JPS60147682A

JPS60147682A - 微細運動作動装置

Info

Publication number: JPS60147682A
Application number: JP59233034A
Authority: JP
Inventors: ジエイムス　エー・スービツトスキイ
Original assignee: Zygo Corp
Current assignee: Zygo Corp
Priority date: 1983-12-29
Filing date: 1984-11-05
Publication date: 1985-08-03
Also published as: US4577131A; JPH0452069B2; EP0147534A1; EP0147534B1; DE3473343D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、正確な直線運動を提供する装置に関する。

さらに詳しくは、この発明は、表面のゆがみ又は伝達さ
れる波面のゆがみを、迅速に正確に測定するために、平
面又は球面干渉計に接続されて用いられる装置に関する
。

〔従来技術〕

光学的な要素やシステムを測定するために干渉計を用い
ることは、レーザや７オトセンサーそしてマイクロコン
ピュータの技術的な進歩によって非常に盛んＫなってき
ている。同時に、比較的低価格の装置が自動データ分析
や干渉模様の定量的評価に広く利用されてきている。例
えば、シー。

ザノニ（Ｃ−Ｚａｎｏｎｉ　）著の［インターフェロメ
トリ（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ　）　Ｊ　＋ザ　
オプティカルインダストリー　アンド　システムズ　パ
ーテエイシング　ディレクトリ−（Ｔｈｅ　０ｐｔｉｃ
ａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｐｕ
ｒｃｈａｓｉｎｇ　Ｄｉｒｅｃｔｏｒｙ　）　を第２巻
ｔ（Ｅ−８０）〜（Ｅ−８２）頁（１９８３年）に見ら
れる。

位相測定干渉法（ＰＭＩ）は、干渉模様の位相調整中に
゛検出器の各分析部を通じて、干渉計の二つの波面間の
光路差を提供する。たとえば、ジエイ、エイテ、ブルー
ニング（Ｊ　、　Ｈ、Ｂｒｕｎｉｎｇ　）他著の［デジ
タル　ウニイブフロント　メジャリングインターフエロ
ーメータ　フォア　テスティング　オプティカル　サ−
７エシス　アンド　レンジズ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｗａｖ
ｅｆｒｏｎｔ　Ｍｅａｓｕｒｉｒｘ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒ
ｏｍｅｔｅｒｆＯｒ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　０ｐｔｉｃａｌ
　５ｕｆａｃｅｓ　ａｎｄ　Ｌｅｎｓｅｓ　）　Ｊ〔ア
プライド　オプテイクス（Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃ
ｓ　）、第１３巻、２６９３〜２７０３頁（１９７４年
）〕やギャラファ（Ｇａｌｌａｇｈｅｒ　）　他の米国
特許第３．６９４，０８８号（１９７２年９月２６日発
行）、エヌ、パラスブラマニアン（Ｎ、　Ｂａｌａｓｕ
ｂｒａｍａｎｉａｎ　）の米国特許第４．２２５．２４
０号（１９８０年９月３０日発行）、エム、シャーハム
（Ｍ　、　Ｓｃｈａｈａｍ　）著「プロシーディンゲス
　エスピーアイイー　（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　Ｓ　
Ｐ　Ｉ　Ｅ　）　Ｊ　（３０６巻、１８３〜１９１頁（
１９８１年）〕、そしてエイチ、ゼッ）　−７−ＣＨ−
Ｚ　、Ｈｕ　）著「ボ２リゼーションヘテロダイン　イ
ンター７エロメトリ　ュージング　ア　シンプル　ロー
テイテング　アナライザ（Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉｏｎ　
ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ
ｕｓｉｎｇ　ａ　ｓｉｍｐｌｅ　ｒｏｔａｔｉｎｇ　ａ
ｎａｌｙｚｅｒ　）　。

１：セオリ　アンド　エラー　アナリシス　（Ｔｈｅｏ
ｒｙ　ａｎｄ　ｅｒｒｏｒ　ａｎａｌ）’ｓｉｎ　）　
（アプライド　オプテイクス（Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔ
ｉｃｓ　）、２２巻、２０５２〜２．０５６頁（１９１
３年）〕などに見られる。

位相測定干渉法は、高いデータ密度を提供することがで
き、しかもビームの強度分布に対してのみならず、光学
素子や検出器の当初の配置に関する幾何学的なゆがみに
対しても、影響を受けにくい。これによって、位相測定
干渉法は、縞模様干渉法よシ潜在的に正確であるという
仁とになる。

これは、また、最大の縞の濃度が、検出器の解像素子（
画素）の２分の１の縞を超えない限り、いかに幾何学な
、複雑な縞であっても、その波面の測定を可能にする。

従来技術の位相測定技術においで、干渉計の二つの波面
間の光路差や位相状、次の手段の一つを用いて、ある既
知の量だけ変えられたシ又紘調整される。すなわち（１
）圧電変換装置を用いた干渉計の光学的な構成要素を機
械的に動かすこと、（２）干渉計内の位相遅延板を回転
させること、（３）干渉計に音響−光学的（’　ａｃｏ
ｕｓｔｒｏ　−ｏｐｔｉｃ　）、電子−光学的（ｅｌｅ
ｃｔｒｏ　−０ｐｔｔｅ　）　又はそれに類する手段の
使用、そして（４）投射角の変化などであシ、これらは
、たとえばムーア（Ｍｏｏｒｅ　）の米国特許第４、３
２５．６３７号（１９８２年４月２０日発行）に見られ
る。最も多くの従来技術の位相調整は、大きな開口又は
高速の球面測定に際して、干渉計　−の測定工程に屈折
光学素子を使用することを必要とする。屈折光学素子は
、重大な誤差の発生源になるばかシでなく、非常に高価
である。同様に、大きな開口や高速の球面測定に対して
位相遅延要素を使用することは、同じ問題を生ずること
になる０従来技術の機械方式による位相調整器は、直径が例えば
２〜１０ｔＭ１の小開口で平面の光学要素にのみ使用さ
れてきた。というのは、それらが、荷重運搬能力から制
限をうけるためであシ、不正確な動作によシ高速球面測
定において測定誤差が生じるためである。機械方式の位
相調整器は、非常に正確で傾くことのない平行運動を行
い、且つ干渉計の輻射エネルギーの２分の１波長の距離
にわたって直進するように、光学的要素を移動させる能
力を必要とする。機械方式の実用的な位相調整器は、参
照表面の変動に耐えられると共に、多くの用途に使用さ
れるように垂直方向についてのいかなる方向付けに対し
ても対処できなければならない。さらに、平面状でない
表面をもつ光学的要素を、位相調整を行うために移動し
なければならない時には、そのデータ分析において手の
込んだ修正が必要となる。例えば、アール、シー、ムー
ア著の［ディレクト　メジャメント　オブ　ンエイズ　
イン　ア　スフエリカルウニイブ　フィゾー　インタフ
ェロメータ（Ｄｉｒｅｃｔ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　
ｏｆｐｈａｓｅ　ｉｎ　ａ　ｓｐｈｅｒｉｃａｌｗａｖ
ｅ　Ｆｉｚｅａｕ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）」
、アプライド　オプテイクス（ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉ
ｃｓ　）　＊第１９巻、２１９６〜２２００頁（１９８
０年）に見られる。入射角の変化り低精度の平面測定に
は有用である。特に、すべての従来技術の調整技術は高
価であシ、大きな開口や高速の球面状波面の測定が要求
される場合には重大な測定誤差を引起こす。

この出願の譲受人に譲渡された同時系属米国出願第５１
５３９３号［インターフェロメトリックウニイブフロン
ト　メジャーメント　（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉ
ｃ　Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　）
　Ｊにおいて１改良された位相調整の装置と方法が開示
されている。しかしながら、それ杜、十分な出力とコヒ
ーレンス長さを備えたレーザが適用できる波長において
のみ使用可能であシ、等光路干渉計においては使用不可
能である。

従来技術の調整技術が用途によっては有用であるとはい
え、従来技術の調整技術に固有の制限を受けないような
調整技術によって、位相測定干渉法を実施することが望
まれている。

〔発明の目的〕

前述に鑑みて、この発明の主目的は、大開口の高速球面
測定における固有の誤差を大幅に減少させる位相測定干
渉法用の改良された調整器を提供することである。

この発明の他の一つの目的は、十分な荷重運搬容量をも
つ位相調整器を提供することである。

この発明の他の一つの目的は、垂直方向についてどのよ
うに方向付けされても使用可能な位相調整器を提供する
ことである。

この発明の他の一つの目的は、どのような波長の輻射エ
ネルギーにも容易に適応する位相調整器を提供すること
である。

この発明の他の一つの目的は、干渉計の空洞中に屈折光
学素子を必要としない位相調整器を提供することである
。

この発明の他の一つの目的は、等光路又は不等光路干渉
計のいずれにも使用可能な位相調整器を提供することで
ある。

〔発明の構成〕

この発明によって、私は、実質的に傾きのない直線方式
の、電気的に駆動される平行運動伝達用の微細運動作動
装置を提供するが、それは、電気信号の変化に対応して
伸縮運動を行う変換装置（例えば圧電変換装置）（ａ）
、前記変換装置が内部に装備された円筒形歪みチューブ
（ｂ）、前記変換装置の運動が、前記歪みチューブの軸
に対してはｙ完全な平行方向に前記歪みチューブに作用
するように、前記変換装置を前記歪みチューブに接続す
る手段（ｃ）、作動される要素を前記歪みチューブに装
着する手段（ｄ）、から構成されている。手段（ｃ）は
、雌雄二対の硬化処理された円錐体を備え、その各対の
一方は前記変換装置に取付けられ、その各対の他方拡前
記円筒形歪みチューブに取付けられて、前記歪みチュー
ブに取付けられた２つの円錐体の先端が、前記円筒形歪
みチューブの軸上に位置するよう構成されることが最も
好ましい。その円錐体拡、摩擦による締付けによってそ
の歪みチューブに取付けられることが最も好ましい。

また、仁の発ＢＡ鉱、干渉計の要素が前述の少くとも一
個の円筒形歪みチューブの上に塔載されて、干渉計空洞
の長さが変換装置制御用の電気信号によって高精度の方
式で可変される位相測定干渉計を構成する。

〔実施態様〕

泳１図は、この発明の実施態様の断面を概略的に示して
いる。歪みチューブ（２０）は、第１図に示すような断
面形状をもった円筒である。歪みチューブ（イ））の、
破線で囲またれ中央部分（社）は、壁厚さｔ。

長さしを有し、これらは、歪みチューブ（４）の材料の
弾性係数に基づいて計算されて、必要な平行運動量△Ｘ
を提供する。

アルミ合金は、低い弾性係数と高い強度を有するので、
歪みチューブ＠）用に適した材料である。

所望の調整波形に従って時間的に変化する電気信号０印
は、高電圧増幅標印）に入力される。増幅器Ｏｃ）の出
力□□□と（財）は、圧電変換装置に入力される。これ
社積重ねた圧電ディクスか圧電チューブ又状複数分節の
圧電チューブであってもよい。硬化処理された円錐体の
先端（２）と圓Ｌ１圧電変換装を叫の端部に結合される
。硬化処理された円錐体の先端叫とＱ４）は、各々、硬
化処理された接触点（２）と（２）に挿入される。硬化
処理された接触点（２）と叫は、各々、要素（１６）と
叩の外径に関して、正確にその中心に設置される。歪み
チューブ（４）の内径ａηとα翅は、正確に同軸に作ら
れている。要素（１６）と叫は、二対のテーパー・リン
グ（支）と（財）と共に歪みチューブ（４）に固着され
るが、それらは典型的に両側においてネジ（イ）とり２
ンプ板（イ）と（２８）とによって軸方向に押しつけら
れる。そのようにして生じたしめ付は摩擦による結合は
、円錐状先端を正確に芯出しすることを可能にするばか
りでなく、ネジ結合では必要な水準まで達することので
きない、均一で円周状の荷重を印加する。組立時におい
ては、完全に組立てが終るまでは、予備荷重が圧電変換
装置（１０）に加えられる。

要素（２）、　（１４）　、　Ｑ６）そしてＯａｔは、
降伏強さが大きく、硬化処理中の寸法が安定しているた
め、Ａ２２分金工具鋼で製作される。

電圧が圧電変換装置−に印加されると、それは膨張して
歪みチューブ＠）に純粋に軸方向の力を加え、歪みチュ
ーブを長さΔＸだけ引伸ばす。歪みチューブ（ホ）は一
種の円筒状のバネとして作用し、圧電変換装置ＧＯ）に
よって引伸ばされることが可能であると共に、垂直方向
についていかなる方向のどのような荷重をも支持するこ
とができる。

要素（１６）とＱ８）は、歪みチューブ（４）の内径内
に精度よく嵌入され、接点（１３）と（至）は、歪みチ
ューブ（４）の内径に関して正確に中心に位置している
。これ社、圧電変換装置−の作用によって加わる力が歪
みチューブ（イ）の中心線に沿って作用することを保証
する。その接点は、圧電変換装置α０）の端部の不平行
な運動が歪みチューブ（イ）にモーメントの形で伝達さ
れることを防止する。この二つの円錐体の先端は、微細
運動作動装置の組立てを容易にする。

第２図は、この発明の外形を概略的に示している。典型
的に両端に設けられたタップ孔（４０）は、第３図に示
すように、微細運動作動装置を、その片端と平行移動の
必要な光学要素用の支持要素とによって、静止支持台に
取付けるために使用される。

この発明の微細運動作動装置によってなされる位相調整
は、干渉計の輻射エネルギーの２分の１波長、たとえば
０．３１マイクロメータの直線的ガ軸方向の運動と、−
波長の５０分の１、たとえば０．０１マイクロメータよ
シも少ない横断面方向の運動とを提供することを保証す
る。

第３図は、この発明を使用した４インチ開口位相調整器
を概略的に示している。第３（ａ）図は測面図であり、
第３（ｂ）図は平面図である。

第３（ａ）図において、静止支持台ω）は、干渉計（図
示しない）が組立てられて使用される固定表面−の上に
設置される。支持台恍が干渉計そのものの上に塔載され
る場合には、固定表面（へ）はとくに必要とされない。

干渉計要素（至）は、構造物（支）の上に係止部罷によ
って装着される。（支）、（財）そして（５６）の組立
て体位、静止支持台（２））に、歪みチューブ（４）に
内蔵された一対の微細運動作動装置−，とａｌｌとによ
って取付けられる。所望の調整波形に従って時間的に変
化する電気信号（至）は、高電圧増幅器（至）に入力さ
れる。増幅器（イ）の出力■と（至）は、各々の微細運
動ｍ動装置［株］と６υへ供給される。

この発明の好ましい実施態様が開示されｆｃが、特許請
求の範囲に示された発明の展望からはずれることなく、
変更が可能であることは明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施態様を概略的に示す断面図、第
２図はこの発明の概略的な外形図、第３図はこの発明を
用いた４インチ開口の位相調整器の概略図、第３（ａ）
図は側面図、第３（ｂ）図は平面図である。叫・・・・・・・−・圧電変換装置、■、圓・・・・・
・・・・円錐体の先端、叫、（２）・・・・・・・・・
接触点、（１６）　、　（１８）・・・・・・・・・要
素、（イ）・・・・・・・・・歪みチューブ、（２Ｄ・
・・・・・・・・シ央部分、（支）。（財）・・・・・・・・・テーパー・リング、（１）　
、　（２８）・・・・・・・・・クランプ板、（支）・
・・・・・・−・ネジ、（支）、（至）・・・・・・・
・・出力、（至）・・・・・・・・・増幅器、（至）・
・・・・・・・・電気信号。

Claims

【特許請求の範囲】ｌ　電気信号の変化に対応して伸縮運動を行う変換装置
　（ａ）、前記変換装置が内部に装備された円筒形歪み
チューブ（ｂ）、前記変換装置の運動が、前記歪みチュ
ーブの軸に対してはｙ完全な平行方向に前記歪みチュー
ブに作用するように、前記変換装置を前記歪みチューブ
に接続する手段（ｅ）、作動される要素を前記歪みチュ
ーブに装着する手段（ｄ）、から構成され、実質的に傾
きのない直線方式の、電気的に駆動される平行運動伝達
用の装置。２　手段（ｃ）が雌雄二対の硬化処理された円錐体を備
え、その各対の一方株前記変換装置に取付けられ、その
各対の他方紘前記円筒形歪みチューブに取付けられて、
前記歪みチューブに取付けられた２つの円錐体の先端が
、前記円筒形歪みチューブの軸上に位置するように構成
された竹、許請求の範囲第１項記載の装置。３　手段（ｃ）が雌雄２対の硬化処理された円錐体を備
え、゛その各対の一方が前記変換装置に且つその各対の
他方が前記円筒形歪みチューブに、摩擦力を用いて締付
ける手段によって取付けられて、前記円筒形歪みチュー
ブに取付けられた２つの円錐体の先端が前記円筒形歪み
チューブの軸上に位置するように構成された特許請求の
範囲第１項記載の装置。ダ　電気信号の変化に対応して伸縮運動を行う変換装置
（ａ）、前記変換装置が内部に装備された円筒形歪みチ
ューブ（ｂ）、前記変換装置の運動が、前記歪みチュー
ブの軸に対してはｙ完全な平行方向に前記歪みチューブ
に作用するように、前記変換装置を前記歪みチューブに
接続する手段（Ｃ）、作動される要素を前記歪みチュー
ブに装着する手段（ｄ）、から構成され、実質的に傾き
のない直線方式の、電気的に駆動される平行運動伝達用
の装置の少くとも一つに、干渉計空洞の一要呆が取付け
られた位相測定干渉計。