(57)【要約】  リターダ（１０）が、２つのプレート（１２，１４）間の接着剤（２６）に埋め込まれた複屈折フィルム（２８）を含む。接着剤（２６）は複屈折フィルム（２８）と屈折率が一致している。
2005509183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リターダであって、
基板と、
前記基板からギャップにより分離されたカバープレートと、
前記ギャップを充填する接着充填材と、
前記接着充填材に埋め込まれた複屈折フィルムであって、前記接着充填材と屈折率が一致する複屈折フィルムとを含むリターダ。
【請求項２】
さらに、前記カバープレートおよび前記基板の少なくとも一方の面上に抗反射コーティングを含む請求項１に記載のリターダ。
【請求項３】
前記コーティングがフッ化トリウムを含む請求項２に記載のリターダ。
【請求項４】
前記カバープレートおよび前記基板の少なくとも一方が溶融シリカを含む請求項１に記載のリターダ。
【請求項５】
前記複屈折フィルムがポリマーフィルムを含む請求項１に記載のリターダ。
【請求項６】
前記基板および前記カバープレートが、各々、前記ギャップに面した内面を有し、前記内面が互いに対して平行に向けられている請求項１に記載のリターダ。
【請求項７】
前記基板および前記カバープレートが、各々、前記ギャップに面した内面を有し、前記内面が互いに対して、前記カバープレートから放出されるビームを選択された方向に向けるように向けられている請求項１に記載のリターダ。
【請求項８】
前記カバープレートと前記基板が、互いに対して、前記カバープレートから放出されるビームを選択された方向に向けるように配置されている請求項１に記載のリターダ。
【請求項９】
請求項１に記載されたようなリターダと光学的に連通する光学装置。
【請求項１０】
請求項１に記載されたようなリターダと一体的である光学装置。
【請求項１１】
前記接着充填材の誘電率が、前記複屈折フィルムと関連する遅波の誘電率と前記複屈折フィルムと関連する速波の誘電率との平均である請求項１に記載のリターダ。
【請求項１２】
前記複屈折フィルムが、ポリビニルアルコールおよびポリカーボネートから成る群から選択される請求項１に記載のリターダ。
【請求項１３】
干渉計であって、
偏光ビームスプリッタキューブと、
前記キューブの面からギャップにより分離されたカバープレートと、
前記ギャップを充填する接着充填材と、
前記接着充填材に埋め込まれた複屈折フィルムであって、前記接着充填材と屈折率が一致する複屈折フィルムとを含む干渉計。
【請求項１４】
さらに、前記カバープレートおよび前記面の少なくとも一方の面上に抗反射コーティングを含む請求項１３に記載の干渉計。
【請求項１５】
前記コーティングがフッ化トリウムを含む請求項１４に記載の干渉計。
【請求項１６】
前記カバープレートおよび前記面の少なくとも一方が溶融シリカを含む請求項１３に記載の干渉計。
【請求項１７】
前記複屈折フィルムがポリマーフィルムを含む請求項１３に記載の干渉計。
【請求項１８】
前記面および前記カバープレートが、各々、前記ギャップに面した内面を有し、前記内面が互いに対して平行に向けられている請求項１３に記載の干渉計。
【請求項１９】
前記面および前記カバープレートが、各々、前記ギャップに面した内面を有し、前記内面が互いに対して、前記カバープレートから放出されるビームを選択された方向に向けるように向けられている請求項１３に記載の干渉計。
【請求項２０】
前記カバープレートと前記面が互いに対して、前記カバープレートから放出されるビームを選択された方向に向けるように配置されている請求項１３に記載の干渉計。
【請求項２１】
前記接着充填材の誘電率が、前記複屈折フィルムと関連する遅波の誘電率と前記複屈折フィルムと関連する速波の誘電率との平均である請求項１３に記載の干渉計。
【請求項２２】
前記複屈折フィルムが、ポリビニルアルコールまたはポリカーボネートから成る群から選択される請求項１３に記載の干渉計。
【請求項２３】
接着剤に埋め込まれた複屈折フィルムを含むリターダであって、前記接着剤の屈折率が前記複屈折フィルムの屈折率と一致するリターダ。
【請求項２４】
前記接着剤が、前記複屈折フィルムの遅波の誘電率と速波の誘電率との平均の誘電率を有するように選択される請求項２３に記載のリターダ。
【請求項２５】
前記複屈折フィルムが、ポリビニルアルコールおよびポリカーボネートから成る群から選択される請求項２３に記載のリターダ。
【請求項２６】
さらに、カバープレートと、前記カバープレートから、接着剤を含有するギャップにより分離された基板と含む請求項２３に記載のリターダ。
【請求項２７】
前記基板および前記カバープレートが、前記カバープレートから放出されるビームを選択された方向に進ませるように向けられている請求項２３に記載のリターダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学システム構成要素に関し、特にはリターダ（遅延素子）に関する。
本出願は、２００１年７月６日に出願された米国仮出願６０／３０３，５７５号の優先日の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なリターダは、光の速度が光の偏光に依存する材料からつくられた板である。このような材料は「複屈折」材料として知られている。複屈折材料は、入射光波を、入射光波の偏光ベクトルの成分の１つに対応する遅波と、光波の偏光ベクトル別の直交成分に対応する速波とに解析する。遅波は速波より遅い速度で移動し、したがって、速波と比較して遅延される。その結果、複屈折材料から出る波は、材料に入射した波の状態と異なる偏波状態になり得る。
【０００３】
リターダの「遅延」は遅波が速波に対して遅れる距離である。一般に用いられるリターダは（ｎ＋λ／４）および（ｎ＋λ／２）の遅延を有するリターダであり、「ｎ」は、リターダの「次数」を示す整数である。波長、温度および入射角の安定性が重要である精密な作用のために、０次のリターダが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リターダをつくるために一般に用いられる複屈折材料は石英である。しかし、石英の複屈折は、０次のリターダを得るために非常に薄い層を必要とする。石英のこのような薄層は不都合に脆い。また、石英を基材とするリターダは高価で、大型のリターダを製造するのは困難である。
【０００５】
複屈折ポリマーは石英の不利点の多くを克服する。しかし、このような材料は、硬質のプレートの間に取付けおよび接着されなければならない柔軟なフィルムとして得られる。ポリマーフィルムには取付けプロセス中に皺が寄り易い。この皺が、高精度の作用に不都合な波面誤差を生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様において、本発明は、基板と、基板からギャップにより分離されたカバープレートとを含むリターダを特徴とする。ギャップは接着充填材により充填され、接着充填材内に複屈折フィルムが埋め込まれている。複屈折フィルムと接着充填材は互いに屈折率が一致し、それにより、フィルムと接着剤の境界面における反射を低減する。
【０００７】
別の態様において，本発明は、偏光ビームスプリッタキューブと、キューブの面からギャップにより分離されたカバープレートとを有する干渉計を特徴とする。ギャップを充填する接着充填材内に複屈折フィルムが埋め込まれている。複屈折フィルムと接着充填材は互いに屈折率が一致している。
【０００８】
本発明の別の態様は、接着剤に埋め込まれた複屈折フィルムを含むリターダを特徴とする。接着剤とフィルムは互いに屈折率が一致している。
実施形態は１以上の以下の特徴を含み得る。抗反射コーティングがカバープレートおよび基板の少なくとも一方の面上に配置され得る。このようなコーティングはフッ化トリウムを含み得る。カバープレートおよび基板の少なくとも一方が溶融シリカを含み得る。複屈折フィルムがポリマーフィルムを含み得る。
【０００９】
基板およびカバープレートは、各々、ギャップに面した内面を有する。これらの内面は互いに対して平行に向けられ、または、カバープレートから放出されるビームを選択された方向に向けるように向けられている。あるいは、カバープレートと基板は互いに対して、カバープレートから出るビームを選択された方向に向けるように配置され得る。
【００１０】
さらなる実施形態は、光学装置が、先に示したようなリターダと光学的に連通し、またはこのようなリターダと一体的である実施形態を含む。このような光学装置の例は干渉計を含む。
【００１１】
本発明の実施形態は、１以上の以下の利点を有し得る。リターダは、光学要素がもたらす歪みおよびビームずれによる歪みを含む波面歪みを低減する。これが、幾分のリターダの高い熱的および機械的安定性により、高い許容遅延特性、および、リターダから出るビームの確定的な角度偏差をもたらす。本発明に従う統合的リターダを有する高安定性平面ミラー干渉計は、部品が少なく、ゴースト反射が少ない。これが、性能を低下させることのある関連する循環誤差を低減する。
【００１２】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付図面から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１はリターダ１０の断面図であり、共に溶融シリカからつくられた基板１２とカバープレート１４がギャップ１６により分離されている。基板１２およびカバープレート１４は、各々、凹凸を有する内面１８，２０を有し、この凹凸の頂部から底部まではλ／２０以下である。抗反射フィルム２２，２４がカバープレート１４および基板１２の内面１８，２０を覆っている。これらの抗反射フィルム２２，２４は、１／４の波長厚さのフッ化トリウム（ＴｈＦ4）フィルムである。
【００１４】
ギャップ１６内の接着充填材２６が、複屈折ポリマーフィルム２８を基板１２とカバープレート１４の間に懸架させている。ポリマーフィルム２８は柔軟であり、したがって皺が寄り易い。ポリマーフィルム２８のこの皺が、ポリマーフィルム２８と、基板１２およびカバープレート１４の内面１８，２０との間に不規則なギャップを形成させる。これらの不規則なギャップにより、ギャップ１６を横断する光が波面歪みを受ける。
【００１５】
接着剤２６は、ポリマーフィルム２８と屈折率が一致するように選択される。接着剤２６は不規則なギャップを充填するため、ギャップ１６内のどこにおいても本質的に同じ屈折率を有する均一な厚さの透過媒体が得られる。
【００１６】
複屈折材料であるポリマーフィルム２８は誘電テンソルにより特徴づけられ、ほぼ等方性の接着剤２６は、スカラー誘電により特徴づけられる。したがって、接着剤の屈折率をポリマー２８の屈折率と正確に一致させることは不可能である。本文に用いられるポリマー２８と接着剤２６の屈折率の一致とは、接着剤２６とポリマー２８を、接着剤の誘電率がポリマーの誘電テンソルのスカラー成分の値に近い値となるように選択することを意味する。詳細には、接着剤の誘電率は、ポリマー２８の遅波の誘電率と速波の誘電率の平均となるように選択される。
【００１７】
リターダ１０は様々な光学システムにおいて用いられる。リターダ１０が統合的役割を果たす１つのシステムは、図２に示されているような高安定性平面ミラー干渉計３０（「ＨＳＰＭＩ」）である。ＨＳＰＭＩ３０は、測定ビームおよび参照ビームがそれらの偏光に基づいて分離される距離測定干渉計である。
【００１８】
例示されている干渉計３０は偏光ビームスプリッタキューブ３２を含み、キューブ３２は、入力ビームを受けるための入力面３４、入力面３４の反対側の測定面３６、参照ミラーと対向する参照面３８、および、参照面３８の反対側の出力面４２を有する。参照面３８と測定面３６は共通縁にて交わる。ビーム分割面４６がキューブ３２を、この共通縁４４を含む対角線に沿って２分割している。
【００１９】
ビーム分割面４６上の偏光選択コーティングは、１つの偏光を透過させるが、これに直交する別の偏光は反射する。こうして、ビーム分割面４６は、入力面３４から入る円偏光ビームを、直交偏光を有する２つの直線偏光ビームに分割する。これらのビームの一方、すなわち、測定ビームは、ビーム分割面４６を通って進み、測定面３６を出て対象物４８に到達する。参照ビームとなる他方のビームは、参照面３８へ反射されて参照面３８を通り、参照ミラー４０へと進む。
【００２０】
図１に示されたタイプの４分の１波長参照リターダ５０が、参照面３８と参照ミラー４０の間に取り付けられる。４分の１波長測定リターダ５２が、測定面３６に隣接して取り付けられ、したがって、対象物４８が干渉計により照射されるように配置されると、測定リターダ５２は測定面３６と対象物４８の間に配置される。
【００２１】
第１の偏光ベクトルを有する直線偏光が４分の１波長リターダを通過すると、直線偏光は円偏光に変換される。この円偏光が反射されて４分の１波長リターダに戻される（したがってこのときは反対方向に円偏光されている）と、円偏光は、第１偏光ベクトルと直交する第２の偏光ベクトルを有する直線偏光に変換される。
【００２２】
キューブ３２の入力面３４に入る入力ビームは、２つの成分、すなわち、参照成分および測定成分を含む。最初にキューブ３２に入るとき、参照成分は第１の直線偏光（「Ｓ」偏光）を有し、測定成分は、Ｓ偏光に対して直交する第２の直線偏光（「Ｐ」偏光）を有する。以下の議論の全体を通じて、ビーム分割面４６は、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過させるものとする。
【００２３】
図３において、入力ビームの参照成分は、入力面３４を通ってキューブ３２に入り、ビーム分割面４６に到達する。参照成分がＳ偏光されているため、ビーム分割面４６は参照成分を参照面３８に向けて反射する。次いで、参照成分は参照リターダ５０を通過し、円偏光されてリターダ５０から放出される。次いで、参照成分は反射ミラー４０で反射されて再び参照リターダ５０に入る。反射により参照成分がこの時点で反対方向に円偏光されているため、参照成分はＰ偏光されて参照リターダ５０から放出される。この時点でＰ偏光されているため、参照成分はビーム分割面４６を通過し、出力面４２を通ってキューブ３２から出る。
【００２４】
図４において、入力ビームの測定成分は、参照成分と同様に、入力面３４を通ってキューブ３２に入り、ビーム分割面４６に到達する。測定成分は、参照成分と異なり、Ｐ偏光されているため、妨害されずにビーム分割面４６を通過する。次いで、測定成分は、測定面３６を通ってキューブ３２から出て、測定リターダ５２に入る。測定成分は円偏光されて測定リターダ５２から出て、対象物４８に向って進む。
【００２５】
対象物４８にて反射された後も測定ビームはまだ円偏光されているが、この円偏光は反対の方向である。次いで測定成分は、測定リターダ５２を再び通過し、Ｓ偏光されて測定リターダ５２から出る。この結果、測定成分が２度目にビーム分割面４６に到達すると、測定成分は出力面４２に向って反射され、出力面４２にてキューブ３２から出て行く。
【００２６】
参照成分および測定成分は共に、出力面４２に到達するまでに、キューブ３２の内側の内側部分およびキューブ３２の外側の外側部分を有する通路を横断している。内側部分の経路長は、測定成分と参照成分において同一である。しかし、外側部分の経路長は、参照成分と測定成分とで異なる。経路長のこの差が、対象物４８までの距離の干渉計測の基準となる。
【００２７】
図２〜４に示した参照ビームおよび測定ビームは、それぞれの基板１２としてキューブ３２自体を含む。参照リターダ５０および測定リターダ５２のカバープレートは溶融シリカカバープレートである。参照リターダ５０のカバープレートは、参照ミラー４０を形成する反射材料でコーティングされた外面を有する。測定リターダ５２上のカバープレート１４は、高効率抗反射コーティング５４でコーティングされた外面を有する。
【００２８】
図１に示されたリターダ１０は、カバープレート１４を、固定基板１２に近づき、または固定基板１２から遠ざかるようにレールに沿って移動するジグに取り付けることによりつくられる。ジグはカバープレート１４を、カバープレート１４の内面１８を基板１２の内面２０に対して平行にした状態で保持する。次いで、ジグを基板１２に向って、基板１２とカバープレート１４の間のギャップ１６の範囲が選択された値になるまで近づける。次いでポリマーフィルム２８をギャップ１６に挿入し、ポリマーフィルム２８を、接着剤２６がポリマーフィルム２８の両側の残りの空間に注入されるまでギャップ１６に保持する。次いで接着剤２６を硬化させる。この手順により、基板１２の内面２０とカバープレート１４の内面１８とが平行なリターダ１０が形成される。
【００２９】
製造欠陥により、キューブ３２内に傷が生じることがある。例えば、ビーム分割面４６が位置ずれし、またはキューブ３２の面が互いに対して垂直でないことがある。これらの製造欠陥により、ビームが参照面３８または測定面３６から直角でない角度で放出されることがある。このような誤差を補正するために、リターダ１０のカバープレート１４は、図５に示されているように、或る角度に傾斜される。
【００３０】
図５のカバープレート１４の向きは、補正される製造欠陥の性質および範囲よって決まる。したがって、カバープレート１４の配置は、計測システム、例えば光学オートコリメータまたは干渉計からのフィードバックを必要とする。
【００３１】
１つの製造方法において、カバープレート１４は、カバープレート１４を基板１２に対して傾けかつ移動させることができるジグ上に保持される。ジグは、内面１８と内面２０の間のギャップ１６の範囲が選択された値になるまで内側に移動する。次いで、ビームが基板１２およびカバープレート１４を通過する。ビームはカバープレート１４を出て、離れた対象物上の点を照射する。この照射点の位置と目標点の位置の差が必要な補正範囲を示す。そこで、この差を低減するようにジグを傾ける。
【００３２】
照射点と目標点とが互いの選択許容範囲内になったならば、ポリマーフィルム２８を挿入してカバープレート１４と基板１２の間に保持する。次いで接着剤２６を、ポリマーフィルム２８の両側の残りの空間に注入する。
【００３３】
リターダ１０の様々な構成要素を構成する材料は、本文中に詳細に記載した材料である必要はない。例えば、フッ化トリウム以外の抗反射コーティングを用いることができ、また、溶融シリカ以外の材料を基板１２およびカバープレート１４として用いることができる。ポリマーフィルム２８はポリビニルアルコールまたはポリカーボネートからつくられることができる。接着剤２６は、ＵＶ硬化性または一時的硬化性の光学的に透明な接着剤２６である。
【００３４】
以上の説明において、リターダ１０はＨＳＰＭ干渉計３０と共に用いられるように示されている。この実施形態において、キューブ３２はリターダ１０の基板１２を形成する。しかし、リターダ１０をＨＳＰＭ干渉計３０以外の装置に用いることもできる。また、リターダ１０は、以上に記載したような装置に一体化される必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、リターダの一部の断面図である。
【図２】図２は、干渉計に一体的に取り付けられた図１のリターダを示す。
【図３】図３は、図２の干渉計にて参照ビームおよび測定ビームが通過する通路である。
【図４】図４は、図２の干渉計にて参照ビームおよび測定ビームが通過する通路である。
【図５】図５は、図１のリターダの、カバープレートが傾斜している状態の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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