (17), bevorzugt eine Sammellinse, angeordnet zwischen dem Strahlteiler (8) und dem Referenzlichtdetektor (19), zum Fokussieren des Referenzlichts (17) vom Strahlteiler (8), - wenigstens zwei Aktuatoren (9, 10) zur Veränderung einer lateralen Scherung zwischen zwei aus den Interferometerarmen (13, 14) rückreflektierten und am Strahlteiler (8) wieder überlagerten Referenzlicht-Teilstrahlen (11, 12) in wenigstens zwei Freiheitsgraden, insbesondere angeordnet am Strahlteiler (8) oder angeordnet an wenigstens einem der Retroreflektoren (15, 16), - und eine Regelelektronik (38) zum Ansteuern der Aktuatoren (9, 10) in Abhängigkeit von Signalen (Sa-Sc) an den Detektorflächen (19a-19d) des Referenzlichtdetektors (19).
2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Interferometer-Anordnung (1) so eingerichtet ist, dass ein von der Referenzlichtquelle (5) auf den Strahlteiler (8) gelangendes Referenzlicht (6) am Strahlteiler (8) eine Mindestaufspreizung MSP aufweist, und dass MSP ≥ 2 mrad.
3. Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzlichtdetektor (19) eine Quadrantendiode, insbesondere eine Silizium-Quadrantendiode, umfasst, bevorzugt wobei der Quadrantendiode für jede von der Regelelektronik (38) genutzte Detektorfläche (19a-19d) ein Strom-Spannungswandler (44a-44c) nachgeschaltet ist.
4. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Aktuatoren (9, 10) der Strahlteiler (8) um zwei linear unabhängige Achsen (UA1, UA2), insbesondere zueinander und zu einer Normalen des Strahlteilers (8) orthogonale Achsen (UA1, UA2), verkippbar ist.
5. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Aktuatoren (9, 10) einer der Retroreflektoren (15, 16) entlang zweier linear unabhängiger Richtungen (R1, R2), insbesondere zueinander und zur optischen Achse (2a, 2b) orthogonalen Richtungen (R1, R2), verschiebbar ist.
6. Verfahren zum Betrieb einer Interferometer-Anordnung (1), insbesondere einer Interferometer-Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein kohärentes Referenzlicht (6) aus einer Referenzlichtquelle (5) an einem Strahlteiler (8) auf einen ersten Interferometerarm (13) mit einem ersten Retroreflektor (15) und einen zweiten Interferometerarm (14) mit einem zweiten Retroreflektor (16) aufgeteilt wird, und das Referenzlicht (5) aus den beiden Interferometerarmen (13, 14) am Strahlteiler (8) wieder überlagert wird und an einem Referenzlichtdetektor (19) detektiert wird, wobei zumindest einer der Retroreflektoren (15, 16) in sich wiederholenden Bewegungszyklen bewegt wird und dadurch der optische Gangunterschied der Interferometerarme (13, 14) verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzlicht (17) hinter dem Strahlteiler (8) fokussiert wird, insbesondere mit einem Sammelelement (18) zwischen Strahlteiler (8) und Referenzlichtdetektor (19), dass der Referenzlichtdetektor (19) wenigstens drei Detektorflächen (19a-19d) aufweist, wobei die Detektorflächen eines ersten Paars von Detektorflächen (19a, 19b) in einer ersten Richtung (ER) aufgereiht sind, und die Detektorflächen eines zweiten Paars von Detektorflächen (19a, 19c) in einer zweiten Richtung (ZR) aufgereiht sind, und wobei die erste Richtung (ER), die zweite Richtung (ZR) und eine mittlere Ausbreitungsrichtung des Referenzlichts (17) am Referenzlichtdetektor (19) linear unabhängig, insbesondere orthogonal zueinander, sind, dass zumindest bei einem Teil der Bewegungszyklen jeweils - eine erste Phasendifferenz (Phase x) zwischen zwei Referenzlichtanteilen, die am ersten Paar von Detektorflächen (19a, 19b) detektiert werden, bestimmt wird, - eine zweite Phasendifferenz (Phase y) zwischen zwei Referenzlichtanteilen, die am zweiten Paar von Detektorflächen (19a, 19c) detektiert werden, bestimmt wird, und wenigstens zwei Aktuatoren (9, 10) zur Veränderung einer lateralen Scherung zwischen zwei aus den Interferometerarmen (13, 14) rückreflektierten und am Strahlteiler (8) wieder überlagerten Referenzlicht-Teilstrahlen (11, 12) in Abhängigkeit von den beiden Phasendifferenzen (Phase x, Phase y) nachgeregelt werden, insbesondere wobei die beiden Phasendifferenzen (Phase x, Phase y) über eine Vielzahl von Bewegungszyklen im Wesentlichen konstant gehalten werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Referenzlichtquelle (5) auf den Strahlteiler (8) gelangende Referenzlicht (6) am Strahlteiler (8) eine Mindestaufspreizung MSP aufweist, und dass MSP ≥ 2 mrad.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiheitsgrade Verkippungen des Strahlteilers (8) bezüglich zweier linear unabhängiger Achsen (UA1, UA2), insbesondere zueinander und zu einer Normalen des Strahlteilers (8) orthogonaler Achsen (UA1, UA2), umfassen.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiheitsgrade Verschiebungen eines der Retroreflektoren (15, 16) bezüglich zweier linear unabhängiger Richtungen (R1, R2), insbesondere zueinander und zur optischen Achse (2a, 2b) orthogonaler Richtungen (R1, R2), umfassen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Phasendifferenz (Phase x, Phase y) durch Messung des zeitlichen Abstands (Tx, Ty) der Nulldurchgänge (DA1, DB, DC) von zwei elektrischen Detektorsignalen (Sa und Sb, Sa und Sc), die jeweils zu den Referenzlichtanteilen bestimmt wurden, relativ zu ihrer Periodenlänge (Tperiod) bestimmt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung der Phasendifferenzen (Phase x, Phase y) jeweils nur ein immer gleicher Teilbereich des Bewegungszyklus genutzt wird, insbesondere wobei der Teilbereich weniger als 1000 Wellenlängen des Referenzlichts umfasst, und dass der Teilbereich einen optischen Gangunterschied zwischen den Interferometerarmen (13, 14) von null enthält, insbesondere wobei der Teilbereich symmetrisch um den optischen Gangunterschied von null gewählt ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme eines Nutzlicht-Interferogramms - ein Nutzlicht (4) aus einer Nutzlichtquelle (30) durch den Eingang für Nutzlicht (3) an dem Strahlteiler (8) auf den ersten Interferometerarm (13) mit dem ersten Retroreflektor (15) und den zweiten Interferometerarm (14) mit dem zweiten Retroreflektor (16) aufgeteilt wird, und das Nutzlicht (4) aus den beiden Interferometerarmen (13, 14) am Strahlteiler (8) wieder überlagert wird und durch den Ausgang für Nutzlicht (21) an einem Nutzlichtdetektor (33) detektiert wird, - und während eines Bewegungszyklus bei unterschiedlichen optischen Gangunterschieden der Interferometerarme (13, 14) jeweils Nutzlichtamplituden-Einzelmessungen durchgeführt werden, und dass mehrere Nutzlicht-Interferogramme aufgenommen werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Nutzlicht-Interferogramme für eine Gesamtmessung hintereinander aufgenommen werden, und dass die Nutzlichtamplituden-Einzelmessungen von jeweils gleichem optischen Gangunterschied der Nutzlicht-Interferogramme der Gesamtmessung aufsummiert werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung der ersten und zweiten Phasendifferenz (Phase x, Phase y) und eine entsprechende Nachregelung der wenigstens zwei Aktuatoren (9, 10) zumindest bei jedem hundertsten Nutzlicht-Interferogramm der Gesamtmessung erfolgt, bevorzugt bei jedem Nutzlicht-Interferogramm der Gesamtmessung erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Austausch oder einer Neuinstallation eines Bauteils der Interferometer-Anordnung (1), insbesondere des Strahlteilers (8) oder eines der Retroreflektoren (15, 16), zunächst eine optimale Position und/oder Orientierung des Bauteils bestimmt wird, insbesondere so dass eine maximale Intensität von Nutzlicht (20) am Nutzlichtdetektor (33) erhalten wird, dass zu der optimalen Position und/oder Orientierung des Bauteils ein zugehöriger erster initialer Phasendifferenzwert und ein zugehöriger zweiter initialer Phasendifferenzwert für die Referenzlichtanteile bestimmt werden, und dass während eines nachfolgenden Messbetriebs, in welchem die Nutzlicht-Interferogramme aufgenommen werden, die erste Phasendifferenz (Phase x) und die zweite Phasendifferenz (Phase y) auf den bestimmten ersten initialen Phasendifferenzwert und den bestimmten zweiten initialen Phasendifferenzwert nachgeregelt werden.

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