JP2014515498A - 一体化光学キャビティを備えた複合二重共通光路干渉計 - Google Patents

Abstract

試験物体を測定するための第１測定アームと第２測定アームとを含んでいる複合共通光路干渉計が、第１測定アームの参照光学素子が１測定アームから切り離されるように配置され、かつ第１測定アームの参照光学素子と第２測定アームの参照光学素子との間の熱的に安定したスペーサが、参照光学素子の参照面を固定の間隔および配向で維持する一体化測定キャビティを形成する。別々の支持体が、一体化測定キャビティと第１測定アームの残部とに対して提供され得る。

Description

関連出願の説明

本出願は、その内容が引用されその全体が参照することにより本書に組み込まれる、２０１１年５月２７日に出願された米国特許出願第１３／１１７２９１号の優先権の利益を米国特許法第１２０条の下で主張するものである。

本発明は、相互に関連付けられた測定アームを備えている複合共通光路干渉計に関し、特に、２つの測定アームのうち少なくとも一方が両測定アームのフィゾー参照光学素子にアクセスできる、フィゾー干渉計に関する。

部品アセンブリを含む不透明部品の干渉計による２面測定とは、２つの側面間の比較をするために２つの側面を別々に測定し、その別々の測定値を互いに関連付けるものである。部品のパラメータ比較には、３次元の形、輪郭、平坦度、平行度、および厚さが含まれる。

特に、夫々の平坦度を判定するなどのために２つの側面を個々に両方測定することと、平行度や厚さを判定するなどのために２つの側面を互いに関連付けて測定することといった両方の目的のために、不透明部品の対向側面を測定するのは、従来の干渉法では実現が困難である。例えば、平坦度を判定するために別々の干渉計を用いて２つの側面を個々に測定することはできるが、各干渉計により生成されるのは他方には関係のない相対寸法である。

こういった困難を克服するため、２つの共通光路干渉計の端と端とを合わせて、その夫々の参照面が不透明試験部品にまたがる測定キャビティを形成するように配置した。１つの干渉計は、不透明試験部品の第１側面上と、その干渉計の参照面上の、対応する点間の距離を測定する。他方の干渉計は、不透明試験部品の第２側面上と、その干渉計の参照面上の、対応する点間の距離を測定する。この２つの重複する干渉計の少なくとも一方が、２つの参照面上の対応する点間の距離も測定する。不透明試験部品の対向側面上の点間の距離は、２つの側面と２つの参照面の相対的な測定値から算出することができる。不透明試験部品の各側面を個々に定義しかつ他方の側面と空間的に関連付けて、不透明試験部品の３次元表現を構築することができる。

一般に、対向側面の測定を行う範囲の共通配向で２つの測定アームを維持するために、２つの測定アームは共にボルト締めされる。この構造的な接続を通じて、いずれかの測定アームでの機械的および熱的な不安定さが、他方に伝わってしまう可能性がある。例えば、衝撃、振動を含めた機械的な変位や、温度または圧力の変化は、２つの参照面の相対配向に影響を与える可能性があり、これにより２つの測定アームによって得られた測定値間の比較が複雑になる。

本発明は、その好ましい実施形態の中でも特に、関連した測定値を得るためにある意味では端と端とを合わせて相互に接続されているが、望ましくない相互の影響を低減するために別の意味では接続されていない、２つの測定アームを備えている、複合共通光路干渉計（すなわち、１つの測定アームは２つの共通光路干渉計の夫々に対するものである）を特徴としたものである。例えば、熱的に安定した連結部材が２つの測定アームの参照光学素子を相互に接続して、両方の測定アームに対して一体化測定キャビティを提供する。しかしながら、２つの参照光学素子が異なる動的影響（すなわち、障害）を受けることのないように、参照光学素子から測定アームの少なくとも一方の残部を切り離し、かつこの残部を参照光学素子とは無関係に支持する。２つの測定アームを相互に接続した場合の主な利益は一体化測定キャビティにより実現され、一方２つの測定アームを相互に接続した場合の主な不利益は、少なくとも一方のアームの残部を切り離す、あるいは絶縁することによって、回避される。

２つの連結された参照光学素子は共通の光学参照キャビティを形成し、このキャビティ内で試験物体を、両方の参照光学素子に関連付けて測定することができる。各測定アームの物体ビームと参照ビームとの間の任意の光路差は、共通の光学参照キャビティ内で生成される。物体ビームおよび参照ビームは、２つの測定アーム夫々の残部の内部を、共通光路に沿って伝播する。共通光路に沿って伝播している間、物体ビームに影響を与える熱的または機械的不安定さなどの影響は、共通して伝播している参照ビームに同様の影響を与える。

共通の光学参照キャビティ内の物体面および参照面からの反射が重複することにより形成される干渉縞は、３つの主な理由により、２つの測定アームに影響を与える熱的および機械的影響に拘わらず安定したままとなる。第１に、共通の光学参照キャビティは一体化測定キャビティとして形成されているため、参照面の一方に影響を与える任意のこのような動的影響は、他方の参照面にも同様に影響を与える。第２に、２つの測定アームの夫々の残部内の物体ビームおよび参照ビームは共通経路に沿って伝播するため、物体ビームまたは参照ビームの一方に影響を与える任意のこのような動的影響は、物体ビームまたは参照ビームの他方にも同様に影響を与える。第３に、一体化測定キャビティは測定アームの少なくとも一方の残部から絶縁されていて、２つの測定アーム間の異なった、すなわち位相のずれた障害が、一体化測定キャビティに応力を加えるのを防いでいる。

試験物体は、試験物体が一体化測定キャビティと同じ動的影響を受けるように、一体化測定キャビティ内で支持することが好ましい。好適には、一体化測定キャビティへの動的影響をさらに制限するために、共通の光学参照キャビティを両方の測定アームの残部から絶縁するよう、２つの測定アームの参照光学素子は、その２つの測定アームの夫々の残部から構造的に切り離される。

少なくとも２つの実質的に独立した支持系が好適には使用される。例えば１つの支持系を使用して、測定アームの１つを一体化測定キャビティと共に支持してもよく、また別の支持系を使用して、他方の測定アームの残部を支持してもよい。あるいは、一体化測定キャビティを両方の測定アームの残部から構造的に切り離してもよく、かつ２つの測定アームの残部を、一体化測定キャビティとは無関係に構造的に相互に接続してもよい。１つの支持系を使用して一体化測定キャビティを支持してもよく、また別の支持系を使用して、両方の測定アームの相互に接続された残部を支持してもよい。２つの測定アームの残部が相互に接続されていない場合には、３つの実質的に独立した支持系を使用して、一体化測定キャビティと測定アームの残部夫々とを別々に支持してもよい。

複合共通光路干渉計としての本発明の１つの形態は、第１測定アームを備えている第１干渉計と、第２測定アームを備えている第２干渉計とを含んでいる。土台が、第１測定アームと第２測定アームとを支持している。第１測定アームおよび第２測定アームの夫々が、参照光学素子と、試験物体からの試験ビームおよび各参照光学素子からの参照ビームの両方を送るための光学経路とを含んでいる。第１測定アームの参照光学素子は、第１測定アームの参照光学素子と第１測定アームの残部との間での障害の伝達を制限するように、第１測定アームの残部から絶縁されている。第１測定アームの参照光学素子と第２測定アームの参照光学素子との間の連結部材が、参照光学素子と合わさって、参照光学素子の参照面を固定間隔および固定配向で維持する一体化測定キャビティを形成している。一体化測定キャビティは、第１測定アームの残部とは無関係に土台に構造的に接続されている。

第２測定アームの参照光学素子は第２測定アームの残部に接続されていてもよく、かつ一体化測定キャビティは、第２測定アームの残部を介して土台に構造的に接続されていてもよい。あるいは、第２測定アームの参照光学素子は、第２測定アームの残部から、第２測定アームの参照光学素子と第２測定アームの残部との間での障害の伝達を制限するように絶縁されていてもよく、さらに、一体化測定キャビティは、第１測定アームの残部および第２測定アームの残部とは無関係に、土台に構造的に接続されていてもよい。

試験物体を測定するための第１測定アームと第２測定アームとを備えている複合共通光路干渉計用の、支持系としての本発明の別の形態は、第１測定アームの参照光学素子と第２測定アームの参照光学素子との間の連結部材であって、参照光学素子と合わさって、参照光学素子の参照面を固定間隔および固定配向で維持する一体化測定キャビティを形成する、連結部材を含んでいる。第１測定アームの参照光学素子は、第１測定アームの参照光学素子と第１測定アームの残部との間での障害の伝達を制限するように、第１測定アームの残部から絶縁されている。第１の据付部材が、第１測定アームの残部とは無関係に一体化測定キャビティを支持している。第２の据付部材が、第１測定アームの残部を支持している。

第２測定アームの参照光学素子は第２測定アームの残部に構造的に接続されていてもよく、かつ第１の据付部材は一体化測定キャビティを、第２測定アームの残部を介して支持している。あるいは、第２測定アームの参照光学素子は、第２測定アームの残部から、第２測定アームの参照光学素子と第２測定アームの残部との間での障害の伝達を制限するように絶縁されていてもよく、さらに、第１据付部材が、第１測定アームの残部および第２測定アームの残部とは無関係に、一体化測定キャビティを支持していてもよい。

一体化測定キャビティを共有している２つの測定アームであって、測定アームの一方の残部が一体化参照構造体に構造的に接続された状態である、２つの測定アームと、この２つの測定アームの残部のための２つの別々の支持体とを含んでいる、複合共通光路干渉計を示した図 一体化測定キャビティの図であって、試験物体の各対向側面と一体化測定キャビティの隣接する参照面との間の干渉縞、および一体化測定キャビティの参照面間の干渉縞、を生成する、複数の反射を描いた図 試験光学素子の対向側面と一体化測定キャビティの参照面との間で形成される、種々の干渉縞を描いた図 試験光学素子の対向側面と一体化測定キャビティの参照面との間で形成される、種々の干渉縞を描いた図 一体化測定キャビティが２つの測定アームの残部から絶縁され、かつ３つの別々の支持体が、一体化測定キャビティと２つの測定アームの残部とに提供されている、類似の複合共通光路干渉計を示した図 一体化測定キャビティが２つの測定アームの残部から絶縁され、２つの参照アームの残部が構造的に相互に接続され、かつ２つの別々の支持体が、一体化測定キャビティと、相互に接続された２つの測定アームの残部とに提供されている、類似の複合共通光路干渉計を示した図 一体化測定キャビティの分解図 図６の一体化測定キャビティの組み立てた状態を示した断面図

図１に描かれている複合共通光路干渉計１０は、不透明試験部品２０の対向する第１側面１６および第２側面１８（図２も参照のこと）を測定するための、上方共通光路干渉計１２および下方共通光路干渉計１４を含んでいる。不透明試験部品２０は、共通光路干渉計１２および１４で伝播される周波数範囲を透過しない材料から形成された部品でもよいし、あるいはこの周波数の規則正しい透過を不可能にするほど拡散する部品でもよい。

上方干渉計１２および下方干渉計１４は、夫々第１照明器２２および第２照明器２４を含み、これらはコヒーレントな第１測定ビーム４６および第２測定ビーム４８を出力するための通常の光源２６および２８とビームシェイパ３０および３２とを含み得る。例えば、光源２６および２８は半導体ダイオードレーザでもよく、またビーム成形光学素子３０および３２は、測定ビーム４６および４８内の光の分布に影響を与える、ビームエキスパンダおよびビームコンディショナを含んでもよい。

第１測定ビーム４６および第２測定ビーム４８は、夫々上方干渉計１２および下方干渉計１４内で、第１シャッタ３４および第２シャッタ３６を通って第１ビームスプリッタ３８および第２ビームスプリッタ４０まで伝播し、このビームスプリッタで第１測定ビーム４６および第２測定ビーム４８は第１測定アーム４２および第２測定アーム４４へと導かれる（例えば、反射される）。一方の干渉計１２または１４からの光を他方の干渉計１４または１２からの光と混合させないよう、第１シャッタ３４および第２シャッタ３６の開閉を共通のプロセッサ／コントローラ１００によって調整して、第１測定ビーム４６および第２測定ビーム４８の一方または他方の伝播を交互に遮断することが好ましい。第１ビームスプリッタ３８および第２ビームスプリッタ４０は、振幅分割または偏光分割に基づく、ペリクルビームスプリッタ、ビームスプリッタキューブ、またはビームスプリッタプレートの形を取り得る。

測定アーム４２および４４は、ハウジング５１および５３内に二重機能光学素子５０および５２を含み、これらの光学素子は必要なときに試験部品２０の照明と結像との両方に寄与する。二重機能光学素子５０および５２の照明機能によれば、一般に、試験部品２０の対向側面１６および１８の形状に名目上一致するように、測定ビーム４６および４８の各波面のサイジングおよび成形を行うことができる。

図２の拡大図を参照すると、第１測定アーム４２および第２測定アーム４４は、第１測定ビーム４６および第２測定ビーム４８の一部を参照ビーム６２および６４として反射する第１参照面５８および第２参照面６０を夫々有した、第１参照光学素子５４および第２参照光学素子５６（例えば、フィゾーウェッジ（Fizeau wedge））をさらに含んでいる。測定ビーム４６および４８の残りの部分は第１参照光学素子５４および第２参照光学素子５６を通過して伝播し、また測定ビーム４６および４８のこの残りの部分のうち特定の横断面は、試験物体２０の対向側面１６および１８から試験物体ビーム６６および６８として反射し、さらに測定ビーム４６および４８のこの残りの部分のうち他の横断面は、試験物体２０を過ぎて伝播して参照面６０および５８から試験参照ビーム７０および７２として反射する。

図３Ａに示したように、試験物体ビーム６６は参照面５８で参照ビーム６２と結合して、試験物体表面１６と参照面５８との間の差を示す干渉縞９０を形成する。試験参照ビーム７０は参照面５８で参照ビーム６２と結合して、参照面６０と参照面５８との間の差を示す干渉縞９４を形成する。図３Ｂに示したように、試験物体ビーム６８は参照面６０で参照ビーム６４と結合して、試験物体表面１８と参照面６０との間の差を示す干渉縞９２を形成する。試験参照ビーム７２は参照面６０で参照ビーム６４と結合して、参照面５８と参照面６０との間の差を示す干渉縞９６を形成する。

反射された試験物体ビーム６６、試験参照ビーム７０、および参照ビーム６２は全て、測定アーム４２を通り共通光学経路に沿ってビームスプリッタ３８まで伝播し、ここでビーム６６、７０、および６２の少なくとも一部が上方干渉計１２の記録アーム７８内に導かれる（例えば、伝送される）。同様に、反射された試験物体ビーム６８、試験参照ビーム７２、および参照ビーム６４は全て、測定アーム４４を通り共通光学経路に沿ってビームスプリッタ４０まで伝播し、ここでビーム６８、７２、および６４の少なくとも一部が下方干渉計１４の記録アーム８０内に導かれる（例えば、伝送される）。

記録アーム７８内では、第１参照面５８で形成された干渉縞９０および９４がカメラ８６の検出面８２上に結像される。記録アーム８０内では、第２参照面６０で形成された干渉縞９２および９６がカメラ８８の検出面８４上に結像される。検出面８２および８４は、試験部品２０の対向側面１６および１８と参照面５８および６０間で露出している残りの部分とを包含する視野全体に亘ってビーム強度を測定するための、検出アレイを含んでいることが好ましい。二重機能光学素子５０および５２が、検出面８２および８４上への参照画像の形成に寄与することが好ましい。しかしながらカメラ８６および８８は、サイズ変更のために、あるいは検出面８２および８４上への参照画像の結像を完了させるために、結像光学素子７４および７６を含んでもよいし、あるいはこれに関連付けてもよい。

図１および２で特に留意されたいが、第１測定アーム４２および第２測定アーム４４内の第１参照光学素子５４および第２参照光学素子５６は、支柱１０２および１０４で構造的に相互に接続されている。図を簡単にするために２つの支柱１０２および１０４のみを参照図に示しているが、第１参照光学素子５４および第２参照光学素子５６の夫々の間に少なくとも３つの接触点を提供するように、円周方向に分かれている３以上の支柱を使用することが好ましい。例えば１０２および１０４など少なくとも２つの支柱間には隙間が設けられ、参照光学素子５４および５６間の測定空間内に試験物体２０などの試験物体を挿入したり、またここから取り出したりするためのアクセスが可能になる。２つの参照光学素子５４および５６の間には、Ｃ字状で立体の一部円筒状の接続など他の種類の構造的接続を提供してもよく、この場合には一部円筒状の接続の開口を通じてアクセスは保たれる。

図示の支柱１０２および１０４や、参照光学素子５４および５６間の代わりの接続部材は、様々な材料から作製することができる。しかしながら、支柱１０２および１０４またはこの代わりの接続部材は、熱的影響に比較的敏感でない材料から作製することが好ましい。低熱膨張率の、ＩＮＶＡＲ（登録商標）（Imphy Alloys株式会社、フランス）、ニッケル鋼合金などの材料が好ましい。

２つの参照面５８および６０が、光学参照キャビティ１０８を形成する。また、２つの参照光学素子５４および５６は、支柱１０２および１０４と共に、または代わりの接続部材と共に、一体化測定キャビティ１１０を形成し、この一体化測定キャビティ１１０が、光学参照キャビティ１０８の全体の完全性を保護しかつ保つ。支柱１０２および１０４、または代わりの接続部材は、２つの参照面５８および６０間の一定間隔と相対配向とを維持する。運動学的に見ると、一体化測定キャビティ１１０によって、２つの参照面５８および６０は確実に、まるで単体の一部分であるかのように同じ運動を受ける。すなわち、２つの参照面５８または６０の一方に影響を与える任意の運動は、２つの参照面６０または５８の他方に同様に影響を与える。ただし、支柱１０２および１０４または代わりの接続部材の低熱膨張率により、参照光学素子５４および５６の一方または両方の温度の変化に付随する、支柱１０２および１０４または代わりの接続部材の高さの変化は妨げられる。

試験部品２０は、好適には試験部品２０を一体化測定キャビティ１１０に結び付ける、柱１１２および１１４などのスペーサ支持体によって光学参照キャビティ１０８内に据え付けられる。図には参照光学素子５６の参照面６０上に置かれている柱１１２および１１４（図とは異なり、好適な数は少なくとも３つである）が示されているが、これに代わる接続を、参照光学素子５４または５６、または支柱１０２および１０４、あるいは参照光学素子５４および５６間の他の構造的接続部材の、いずれかに対して作ってもよい。例えば、支柱１０２および１０４から延在している、または一体化測定キャビティ１１０にそれ自体が構造的に接続されている中間構造から延在している、ワイヤで、試験部品２０を代わりに支持することも可能であろう。ワイヤまたは他の微細構造は、試験部品２０をできるだけ覆い隠さないようにできるため、参照面６０の真上に掛けてもよい。

試験部品２０を測定ビーム４６および４８の一部で照明する測定中、試験部品２０の対向側面１６および１８と参照光学素子５４および５６の参照面５８および６０との間の一定間隔および配向を維持するよう、試験部品２０を、まるで一体化測定キャビティ１１０の一部分であるかのように据え付けることが好ましい。すなわち、上方干渉計１２内で形成された干渉縞９０および９４と、下方干渉計１４内で形成された干渉縞９２および９６とが、一体化測定キャビティ１１０全体に影響を与える障害から受ける影響は、最小限に抑えられる。検出面８２および８４で捉えられた干渉画像９０、９２、９４、および９６からの個々の干渉計測は、測定ビーム４６および４８の波長を細かく分割し得る精度で、波面が伝播する方向における干渉ビーム（例えば、６６および６２、６８および６４、７０および６２、さらに７２および６４）間の光路長差の測定として行われる。干渉ビーム（例えば、６６および６２、６８および６４、７０および６２、さらに７２および６４）は、一体化測定キャビティ１１０外の、測定アーム４２および４４の残部内の共通の光路長を移動するため、一体化測定キャビティ１１０外の障害、または一体化測定キャビティ１１０と測定アーム４２および４４の残部との間の障害が、測定確度に与える影響は小さい。照明された視野の範囲内で取られる検出面８２および８４上の測定数は、一般に、例えば検出器アレイ内の検出器の数に基づいて限定される。この測定間の間隔（例えば、検出器間の間隔）は、結像点の期待される点広がり関数に関連して設定されることが好ましく、一般に測定自体で達成される精度よりもかなり大きい。干渉計の設計において取られる通常の予防措置のため、温度変化、圧力変化、空気の動き、および機械的振動などの、干渉計に影響を与えるほとんどの障害は、干渉画像９０、９２、９４、および９６全体を、干渉計測を無効にする量まで変位させることができるほどの大きさのものではない。すなわち、測定アーム４２および４４と記録アーム７８および８０との残部を通る、干渉画像９０、９２、９４、および９６の伝播は、こういった障害に対して著しく感受性が低い。第１の事例では一体化測定キャビティ１１０によって、こういった障害から干渉画像９０、９２、９４、および９６の形成が保護されたが、測定アーム４２および４４間の一体化測定キャビティ１１０によって、干渉計１２および１４はより頑丈になり、また干渉計測に影響を与える可能性のあった障害に対する干渉計１２および１４の感受性がより低くなる。

一体化測定キャビティ１１０は、既に説明したように、効果的な一体型構造として形成されているだけではなく、図１の参照光学素子５４などの少なくとも１つの参照光学素子が、４２などのその測定アームの残部から構造的に切り離されているか、あるいは絶縁されて形成されている。例えば、測定アーム４２のハウジング５１は、参照光学素子が一体化測定キャビティ１１０の一部として据え付けられていることとは無関係に、参照光学素子５４と直接物理的に接続されていない。その代わりに測定アーム４２のハウジング５１は、フランジ１２０とカラー１２２とを介して、干渉計１２を環境的な障害から絶縁するよう、（例えば、御影石の厚板または鋼板のような）相当な質量を好適には有している土台１２４に据え付けられる。しかしながら一体化測定キャビティ１１０は、カラー１２６を通じて測定アーム４４のハウジング５３に構造的に接続されており、さらに測定アーム４４のハウジング５３はフランジ１２８を通じて土台１２４に構造的に接続されている。１つの参照光学素子５４をその測定アーム４２の残部から分かれさせることで、２つの参照光学素子５４および５６は、その異なる測定アーム４２および４４に関連して異なった動き、移動、または他の障害を受けることはない。一体化測定キャビティ１１０を１つの測定アーム４２から絶縁すると、２つの参照面５８および６０を一定の間隔および相対配向で維持するための、一体化測定キャビティ１１０に対する構造的要求が減少する。

参照光学素子５４の、測定アーム４２の残部からの切離しは、いくつかの従来の接続を除去するか、あるいは第１事例においてこのような接続を作らないようにすることにより達成することができる。参照光学素子５４をその測定アーム４２の残部から切り離す概念は、参照光学素子が物理的にその測定アームの残部に連結されている従来の共通光路干渉計に対する変更形態を強調するのに特に有用である。一体化測定キャビティ１１０は測定アーム４２に、別々の据付部材を経由している場合を除いて構造的に接続されていないことが好ましいが、測定キャビティ１１０および測定アーム４２間で有害な障害を伝えることなく、測定キャビティ１１０を測定アーム４２と位置合わせする、あるいは測定キャビティ１１０と測定アーム４２との間の空間を光学的または環境的に絶縁するといった目的のために、振動絶縁装置、絶縁体、またはバッフルを使用してもよい。

図４に描かれている複合共通光路干渉計１３０は、複合共通光路干渉計１３０の機械的支持の手法の違いを強調するために、図１の複合共通光路干渉計１０と光学的に一致したものとするよう意図されている。従って、複合共通光路干渉計１０の光学部品に適用されている同じ参照番号を、複合共通光路干渉計１３０の光学部品に適用する。さらに、複合共通光路干渉計１３０は複合共通光路干渉計１０の一体化測定キャビティ１１０を組み込んでいる。一体化測定キャビティ１１０と２つの測定アーム４２および４４の残部とが、共通の土台１３２に据え付けられているという違いがある。

一体化測定キャビティ１１０は共通の土台１３２の上に直接据え付けられている。共通の土台１３２は土台１２４と同様に、複合共通光路干渉計１３０をその周辺環境内での振動や他の障害から絶縁するように、相当な質量を有したものであることが好ましい。測定アーム４２のハウジング５１から突出しているフランジ１３４と、フランジ１３４を共通の土台１３２に構造的に接続するカラー１３６とが纏って、測定アーム４２の残部を一体化測定キャビティ１１０とは無関係に共通の土台１３２に接続させる。測定アーム４４のハウジング５３から突出しているフランジ１３８が、測定アーム４４の残部を一体化測定キャビティ１１０とは無関係に共通の土台１３２に構造的に接続させる。すなわち、一体化測定キャビティ１１０の参照光学素子５４および５６は、その２つの測定アーム４２および４４の残部から機械的に切り離され、かつ一体化測定キャビティ１１０と２つの測定アーム４２および４４の残部との夫々は、共通の土台１３２によって別々に支持されている。

図１および４の複合共通光路干渉計１０および１３０に光学的に一致している別の複合共通光路干渉計１５０が、図５に描かれている。ここでも共通の光学部品は、複合共通光路干渉計１０および１３０の光学部品の参照番号と同じものを共有する。複合共通光路干渉計１５０も同様に、複合共通光路干渉計１０および１３０の一体化測定キャビティ１１０を組み込んでいる。

複合共通光路干渉計１３０と同様に、一体化測定キャビティ１１０は共通の土台１５２の上に直接据え付けられ、共通の土台１５２自体は前述の実施形態の土台１２４および１３２に類似したものである。フランジ１５４が測定アーム４２のハウジング５１から突出し、かつフランジ１５６が測定アーム４４のハウジング５３から突出している。共通のカラー１５８が２つのフランジ１５４および１５６間に延在し、測定アーム４２および４４のハウジング５１および５３を構造的に相互に接続している。共通のカラー１５８の長さの途中に形成された肩部１６０によって、２つのハウジング５１および５３は共通の土台１５２に構造的に接続されている。参照光学素子５４および５６とは無関係に、測定アーム４２および４４の残部は互いに機械的に相互に接続されて、共通の土台１５２に一緒に接続されている。２つの測定アーム４２および４４の残部は互いに構造的に接続されているが、一体化測定キャビティ１１０の参照光学素子５４および５６は、測定アーム４２および４４の両方の残部から機械的に切り離されたままである。この配置のため、測定アーム４２または４４のいずれかに影響を与える何らかの障害は測定アーム４２および４４間で伝わり得るが、一体化測定キャビティ１１０はこういった障害から絶縁される。測定アーム４２および４４の残部間、特にハウジング５１および５３間を直接接続すると、２つの干渉計１２および１４の間で、照明および結像光学素子を、特に二重機能光学素子５０および５２を位置合わせするのに役立つ。

図６および７は一例の一体化測定キャビティ１７０をより詳細に描いたものであり、このキャビティは前述の例の一体化測定キャビティ１１０の代用とすることができる。一体化測定キャビティ１７０の主な構成要素が、図６の分解図に分かれて示されている。この主な構成要素には、上方フィゾーアセンブリ１７２、フィゾースペーサ装置１７４、予荷重位置決め装置１７６、および下方フィゾーアセンブリ１７８が含まれる。

上方フィゾーアセンブリ１７２は環状ハウジング１８０を含み、また環状ハウジング１８０は好適にはアルミニウムから作製され、光を伝送するための開口１８２と、参照光学素子として機能する参照面１８８を含んだフィゾーウェッジ１８６を受け入れる、凹部１８４とを有している。好適には鋼鉄または別の強磁性材料から作製された磁気透過性リング１９０が、フィゾーウェッジ１８６を包囲している環状ハウジング１８０の底部に取り付けられている。一対の位置決めピン１９２が、アセンブリ１７２の底部表面から突出している。

フィゾースペーサ装置１７４は、Ｃ字状カラー１９６と３つのスペーサピン１９８、２００、および２０２とを備えている。３つのスペーサピン１９８、２００、および２０２は、Ｉｎｖａｒなどの熱的に安定した材料から作製することが好ましい。さらに、３つのスペーサピン１９８、２００、および２０２の夫々は、鋼球を含む、端部キャップまたは他の付属品として形成され得る丸みを帯びた端部を有し、隣接する構造体（例えば、フィゾーウェッジ１８６の参照面１８８）との点接触を実現する。

予荷重位置決め装置１７６は、取付ベース２０６と調節可能なＣ字状カラー２０８とを含んでいる。取付ベース２０６は、ボルト締めされるように配置されているか、あるいはそうでなければ下方フィゾーアセンブリ１７８に締結されている。調節可能なＣ字状カラー２０８は、取付ベース２０６上で種々の高さに調節することができ、また調節可能なＣ字状カラー２０８の上方表面２１４から露出している一対の磁石２１０および２１２を支持している。３つのスペーサピン１９８、２００、および２０２が予荷重位置決め装置１７６を通って延在できるよう、隙間が設けられている。上方フィゾーアセンブリを下方フィゾーアセンブリ１７８に対しておおよそ位置決めするために、アセンブリ１７２の底部表面から突出している位置決めピン１９２を受けるための凹部２１６が設けられている。

下方フィゾーアセンブリ１７８は環状ハウジング２２０を含み、また環状ハウジング２２０は好適にはアルミニウムから作製され、光を伝送するための開口２２２と、参照光学素子として機能する参照面２２８を含んだフィゾーウェッジ２２６を受け入れる、凹部２２４とを有している。

特に図７を参照すると、一体化測定キャビティ１７０は、（ａ）予荷重位置決め装置１７６の取付ベース２０６を下方フィゾーアセンブリ１７８の環状ハウジング２２０にボルト締めする、（ｂ）スペーサ装置１７４のスペーサピン１９８、２００、および２０２の一端を、フィゾーウェッジ２２６の参照面２２８上に直接据え付ける、および（ｃ）上方フィゾーアセンブリ１７２内のフィゾーウェッジ１８６の参照面１８８を、スペーサピン１９８、２００、および２０２の他端上に直接据え付ける、ことによって組み立てられる。上方フィゾーアセンブリ１７２の底部表面から突出している位置決めピン１９２が、この組立てを誘導する。調節可能なＣ字状カラー２０８は、磁石２１０および２１２を上方フィゾーアセンブリ１７２の磁気透過性リング１９０近傍に位置付けるよう鉛直に調節可能であり、予荷重力を提供して、アセンブリを２つの参照面１８８および２２８と共に、３つのスペーサピン１９８、２００、および２０２の対向端部に係合させかつクローン摩擦によって所定位置に保持された状態で保持する。一旦このように組み立てられると、一体化測定キャビティ１７０は、参照面１８８および２２８間で所望の空間と配向を維持した単体として機能する。フィゾースペーサ装置１７４のＣ字状カラー１９６は、予荷重位置決め装置１７６の調節可能なＣ字状カラー２０８内に共通の配向でちょうど収まり、試験部品２０などの試験部品を一体化測定キャビティ１７０内に据え付ける際に通すことが可能な隙間空間を提供する。

所望の予荷重を提供するものとして磁石２１０および２１２が図示されているが、予荷重はバネまたは重力を含む、他の手段で提供することもできるであろう。フィゾーウェッジ１８６および２２６間または上方フィゾーアセンブリ１７２および下方フィゾーアセンブリ１７８間に固体接続を形成することによって、より恒久的な間隔および配向を参照面１８８および２２８間に提供してもよい。

上方共通光路干渉計１２および下方共通光路干渉計１４の据付け方の違いをより明確に識別するために、図１、４、および５の上記実施形態は同一の光学系を用いて描かれている。しかしながら、上方共通光路干渉計１２および下方共通光路干渉計１４は、一体化測定キャビティ内で生成される試験ビームおよび参照ビームが共通経路に沿って検出器まで移動することを条件に、様々な形を取ることができる。実際には、一体化測定キャビティの照明経路および結像経路は、試験ビームおよび参照ビームが検出器まで同じ結像経路を取ることを条件に別々であってもよい。結合される干渉計の配向を変化させてもよく、例えば、２つの干渉計の測定アームを、共通の水平方向に配向してもよい。参照することにより本書に組み込まれる、Kulawiec他による米国特許第７，２６８，８８７号明細書が、本発明に従って配置し得る複合共通光路干渉計の例を開示している。

一体化測定キャビティは、衝撃、振動、および温度または圧力変動などの、有害な障害を伝えないように、２つの測定アームのうちの少なくとも１つと構造的に接続されていないことが好ましい。しかしながら、複合干渉計の性能を低下させる可能性もあり得る有害な障害を防ぐのにさらに役立つ、種々の形の絶縁装置を使用して、他の一致した目的のために一体化測定キャビティを測定アームに接続してもよい。

１０、１３０、１５０ 複合共通光路干渉計
１２ 上方共通光路干渉計
１４ 下方共通光路干渉計
１６ 第１側面
１８ 第２側面
２０ 試験部品
４２ 第１測定アーム
４４ 第２測定アーム
４６ 第１測定ビーム
４８ 第２測定ビーム
５１、５３ ハウジング
５４ 第１参照光学素子
５６ 第２参照光学素子
５８ 第１参照面
６０ 第２参照面
６２、６４ 参照ビーム
６６、６８ 試験物体ビーム
７０、７２ 試験参照ビーム
８２、８４ 検出面
１０２、１０４ 支柱
１１０、１７０ 一体化測定キャビティ
１２０、１２８、１３４、１３８、１５４、１５６ フランジ
１２２、１２６、１３６、１５８ カラー
１２４、１３２、１５２ 土台
１６０ 肩部
１７４ フィゾースペーサ装置
１７６ 予荷重位置決め装置
１９８、２００、２０２ スペーサピン

Claims (10)

1. 複合共通光路干渉計であって、
   第１測定アームを備えている第１干渉計、
   第２測定アームを備えている第２干渉計、
   前記第１測定アームと前記第２測定アームとを支持するための土台、
   夫々が参照光学素子を含んでいる前記各第１測定アームおよび前記第２測定アームであって、試験物体からの試験ビームと前記各参照光学素子からの参照ビームとの両方を送るための光学経路を夫々含んでいる、前記第１測定アームおよび前記第２測定アーム、
   前記第１測定アームの前記参照光学素子であって、前記第１測定アームの前記参照光学素子と前記第１測定アームの残部との間での障害の伝達を制限するように、前記第１測定アームの前記残部から絶縁されている、前記第１測定アームの前記参照光学素子、
   前記第１測定アームの前記参照光学素子と前記第２測定アームの前記参照光学素子との間の連結部材であって、前記参照光学素子と合わさって、該参照光学素子の参照面を固定間隔および固定配向で維持する一体化測定キャビティを形成する、連結部材、および、
   前記第１測定アームの前記残部とは無関係に前記土台に接続されている、前記一体化測定キャビティ、
   を備えていることを特徴とする複合共通光路干渉計。
2. 前記第２測定アームの前記参照光学素子が、前記第２測定アームの残部から、前記第２測定アームの前記参照光学素子と前記第２測定アームの前記残部との間での障害の伝達を制限するように絶縁されており、さらに、前記一体化測定キャビティが、前記第１測定アームの前記残部および前記第２測定アームの前記残部とは無関係に、前記土台に接続されていることを特徴とする請求項１記載の複合共通光路干渉計。
3. 前記第１測定アームの前記残部とは無関係に、前記２つの参照光学素子と前記試験物体とが単体として障害を受容するように前記試験物体を据え付けるための支持体を、前記一体化測定キャビティが該一体化測定キャビティ内に含んでいることを特徴とする請求項１記載の複合共通光路干渉計。
4. 前記第１測定アームの前記参照光学素子と前記第２測定アームの前記参照光学素子との間の前記連結部材が、前記第１測定アームの前記参照光学素子と前記第２測定アームの前記参照光学素子との間の熱的に安定したスペーサを含むことを特徴とする請求項１記載の複合共通光路干渉計。
5. 前記第１測定アームの前記参照光学素子が、前記第１測定アームの前記残部に接続されていないことを特徴とする請求項１記載の複合共通光路干渉計。
6. 前記第２測定アームの前記参照光学素子が前記第２測定アームの前記残部に接続されていないものであり、かつ前記一体化測定キャビティが、前記第１測定アームの前記残部および前記第２測定アームの前記残部とは無関係に、前記土台に接続されていることを特徴とする請求項５記載の複合共通光路干渉計。
7. 試験物体を測定するための第１測定アームと第２測定アームとを備えている複合共通光路干渉計用の、支持系であって、
   前記第１測定アームの参照光学素子と前記第２測定アームの参照光学素子との間の連結部材であって、前記参照光学素子と合わさって、前記参照光学素子の参照面を固定間隔および固定配向で維持する一体化測定キャビティを形成する、連結部材、
   前記第１測定アームの前記参照光学素子であって、前記第１測定アームの前記参照光学素子と前記第１測定アームの残部との間での障害の伝達を制限するように、前記第１測定アームの前記残部から絶縁されている、前記第１測定アームの前記参照光学素子、
   前記第１測定アームの前記残部とは無関係に前記一体化測定キャビティを支持するための、第１支持体、および、
   前記第１測定アームの前記残部を支持するための、第２支持体、
   を備えていることを特徴とする支持系。
8. 前記第２測定アームの前記参照光学素子が前記第２測定アームの残部に接続され、かつ前記第１支持体が前記一体化測定キャビティを、前記第２測定アームの前記残部を介して支持していることを特徴とする請求項７記載の支持系。
9. 前記第２測定アームの前記参照光学素子が、前記第２測定アームの残部から、前記第２測定アームの前記参照光学素子と前記第２測定アームの前記残部との間での障害の伝達を制限するように絶縁されており、さらに、前記第１支持体が、前記第１測定アームの前記残部および前記第２測定アームの前記残部とは無関係に、前記一体化測定キャビティを支持していることを特徴とする請求項７記載の支持系。
10. 前記第１測定アームの前記残部および前記第２測定アームの前記残部が相互に接続されており、かつ前記第２支持体が、前記第１測定アームの前記残部と前記第２測定アームの前記残部とを支持していることを特徴とする請求項７記載の支持系。

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