JP2013257336A

JP2013257336A - ２面測定用の重複する共通光路干渉計

Info

Publication number: JP2013257336A
Application number: JP2013161155A
Authority: JP
Inventors: W Kulawiec Andrew; ダブリュクラウィエクアンドルー; J Tronolone Mark; ジェイトロノロネマーク; C Marron Joseph; シーマロンジョーゼフ; J Dunn Thomas; ジェイダントーマス
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2013-12-26
Also published as: WO2006071569A3; EP1831639A4; WO2006071569A2; US7268887B2; CN101087990A; EP1831639A2; KR20070090033A; TW200639370A; US20060139656A1; TWI282405B; JP2008525801A

Abstract

【課題】第１及び第２の側面を有するテスト部品を測定するための干渉計システム、及び、テスト部品の両側面を測定してテスト部品の両側面の互いに関する位置をつきとめる方法を提供する。
【解決手段】不透明のテスト部品の両側面１６，１８を測定するために、２つの共通光路干渉計１２，１４が、１つの測定キャビティ４０を共有する。テスト部品の一方の側面１６と２つの干渉計のうち第１の干渉計の参照面６２との間、テスト部品の他方の側面１８と２つの干渉計のうち第２の干渉計の参照面１８との間、及び第１の参照面６２と第２の参照面６４との間に干渉縞が形成される。２つの干渉計の参照面間の測定により、テスト部品の両側面の測定値を互いに関係付けることを備える。
【選択図】図１

Description

干渉計による不透明部品（部分組立品を含む）の２面測定は、２つの側面を個別に測定して、この２つの側面の比較を行うために個別の測定値を互いに関係付けることを含む。部品パラメータの比較には、三次元形状、輪郭、平面度、平行度及び厚さが含まれる。

特に、例えば不透明部品の各側面の平面度を判定するために２つの側面を個別に測定する目的と、例えば平行度及び厚さを判定するために２つの側面を互いに相対的に測定する目的との両方の目的で、従来の干渉法を用いて不透明部品の両側面を測定するのは、達成が困難である。例えば、平面度を判定するために、個別の干渉計を用いて２つの側面を個々に測定することができるが、各測定値は、他方に関係付けられていない相対的な測定値である。厚さの変化を判定するために、２つの側面を同時に測定するための複数の組み合わされたミラーを含む干渉計が用いられているが、この組み合わされた測定は、これらの側面の間の差異を区別するものではない。

ゲージブロックの両側面及び他の平面は、１つの共通の取り付け面に関して個別に測定されているが、その結果は、取り付け具の予測できない変化に依存する。例えば、ゲージブロックの第１の側面が平坦な取り付け面に取り付けられ、ゲージブロックの第２の側面がこの参照面と共に多波長干渉計によって撮像され、ゲージブロックの第２の側面の偏差のみでなく、ゲージブロックの第２の側面と平坦な取り付け面との間の差異も測定される。この方法は、ゲージブロックの第１の側面が、厚さ及び平行度を測定する目的でそれが取り付けられた参照面によって十分に表されていることを前提としている。しかし、表面の凹凸（その決定は測定の実際の目的の一部である）や異物により、比較測定が歪められることがあり得る。

別の公知の手法では、２つの長波長干渉計（即ち、赤外線干渉計）が、不透明部品の両側面を同時に測定するよう構成される。較正の目的で、２つの干渉計の視野に、部品ではなく半透明の光学平面が配置され、これを用いて、両方の干渉計の測定の基準となる共通の基準面が定められる。可視領域で動作する別の干渉計は、この光学平面を用いた較正後に生じる光路長の偏差を測定する。各干渉計は独自の参照面を有し、光学平面を用いた２つの参照面の較正は、異なる時に異なる条件下で取得された複数の測定値にわたって行われるので、かなり複雑さが増すと共に、誤差が生じる機会が増える。

本発明の課題は、第１及び第２の側面を有するテスト部品を測定するための干渉計システム、及び、テスト部品の両側面を測定してテスト部品の両側面の互いに関する位置をつきとめる方法を提供することである。

本発明は、１つ以上の好ましい実施形態において、不透明のテスト部品（部分組立品を含む）の両側面を測定するために、２つの共通光路干渉計を組み合わせる。共通光路干渉計の少なくとも一方は、２つの干渉計の参照面を互いに関して測定するための周波数シフト型干渉計又はその他のロングレンジ（long-range）干渉計である。２つの共通光路干渉計は、それぞれの参照面が不透明のテスト部品の両側に位置する測定キャビティを構成するように、端と端を接して配置される。一方の干渉計は、不透明のテスト部品の第１の側面上の点と当該干渉計の参照面上の対応する点との間の距離を測定する。他方の干渉計は、不透明のテスト部品の第２の側面上の点と当該干渉計の参照面上の対応する点との間の距離を測定する。２つの重複した干渉計の少なくとも一方（例えば、周波数シフト型干渉計）は、２つの参照面上の対応する点の間の距離も測定する。不透明のテスト部品の２つの側面及び２つの参照面の相対的な測定値から、不透明のテスト部品の両側面上の点の間の距離を算出できる。不透明のテスト部品の三次元表現を構築するために、不透明のテスト部品の各側面を個々に定義し、他方の側面と空間的に関係付けることができる。

従って、本発明は、不透明のテスト部品の三次元表現を達成するために、光学干渉法の精度を、単一の干渉計の通常の視野を越えて広げるものである。不透明の表面を有するテスト部品の両側面を、従来の位相シフト型干渉計の通常の精度で個別に測定でき、且つ、比較測定を行うために、同様の精度で互いに関係付けることができる。時間の影響を受ける較正の誤差を回避するために、参照面の測定は、不透明のテスト部品の両側面の２つの測定と同時に行われるのが好ましい。その結果、製造環境又はその他の研究室外の環境で測定を行うことができると共に、この参照面の測定は重複した干渉計の自動的な自己較正を提供するので、或る範囲の位置決め誤差に対応できる。参照面の間隔や向きに生じ得る変化も、両側面の測定と同時に測定できる。

１つの測定を追加することで、２つの参照面を相互に較正できるが、２つの参照面を独立した基準面に対して較正するには、複数の測定を追加する必要がある。しかし、両方の干渉計を用いて、それらの参照面間で同じ測定を行い、２つの干渉計の結果を、互いに対して更に較正することも可能である。

本発明の、不透明部品の両側面を個別に及び互いに関して測定するための干渉計システムとしての１つの態様は、少なくとも一方の干渉計の視野に配置された第１及び第２の参照面をそれぞれ有する第１及び第２の干渉計を含む。第１の干渉計は、不透明部品の第１の側面上の点と第１の参照面上の対応する点との間の距離を測定するよう配置される。第２の干渉計は、不透明部品の第２の側面上の点と第２の参照面上の対応する点との間の距離を測定するよう配置される。更に、第１の干渉計は、第１及び第２の参照面上の対応する点の間の距離を測定するよう配置される。プロセッサは、参照面の相対的な測定値に基づき、不透明部品の第１及び第２の側面の相対的な測定値を相互に関連付ける。

取り付け具は、不透明部品の第１の側面が第１の参照面に隣接し、不透明部品の第２の側面が第２の参照面に隣接するように、不透明部品を第１の参照面と第２の参照面との間に配置するよう構成されるのが好ましい。２つの参照面は共に、部分的に通過性あり且つ部分的に反射性であるのが好ましい。第１の干渉計は、第１の参照面からの反射を含む第１の参照経路と、不透明部品の第１の側面への及び第１の側面からの第１の参照面を通る通過を含む第１のテスト経路とを有するのが好ましい。第２の干渉計は、第２の参照面からの反射を含む第２の参照経路と、不透明部品の第２の側面への及び第２の側面からの第２の参照面を通る通過を含む第２のテスト経路とを有するのが好ましい。第１の干渉計は、第２の参照面への及び第２の参照面からの第１の参照面を通る通過を含むテスト経路も有するのが好ましい。

より大きな範囲にわたって測定するために、第１の干渉計は、第１及び第２の参照面間の距離にわたる測定の波長に基づく不明確さを解消するために、次々と異なる測定ビーム周波数で動作する周波数シフト型干渉計であるのが好ましい。

本発明の、第１及び第２の側面を有するテスト部品を測定するための干渉計システムとしての別の態様も、第１及び第２の干渉計を含む。第１の干渉計は、第１の参照面と、テスト部品の第１の側面と第１の参照面との間の光路長差を測定するための第１の測定ビームを搬送する第１の光学経路とを含む。第２の干渉計は、第２の参照面と、テスト部品の第２の側面と第２の参照面との間の光路長差を測定するための第２の測定ビームを搬送する第２の光学経路とを含む。第１の干渉計の第１の光学経路は、第１の参照面と第２の参照面との間の光路長差を測定するために、テスト部品の第１の側面を越えて第２の干渉計の第２の参照面まで延びる。プロセッサは、テスト部品の第１及び第２の側面の間の距離を測定するために、テスト部品の第１及び第２の側面と第１及び第２の参照面との間の光路長差の測定値を、第１の参照面と第２の参照面との間の光路長差の測定値と結合する。

第１の光学経路は、テスト部品の第２の側面と第２の参照面との間の長さ分だけ第２の光学経路と重複するのが好ましい。第１の参照面は、第１の測定ビームを、第１の参照面から反射する第１の参照ビームと第１の参照面を通過する第１のテストビームとに分割するのが好ましい。第１のテストビームは、テスト部品の第１の側面から反射する一次横断方向領域と、第２の参照面から反射する二次横断方向領域とを含むのが好ましい。第１のテストビームの一次及び二次横断方向領域は、ほぼ垂直な入射角でテスト部品の第１の側面及び第２の参照面に遭遇するのが好ましい。

プロセッサは、（ａ）テスト部品の第１の側面と第１の参照面との間の第１の平行度測定値、（ｂ）テスト部品の第２の側面と第２の参照面との間の第２の平行度測定値、及び（ｃ）２つの参照面の間の第３の平行度測定値を導出し、３つの平行度の測定値を結合してテスト部品の第１の側面と第２の側面との間の第４の平行度測定値を算出するのが好ましい。

第１及び第２の参照面は、第１の光学経路に沿ってテスト部品用の取り付け具の両側に位置し、互いに略平行に延びるのが好ましい。第１の参照面と第２の参照面との間の光路長差を測定するために、第２の干渉計の第２の光学経路はテスト部品の第２の側面を越えて第１の干渉計の第１の参照面まで延びてもよい。従って、第２の光学経路は、テスト部品の第１の側面と第１の参照面との間の長さ分だけ第１の光学経路と重複してもよい。プロセッサは、第１の干渉計と第２の干渉計との間の差を測定するために、第１の干渉計による第１の参照面と第２の参照面との間の光路長差の測定値を、第２の干渉計による第１の参照面と第２の参照面との間の光路長差の測定値と比較する。

本発明の、テスト部品の両側面を個別に且つ互いに関して測定するための干渉計システムとしての別の態様は、テスト部品の両側面を測定するよう構成された第１及び第２の干渉計を含む。干渉計は、第１及び第２の測定ビームを発生するための少なくとも１つの光源と、第１及び第２の測定ビームを用いてテスト部品の両側面を撮像するための撮像サブシステムとを有する。第１の干渉計は、第１の参照面とテスト部品の両側面のうち第１の側面との間の光路長差及び第１の参照面と第２の干渉計の第２の参照面との間の光路長差を測定するために、第１の測定ビームを第１の参照ビームと第１のテストビームとに分割する第１の参照面を有する。第２の干渉計は、第２の参照面とテスト部品の両側面のうち第２の側面との間の光路長差を測定するために、第２の測定ビームを第２の参照ビームと第２のテストビームとに分割する第２の参照面を有する。第１のテストビームは、テスト部品の第１の側面から反射する一次横断方向領域と、第２の干渉計の第２の参照面から反射する二次横断方向領域とを有する。第２のテストビームは、テスト部品の第２の側面から反射する横断方向領域を有する。撮像サブシステムは、第１及び第２の参照面に関するテスト部品の第１及び第２の側面の位置をつきとめるために、（ａ）第１の測定ビームによって第１の参照面とテスト部品の第１の側面との間に形成される干渉縞、（ｂ）第２の測定ビームによって第２の参照面とテスト部品の第２の側面との間に形成される干渉縞、及び（ｃ）第１の測定ビームによって第１の参照面と第２の参照面との間に形成される干渉縞を撮像する。

撮像サブシステムは、（ａ）第１の参照面とテスト部品の第１の側面との間に形成された前記干渉縞の画像、及び第１の参照面と第２の参照面との間に形成された干渉縞の画像を同時に記録する第１のカメラと、（ｂ）第２の参照面とテスト部品の第２の側面との間に形成された干渉縞の画像を記録する第２のカメラとを含み得る。第１のビームスプリッタは、第１の測定ビームを第１の参照面、テスト部品の第１の側面及び第２の参照面に向かわせると共に、第１の参照面、テスト部品の第１の側面及び第２の参照面からの第１の測定ビームを第１のカメラに向けて方向転換するのが好ましい。第２のビームスプリッタは、第２の測定ビームを第２の参照面及びテスト部品の第２の側面に向かわせると共に、第２の参照面及びテスト部品の第２の側面からの第２の測定ビームを第２のカメラに向けて方向転換するのが好ましい。第１及び第２のビームスプリッタは偏光ビームスプリッタであって、反射された第１の測定ビームを第１のカメラに向けて方向転換するための、第１のビームスプリッタと第１の参照面との間に配置された第１の偏光修正要素、及び反射された第２の測定ビームを第２のカメラに向けて方向転換するための、第２のビームスプリッタと第２の参照面との間に配置された第２の偏光修正要素と連動して動作するのが好ましい。第１及び第２の偏光修正要素は、第１の測定ビームを第２のカメラから離し、且つ第２の測定ビームを第１のカメラから離すために、それぞれ逆方向の偏光回転を提供するのが好ましい。

或いは、光源を第１及び第２の測定ビームに分割し、反射された第１及び第２の測定ビームを撮像サブシステムに向けて方向転換するビームスプリッタを用いてもよい。このビームスプリッタは偏光ビームスプリッタであるのが好ましく、反射された第１の測定ビームを撮像サブシステムに向けて方向転換するための、ビームスプリッタと第１の参照面との間に配置された第１の偏光修正要素、及び反射された第２の測定ビームを撮像サブシステムに向けて方向転換するための、ビームスプリッタと第２の参照面との間に配置された第２の偏光修正要素と連動して動作するのが好ましい。偏光修正要素は、第１及び第２の測定ビームの反射された部分を撮像サブシステムに向かわせるため、及び両方の参照面を透過した第１及び第２の測定ビームの他の部分が撮像サブシステムに到達するのを防止するために、累積的偏光回転を提供するのが好ましい。ビームスプリッタは、２つのビームスプリッタのうちの第１のビームスプリッタであってもよい。第２のビームスプリッタは、反射された第１の測定ビームを第１のカメラに向かわせ、反射された第２の測定ビームを第２のカメラに向かわせる。

第２のテストビームの横断方向領域は、第１のテストビームと同様に、テスト部品の第２の側面から反射される一次横断方向領域と、第１の参照面から反射される二次横断方向領域とに分割され得る。撮像サブシステムは、第２の測定ビームによって第１の参照面と第２の参照面との間に形成された干渉縞を撮像するよう更に構成され得る。

従って、第１及び第２の干渉計は共に、第１の参照面と第２の参照面との間に干渉縞を生じるように構成され得る。第１の干渉計は、第１の参照面とテスト部品の第１の側面との間の干渉縞と同時に、第１の参照面と第２の参照面との間に干渉縞を形成するのが好ましい。第２の干渉計は、第２の参照面とテスト部品の第２の側面との間の干渉縞と同時に、第１の参照面と第２の参照面との間に干渉縞を形成するのが好ましい。両方の干渉計が、２つの参照面を互いに関係付けると共にテスト部品のそれぞれの測定値に関係付けるので、両側面のそれぞれの測定毎に生じるテスト部品と参照面との関係の変化を、付随する２つの参照面間の測定に関して解消できるため、テスト部品の両側面が互いに正確に関係付けられた状態で両側面を続けて測定できる。テスト部品を取り付ける前に、重複した測定値を用いて、２つの干渉計を更に較正する又は参照面の意図される形状からの逸脱を測定することができる。

本発明の、テスト部品の両側面を測定し、テスト部品の両側面の互いに関する位置をつきとめる方法としての別の態様は、テスト部品を第１の干渉計の第１の参照面と第２の干渉計の第２の参照面との間に取り付ける工程を含む。第１の測定ビームは第１の干渉計を通って伝搬し、第２の測定ビームは第２の干渉計を通って伝搬する。第１の測定ビームの第１の参照ビーム部分は第１の参照面から反射し、第１の測定ビームの第１のテストビーム部分は第１の参照面を透過する。第１のテストビームの一次横断方向領域はテスト部品の第１の側面から反射し、第１のテストビームの二次横断方向領域は第２の参照面から反射する。第１の測定ビームによって第１の参照面とテスト部品の第１の側面との間に形成された干渉縞、及び第１の参照面と第２の参照面との間に形成された干渉縞は、同時に撮像される。

更に、第２の測定ビームの第２の参照ビーム部分は第２の参照面から反射し、第２の測定ビームの第２のテストビーム部分は第２の参照面を透過する。第２のテストビームの一次横断方向領域はテスト部品の第２の側面から反射する。第２の測定ビームによって第２の参照面とテスト部品の第２の側面との間に形成された干渉縞が、撮像される。テスト部品の第１及び第２の側面を測定するため、及びテスト部品の第１及び第２の側面の互いに関する位置をつきとめるために、第１の測定ビームによって形成された２つの干渉縞及び第２の測定ビームによって形成された干渉縞が処理される。

この方法は、第２のテストビームの二次横断方向領域を第１の参照面から反射させる工程と、第２の測定ビームによって第２の参照面とテスト部品の第２の側面との間に形成された干渉縞を、第２の測定ビームによって第１の参照面と第２の参照面との間に形成された干渉と同時に撮像する工程とを含むのが好ましい。付随する処理する工程は、第１及び第２の参照面のそれぞれに関するテスト部品の第１及び第２の側面の位置を個別につきとめるために、第２の測定ビームによって第１の参照面と第２の参照面との間に形成された干渉縞を処理することも含む。その結果、第１の測定ビームによって形成された干渉縞を同時に撮像する工程と、第２の測定ビームによって形成された干渉縞を同時に撮像する工程とが、続けて行われ得る。

距離を一義的に測定するために、第１の測定ビームは、複数の異なる波長にわたってシフトされるのが好ましく、第１の測定ビームによって形成された干渉縞を同時に撮像する工程は、第１の測定ビームによって複数の異なる波長の各波長で形成された干渉縞を同時に撮像することを含む。付随する処理する工程は、第１の参照面とテスト部品の第１の側面との間の一義的な距離、及び第１の参照面と第２の参照面との間の一義的な距離を測定するために、第１の測定ビームによって複数の異なる波長で形成された干渉縞を処理することを含む。

第２の測定ビームの波長も、複数の異なる波長にわたってシフトされてもよく、第２の測定ビームによって形成された干渉縞を撮像する工程も、同様に、第２の測定ビームによって複数の異なる波長の各波長で形成された干渉縞を撮像することを含むよう拡張されてもよい。処理する工程も、第２の参照面とテスト部品の第２の側面との間の一義的な距離を測定するために、第２の測定ビームによって複数の異なる波長で形成された干渉縞を処理することを含むよう拡張されてもよい。

不透明のテスト部品の両側面を測定するための個別の光源及びカメラを有する２つの重複した共通光路干渉計を含む干渉計システムを示す図。２つの共通光路干渉計間の共通測定キャビティの拡大図。２つの干渉計のうち第１の干渉計によって、部品の一方の側面と第１の干渉計の参照面との間に形成された干渉縞、及び２つの干渉計の２つの参照面の間に形成された干渉縞を示す図。２つの干渉計のうち第２の干渉計によって、部品の他方の側面と第２の干渉計の参照面との間に形成された干渉縞、及び２つの干渉計の２つの参照面の間に形成された干渉縞を示す図。２つの干渉計による測定を分けるための偏光管理システムを有する２つの重複した共通光路干渉計を含む別の干渉計システムを示す図。図４の２つの共通光路干渉計間の共通測定キャビティの拡大図。図５の２つの干渉計のうち第１の干渉計によって、部品の一方の側面と第１の干渉計の参照面との間、及び２つの干渉計の２つの参照面の間に形成された形成された干渉縞を示す図。図５の２つの干渉計のうち第２の干渉計によって、部品の他方の側面と第２の干渉計の参照面との間、及び２つの干渉計の２つの参照面の間に形成された干渉縞を示す図。テスト部品の両側面を交互に撮像するための１つのカメラを共有する２つの重複した共通光路干渉計を含む別の干渉計システムを示す図。１つの光源及び１つのカメラを共有する２つの重複した共通光路干渉計を含む別の干渉計システムを示す図。１つの光源を共有する２つの重複した共通光路干渉計を含む別の干渉計システムを示す図。各側に複数の面を有する不透明のテスト部品が配置された共通測定キャビティの拡大図。２つの重複した干渉計のうち第１の干渉計によって、部品の一方の側の複数の面と第１の干渉計の参照面との間に形成された干渉縞、及び２つの干渉計の２つの参照面の間に形成された干渉縞を示す図。２つの重複した干渉計のうち第２の干渉計によって、部品の他方の側の複数の面と第２の干渉計の参照面との間に形成された干渉縞、及び２つの干渉計の２つの参照面の間に形成された干渉縞を示す図。

図１には、不透明のテスト部品２０の対面である第１及び第２の側面１６及び１８を測定するために、第１及び第２の共通光路干渉計１２及び１４を組み合わせた干渉測定システム１０が示されている。不透明のテスト部品２０は、共通光路干渉計によって伝搬される周波数の範囲に対して透過性がないか、又は、そのような周波数の秩序立った透過を妨げるのに十分な拡散性を有する材料でできた部品であり得る。第１及び第２の干渉計１２及び１４は、第１及び第２の光源２２及び２４、並びに第１及び第２のビーム整形器２６及び２８をそれぞれ含む。第１及び第２の光源２２及び２４は、周波数シフト干渉法を行うために次々と異なる波長に変更可能な第１及び第２の測定ビーム３２又は３４をそれぞれ発するための、周波数調節可能な光源であるのが好ましい。第１及び第２のビーム整形器２６及び２８は、第１及び第２の測定ビーム３２及び３４の所定の横断方向寸法を確立するためのビーム拡大器及びコリメータを含むのが好ましい。

第１及び第２の光源２２及び２４は、発振周波数を次々と異なる周波数にシフトするための調節可能なフィードバックシステムを有する半導体ダイオードレーザであるのが好ましい。本発明を実施するのに特に適した、そのような周波数調節可能な光源の例は、共に譲渡される「モード選択的周波数調節システム（Mode-Selective Frequency Tuning System）」という名称の米国特許出願第１０／９４６,６９２号に開示されており、その内容をここに参照することにより本願明細書に組み込む。他の例は、「調節可能な外部共振器を有する調節可能なレーザシステム（Tunable Laser System having an Adjustable External Cavity）」という名称の米国特許第６,６９０,６９０号に開示されており、その内容もここに参照することにより本願明細書に組み込む。

第１及び第２の干渉計１２及び１４のそれぞれでは、第１及び第２の測定ビーム３２及び３４が第１及び第２の共通光学経路３６及び３８に沿って伝搬し、第１及び第２のシャッター４２及び４４並びに第１及び第２のビームスプリッタ４６及び４８を介して、第１及び第２の分割板５２及び５４にそれぞれ到達する。一方の干渉計１２又は１４からの光が他方の干渉計１４又は１２からの光と混合するのを防止するために、第１及び第２の光源２２又は２４のいずれか一方からの光の伝搬が交互に遮断されるように、第１及び第２のシャッター４２及び４４の開閉は共通のプロセッサ／コントローラ５０によって調整されるのが好ましい。第１及び第２のビームスプリッタ４６及び４８は、第１及び第２の測定ビーム３２及び３４の、第１及び第２の共通経路３６及び３８に沿って第１及び第２の分割板５２及び５４に至る部分を透過させると共に、第１及び第２の測定ビーム３２及び３４の、第１及び第２の分割板５２及び５４から第１及び第２の共通光学経路３６及び３８に沿って戻ってくる部分を、撮像サブシステムに含まれる第１及び第２のカメラ５６及び５８に向けてそれぞれ反射する。第１及び第２のビームスプリッタ４６及び４８は、スプリット振幅又は偏光に基づき、薄膜ビームスプリッタ、ビームスプリッタキューブ又はビームスプリッタ板の形態をとり得る。カメラ５６及び５８は、視野全体にわたるビーム強度を測定するための検出器アレイと、テスト部品２０の両側面を撮像するための任意の撮像光学素子とを含むのが好ましい。

第１及び第２の干渉計１２及び１４の第１及び第２の共通経路３６及び３８は、ビームスプリッタ４６及び４８から１つの方向に第１及び第２の分割板５２及び５４へと延び、且つ、別の方向に第１及び第２のカメラ５６及び５８へと延びる。図２によりよく示されているように、第１及び第２の分割板５２及び５４は第１及び第２の参照面６２及び６４をそれぞれ含み、第１及び第２の参照面６２及び６４は、第１及び第２の測定ビーム３２及び３４を第１及び第２のテストビーム６６及び６８と第１及び第２の参照ビーム７２及び７４とに分割する。第１及び第２の参照面６２及び６４は、第１及び第２の参照ビーム７２及び７４を再帰反射して第１及び第２の共通光学経路３６及び３８に沿って戻らせると共に、第１及び第２のテストビーム６６及び６８を不透明のテスト部品２０の対面である第１及び第２の側面１６及び１８に向かって透過させる。分割板５２及び５４は、フィゾー対物系又はウインドウ（Fizeau objectives or windows）の形態をとってもよく、略透過性の光学材料でできている。しかし、好ましくは平面状の参照面６２及び６４は、共に部分的に反射性であり且つ部分的に透過性である。部分的な反射性は参照ビーム７２及び７４を反射するのに必要であり、部分的な透過性はテストビーム６６及び６８を２回透過させるのに必要である。参照面６２及び６４は、共通の光軸に対して垂直に延在し、且つ共通の光軸に沿って不透明部品２０の両側に位置するのが好ましい。分割板５２及び５４の外面６１及び６５は、測定経路に沿って伝搬する更なる反射を生じるのを回避するために、反射を防止するように又は図示されるように比較的傾斜されて作られるのが好ましい。

２つの参照面６２及び６４の間には、２つの干渉計１２及び１４が重複する共通測定キャビティ４０が定められる。共通測定キャビティ４０内以外では、測定ビーム３２及び３４のテストビーム部分及び参照ビーム部分はそれぞれ互いに重なるので、共通光路干渉計１２及び１４内の障害の影響が緩和される。共通測定キャビティ内では、２つの干渉計１２及び１４によって取得される測定値を関係付けるための基礎として、テストビーム６６及び６８の部分が互いに重なる。第１の共通光路干渉計１２の第１のテストビーム６６は、第１のテスト経路７６に沿って参照面６２を越えて伝搬する。第１のテストビーム６６の一次横断方向領域７０（図３Ａの画像に示されている）は不透明のテスト部品２０の第１の側面１６から反射し、第１のテストビーム６６の二次横断方向領域７１は第２の共通光路干渉計１４の第２の参照面６４から反射する。第２の共通光路干渉計１４の第２のテストビーム６８は第２のテスト経路７８に沿って参照面６４を越えて伝搬し、不透明のテスト部品２０の第２の側面１８から反射する一次横断方向領域８０（図３Ｂの画像に示されている）と、第１の共通光路干渉計１２の第１の参照面６２から反射する二次横断方向領域８１とを有する。このように、第１及び第２のテストビームの二次横断方向領域７１及び８１は、２つの干渉計１２及び１４の参照面６２及び６４間の共通測定キャビティ４０にわたる第１及び第２のテスト経路７６及び７８の全体に沿って重なる。第１及び第２のテストビーム６６及び６８の一次横断方向領域７０及び８０は、同じテストビーム６６及び６８の二次横断方向領域７１及び８１と縦方向に重なるが、互いには重ならない。

それぞれの反射に際して、第１のテストビーム６６は第１の参照面６２で第１の参照ビーム７２と再結合し、第１の参照面６２とテスト部品２０の第１の側面１６との間に第１のテストビーム６６の一次横断方向領域７０における一次干渉縞８２が生じ、第１の参照面６２と第２の参照面６４との間に第１のテストビーム６６の二次横断方向領域７１における二次干渉縞８３が生じる。同様のそれぞれの反射に際して、第２のテストビーム６８は第２の参照面６４で第２の参照ビーム７４と再結合し、第２の参照面６４とテスト部品２０の第２の側面１８との間に第２のテストビーム６８の一次横断方向領域８０における一次干渉縞８４が生じ、第２の参照面６４と第１の参照面６２との間に第２のテストビーム６８の二次横断方向領域８１における二次干渉縞８５が生じる。第１のカメラ５６は、第１の共通光路干渉計１２によって生じた一次干渉縞８２及び二次干渉縞８３の画像を同時に記録し、第２のカメラ５８は、第２の共通光路干渉計１４によって生じた一次干渉縞８４及び二次干渉縞８５の画像を同時に記録する。

通常、テストビームと参照ビームとの干渉によって生じる強度の変化を記録する干渉縞では、強度の違いが距離の違いとして解釈され得るアンビギュイティ間隔（ambiguity interval）が非常に限られている。表面形状に関する仮定を行えない限り、表面の高さの違いのものさしとしてのアンビギュイティ間隔は、一般的に、測定ビーム波長の半分程度に限られる。可視領域では、これは１ミクロンをかなり下回り、テスト部品２０が配置されている共通測定キャビティ４０にわたって意図される距離（ミリメートル単位で測定される）を測定するには小さすぎる。

従って、２つの共通光路干渉計１２及び１４は、共通測定キャビティ４０にわたる距離の測定のために測定のアンビギュイティ間隔をより有用な範囲まで拡げるための更なる情報を集めるよう構成されるのが好ましい。好ましい手法では、干渉計１２及び１４の少なくとも一方、好ましくは両方が、様々な異なる測定ビーム波長にわたって干渉データを集める周波数シフト型干渉計として構成される。ビーム周波数の漸進的変化の結果、ビームの干渉によって生じる干渉縞における画素強度は、建設的干渉及び相殺的干渉のサイクルを通して秩序立って変化し、変化のサイクル速度は干渉するビーム間の光路長差に比例する。複数の異なる測定ビーム周波数の各々でカメラ５６及び５８の検出器アレイ上に結像された干渉縞を記録するためのフレーム取込み器を組み込むために、プロセッサ／コントローラ５０はカメラ５６及び５８と関連して構成されるのが好ましい。各画素からの強度データは、（例えば、その順序によって）セットとして構成され、そのデータが生じた測定ビーム周波数に対して参照されるのが好ましい。プロセッサ５０では、遥かに大きい範囲にわたる距離の干渉測定を解決するために、測定ビーム周波数の関数としての画素強度変化率に関係する更なる情報が評価される。

本発明で用いるのに適した周波数シフト型干渉計の一例は、「共通光路周波数走査干渉計（Common-Path Frequency-Scanning Interferometer）」という名称の米国特許出願第１０／４６５，１８１号に記載されており、ここに参照することにより本願明細書に組み込む。含まれる処理の更なる説明は、「周波数走査干渉計のための多段階データ処理（Multi-Stage Date Processing for Frequency-Scanning Interferometer）」という名称の米国特許第６，７４１，３６１号、及び「周波数シフト干渉法のための位相分解測定（Phase-Resolved Measurement for Frequency-Shifting Interferometry）」という名称の米国特許出願第１０／９４６，６９０号に見出され、共にここに参照することにより本願明細書に組み込む。

第１の干渉計１２は、第１の参照面６２上の点とテスト部品２０の第１の側面上の対応する点との間の光路長差Ｐ_１と、第１の参照面６２上の点と第２の参照面６４上の対応する点との間の光路長差Ｒ_１とを測定する。第２の干渉計１４は、第２の参照面６４上の点とテスト部品２０の第２の側面１８上の対応する点との間の光路長差Ｐ_２と、第２の参照面６４上の点と第１の参照面６２上の対応する点との間の光路長差Ｒ_２とを測定する。

例えば、側面１６及び１８間の厚さt及び平行度のパラメータを算出するためなど、２つの側面１６及び１８の測定値を互いに関係付けるために、第１及び第２の側面１６及び１８の２つの干渉計の測定値Ｐ_１及びＰ_２は第１及び第２の参照面６２及び６４のいずれかの測定値Ｒ_１又はＲ_２と結合され得る。第１及び第２の参照面６２及び６４上の対応する点の間の距離の測定と、参照面６２及び６４の仮定された形状とにより、不透明部品の第１及び第２の側面上の点に対応する参照面上の点と一致する、参照面間の他の対応する点における距離の測定値を算出できる。プロセッサ５０は、第１及び第２の参照面上の他の対応する点の間の距離の測定値から導出された第１及び第２の参照面上の一致する点の間の距離から、不透明部品の第１及び第２の側面１６及び１８上と第１及び第２の参照面６２及び６４上とにある対応する点の間のそれぞれの距離の測定値Ｐ_１及びＰ_２を減算することにより、不透明部品の第１及び第２の側面１６及び１８上の対応する点の間の部品の厚さの測定を提供する。

第１及び第２の参照面６２及び６４の第２の測定値Ｒ_１又はＲ_２は大部分が重複するが、両側面１６及び１８の測定間で２つの干渉計１２及び１４の共通測定キャビティ４０に生じ得る変化の監視を提供する。テスト部品２０を参照面６２及び６４間の適切な位置に取り付ける前に、Ｒ_１及びＲ_２の重複する測定値により、２つの干渉計１２及び１４を相互に較正できる。

例えば、第２の干渉計１４の光が第１の干渉計１２に入るのを防止するシャッター４４を閉じることにより、第２の干渉計１４を除外して、第１の干渉計１２を動作させることができる。同様に、第１の干渉計１２の光が第２の干渉計１４に入るのを防止するシャッター４２を閉じることにより、第１の干渉計１２を除外して、第２の干渉計１４を動作させることができる。シャッターの代わりに、アパチャーのサイズを、部品２０との関連において、二次横断方向領域８３又は８５のいずれか一方への光を遮断するように設定することもできる。

第１及び第２のレーザ光源２２及び２４は、同じ又は異なるビーム周波数で動作できる。例えば、一方の光源２２又は２４の周波数範囲が他方の光源２４又は２２の周波数範囲と異なっていてもよい。２つの光源２２及び２４の周波数範囲は重なっていてもよく、２つの光源２２及び２４による瞬間的な周波数出力は異なっていてもよい。２つの干渉計１２及び１４間の不都合な光の混合を防止するために、シャッター４２及び４４の代わりに、１つ以上の分光フィルタを用いてもよい。そのような分光フィルタは、カメラ５６及び５８に隣接して又はカメラ５６及び５８の一部として配置されるのが好ましい。

望ましい画像コントラストを維持するために、２つの干渉計１２及び１４の撮像系間の光の混合は回避されるのが好ましい。しかし、そのような混合にも関わらず、光のバックグラウンドレベルの上昇を無視することにより、干渉縞８２、８３、８４及び８５を評価することも依然として可能である。例えば、干渉計１２及び１４間でやりとりされるバックグラウンド光のレベル上昇に対処する（例えば差し引く）ようにカメラ５６及び５８又はそれらの関連処理ソフトウェアを構成することにより、シャッター４２及び４４を用いずに、干渉測定システム１０を動作させてもよい。

図４には、重複した第１及び第２の共通光路干渉計９２及び９４間で光を分離するために偏光管理を用いる別の干渉測定システム９０が示されている。干渉測定システム１０と共通の要素には同様の参照番号が適用されている。

測定システム９０は、シャッターの代わりに、第１及び第２の偏光ビームスプリッタ９６及び９８とそれぞれ組み合わされた相補的な第１及び第２の偏光修正要素１０２及び１０４を含む。第１及び第２の偏光修正要素１０２及び１０４は、相補的に構成された（例えば、複屈折軸が＋／−４５度になるよう配向された）１／４波長板であるのが好ましい。第１及び第２の偏光ビームスプリッタ９６及び９８は、第１及び第２の光源２２及び２４からの非偏光を、１つの直交偏光成分（例えば、ｓ偏光）を透過させ、他の直交偏光成分（例えば、ｐ偏光）を反射する（即ち捨てる）ことにより、直線偏光に変換する。偏光ビームスプリッタ９６及び９８を最初に透過するために予備偏光された光を用いてもよい。

第１及び第２の偏光修正要素１０２及び１０４との最初の遭遇の際に、個々の測定ビーム３２及び３４は、直線偏光（例えば、ｓ偏光）から円偏光に変換される。共通測定キャビティ１００から戻ってきた円偏光は、同じ第１及び第２の偏光修正要素１０２及び１０４との２度目の遭遇の際に、直交偏光成分（例えば、ｐ偏光）に変換される。第１及び第２の偏光ビームスプリッタ９６及び９８との２度目の遭遇により、直交偏光された測定ビーム３６及び３８は、それぞれ第１及び第２のカメラ５６及び５８に向かって反射される。

第１の干渉計９２から共通測定キャビティ１００を通過して第２の干渉計９４に入った円偏光は、相補的な偏光修正要素１０４に遭遇する。偏光修正要素１０４は、偏光修正要素１０２の効果を無効にして、偏光ビームスプリッタ９８が、光をカメラ５８に向けて反射するのではなく、直線偏光（例えば、ｓ偏光）を透過させるようにする。同様に、第２の干渉計９４から共通測定キャビティ１００を通過して第１の干渉計９２に入った円偏光は、相補的な偏光修正要素１０２に遭遇する。偏光修正要素１０２は、偏光修正要素１０４の効果を無効にして、偏光ビームスプリッタ９６が、光をカメラ５６に向けて反射するのではなく、直線偏光（例えば、ｓ偏光）を透過させるようにする。

別のテスト部品１１０は、測定キャビティ１００内の支持器具１１２に取り付けられる。テスト部品１１０のための支持器具１１２は、本発明によって意図される他の任意のテスト部品のための支持器具と同様に、図示されているような周辺を支持する支持体やテスト部品のいずれかの側を支持する支持体等の様々な形態をとり得る。図５によりよく示されているように、テスト部品１１０は、中空の中心部１１４を有する環状の形状を有する。先の実施形態と同様に、参照面６２及び６４は、第１及び第２の測定ビーム３２及び３４の第１及び第２の参照ビーム部分７２及び７４を反射し、第１及び第２のテストビーム部分６６及び６８を透過させる。

第１のテストビーム６６は、テスト部品１１０の第１の側面１１６の環状の形状と一致する環状の形状を有する一次横断方向領域１２０（図６Ａの画像に示されている）と、テスト部品１１０の中空の中心部１１４の円形の形状と一致する二次横断方向領域１２１とを有する。第１のテストビーム６６の一次横断方向領域１２０は、テスト部品１２０の第１の側面１１６で反射する。二次横断方向領域１２１は、テスト部品１１０の中空の中心部１１４を通過して、第２の参照面６４で反射する。第１の参照面６２からの反射とテスト部品１２０の第１の側面１６からの反射との間で形成された一次干渉縞１２２と、第１の参照面６２からの反射と第２の参照面６４からの反射との間で形成された二次干渉縞１２３とが、カメラ５６の検出器アレイ上に結像される。

第２のテストビーム６８は、テスト部品１１０の第２の側面１１８の環状の形状と一致する環状の形状を有する一次横断方向領域１３０（図６Ｂの画像に示されている）と、テスト部品１１０の中空の中心部１１４の円形の形状と一致する二次横断方向領域１３１とを有する。第２のテストビーム６８の一次横断方向領域１３０はテスト部品１２０の第２の側面１１８で反射する。二次横断方向領域１３１は、テスト部品１１０の中空の中心部１１４を通過して、第１の参照面６２で反射する。第２の参照面６４からの反射とテスト部品１２０の第２の側面１１８からの反射との間で形成された一次干渉縞１２４と、第１の参照面６２からの反射と第２の参照面６４からの反射との間で形成された二次干渉縞１２５とが、カメラ５８の検出器アレイ上に結像される。

干渉測定システム９０における偏光管理により、２つのカメラ５６及び５８が、テスト部品１１０の第１及び第２の側面１１６及び１１８に関する情報を同時に集めることが可能になる。従って、干渉計９２及び９４の両方が、時間的に関係する同じ変化（例えば、温度）にさらされる。たとえ、両側面１１６及び１１８の測定値を互いに空間的に関係付けるために必要なのは二次干渉縞１２３及び１２５のいずれか一方のみであっても、測定キャビティ１００を重複して測定することにより、第１及び第２の干渉計９２及び９４にそれぞれ異なる影響を及ぼし得る障害の監視が提供される。２つの干渉計９２及び９４が、測定キャビティ１００（即ち、参照面６２及び６４間の距離）の所与の公差内のほぼ等しい測定値を提供する場合には、２つの干渉計９２及び９４によって取得されたテスト部品１１０の両側面１１６及び１１８の測定値を、高い信頼度（例えば、同じ所与の公差内）で互いに空間的に関係付けることができる。測定値が有し得る誤差のバランスをとるために、測定キャビティ１００の２つの測定値の平均を用いて、より正確に２つの参照面６２及び６４を互いに関係付けることができる。或いは、参照面６２及び６４の２つの同時測定をより良好に一致させるために必要な系統的な修正に基づいて、両側面１１６及び１１８のいずれか一方の測定値を補正することができる。

図７に示されている別の干渉測定システム１４０は、単一のカメラ１４６を用いて、第１及び第２の共通光路干渉計１４２及び１４４から干渉測定データを集める。第１及び第２のシャッター１５２及び１５４は、２つの干渉計１４２及び１４４を通る光の伝搬を交互に遮断する。シャッター１５２及び１５４は、第１及び第２の共通光学経路１５６及び１５８に沿って２つの干渉計１４２及び１４４の共通測定キャビティ１５０とカメラ１４６との間に配置され、一方の干渉計１４２又は１４４から共通測定キャビティ１５０を通過して他方の干渉計１４４又は１４２に向かう光がカメラ１４６に到達しないよう遮断されるようになっている。

ビームスプリッタ１６０は、干渉計１４２及び１４４の第１及び第２の共通光学経路１５６及び１５８を結合し、両方の経路１５６及び１５８が（シャッター１５２及び１５４に遮られるにしても）単一のカメラ１４６に至るようにする。ビームスプリッタ１６０並びにビームスプリッタ４６及び４８は、強度分割ビームスプリッタであることが意図されているが、光源２２及び２４によって与えられる光をより効率的に用いるために、偏光ビームスプリッタを用いることもできる。例えば、干渉測定システム９０のビームスプリッタ９６及び９８並びに偏光修正要素１０２及び１０４を、測定キャビティ１５０からのより多くの光をカメラ１４６に向かわせるために用いることもできる。２つの干渉計１４２及び１４４の偏光管理が、直交偏光された光を２つの干渉計１４２及び１４４の間で伝搬させるものであれば、ビームスプリッタ１６０を、２つの干渉計１４２及び１４４のそれぞれの光をより効率的に単一のカメラ１４６に向かわせるための偏光ビームスプリッタとして構成することもできる。

図８の別の干渉測定システム１７０は、偏光管理とビームの遮断とを組み合わせて、２つの重複した共通光路干渉計１７２及び１７４を単一の光源１７６及び単一のカメラ１７８を用いて動作させるものである。偏光ビームスプリッタ１８０は、単一の光源１７６の出力を、第１及び第２の直交偏光された測定ビーム１８２及び１８４（例えば、ｓ偏光及びｐ偏光として）に分割する。一度目の遭遇の際には、第１及び第２の偏光修正要素１８６及び１８８は、直線偏光を円偏光に変換する。第１及び第２のシャッター１９２及び１９４は、第１及び第２の測定ビーム１８２及び１８４を交互に遮断する。

中空のテスト部品１１０の第１及び第２の側面１１６及び１１８は順次測定される。第１の側面１１６を測定するために、直線偏光された（例えば、ｓ偏光された）第１の測定ビーム１８２が共通測定キャビティ１９０に到達できるよう第１のシャッター１９２が開かれると共に、第２の測定ビーム１８４の伝搬を遮断するためにシャッター１９４が閉じられる。テスト部品１１０の第１の側面１１６及び第２の参照面６４から反射された光は、第１の参照面６２から反射された光と結合し、共に第１のシャッター１９２及び第１の偏光修正要素１８６を通って伝搬し、直交方向の直線偏光（例えば、ｐ偏光）として偏光ビームスプリッタ１８０に到達して、カメラ１７８に向かって反射される。同様に、第２の側面１１８を測定するために、直線偏光された（例えば、ｐ偏光された）第２の測定ビーム１８４が共通測定キャビティ１９０に到達できるよう第２のシャッター１９４が開かれると共に、第１の測定ビーム１８２の伝搬を遮断するためにシャッター１９２が閉じられる。テスト部品１１０の第２の側面１１８及び第１の参照面６２から反射された光は、第２の参照面６４から反射された光と結合し、共に第２のシャッター１９４及び第２の偏光修正要素１８８を通って伝搬し、直交方向の直線偏光（例えば、ｓ偏光）として偏光ビームスプリッタ１８０に到達して、カメラ１７８に向かって透過される。

このように、シャッター１９２が開かれ、シャッター１９４が閉じられている時には、カメラ１７８は、第１の参照面６２とテスト部品の第１の側面１１６との間の一次干渉縞１２０（図６Ａ参照）と、第１の参照面６２と第２の参照面６４との間の二次干渉縞１２１とを同時に記録する。或いは、シャッター１９４が開かれ、シャッター１９２が閉じられている時には、カメラ１７８は、第２の参照面６４とテスト部品の第２の側面１１８との間の一次干渉縞１３０（図６Ｂ参照）と、第１の参照面６２と第２の参照面６４との間の二次干渉縞１３１とを同時に記録する。

異なる干渉計１７２及び１７４を介してテスト部品の両側面１１６及び１１８を撮像するために、同じ撮像系（例えば、カメラ１７８と関連付けられた光学素子）を用いることができるように、第１及び第２の測定ビーム１８２及び１８４が伝わる光路長はほぼ等しくなっている。両側面１１６及び１１８の測定は別々の時間に行われるが、同じ光源１７６及び同じカメラ１７８を用いることで、干渉計１７２及び１７４間の系統的な誤差が低減される。２つの参照面６２及び６４間の重複する測定を用いて、両側面１１６及び１１８の測定に対する任意の時間的に関係する影響を測定できる。時間的な影響を評価又は補償するために、測定を繰り返し行うこともできる。

図９には、テスト部品２０の両側面１６及び１８を測定するための別の干渉測定システム２００が示されている。ここでも、２つの共通光路干渉計２０２及び２０４が、共通測定キャビティ２１０を横断して端と端を接して配置されている。干渉計２０２及び２０４は単一の光源１７６を共有しているが、テスト部品２０の両側面１６及び１８を同時に測定するための第１及び第２のカメラ２０６及び２０８を含む。干渉測定システム１０、９０又は１４０の任意のものも、単一の光源を有し、その出力が強度又は偏光によって２つの測定ビームに分割され、それらが重複した干渉計を通って個別に伝搬するように構成され得る。

測定システム２００では、偏光ビームスプリッタ１８０は、単一の光源１７６の出力を第１及び第２の直交偏光された測定ビーム２１２及び２１４（例えば、ｓ偏光及びｐ偏光として）に分割する。最初の遭遇の際に、第１及び第２の偏光修正要素１８６及び１８８は、直線偏光を円偏光に変換する。測定ビーム２１２及び２１４は、それぞれの干渉計２０２及び２０４の第１及び第２の共通経路２１６及び２１８に沿って共通測定キャビティ２１０に向かって同時に伝搬する。

第１の測定ビーム２１２は、第１の参照面６２から参照ビームとして反射すると共に、テスト部品の第１の側面１６及び第２の参照面６４から、テストビームのそれぞれ異なる横断方向部分として反射する。第１の測定ビームの反射された部分は、同じ共通経路２１６に沿って戻り、再び偏光修正要素１８６を通って、偏光ビームスプリッタ１８０に至る。偏光修正要素１８６との二度目の遭遇により、戻ってきた第１の測定ビーム２１２は円偏光から直交方向の直線偏光（例えば、ｐ偏光）に変換され、この光は偏光ビームスプリッタ１８０から第２の偏光ビームスプリッタ２２０及びカメラ２０６及び２０８に向かって反射される。第１の測定ビームの不要な部分は、共通測定キャビティ２１０を通過して第２の干渉計２０４に入り、第２の共通経路２１８に沿ってビームスプリッタ１８０に向かって伝搬し得る。偏光修正要素１８８との遭遇により、第１の測定ビームの不要な部分は直交方向の直線偏光（例えば、ｐ偏光）に変換され、修正要素１８６との遭遇の結果と同様の結果が生じる。第１の測定ビームの不要な部分は、異なる方向からビームスプリッタ１８０に進入し、ビームスプリッタ１８０から反射して、カメラ２０６及び２０８から離れる方向に向かう。

第１の測定ビーム２１２の反射と同時に、第２の測定ビーム２１４は、第２の参照面６４から参照ビームとして反射すると共に、テスト部品の第２の側面１８及び第１の参照面６２から、テストビームのそれぞれ異なる横断方向部分として反射する。第２の測定ビーム２１４の反射された部分は、同じ共通経路２１８に沿って戻り、再び偏光修正要素１８８を通って、偏光ビームスプリッタ１８０に至る。偏光修正要素１８８との二度目の遭遇により、戻ってきた第２の測定ビーム２１４は円偏光から直交方向の直線偏光（例えば、ｓ偏光）に変換され、この光は偏光ビームスプリッタ１８０を透過して、第２の偏光ビームスプリッタ２２０並びにカメラ２０６及び２０８に向かう。第２の測定ビームの不要な部分は、共通測定キャビティ２１０を通過して第１の干渉計１９２に入り、第１の共通経路２１６に沿ってビームスプリッタ１８０に向かって伝搬し得る。偏光修正要素１８６との遭遇により、第２の測定ビームの不要な部分は直交方向の直線偏光（例えば、ｓ偏光）に変換される。第２の測定ビームの不要な部分は、異なる方向からビームスプリッタ１８０に進入し、ビームスプリッタ１８０を透過してカメラ２０６及び２０８から離れる方向に向かう。

偏光ビームスプリッタ２２０は、第１の測定ビーム２１２の戻ってきた直線偏光された（例えば、ｐ偏光された）部分を第１のカメラ２０６に向けて反射すると共に、第２の測定ビーム２１４の戻ってきた直線偏光された（例えば、ｓ偏光された）部分を第２のカメラ２０８に向けて透過させる。このようにして、干渉計２０２及び２０４間で不要な光が不都合に混合するのを防止するために偏光管理を用いながら、２つのカメラ２０６及び２０８が、図３Ａ及び図３Ｂの干渉縞と同様の、２つの重複した干渉計２０２及び２０４によって個別に生じた干渉縞を同時に記録する。

図１０には、複合的な両側面を有する不透明のテスト部品２４０が収容された共通測定キャビティ２３０が示されている。例えば、テスト部品２４０の一方の側は第１の側面２４１及び２４３を含み、テスト部品２４０の他方の側は第２の側面２４５、２４７及び２４９を含む。第１の側面２４１及び２４３と第２の側面２４５及び２４９とは互いに略平行に延在しているが、共通測定キャビティ２３０の光軸２３２に沿って様々にオフセットしている。第２の側面２４７は、テスト部品の他の面２４１、２４３、２４５及び２４９に対して傾斜している。この共通測定キャビティ２３０は、上述の干渉測定システム１０、９０、１４０、１７０及び２００の任意のものに組み込むことができる。

第１及び第２の測定ビーム２４２及び２４４は、第１及び第２の参照面６２及び６４によって、反射された参照ビーム２４６及び２４８と透過されたテストビーム２５２及び２５４とに分割される。テストビーム２５２は、２つの第１の側面２４１及び２４３から反射される一次横断方向領域２５０（図１１Ａの画像に示されている）と、その周囲の、第２の参照面６４から反射される二次横断方向領域２５１とを有する。テストビーム２５４は、３つの第２の側面２４５、２４７及び２４９から反射される一次横断方向領域２６０（図１１Ｂの画像に示されている）と、その周囲の、第１の参照面６２から反射される二次横断方向領域２６１とを有する。

そのように反射された後、第１のテストビーム２５２は第１の参照ビーム２４６と再結合し、第１の側面２４１と第１の参照面６２との間の第１の一次干渉縞２５６と、第１の側面２４３と第１の参照面６２との間の第２の一次干渉縞２５８と、第１の参照面６２と第２の参照面６４との間の二次干渉縞２５９とが生じる。第２のテストビーム２５４は第２の参照ビーム２４８と再結合し、第２の側面２４５と第２の参照面６４との間の第１の一次干渉縞２６４と、第２の側面２４７と第２の参照面６４との間の第２の一次干渉縞２６６と、第３の側面２４９と第２の参照面６４との間の第３の一次干渉縞２６８と、第１の参照面６２と第２の参照面６４との間の二次干渉縞２６９とが生じる。

周波数シフト干渉法に従って、測定ビーム周波数を変化させ、変化率を処理することにより、干渉縞２５６及び２５８を、第１の参照面６２からの第１の側面２４１及び２４３の距離の測定値Ｐ_１ａ及びＰ_１ｂに変換でき、干渉縞２６４、２６６及び２６８を、第２の側面２４５、２４７及び２４９と第２の参照面６４との間で取得された距離の測定値Ｐ_２ａ及びＰ_２ｂ並びにそれらの間の遷移に変換でき、干渉縞２５９及び２６９を、第１の参照面６２と第２の参照面６４との間の重複する距離の測定値Ｒ_１及びＲ_２に変換できる。これらの測定値に基づき、更なる処理を用いて、両側面２４１、２４３と、２４５、２４７及び２４９との間の距離を距離ｔ_１及びｔ_２等のように決定することができる。実際には、テスト部品２４０の三次元モデルを構築するために、両側面２４１、２４３と２４５、２４７及び２４９とを、参照面６２又は６４のいずれか等といった共通の基準面に関係付けることができる。

図１２に示されている別の干渉測定システム２７０では、単一のレーザ光源２７２（上述の光源の任意のものと同様であり得る）を、ビームスプリッタ２７４と共に配置して、光ファイバ２７６及び２７８を介して２つの干渉計１２及び１４に光を供給することができる。光ファイバ２７６及び２７８は、両方の干渉計１２及び１４に単一点光源を提供するシングルモードファイバであるのが好ましい。光ファイバ２７６及び２７８により、レーザ光源２７２のより柔軟な配向及び配置（例えば、プロセッサ５０と共通の筐体内に配置する等）が可能になる。

多くの具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の全体的な教示に従って多くの変形が可能であることが当業者にはわかるであろう。例えば、図示されている共有測定キャビティの参照面はテスト部品の水平方向両側に位置するが、参照面は、テスト部品の垂直面方向両側又は用途の具体的な目的に適した他の任意の向きの両側に位置するように配向されてもよい。

不透明のテスト部品の両側面を測定するための個別の光源及びカメラを有する２つの重複した共通光路干渉計を含む干渉計システムを示す図。２つの共通光路干渉計間の共通測定キャビティの拡大図。２つの干渉計のうち第１の干渉計によって、部品の一方の側面と第１の干渉計の参照面との間に形成された干渉縞、及び２つの干渉計の２つの参照面の間に形成された干渉縞を示す図。２つの干渉計のうち第２の干渉計によって、部品の他方の側面と第２の干渉計の参照面との間に形成された干渉縞、及び２つの干渉計の２つの参照面の間に形成された干渉縞を示す図。２つの干渉計による測定を分けるための偏光管理システムを有する２つの重複した共通光路干渉計を含む別の干渉計システムを示す図。図４の２つの共通光路干渉計間の共通測定キャビティの拡大図。図５の２つの干渉計のうち第１の干渉計によって、部品の一方の側面と第１の干渉計の参照面との間、及び２つの干渉計の２つの参照面の間に形成された形成された干渉縞を示す図。図５の２つの干渉計のうち第２の干渉計によって、部品の他方の側面と第２の干渉計の参照面との間、及び２つの干渉計の２つの参照面の間に形成された干渉縞を示す図。テスト部品の両側面を交互に撮像するための１つのカメラを共有する２つの重複した共通光路干渉計を含む別の干渉計システムを示す図。１つの光源及び１つのカメラを共有する２つの重複した共通光路干渉計を含む別の干渉計システムを示す図。１つの光源を共有する２つの重複した共通光路干渉計を含む別の干渉計システムを示す図。各側に複数の面を有する不透明のテスト部品が配置された共通測定キャビティの拡大図。２つの重複した干渉計のうち第１の干渉計によって、部品の一方の側の複数の面と第１の干渉計の参照面との間に形成された干渉縞、及び２つの干渉計の２つの参照面の間に形成された干渉縞を示す図。２つの重複した干渉計のうち第２の干渉計によって、部品の他方の側の複数の面と第２の干渉計の参照面との間に形成された干渉縞、及び２つの干渉計の２つの参照面の間に形成された干渉縞を示す図。１つの光源からの光がビームスプリッタ及び光フィアバを介して供給される２つの干渉計を含む別の干渉計システムを示す図。

Claims

第１及び第２の側面を有するテスト部品を測定するための干渉計システムであって、
第１の参照面と、前記テスト部品の前記第１の側面と前記第１の参照面との間の光路長差を測定するための第１の測定ビームを搬送する第１の光学経路とを有する第１の干渉計と、
第２の参照面と、前記テスト部品の前記第２の側面と前記第２の参照面との間の光路長差を測定するための第２の測定ビームを搬送する第２の光学経路とを有する第２の干渉計と、
前記テスト部品の前記第１及び第２の側面の間の距離を測定するために、前記テスト部品の前記第１及び第２の側面と前記第１及び第２の参照面との間の前記光路長差の測定値を、前記第１の参照面と前記第２の参照面との間の光路長差の測定値と結合するプロセッサと、
を備え、
前記第１及び第２の参照面の間の前記光路長差を測定するために、前記第１の干渉計の前記第１の光学経路が前記テスト部品の前記第１の側面を越えて前記第２の干渉計の前記第２の参照面へと延びること、及び
前記第１及び第２の干渉計が、異なる測定ビーム周波数において連続的に動作する周波数シフト型干渉計であって、周波数ベースの測定アンビギュイティを解消するために、（a）前記テスト部品の前記第１の側面と前記第１の参照面との間の距離、（b）前記テスト部品の前記第２の側面と前記第２の参照面との間の距離、及び（c）前記第１と第２の参照面の間の距離を一義的に測定することを特徴とする干渉計システム。
前記第１の光学経路が、前記テスト部品の前記第２の側面と前記第２の参照面との間の長さ分だけ前記第２の光学経路と重複することを特徴とする請求項１記載のシステム。
（ａ）前記第１の参照面が、前記第１の測定ビームを、前記第１の参照面から反射する第１の参照ビームと前記第１の参照面を透過する第１のテストビームとに分割し、
（ｂ）前記第１のテストビームが、前記テスト部品の前記第１の側面から反射する一次横断方向領域と、前記第２の参照面から反射する二次横断方向領域とを含み、
（ｃ）前記第１のテストビームの前記一次及び二次横断方向領域が、ほぼ垂直な入射角で前記テスト部品の前記第１の側面及び前記第２の参照面に遭遇する
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記プロセッサが、（ａ）前記テスト部品の前記第１の側面と前記第１の参照面との間の第１の平行度測定値、（ｂ）前記テスト部品の前記第２の側面と前記第２の参照面との間の第２の平行度測定値、及び（ｃ）前記２つの参照面の間の第３の平行度測定値を導出し、前記３つの平行度の測定値を結合して前記テスト部品の前記第１の側面と前記第２の側面との間の第４の平行度測定値を算出するよう構成されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記テスト部品のための取り付け具を更に備え、前記第１及び第２の参照面が前記第１の光学経路に沿って該取り付け具の両側に位置することを特徴とする請求項１記載のシステム。
（ａ）前記第１の参照面と前記第２の参照面との間の光路長差を測定するために、前記第２の干渉計の前記第２の光学経路が前記テスト部品の前記第２の側面を越えて前記第１の干渉計の前記第１の参照面まで延び、
（ｂ）前記第２の光学経路が、前記テスト部品の前記第１の側面と前記第１の参照面との間の長さ分だけ前記第１の光学経路と重複し、
（ｃ）前記プロセッサが、前記第１の干渉計と前記第２の干渉計との間の差を測定するために、前記第１の干渉計による前記第１の参照面と前記第２の参照面との間の光路長差の測定値を、前記第２の干渉計による前記第１の参照面と前記第２の参照面との間の光路長差の測定値と比較するよう構成される
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
テスト部品の両側面を測定し、前記テスト部品の両側面の互いに関する位置をつきとめる方法であって、
前記テスト部品を第１の干渉計の第１の参照面と第２の干渉計の第２の参照面との間に取り付ける工程と、
第１の測定ビームを前記第１の干渉計を通るよう伝搬させる工程と、
第２の測定ビームを前記第２の干渉計を通るよう伝搬させる工程と、
前記第１の測定ビームの第１の参照ビーム部分を前記第１の参照面から反射させる工程と、
前記第１の測定ビームの第１のテストビーム部分を前記第１の参照面を通して通過させる工程と、
前記第１のテストビームの一次横断方向領域を前記テスト部品の第１の側面から反射させる工程と、
前記第１のテストビームの二次横断方向領域を前記第２の参照面から反射させる工程と、
前記第１の測定ビームによって前記第１の参照面と前記テスト部品の前記第１の側面との間に形成された干渉縞、及び前記第１の参照面と前記第２の参照面との間に形成された干渉縞を同時に撮像する工程と、
前記第２の測定ビームの第２の参照ビーム部分を前記第２の参照面から反射させる工程と、
前記第２の測定ビームの第２のテストビーム部分を前記第２の参照面を通して通過させる工程と、
前記第２のテストビームの横断方向領域を前記テスト部品の第２の側面から反射させる工程と、
前記第２の測定ビームによって前記第２の参照面と前記テスト部品の前記第２の側面との間に形成された干渉縞を撮像する工程と、
前記テスト部品の前記第１及び第２の側面を測定するため、及び前記テスト部品の前記第１及び第２の側面の互いに関する位置をつきとめるために、前記第１の測定ビームによって形成された２つの前記干渉縞及び前記第２の測定ビームによって形成された前記干渉縞を処理する工程と、
前記第１の測定ビームの波長を複数の異なる波長にわたってシフトする工程と、
前記第２の測定ビームの波長を複数の異なる波長にわたってシフトする工程と、
を備え、
前記第１の測定ビームによって形成された干渉縞を同時に撮像する前記工程が、前記第１の測定ビームによって前記複数の異なる波長の各波長で形成された干渉縞を撮像する工程を含み、
前記第２の測定ビームによって形成された前記干渉縞を撮像する前記工程が、前記第２の測定ビームによって前記複数の異なる波長の各波長で形成された干渉縞を撮像することを含むよう拡張されることを特徴とする方法。
（ａ）前記第２のテストビームの前記横断方向領域を反射させる前記工程が、前記第２のテストビームの一次横断方向領域を前記テスト部品の第２の側面から反射させることを含むと共に、前記第２のテストビームの二次横断方向領域を前記第１の参照面から反射させる工程を更に含み、
（ｂ）前記撮像する工程が、前記第２の測定ビームによって前記第２の参照面と前記テスト部品の前記第２の側面との間に形成された前記干渉縞を、前記第２の測定ビームによって前記第１の参照面と前記第２の参照面との間に形成された干渉と同時に撮像することを含み、
（ｃ）前記処理する工程が、前記第１及び第２の参照面のそれぞれに関する前記テスト部品の前記第１及び第２の側面の位置を個別につきとめるために、前記第２の測定ビームによって前記第１の参照面と第２の参照面との間に形成された前記干渉縞を処理することも含む
ことを特徴とする請求項７記載の方法。