Patent DE 10 2019 117 636

Für Präzisionsmessungen, insbesondere auch für Längenmessungen im Nanometerbereich, werden Interferometer eingesetzt, deren Interferometerstrecke teilweise im Vakuum verläuft. Mittels einer neuartigen Dichtungsanordnung zur teilweisen Kapselung der Interferometerstrecke kann im Vergleich zu bekannten Balg-Lösungen eine erhebliche Reduzierung der Umwelteinflüsse auf das Messergebnis erreicht werden.

Während eine Anordnung der Interferometer u.a. aufgrund der Abhängigkeit der Brechzahl der Luft vom Umgebungsdruck im Vakuum von Vorteil ist, sind viele Messobjekte und Experimente aufgrund von z.B. Kompressibilitäten oder Wärmeableitungen für den Einsatz im Vakuum nur begrenzt geeignet. Daher wird seit langem eine Kapselung von Interferometerstrecken mit wechselnden Längen im Vakuum mittels Membranbälgen realisiert. Der Balg kann an einem Ende mit einem Fenster bestückt werden, dessen Abstand zum Messpiegel konstant gehalten werden muss und wobei ein kleiner Restweg des Interferometers in Luft entsteht. Diese Anordnung kann auch für 2D- oder 3D-Anwendungen genutzt werden. Wenn der Balg direkt mit einem Spiegelgehäuse gekoppelt wird, kann eine komplette Anordnung im Vakuum erreicht werden, jedoch nur für eine 1D-Bewegung. Nachteilig am Einsatz dieser Membranbälge ist zum einen, dass der Messzirkel durch den dafür benötigten Platz verlängert wird. Zum anderen entsteht durch den Differenzdruck zwischen Vakuum im Balg und der Atmosphäre und durch die Federkonstante des Balges eine Kraft auf das Gehäuse des Interferometerteilers in Messrichtung. Durch die Hysterese im Balg ist diese Kraft auch regelungstechnisch kompliziert.

Die Idee der Erfindung besteht in einer alternativen Dichtungsanordnung eines Interferometergehäuses mit einem luftgelagerten Deckel, bei dem durch Absaugkanäle eine Dichtung des Vakuums im Deckel realisiert wird und eine Verschiebung von Deckel und Gehäuse zueinander möglich ist. Das Deckel-Luftlager ist vakuumdicht, so dass das Vakuum im Gehäuse auch bei einer Verschiebung des Deckels erhalten bleibt.

Vorteile der Erfindung

• Deutliche Reduktion der Messunsicherheit eines interferometrischen Messsystems, ohne das Antriebssystem mit dem zu bewegenden Objekt als Ganzes im Vakuum betreiben zu müssen.
• Der für eine Längenmessung gebildete Messzirkel wird nur durch die Gehäusewand und das Messfenster verlängert und ist damit wesentlich kleiner als beim Einsatz eines herkömmlichen Balgs in der Messstrecke.
• Auftretende Kräfte wirken nur senkrecht zur Messrichtung und können durch ein massiv realisierbares Gehäuse gut aufgenommen werden, wodurch unerwünschte Verformungen in Richtung des Messlichtstrahls vermieden werden.
• Neben 1D- sind auch 2D-Anwendungen möglich.