(57)【要約】  物体の表面の第１の物点の３次元座標を決定するための方法であって、第１の領域および第２の領域を有する透明板を提供するステップであって、第２の領域は第１の領域とは異なるくさび角度を有するステップと、第１の光ビームを第１の光と、第２の光とに分割するステップと、第１の光を第１の領域または第２の領域を通して送出するステップと、物体の表面に干渉縞パターンを生成するために第１の光および第２の光を結合するステップであって、干渉縞パターンのピッチは、第１の光が通って進むくさび角度によって決まるステップと、電気データ値を得るために、第１の物点を感光性アレイ上のアレイ点に結像するステップと、電気データ値に少なくとも部分的に基づいて第１の物点の３次元座標を決定するステップと、を含む。
2014521087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の表面（１３０）の第１の物点（１２４）の３次元座標を決定するための方法であって、
第１の透明領域（１２１２、１３１０、１５１０）および第２の透明領域（１２１０、１３１５、１５０８）を有する第１の透明板（１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６２０）を提供するステップであって、前記第１の領域は、第１の表面（１１１２、１４２２）と、第２の表面（１１１４、１４２０）と、第１の屈折率と、第１のくさび角度と、を有し、前記第１のくさび角度は、前記第１の表面と前記第２の表面との間の角度であり、前記第２の領域は、第３の表面（１１１２、１４２２）と、第４の表面（１１１４、１４２０）と、第２の屈折率と、第２のくさび角度と、を有し、前記第２のくさび角度は、前記第３の表面と前記第４の表面との間の角度である、ステップと、
第１の光ビームを第１の光（３８６、３８２）と、第２の光（３８２、３８６）とに分割するステップであって、前記第１の光と前記第２の光は、互いに干渉しあい、前記第１の光は、第１の経路に沿って進行し、前記第２の光は、第２の経路に沿って進行し、前記第１の経路は、前記第２の経路と重ならない、ステップと、
第１の場合に前記第１の光を前記第１の領域を通して送出するステップであって、前記第１の光は、前記第１の表面および前記第２の表面を通過し、前記第１の領域は、前記第１の光の方向を第１の偏向角度だけ変更するように構成されており、前記第１の偏向角度は、前記第１のくさび角度と前記第１の屈折率とに応じている、ステップと、
第２の場合に前記第１の光を前記第２の領域を通して送出するステップであって、前記第１の光は、前記第３の表面および前記第４の表面を通過し、前記第２の領域は、前記第１の光の前記方向を第２の偏向角度だけ変更するように構成されており、前記第２の偏向角度は、前記第２のくさび角度と前記第２の屈折率とに応じており、前記第２の偏向角度は、前記第１の偏向角度とは異なる、ステップと、
前記第１の場合に前記物体の表面に第１の干渉縞パターン（２７５、５１０、５２０）を生成するために、前記第１の領域を通過した前記第１の光と前記第２の光とを結合するステップであって、前記第１の干渉縞パターンは、前記第１の物点において第１のピッチを有し、前記第１のピッチは、前記第１の偏向角度に応じている、ステップと、
前記第２の場合に前記物体の表面に第２の干渉縞パターン（２７５、５１０、５２０）を生成するために、前記第２の領域を通過した前記第１の光と前記第２の光とを結合するステップであって、前記第２の干渉縞パターンは、前記第１の物点において第２のピッチを有し、前記第２のピッチは、前記第２の偏向角度に応じており、前記第２のピッチは、前記第１のピッチとは異なる、ステップと、 
前記第１の場合に前記第１の物点を感光性アレイ（１４６）上の第１のアレイ点（１２８）に結像して、前記感光性アレイから第１の電気データ値（１５２）を得るステップと、
前記第２の場合に前記第１の物点を、前記感光性アレイ上の前記第１のアレイ点に結像して、前記感光性アレイから第２の電気データ値を得るステップと、
前記第１の電気データ値および前記第２の電気データ値に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の物点の前記３次元座標を決定するステップと、
前記第１の物点の前記３次元座標を格納するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
第２の透明板（１０００）を提供するステップであって、前記第２の透明板は、第３の透明領域（１０２０）および第４の透明領域（１０３０）を有し、前記第３の領域は、第５の表面と、第６の表面と、第３の屈折率と、第１の厚さと、第１の光路長と、を有し、前記第５の表面と前記第６の表面とは、実質的に平行であり、前記第１の厚さは、前記第５の表面と前記第６の表面との間の距離であり、前記第１の光路長は、前記第１の厚さ×前記第３の屈折率であり、前記第４の領域は、第７の表面と、第８の表面と、第４の屈折率と、第２の厚さと、第２の光路長と、を有し、前記第７の表面と前記第８の表面とは、実質的に平行であり、前記第２の厚さは、前記第７の表面と前記第８の表面との間の距離であり、前記第２の光路長は、前記第２の厚さ×前記第４の屈折率であり、前記第１の光路長と前記第２の光路長とは異なっている、ステップと、
前記第１の場合に前記第１の光または前記第２の光の１つを、第１の例において前記第３の領域を通して送出し、第２の例において前記第４の領域を通して送出するステップと、
前記第２の場合に前記第１の光または前記第２の光の前記いずれか１つを、第３の例において前記第３の領域を通して送出し、第４の例において前記第４の領域を通して送出するステップと、
前記第１の例のために前記第１の物点を前記第１のアレイ点に結像して、前記感光性アレイから第３の電気データ値を得るステップと、
前記第２の例のために前記第１の物点を前記第１のアレイ点に結像して、前記感光性アレイから第４の電気データ値を得るステップと、
前記第３の例のために前記第１の物点を前記第１のアレイ点に結像して、前記感光性アレイから第５の電気データ値を得るステップと、
前記第４の例のために前記第１の物点を前記第１のアレイ点に結像して、前記感光性アレイから第６の電気データ値を得るステップと、
を含み、
前記３次元座標を決定するステップにおいて、前記第１の物点の３次元座標は、さらに、前記第３の電気データ値と、前記第４の電気データ値と、前記第５の電気データ値と、前記第６の電気データ値とに少なくとも部分的に基づいており、前記第１の電気データ値は、前記第３の電気データ値と等しく、前記第２の電気データ値は、前記第５の電気データ値と等しい、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、さらに、
前記第２の透明板を提供するステップにおいて、さらに第５の領域（１０４０）を含むステップであって、前記第５の領域は、第９の表面と、第１０の表面と、第５の屈折率と、第３の厚さと、第３の光路長と、を有し、前記第９の表面と前記第１０の表面とは、実質的に平行であり、前記第３の厚さは、前記第９の表面と前記第１０の表面との間の距離であり、前記第３の光路長は、前記第３の厚さ×前記第５の屈折率であり、前記第３の光路長は、前記第１の光路長および前記第２の光路長とは異なる、ステップと、
前記第１の場合に前記第１の光または前記第２の光の前記いずれか１つを、第５の例において前記５の領域を通して送出するステップと、
前記第２の場合に前記第１の光または前記第２の光の前記いずれか１つを、第６の例において前記５の領域を通して送出するステップと、
前記第５の例のために前記第１の物点を前記第１のアレイ点に結像して、前記感光性アレイから第７の電気データ値を得るステップと、
前記第６の例のために前記第１の物点を前記第１のアレイ点に結像して、前記感光性アレイから第８の電気データ値を得るステップと、
前記第１の物点の前記３次元座標を決定するステップにおいて、前記第１の物点の３次元座標を、さらに、前記第７の電気データ値と、前記第８の電気データ値とに基づいて決定するステップと、
を含む方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、さらに、
前記第３の電気データ値と、前記第５の電気データ値と、前記第７の電気データ値とに少なくとも部分的に基づいて前記第１のアレイ点の第１の位相値を計算するステップと、
前記第４の電気データ値と、前記第６の電気データ値と、前記第８の電気データ値とに少なくとも部分的に基づいて前記第１のアレイ点の第２の位相値を計算するステップと、
前記第１の物点の前記３次元座標を決定するステップにおいて、前記第１の物点の３次元座標が、さらに、前記第１の位相値および前記第２の位相値に少なくとも部分的に基づくステップと、
を含む方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
第１のレンズ系（３７０）を提供するステップと、
第１の光点（３９４）と第２の光点（３９４）とを形成するために、前記結合された第１の光と第２の光を、前記第１のレンズ系を通して送出するステップと、
前記第１の光点と前記第２の光点とを前記物体に伝搬するステップと、
を含む方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、さらに、
第２のレンズ系（３６０）を提供するステップであって、前記第２のレンズ系は、１より大きい横倍率を有する無限焦点レンズ系である、ステップと、
前記結合された第１の光と第２の光を、前記第１のレンズ系を通して送出する前に、前記第２のレンズ系を通して送出するステップと、
を含む方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
第１のビーム分割器（３５６）を提供するステップであって、前記第１のビーム分割器は、光を反射するように構成された第１の部分（３５４）と、光を透過させるように構成された第２の部分（３５２）とを有する、ステップと、
前記第１の光と前記第２の光とを結合するステップの前に、前記第１の部分で前記第１の光を反射させ、前記第２の光を前記第２の部分を通して透過させるステップと、
を含む方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
第１のビーム分割器（３５６）を提供するステップであって、前記第１のビーム分割器は、光を反射するように構成された第１の部分（３５４）と、光を透過させるように構成された第２の部分（３５２）とを有する、ステップと、
前記第１の光と前記第２の光とを結合するステップの前に、前記第１の部分で前記第２の光を反射させ、前記第１の光を前記第２の部分を通して透過させるステップと、
を含む方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
光ファイバ（３２２）と、平行レンズ（３２４）と、第２のビーム分割器（３３０）と、を提供するステップと、
前記光ファイバから第３の光を放射するステップと、
前記第１の光ビーム（３８０）を形成するために、前記第３の光を前記平行レンズで平行にするステップと、
前記第１の光ビームを分割するステップにおいて、前記第１の光と前記第２の光とを得るために、さらに、前記第１の光ビームを前記第２のビーム分割器に送出するステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、第１の光ビームを分割するステップにおいて、前記第１の光ビームは、可視光線、赤外線、紫外線からなるグループから選択される、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
第１の透明板（１４００、１５００）を提供するステップにおいて、さらに、第３の透明領域（１４１４）と、第４の透明領域とを提供するステップであって、前記第１の領域は、さらに、第１の厚さと、第１の光路長とを有し、前記第２の領域は、さらに、第２の厚さと、第２の光路長とを有し、前記第３の領域は、第５の表面と、第６の表面と、第３のくさび角度と、第３の屈折率と、第３の厚さと、第３の光路長と、を有し、前記第４の領域は、第７の表面と、第８の表面と、第４の屈折率と、第４のくさび角度と、第４の厚さと、第４の光路長と、を有し、前記第１の厚さは、前記第１の表面と前記第２の表面との間の第１の経路に沿った長さであり、前記第１の光路長は、前記第１の厚さ×前記第１の屈折率であり、前記第２の厚さは、前記第３の表面と前記第４の表面との間の第２の経路に沿った長さであり、前記第２の光路長は、前記第２の厚さ×前記第２の屈折率に沿った長さであり、前記第３のくさび角度は、前記第５の表面と前記第６の表面との間の角度であり、前記第３の厚さは、前記第５の表面と前記第６の表面との間の第３の経路に沿った長さであり、前記第３の光路長は、前記第３の厚さ×前記第３の屈折率であり、前記第４のくさび角度は、前記第７の表面と前記第８の表面との間の角度であり、前記第４の厚さは、前記第７の表面と前記第８の表面との間の第４の経路に沿った長さであり、前記第４の光路長は、前記第４の厚さ×前記第４の屈折率であり、前記第３のくさび角度は、前記第１のくさび角度と実質的に等しく、前記第４のくさび角度は、前記第２のくさび角度と実質的に等しく、前記第３の光路長は、前記第１の光路長とは異なり、前記第４の光路長は、前記第２の光路長とは異なる、ステップと、
前記第１の場合に前記第１の光を前記第１の領域を通して送出するステップにおいて、さらに、第１の例において前記第１の光を前記第１の経路に沿って送出するステップと、
前記第２の場合に前記第１の光を前記第２の領域を通して送出するステップにおいて、さらに、第２の例において前記第１の光を前記第２の経路に沿って送出するステップと、
第３の例において前記第１の光を前記第３の経路に沿って送出するステップと、
第４の例において前記第１の光を前記第４の経路に沿って送出するステップと、
前記第１の場合に前記第１の物点を結像するステップにおいて、前記第１の例において、さらに、前記第１の電気値を得るために、前記感光性アレイ上に前記第１の物点を結像するステップと、
前記第２の場合に前記第１の物点を結像するステップにおいて、前記第２の例において、さらに、前記第２の電気値を得るために、前記感光性アレイ上に前記第１の物点を結像するステップと、
前記第３の例において、前記感光性アレイ上に前記第１の物点を結像して、前記感光性アレイから第３の電気データ値を得るステップと、
前記第４の例において、前記感光性アレイ上に前記第１の物点を結像して、前記感光性アレイから第４の電気データ値を得るステップと、
前記第１の物点の前記３次元座標を決定するステップにおいて、さらに、前記第１の物点の前記３次元座標を、前記第３の電気データ値および前記第４の電気データ値に少なくとも部分的に基づいて決定するステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、さらに、
前記第１の透明板を提供するステップは、さらに、第５の領域および第６の領域を提供するステップであって、前記第５の領域は、第９の表面と、第１０の表面と、第５のくさび角度と、第５の屈折率と、第５の厚さと、第５の光路長と、を有し、前記第６の領域は、第１１の表面と、第１２の表面と、第６のくさび角度と、第６の屈折率と、第６の厚さと、第６の光路長と、を有し、前記第５のくさび角度は、前記第９の表面と前記第１０の表面との間の角度であり、前記第５の厚さは、前記第９の表面と前記第１０の表面との間の第５の経路に沿った長さであり、前記第５の光路長は、前記第５の厚さ×前記第５の屈折率であり、前記第６のくさび角度は、前記第１１の表面と前記第１２の表面との間の角度であり、前記第６の厚さは、前記第１１の表面と前記第１２の表面との間の第６の経路に沿った長さであり、前記第６の光路長は、前記第６の厚さ×前記第６の屈折率であり、前記第５のくさび角度は、前記第１のくさび角度と実質的に等しく、前記第６のくさび角度は、前記第２のくさび角度と実質的に等しく、前記第５の光路長は、前記第１の光路長および前記第３の光路長とは異なり、前記第６の光路長は、前記第２の光路長および前記第４の光路長とは異なる、ステップと、
第５の例において前記第１の光を前記第５の経路に沿って送出するステップと、
第６の例において前記第１の光を前記第６の経路に沿って送出するステップと、
前記第５の例において前記感光性アレイ上に前記第１の物点を結像して、前記感光性アレイから第５の電気データ値を得るステップと、
前記第６の例において前記感光性アレイ上に前記第１の物点を結像して、前記感光性アレイから第６の電気データ値を得るステップと、
前記３次元座標を決定するステップにおいて、前記第１の物点の前記３次元座標を、前記第５の電気データ値および前記第６の電気データ値に少なくとも部分的に基づいて決定するステップと、
を含む方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、さらに、
前記第１の電気データ値と、前記第３の電気データ値と、前記第５の電気データ値とに少なくとも部分的に基づいて前記第１のアレイ点の第１の位相値を計算するステップと、
前記第２の電気データ値と、前記第４の電気データ値と、前記第６の電気データ値とに少なくとも部分的に基づいて前記第１のアレイ点の第２の位相値を計算するステップと、
前記第１の物点の前記３次元座標を決定するステップにおいて、前記第１の物点の３次元座標が、前記第１の位相値および前記第２の位相値に少なくとも部分的にさらに基づくようにするステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
物体の表面（１３０）の第１の物点（１２４）の３次元座標を決定するための方法であって、
第１の透明領域（１０２０）と、第２の透明領域（１０３０）と、第３の透明領域（１０４０）と、を有する第１の透明板（１０００）を提供するステップであって、前記第１の領域は、第１の表面と、第２の表面と、第１の屈折率と、第１の光路長と、を有し、前記第２の領域は、第３の表面と、第４の表面と、第２の屈折率と、第２の光路長と、を有し、前記第３の領域は、第５の表面と、第６の表面と、第３の屈折率と、第３の光路長と、を有し、前記第１の表面と前記第２の表面とは、実質的に平行であり、前記第１の厚さは、前記第１の表面と前記第２の表面との間の距離であり、前記第１の光路長は、前記第１の厚さ×前記第１の屈折率であり、前記第３の表面と前記第４の表面とは、実質的に平行であり、前記第２の厚さは、前記第３の表面と前記第４の表面との間の距離であり、前記第２の光路長は、前記第２の厚さ×前記第２の屈折率であり、前記第５の表面と前記第６の表面とは、実質的に平行であり、前記第３の厚さは、前記第５の表面と前記第６の表面との間の距離であり、前記第３の光路長は、前記第３の厚さ×前記第３の屈折率であり、前記第１の光路長、前記第２の光路長、前記第３の光路長は、それぞれ異なる、ステップと、
第１の光ビーム（３８０）を第１のビーム分割器（３３０）に送出するステップと、
前記ビーム分割器を使って、第１の光ビームを第１の光（３８６、３８２）と、第２の光（３８２、３８６）とに分割するステップであって、前記第１の光と前記第２の光は、互いに干渉しあい、前記第１の光は、第１の経路に沿って進行し、前記第２の光は、第２の経路に沿って進行し、前記第１の経路は、前記第２の経路と重ならない、ステップと、
第３の光を得るために、第１の例において前記第１の光を前記第１の領域を通して送出するステップと、
第４の光を得るために、第２の例において前記第１の光を前記第２の領域を通して送出するステップと、
第５の光を得るために、第３の例において前記第１の光を前記第３の領域を通して送出するステップと、
第６の光を形成するために、前記第１の例において、前記第３の光および前記第２の光をビーム結合器（３５６）に送出するステップと、
第７の光を形成するために、前記第２の例において、前記第４の光および前記第２の光を前記ビーム結合器に送出するステップと、
第８の光を形成するために、前記第３の例において、前記第５の光および前記第２の光を前記ビーム結合器に送出するステップと、
前記第１の例において、前記第６の光を前記物体（１３０）の表面に送出するステップと、
前記第２の例において、前記第７の光を前記物体の表面に送出するステップと、
前記第３の例において、前記第８の光を前記物体の表面に送出するステップと、
前記第１の場合に前記第１の物点（１２４）を、感光性アレイ（１４６）上の第１のアレイ点（１２８）に結像して、前記感光性アレイから第１の電気データ値を得るステップと、
前記第２の場合に前記第１の物点を、前記感光性アレイ上の前記第１のアレイ点に結像して、前記感光性アレイから第２の電気データ値を得るステップと、
前記第３の場合に前記第１の物点を、前記感光性アレイ上の前記第１のアレイ点に結像して、前記感光性アレイから第３の電気データ値を得るステップと、
前記第１の電気データ値と、前記第２の電気データ値と、前記第３の電気データ値とに少なくとも部分的に基づいて、前記第１の物点の前記３次元座標を決定するステップと、
前記第１の物点の前記３次元座標を格納するステップと、
を含む方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、さらに、
光を反射するように構成された第１の部分（３５４）と、光を透過させるように構成された第２の部分（３５２）とを備える前記ビーム結合器（３５６）を提供するステップと、
前記第１の部分で前記第１の光（３８４）を反射させるステップと、
前記第２の光（３８６）を前記第２の部分を通して透過させるステップと、
を含み、
前記反射された第１の光と前記透過された第２の光とを結合して前記第３の光を形成する、方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、さらに、
光を反射するように構成された第１の部分（３５４）と、光を透過させるように構成された第２の部分（３５２）とを有する前記ビーム結合器（３５６）を提供するステップと、
前記第１の部分で前記第２の光（３８４）を反射させるステップと、
前記第１の光（３８６）を前記第２の部分を通して透過させるステップと、
を含み、
前記反射された第２の光と前記透過された第１の光とを結合して前記第３の光を形成する、方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法であって、さらに、
第１の電気データ信号と、第２の電気データ信号と、第３の電気データ信号に少なくとも部分的に基づいて前記第１のアレイ点の位相値を計算するステップと、
前記第１の物点の前記３次元座標を決定するステップにおいて、さらに、前記第１の物点の３次元座標が、前記位相値に少なくとも部分的に基づくようにするステップと、
を含む方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の方法であって、さらに、
第１のレンズ系（３７０）を提供するステップと、
第１の光点（３９４）と第２の光点（３９４）とを形成するために、前記第３の光を、前記第１のレンズ系を通して送出するステップと、
前記第１の光点と前記第２の光点とを前記物体に伝搬するステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の方法であって、さらに、
第２のレンズ系（３６０）を提供するステップであって、前記第２のレンズ系は、１より大きい横倍率を有する無限焦点レンズ系である、ステップと、
前記第３の光を、前記第１のレンズ系を通して送出する前に、前記第２のレンズ系を通して送出するステップと、
を含む方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載の方法であって、さらに、
光ファイバ（３１２）と、平行レンズ（３２４）と、第２のビーム分割器（３３０）と、を提供するステップと、
前記光ファイバから第４の光を放射するステップと、
前記第１の光ビーム（３８０）を形成するために、前記平行レンズ（３２４）を使って前記第４の光を平行にするステップと、を含み、
前記第１の光ビームを分割するステップにおいて、さらに、前記第１の光と前記第２の光とを得るために、前記第１の光ビームを前記第１のビーム分割器に送出するステップと、
を含む方法。
【請求項２１】
請求項１４に記載の方法であって、第１の光ビームを分割するステップにおいて、前記第１の光ビームは、可視光線、赤外線、紫外線からなるグループから選択される、方法。
【請求項２２】
物体（１３０）の表面における第１の物点（１２４）の３次元座標を決定する方法であって、
第１の光ビームを第１の光と、第２の光とに分割するステップであって、前記第１の光と前記第２の光は、互いに干渉しあい、前記第１の光は、第１の経路に沿って進行し、前記第２の光は、第２の経路に沿って進行し、前記第１の経路は、前記第２の経路と重ならない、ステップと、
第１の透明板（６００、７１０、８１２Ａ）と、回転機構（８４０）とを含む第１の透明板アセンブリ（８００、８０１）を提供するステップであって、前記第１の透明板は、第１の表面と、第２の表面と、第１の屈折率と、第１の厚さと、を有し、前記第１の表面と前記第２の表面とは、実質的に平行であり、前記第１の厚さは、前記第１の表面と前記第２の表面との間の距離であり、前記回転機構は、前記第１の透明板を回転するように構成されている、ステップと、
第１の例において、前記第１の透明板に入射する前記第１の光について前記第１の表面の第１の入射角を得るために、前記第１の透明板を回転させるステップと、
第２の例において、前記第１の透明板に入射する前記第１の光について前記第１の表面の第２の入射角を得るために、前記第１の透明板を回転させるステップであって、前記第２の入射角は、前記第１の入射角と等しくない、ステップと、
第３の例において、前記第１の透明板に入射する前記第１の光について前記第１の表面の第３の入射角を得るために、前記第１の透明板を回転させるステップであって、前記第３の入射角は、前記第１の入射角とも、前記第２の入射角とも等しくない、ステップと、
前記第１の例において、前記物体の表面に第１の干渉縞パターンを生成するために、前記第１の透明板を通過する前記第１の光と前記第２の光とを結合するステップと、
前記第２の例において、前記物体の表面に第２の干渉縞パターンを生成するために、前記第１の透明板を通過する前記第１の光と前記第２の光とを結合するステップと、
前記第３の例において、前記物体の表面に第３の干渉縞パターンを生成するために、前記第１の透明板を通過する前記第１の光と前記第２の光とを結合するステップと、
前記第１の例において、感光体アレイ（１４６）上の第１のアレイ点（１２８）に前記第１の物点を結像し、前記感光体アレイから第１の電気データ値を得るステップと、
前記第２の例において、前記第１のアレイ点に前記第１の物点を結像し、前記感光体アレイから第２の電気データ値を得るステップと、
前記第３の例において、前記第１のアレイ点に前記第１の物点を結像し、前記感光体アレイから第３の電気データ値を得るステップと、
前記第１の電気データ値と、前記第２の電気データ値と、前記第３の電気データ値と、前記第１の厚さと、前記第１の屈折率と、前記第１の入射角と、前記第２の入射角と、前記第３の入射角とに少なくとも部分的に基づいて、前記第１の物点の前記３次元座標を決定するステップと、
前記第１の物点の前記３次元座標を格納するステップと、
を含む方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、さらに、
第２の透明板（７２０、８１２Ｂ）を提供するステップであって、前記第２の透明板は、前記第１の透明板と実質的に同一である、ステップと、
第３の光を得るために、前記第１の光ビーム（８９０）を前記第１の透明板および前記第２の透明板に通過させるステップと、
前記第１の光と前記第３の光が実質的に同一直線上になるように、前記第２の透明板を回転させるステップと、
前記第１の例、前記第２の例、前記第３の例において、前記物体の表面上の前記第１の光と前記第２の光とを結合するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１１年７月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／５０７，７６３号に優先権を主張し、当該仮出願は全て本願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、座標測定装置に関する。一式の座標測定装置が、物体に光のパターンを投影し、そのパターンをカメラで記録することによって点の３次元（３Ｄ）座標を測定する機器の分類に属している。
【０００３】
アコーディオンフリンジ干渉計とも呼ばれることもある特定のタイプの座標測定装置は、小さくて近接した２つの光点によって放出された発散波面の光の干渉によって光の投影パターンを形成する。結果として得られた、物体上に投影された干渉縞パターンを分析して、カメラ内の画素ごとに表面点の３Ｄ座標が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５８７０１９１号
【特許文献２】米国特許第６６９０４７４号
【特許文献３】米国特許第７５９５８９２号
【特許文献４】米国特許第７７５１０６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アコーディオンフリンジ干渉計の一実施態様には、回折格子、容量フィードバックセンサ、フレクシャーステージ、複数のレーザ光源、および複数の対物レンズが含まれる。このタイプのアコーディオンフリンジ干渉計は、比較的製造コストがかかり、また測定実行において比較的低速である。３Ｄ座標を求める改善された方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によると、物体の表面の第１の物点の３次元座標を決定するための方法は、第１の透明領域および第２の透明領域を有する第１の透明板を提供するステップであって、第１の領域は、第１の表面と、第２の表面と、第１の屈折率と、第１のくさび角度と、を有し、第１のくさび角度は、第１の表面と第２の表面との間の角度であり、第２の領域は、第３の表面と、第４の表面と、第２の屈折率と、第２のくさび角度と、を有し、第２のくさび角度は、第３の表面と第４の表面との間の角度であるステップと、第１の光ビームを第１の光と、第２の光と、に分割するステップであって、第１の光と第２の光は、互いに干渉しあうステップと、を含む。また、本方法は、第１の場合に第１の光を第１の領域を通して送出するステップであって、第１の光は、第１の表面および第２の表面を通過し、第１の領域は、第１の光の方向を第１の偏向角度だけ変更するように構成されており、第１の偏向角度は、第１のくさび角度と第１の屈折率とに応じているステップと、第２の場合に第１の光を第２の領域を通して送出するステップであって、第１の光は、第３の表面および第４の表面を通過し、第２の領域は第１の光の方向を第２の偏向角度だけ変更するように構成されており、第２の偏向角度は第２のくさび角度と第２の屈折率とに応じており、第２の偏向角度は第１の偏向角度とは異なるステップと、を含む。本方法は、さらに、第１の場合に物体の表面に第１の干渉縞パターンを生成するために、第１の光と第２の光とを結合するステップであって、第１の干渉縞パターンは第１の物点において第１のピッチを有し、第１のピッチは第１の偏向角度に応じているステップと、第２の場合に物体の表面に第２の干渉縞パターンを生成するために、第１の光と第２の光とを結合するステップであって、第２の干渉縞パターンは、第１の物点において第２のピッチを有し、第２のピッチは、第２の偏向角度に応じており、第２のピッチは、第１のピッチとは異なる、ステップと、第１の場合に第１の物点を感光性アレイ上の第１のアレイ点に結像して、感光性アレイから第１の電気データ値を得るステップと、第２の場合に第１の物点を感光性アレイ上の第１のアレイ点に結像して、感光性アレイから第２の電気データ値を得るステップと、第１の電気データ値および第２の電気データ値に少なくとも部分的に基づいて、第１の物点の３次元座標を決定するステップと、第１の物点の３次元座標を格納するステップと、を含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態によると、物体の表面の第１の物点の３次元座標を決定するための方法は、第１の光ビームを第１の光と、第２の光とに分割するステップであって、第１の光と第２の光は、互いに干渉しあう、ステップと、透明板と、回転機構とを含む第１の透明板アセンブリを提供するステップであって、第１の透明板は、第１の表面と、第２の表面と、第１の屈折率と、第１の厚さと、を有し、第１の表面と第２の表面とは、実質的に平行であり、第１の厚さは、第１の表面と第２の表面との間の距離であり、回転機構は、第１の透明板を回転させるように構成されている、ステップと、を含む。また、本発明は、第１の例において、第１の光についての第１の表面の第１の入射角を得るために、第１の透明板を回転させるステップと、第２の例において、第１の光についての第１の表面の第２の入射角を得るために、第１の透明板を回転させるステップであって、第２の入射角は、第１の入射角と等しくない、ステップと、第３の例において、第１の光についての第１の表面の第３の入射角を得るために、第１の透明板を回転させるステップであって、第３の入射角は、第１の入射角とも、第２の入射角とも等しくない、ステップと、を含む。本方法は、さらに、第１の場合に物体の表面に第１の干渉縞パターンを生成するために、第１の光と第２の光とを結合するステップと、第２の場合に物体の表面に第２の干渉縞パターンを生成するために、第１の光と第２の光とを結合するステップと、第３の場合に物体の表面に第３の干渉縞パターンを生成するために、第１の光と第２の光とを結合するステップと、第１の例において、感光性アレイから第１の電気データ値を得るために、第１の物点を感光性アレイ上の第１のアレイ点に結像するステップと、第２の例において、感光性アレイから第２の電気データ値を得るために、第１の物点を第１のアレイ点に結像するステップと、第３の例において、感光性アレイから第３の電気データ値を得るために、第１の物点を第１のアレイ点に結像するステップと、第１の電気データ値と、第２の電気データ値と、第３の電気データ値と、第１の厚さと、第１の屈折率と、第１の入射角と、第２の入射角と、第３の入射角とに少なくとも部分的に基づいて、第１の物点の３次元座標を決定するステップと、第１の物点の３次元座標を格納するステップと、を含む。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態によると、物体の表面の第１の物点の３次元座標を決定するための方法は、第１の光ビームを第１の光と第２の光とに分割するステップであって、第１の光と第２の光は、互いに干渉しあうステップと、透明板と、回転機構とを含む第１の透明板アセンブリを提供するステップであって、第１の透明板は、第１の表面と、第２の表面と、第１の屈折率と、第１の厚さと、を有し、第１の表面と第２の表面とは、実質的に平行であり、第１の厚さは、第１の表面と第２の表面との間の距離であり、回転機構は、第１の透明板を回転させるように構成されているステップと、を含む。また、本発明は、第１の例において、第１の光について第１の表面の第１の入射角を得るために、第１の透明板を回転させるステップと、第２の例において、第１の光について第１の表面の第２の入射角を得るために、第１の透明板を回転させるステップであって、第２の入射角は、第１の入射角と等しくない、ステップと、第３の例において、第１の光について第１の表面の第３の入射角を得るために、第１の透明板を回転させるステップであって、第３の入射角は、第１の入射角とも、第２の入射角とも等しくないステップと、を含む。本方法は、さらに、第１の場合に物体の表面に第１の干渉縞パターンを生成するために、第１の光と第２の光とを結合するステップと、第２の場合に物体の表面に第２の干渉縞パターンを生成するために、第１の光と第２の光とを結合するステップと、 第３の場合に物体の表面に第３の干渉縞パターンを生成するために、第１の光と第２の光とを結合するステップと、第１の例において、感光性アレイから第１の電気データ値を得るために、第１の物点を感光性アレイ上の第１のアレイ点に結像するステップと、第２の例において、感光性アレイから第２の電気データ値を得るために、第１の物点を第１のアレイ点に結像するステップと、第３の例において、感光性アレイから第３の電気データ値を得るために、第１の物点を第１のアレイ点に結像するステップと、第１の電気データ値と、第２の電気データ値と、第３の電気データ値と、第１の厚さと、第１の屈折率と、第１の入射角と、第２の入射角と、第３の入射角とに少なくとも部分的に基づいて、第１の物点の３次元座標を決定するステップと、第１の物点の３次元座標を格納するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
以降、図面を参照する。代表的な実施形態が示されているが、それらは本開示の全範囲に関して限定的に解釈されるべきではなく、また、複数の図面において各要素には同様の番号が付されている。
【００１０】
【図１】３Ｄ測定装置の動作の三角測量の原理を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態による代表的なプロジェクタの要素を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による代表的なプロジェクタの要部を示す概略図である。
【図４Ａ】２つの平行光ビームのレンズ内への送出に関する効果を示す概略図である。
【図４Ｂ】２つの平行光ビームのレンズ内への送出に関する効果を示す概略図である。
【図５】代表的なプロジェクタの対物レンズ内へ光を送出する２つの異なる方法についてワークピース上で観察される干渉パターンのプロットである。
【図６】傾斜窓および非傾斜窓を通過する光線の形状を比較する概略図である。
【図７】一対の傾斜窓を通過する光線の形状を示す概略図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態による、異なる回転角度での位相調整機構の上面図を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態による、異なる回転角度での位相調整機構の上面図を示す図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態による位相調整機構の側面図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態による位相調整機構の上面図である。
【図１０Ａ】本発明の実施形態による位相調整板の正面図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態による位相調整板の断面図である。
【図１１】傾斜したくさび形窓を通過する光線の形状を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態による３つのくさび形窓を含むアセンブリを通過する光線の形状を示す図である。
【図１３Ａ】干渉縞ピッチ調整器アセンブリの上面図である。
【図１３Ｂ】干渉縞ピッチ調整器アセンブリの側面図である。
【図１４Ａ】本発明の実施形態による位相および干渉縞調整器窓の正面図である。
【図１４Ｂ】本発明の実施形態による位相および干渉縞調整器窓の第１の断面図である。
【図１４Ｃ】本発明の実施形態による位相および干渉縞調整器窓の第２の断面図である。
【図１４Ｄ】本発明の実施形態による位相および干渉縞調整器窓の上面図である。
【図１５Ａ】本発明の実施形態による位相および干渉縞ピッチを調整することが可能なアセンブリの正面図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施形態による位相および干渉縞ピッチを調整することが可能なアセンブリの上面図である。
【図１６】本発明の実施形態による位相／干渉縞調整器に直線運動を加える電動ステージの要素を示す概略図である。
【図１７】本発明の実施形態によるミラーであって、モータによって角度エンコーダで測定された角度に回転されるミラーを示す概略図である。
【図１８Ａ】本発明の実施形態による位相調整器を示すブロック図である。
【図１８Ｂ】本発明の実施形態による位相および干渉縞ピッチをシフトするための空間光変調器を示すブロック図である。
【図１９】本発明の実施形態による、圧電ステージによって調整されたミラーのブロック図である。
【図２０Ａ】本発明の実施形態による、アクチュエータで固定留め具へミラーを押すことによってミラーの角度を設定する方法を示す概略図である。
【図２０Ｂ】本発明の実施形態による、アクチュエータで固定留め具へミラーを押すことによってミラーの角度を設定する方法を示す概略図である。
【図２０Ｃ】本発明の実施形態による、アクチュエータで固定留め具へミラーを押すことによってミラーの角度を設定する方法を示す概略図である。
【図２０Ｄ】本発明の実施形態による、アクチュエータで固定留め具へミラーを押すことによってミラーの角度を設定する方法を示す概略図である。
【図２１】本発明の実施形態による別の干渉計配置の要素を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
アコーディオンフリンジ干渉法の原理に従って動作する代表的３Ｄ測定装置１００が、図１に示されている。電子機器ユニット１５０の制御下にあるプロジェクタ１６０が、２つの小さな光点１１２、１１４を生成する。これらの光点は、ワークピース１３０の表面上に干渉縞のパターンを生成する。ある点１２４でのパターンの照射は、点１２４における２つの光線１２０、１２２の干渉によって決定される。ワークピース１３０の表面上の様々な点において、光線１２０、１２２が、建設的にまたは破壊的に干渉し、それによって干渉縞パターンを生成する。カメラ１４０は、レンズ系１４２および感光性アレイ１４６を含む。カメラ１４０は、ワークピース１３０上の光のパターンを感光性アレイ１４６上に結像する。点１２４からの光が、レンズ系１４２の対称の中心１４４を通過して感光性アレイ上に像点１２８を形成すると考えることができる。感光性アレイ１４６の特定の画素が、ワークピース１３０の表面の小さな領域から散乱する光を受光する。この小さな領域から投射中心１４４を介して上記特定の画素までの方向を画定する２つの角度は、レンズ系１４２を含むカメラ１４０の幾何学的特性から既知である。
【００１２】
感光性アレイ１４６に入射する光は、デジタル電気信号に変換され、処理のために電子機器ユニット１５０に送出される。演算装置を含む電子機器ユニット１５０は、投射中心１４４からワークピース１３０の表面上の各点までの距離を計算する。この計算は、カメラ１４０からプロジェクタ１６０までの既知の距離１６４に少なくとも部分的に基づいている。本明細書においては上述したように、カメラ１４０の各画素については、２つの角度および計算された距離が分かっている。全ての画素から得られた情報を組み合わせることにより、ワークピース表面の三次元マップが得られる。
【００１３】
図１に示されたシステム１００によるアコーディオンフリンジ干渉法を用いて距離を計算する方法とは、２つの点１１２、１１４の相対位相をシフトすることであって、これはワークピース上の干渉縞を移動させる効果を有する。カメラの各画素が、３つの位相シフトの各々について等しい照射から得られる光のレベルを測定するが、その３つの位相シフトは、光点１１２、１１４の相対位相を変化させることによって得られる。電子機器ユニット１５０内の演算装置は、画素ごとに少なくとも３つの測定された光レベルを使用して、ワークピース表面１３０の領域までの距離を計算する。
【００１４】
スキャナからワークピースへの距離が比較的大幅に変更可能な場合、スキャナは測定された距離の曖昧さを解消する機能も必要になる。この場合、干渉縞の間隔が比較的小さいため、カメラによって収集された画像に基づいた有効距離解決策がいくつか可能である。この曖昧さは、既知の量だけ干渉縞の間隔（ピッチ）を変更し、その後位相シフト測定を繰り返すことによって除去することができる。実施形態においては、３つの異なる干渉縞ピッチが使用される。 ３Ｄ座標を計算するためには、システム１００は、ほとんどの場合、少なくとも２つのフリンジピッチ値を必要とする。
【００１５】
図２は、実施形態による代表的なプロジェクタ２００の要素を示している。光源２１０が、ビーム分割器２２０に光を送出する。光は、２つに分割され、一方は、任意選択の位相／干渉縞調整器２８０を通過し、他方は、任意選択の位相／干渉縞調整器２８２を通過する。２つの光ビームは、ビーム結合器２３０において結合される。光は、ビーム拡大器２４０、対物レンズ２６０および任意選択の位相／干渉縞調整器２８８を通過する。２つの光点２７０は、現実でも仮想でもよく、対物レンズ２６０によって形成される。例えば、対物レンズ２６０が正レンズである場合には、現実の点を形成することができ、対物レンズ２６０が負レンズである場合には、仮想の点を形成することできる。オーバーラップ領域２７５では干渉が発生し、それはワークピース表面上の点で見ることができる。
【００１６】
図３は、図２の包括的な要素に対応する代表的なプロジェクタ３００の具体的な要素を示している。光源３１０は、レーザ、超放射発光ダイオード、ＬＥＤ、あるいはその他の光源から入射することが可能な光を提供する。実施形態では、光源３１０からの光は、光ファイバ３１２を通って、フェルール３２２およびレンズ３２４を含むファイバ入射装置３２０へ進む。あるいは、光源３１０からの光は、自由空間を通って進みレンズ３２４に到達してもよい。ファイバ入射装置３２０を出た平行光３８０は、ビーム分割器３３０に進み、ここでは、光が透過部分３８２と反射部分３８６とに分割される。実施形態では、ビーム分割器３３０の第１の表面の被膜は、光の５０％を反射し、５０％を透過するようになっており、ビーム分割器３３０の第２の表面の被膜は、反射防止膜になっている。
【００１７】
光３８６は、ミラー３３２で反射され、任意選択の位相／干渉縞調整器３４０を通って進み、ビーム結合器３５６の反射防止膜３５２を有する第１の領域を通過する。光３８２は、任意選択の位相／干渉縞調整器３４２を通過し、ミラー３３４で反射され、ビーム結合器３５６の反射膜を有する第２の領域３５４で反射される。ビーム結合器３５６から出射される光３８５、３８９の２つのビームは、位置３９０で交差する。実施形態において２つの正レンズ要素３６２、３６４を含む無限焦点ビーム拡大器３６０は、第１レンズ要素３６２の焦点距離が、第１レンズ要素３６２の焦点距離ｆ１に等しい距離だけ交点３９０から離れて配置されるように位置付けられている。光３８５、３８９の２つの平行ビームは、第１レンズ要素３６２によって第１レンズ３６２からの距離ｆ１で２つの光点に集束される。ビーム拡大器内の２つの光点が、第２レンズ要素３６４からの距離ｆ２となるように、レンズ３６２と３６４との間の距離はｆ１＋ｆ２に等しくなっている。２つの平行光ビーム３９１、３９３が、ビーム拡大器３６０から出射される。出射ビーム３９１、３９３のサイズは、ビーム拡大器の横倍率Ｍ×入射ビームのサイズと等しく、ここで横倍率はＭ＝ｆ２／ｆ１である。２つの出射レーザビーム間の角度は、入射レーザビーム３９１、３９３の間の角度と比較して１／Ｍに低減される。例として、レーザビームが１２０ミリラジアン（ｍｒａｄ）の分離角を有する状態で、各入射レーザビーム３８５、３８９の直径が、０．７ｍｍであると仮定する。また、ビーム拡大器３６０の横倍率は、Ｍ＝１０であると仮定する。このとき、出射レーザビーム３９１、３９３は、それぞれ、直径７ｍｍ、分離角１２ｍｒａｄを有する。ビーム拡大器３６０から出射する平行光ビーム３９１、３９３は、位置３９２で交差する。対物レンズ３７０は、焦点距離ｆｏ＝４．５ｍｍおよび開口数ＮＡ＝０．６５を有する４０倍顕微鏡対物レンズであって、例えば、交点３９２から対物レンズ３７０の前側焦点位置までの距離が、対物レンズ３７０の焦点距離ｆｏと等しくなるように配置されている。対物レンズ３７０は、平行ビーム３９１、３９３を２つの小さな点３９４に集束させる。 
【００１８】
上記の特徴を有する高品質の対物レンズ３７０については、６５８ｎｍの波長を有する光に対する集光スポット径の直径の合理的な近似値が、ｄ０＝１．２２λ／ＮＡ＝１．２２（０．６５８×１０−３）／０．６５ｍｍ＝１．２４マイクロメートルとなるようにビームが入射口径を過充填する。各々のビームは、θ１／２＝４λ２／πｄ０２＝０．２７ラジアンよりも若干大きな値の遠視野半角に発散する。例えば、３Ｄ測定装置からワークピースまでの距離がＬ＝０．７５メートルの場合、発散光ビームによってカバーされる領域は、ｗ＝２Ｌｔａｎ（θ１／２）＝０．４メートルより若干大きい。３つの異なる干渉縞間隔（ピッチ）が望ましく、またこれらの間隔は、２つの小さな点３９４間の距離ａｉ（ｉ＝１、２、３）を３つの異なる値、すなわち、４６マイクロメートル、５２マイクロメートル、５８マイクロメートルに設定することによって達成することができると仮定する。この場合、３つの所望する点間隔に対して、平行ビーム３９１、３９３の間の分離角が、γｉ＝ａｉ／ｆｏ＝｛１０.２、１１．６、１２．９｝ｍｒａｄで与えられる。３つの点間隔については、投影点３９４からの距離ｒに位置するワークピースの干渉縞間の間隔ｈｉは、ｈｉ＝ａｉλ／ｒとなる。距離ｒ＝Ｌについては、３つの干渉縞間隔はｈｉ＝ａｉλ／Ｌ＝｛１０．７、９．５、８．５｝ミリメートルとなる。
【００１９】
図４Ａは、光軸４１２に対してある角度でレンズ４１０に入射し、レンズ４１０の前側焦点４１７を通過する２つの平行光ビーム４２０、４２４を示している。この場合、ビーム４２０の中心光線４２２は、光軸４１２に平行な光線４３４として現れる。ビーム４２０の光線は、後側焦点４１８を通過し光軸４１２に垂直である面である後焦点面で小さな点４３６に集光される。ビーム４２４の中心光線４２６は、光軸４１２に平行な光線４３０として現れる。ビーム４２４の光線は、後焦点面で小さな点４３２に集光される。ビーム４２０と４２４と間の分離角γについて、および焦点距離ｆｏを有するレンズについて、小さな点４３６と４３２との間の距離はａ＝γｆｏとなる。図４Ａに示された状態について、光ビームは、点４３２、４３６から図の右側に分散し、中心光線４３０、４３４の２つのビームについては、ビームの投影されたエネルギーの中心の方向を示しており、光軸に平行になっている。実施形態において、点４３２、４３６の間の間隔ａは、５０マイクロメートル程度の小さな値である。点４３２、４３６から出射した光は、分散し、ワークピースにおいては０．４メートル超に拡大されていてもよい。光ビームの最大オーバーラップを確保するために、中心光線４３０および４３４は、光軸に平行な方向４４０、４４２に出てくる必要がある。
【００２０】
図４Ｂは、レンズ４１０の前側焦点を通過しない２つの平行光ビーム４６０、４６４を示している。ビーム４６０の中心光線４６２は、レンズ４１０から光軸４１２に対して平行でない方向へ出る。ビーム４６０の光線は、レンズ４１０の後焦点面において小さな点４７６に集束されるが、エネルギー４８０は、光軸に対して平行でない方向４８０に沿って送出される。ビーム４６４の中心光線４６５は、レンズ４１０から光軸４１２に対して平行でない方向へ出射する。ビーム４６４の光線は、レンズ４１０の後焦点面において小さな点４７２に集束されるが、エネルギーは、光軸に対して平行でない方向４８２に沿って送出される。
【００２１】
図５は、図４Ａおよび図４Ｂに示した２つのケースの干渉縞の放射照度を比較している。グラフ５００で、プロットされた値はワークピース上の干渉縞の相対放射照度を示し、この場合、ワークピースの距離は、−２５０ｍｍから＋２５０ｍｍまでである。プロットされた値５１０は、ビームが最大オーバーラップを達成するように、２つの点３９４からのエネルギーの中心が光軸に対して平行に進行したときに得られる相対的な干渉縞放射照度を表す。プロットされた値５２０は、第１のガウスレーザビームの中心が、ガウスｗ（半径）値に等しい量、つまりこの場合は２００ｍｍだけ、ワークピースの中心からオフセットされるときに得られる相対的な干渉縞放射照度を表す。第２のガウスレーザビームの中心は、ワークピースの中心から同じ量だけ反対方向（−２００ｍｍ）にオフセットされる。干渉ビームの放射照度は、ビームが完全に重なっていない場合には低くなる。その結果、より長い露光時間が必要となる。また、干渉縞パターン５２０において、非変調光（カメラ画素からの「ＤＣ」レベル）は、特に縁部付近において、比較的大きくなる。グラフ内の変調レベルは、照射されたワークピースの特定の部分での最大照度に対して干渉縞では山から谷までの変動がある。変調の深さは、ビームの重なりに対して１００％となるため、この場合には変調レベルは、一定である。ビームが重ならない場合には、変調の深さがワークピースの縁部付近で減少するので、この場合、変調の深さは低下する。ＤＣレベルが、感光性アレイのウェルを過剰充填する前に、可能な露光量を決定するため、ビームが重なっていないときには、視野の縁部付近では高い変調深さを得られずに精度が落ちる。
【００２２】
図４、５からの理解が、図３のビーム拡大器３６０の利点の説明に役立つ。ビーム拡大器が、図３のブロック図から取り外されるとする。対物レンズ３７０に入射するビーム３９１、３９３の所望の直径が７ｍｍで、所望の分離角１０．２ｍｒａｄを有する場合を考えてみる。ビーム結合器３５６で、ビーム３８５、３８９の中心間に必要となる離間は、７ｍｍである。ビーム３８５、３８９を交点３９２に至らせるために必要な距離は、７ｍｍ／１０．２ｍｒａｄ＝６８６ｍｍであり、これは、可搬型または卓上型スキャナで使用することができる距離よりもはるかに長い。
【００２３】
以下に、位相をシフトしたり、干渉縞ピッチを変更したり、または両方を同時に行なったりするための様々な方法が検討される。これらの機能を実行する装置を、位相／干渉縞調整器と呼ぶ。
【００２４】
図６は、平行な入口側と出口側を有するガラス窓を回転させることにより、光ビーム６３０の位相をシフトするために使用される物理的原理を示している。描写６００は、（光ビーム６３０に対して）入射角ａを有するように傾斜した第１の窓６１０と、（光ビーム６３２に対して）入射角ゼロ度を有するように傾斜した同一の第２の窓６２０とを示す。窓６１０の回転の結果、光が進む光路長（ＯＰＬ）が増加し、この増加は、光の位相の増加に相当する。入射角ａで窓に入射した光は、ガラス内で角度ｂに屈折する。厚さｔのガラス窓６１０において光が進む距離は、ｔ／ｃｏｓ（ｂ）である、ガラス窓６２０において光が進む距離はｔである。垂直基準距離Ｔについて、空気中のビーム６３０の移動距離は、Ｔ−ｔｃｏｓ（ｂ−ａ）／ｃｏｓ（ｂ）である。空気中のビーム６３２の移動距離は、Ｔ−ｔである。屈折率ｎを有するガラスについては、ビーム６３０の全光路長（ＯＰＬ）（ガラスと空気路の両方を含む）は、ｎｔ／ｃｏｓ（ｂ）＋Ｔ−ｔｃｏｓ（ｂ−ａ）／ｃｏｓ（ｂ）である。非傾斜ガラスの全光路長は、ｎｔ＋Ｔ−ｔである。傾斜したガラスを進むときの全光路長と非傾斜ガラスを進むときの全光路長との差は、次式で与えられる。
【数１】
2014521087.tif 000003
式（１）において、角度ｂは、式（２）に示されるようにして、スネルの法則を用いて求められる。
【数２】
2014521087.tif 000004
【００２５】
図７は、出射ビームがその元の方向からずれないように、２つの窓７１０、７２０が反対の角度で傾斜している実施形態を示している。実施形態では、光は６５８ｎｍの波長を有するレーザ光であり、所望の位相は０度、１２０度、２４０度である。窓の幅は、ｔ＝１００マイクロメートルであり、窓ガラスの屈折率はｎ＝１．５である。式（１）、（２）を使用して、図２において窓２１０、２２０の傾斜が、それぞれａ＝０度、ａ＝４．６４４７度、ａ＝６．５６４４２度に設定されるときに所望の位相シフトが得られることを示すことができる。
【００２６】
図６に示された回転板または図７に示された一対の回転板を使用して、２つのビーム３８４、３８６の一方の位相シフトを生成してもよい。この段落の残りの部分で説明する理由により、ほとんどの場合において、２つの板が必要とされることが分かる。１つの回転板または一対の回転板は、図３の位置３４０、３４２、または図２の位置２８０、２８２に配置することができる。回転板を１つだけ用いた場合、屈折率１．５および厚さ１００マイクロメートルを有するガラスで２４０度の位相シフトを達成するのに必要な傾斜角は、９．２７５度となる。図６から、光ビーム６３０の変位は、ｔｓｉｎ（ａ−ｂ）／ｃｏｓ（ｂ）によって与えられることが分かる。回転角度９．２７５度について、角度ｂは、変位が５．５マイクロメートルに等しくなるように、ａｓｉｎ（ｓｉｎ（９．３７５°）／ １．５）＝６．２３度によって与えられる。図３のビーム拡大器３６０を通過する際に、回転板が位置３４０にある場合、一方のビーム、例えば、ビーム３８９における側方変位は、５．５マイクロメートルでとなる。ビーム拡大器３６０を通過した後、側方変位は、（Ｍ＝１０のビーム拡大器では）１０倍に増加して５５マイクロメートルになる。対物レンズ３７０が、４．５ｍｍの焦点距離を有する場合、結果として得られるビーム３９１の方向は、５５マイクロメートル／４．５ミリメートル＝０．０１２ラジアンの角度だけ変化する。プロジェクタ３００とワークピースとの距離が０．７５メートルの場合、２つの点３９４の一方を形成するビーム３９１は、約０．７５ｍ×０．０１２＝９．２ミリメートルだけ、他方の光ビームに対してシフトされることになる。このビーム位置の変化が、図５に示すように、干渉縞のレベルを０．８５パーセント減少させることが分かる。本明細書の上述の位相シフト法を用いた距離の計算は、干渉縞のレベルは一定のままで、単に位相をシフトするという考えに基づいているため、この場合に図３の構成において回転くさびを１つしか使用しないと、精度が比較的大幅に低下してしまう。
【００２７】
図８Ａ、図８Ｂ、図９Ｂは、反対方向に２つの窓８１２Ａ、８１２Ｂを回転させる機構を描写した上面図を示し、図９Ａは側面図を示している。図８Ａ、図９Ａ、図９Ｂにおいて、窓８１２Ａ、８１２Ｂを含む回転アセンブリ８１０Ａ、８１０Ｂは、互いに平行に整列されている。２つの窓は、図８Ｂにおいて約６．６度だけ反対方向に傾斜している。アクチュエータアセンブリ８４０が、直線運動を回転運動に変換し、回転運動は２つの回転アセンブリ８１０Ａ、８１０Ｂに反対方向で加えられる。センサ８６０が、アセンブリ８１０Ａ、８１０Ｂの変位を読み取り、アクチュエータアセンブリ８４０にフィードバックを提供し、それによってアクチュエータ機構８４０が回転アセンブリ８１０Ａ、８１０Ｂを所望の角度へ迅速に駆動することが可能になる。
【００２８】
回転アセンブリ８１０Ａは、窓８１２Ａが取り付けられ、保持リングで所定位置に保持された、延長アーム８１４Ａを含む。窓８１２Ａは、その範囲の大部分にわたって比較的厚みがあるものの、窓の中央付近に小さくて比較的薄い領域を有している。例えば、窓はその範囲の大部分にわたって厚さが１ミリメートルであってもよいが、一辺が約１．５ミリメートルの領域においては、厚さが１００マイクロメートルしかない。
【００２９】
実施形態では、延長アームやその他の接続された構成要素は、３か所、すなわち（１）底部で窓８１２Ａの直下にあるボール８１６Ａによって、（２）側面でボール８２６Ａによって、（３）端部でアクチュエータ８５６のドライバ８５４によって支持される。３つの支持位置は、窓８１２Ａがその中心を中心として回転することが可能なように設計されている。ボール８１６Ａは、ベース板８１７Ａ上の硬化シートと、窓８１２Ａの下方に位置する延長アーム８１４Ａ上の硬化シートとによって支持されている。ボールは、ピン８２４Ａによって同様に所定位置に保持されている２つのバネ８２２Ａによって硬化シートに対して保持されている。
【００３０】
ボール８２６Ａは、窓８１２Ａの中心側に直接配置された状態で、延長アーム８１４Ａの側面に対して保持されている。ボール８２６Ａは、側板８２８Ａ上の硬化シートにより支持されており、延長アーム８１４Ａの凹部にある平坦面に対して押し付けられている。ボール８２６Ａは、ピン８３３Ａによって同様に所定の位置に保持された２つのバネ８３２Ａによって所定の位置に保持されている。回転アセンブリ８１０Ｂの各要素は、接尾語のＡがＢに置き換えられる以外は、８１０Ａの各構成要素と同じである。
【００３１】
アクチュエータアセンブリ８４０は、例えば、ボイスコイルアクチュエータなどのアクチュエータ８５６と、直線移動するアクチュエータドライバ８５４と、逆回転型回転軸受アセンブリであって、２つの密封された回転軸受８４６Ａ、８４６Ｂを含む回転軸受アセンブリと、２つの回転軸受８４６Ａ、８４６Ｂをユニットとして一緒に保持するクランプ８４８と、クランプ８４８をドライバ８５４に取り付けるベースと、延長アーム８１４Ａ、８１４Ｂの端部にそれぞれ取り付けてあるくさび要素８４２Ａ、８４２Ｂに取り付けられたボールスライド８４４Ａ、８４４Ｂと、ボールスライド８４４Ａ、８４４Ｂを回転軸受８４６Ａ、８４６Ｂにそれぞれ接続する接続アーム８５０Ａ、８５０Ｂと、を備える。
【００３２】
ドライバ８５４がベース８５２に直線運動を加えると、回転軸受８４６Ａ、８４６Ｂを含むアセンブリが上または下に移動して、それによってボールスライド８４４Ａ、８４４Ｂが、くさび要素８４２Ａ、８４２Ｂを上または下に移動させる。同時に、ボールスライド間の距離間隔が変化し、それによってボールスライド８４４Ａ、８４４Ｂの角度が変更される。これに応じて、回転軸受８４６Ａ、８４６Ｂが、反対方向に回転して、結束傾向を除去する。
【００３３】
角度測定値およびアクチュエータのフィードバックが、センサ８６０によって提供される。くさび要素８４２Ｂは、側面へ移動するにしたがって、回転軸受８７２とボールスライド８６８とに取り付けられた付属体８７０が、移動ステージ８６２の垂直部材８６６を押すようさせる。これにより、移動ステージに取り付けられたリニアスケール８６４が、静止読取ヘッド８７２の下方に移動する。読取ヘッド８７２は、切欠を通してマウント８７６内に取り付けられており、マウント８７６は、静止ポスト８７８にネジ止めされている。読取ヘッド８７２の底部の穴８７４が、リニアスケール８６４の線によって反射されたレーザ光を出射し、その反射光は、読取ヘッド８７２内の検出器によって読み取られ、電子機器ユニット８８５内の演算装置によって分析されて、リニアスケール８６４の位置を決定する。
【００３４】
リニアエンコーダは、窓８１２Ａ、８１２Ｂの角回転の正確な測定を提供しないが、低コストのリニアエンコーダユニットであっても、１マイクロメートルより優れた再現性で線形運動を測定する。所望の位相シフトを得るべくリニアエンコーダ上の所望の位置を求めるために、図１のカメラ１４０などのカメラで平坦なスクリーンに投影された大きな干渉縞パターンを見ることによって位相シフトを測定する補正（キャリブレーション）手順が実行される。多数の干渉縞にわたってシフトを測定することにより、リニアスケール８６４の線形位置の関数としての位相シフトを高精度に判定することができる。その後、リニアエンコーダは、中間にある電子機器ユニット８８５を介して、アクチュエータに対して窓８１２Ａ、８１２Ｂを所望の傾斜角度に駆動するためのフィードバックを提供する。
【００３５】
窓８１２Ａ、８１２Ｂを通って力が印加される対応点まで延びている各旋回軸からボールスライド８４４Ａ、８４４Ｂまでの延長アームの長さ２５ミリメートルについて、および、エンコーダの再現性１マイクロメートルについて、位相は、図８および図９のアセンブリ８００、８０１を使用して約０．３ｎｍの精度で設定可能であり、これは、６５８ｎｍの波長に例えると、０．０００５を超える分数精度である。
【００３６】
図８Ａの構成８００では、一対のバネ８３２Ａ、８３２Ｂに対する力は、その一対のバネによって延長アーム８１４Ａ、８１４Ｂに印加されるトルクの和がゼロになるようにバランスされる。トルクに打ち勝つためにボールスライド８４４Ａ、８４４Ｂに必要となる力は、バネによって印加されるトルクの和を窓８１２Ａ、８１２Ｂのそれぞれの中心からボールスライド８４４Ａ、８４４Ｂに力が加えられる位置までの距離で割った力にほぼ等しいため、所望の回転を生成するためにアクチュエータ８５６に必要となる力は比較的小さい。図８Ｂの構成８０１では、一対のバネに対する力はバランスされない。図８Ｂに示されるように、バネ８３２Ａ、８３２Ｂについては、延長アームに加えられる力が、上部バネにおいて下部バネより大きくなるように、上部バネは、下部バネに比べて大きく引き伸ばされる。従って、バネによって印加されるトルクの和がゼロ付近にならず、アクチュエータ８５６は、より大きな力を加えなければならない。
【００３７】
少し複雑になるが、アクチュエータ８５６からの最小限の力しか必要としない代替策としては、図８および図９のボールとバネを、延長アーム８１４Ａ、８１４Ｂに内蔵された軸（ａｘｌｅ）と置き換えることが考えられる。軸は、軸受が軸に取り付けられた状態で、窓８１２Ａ、８１２Ｂの中心の上に直接配置される。このタイプの取り付け方式を有する実施形態では、アクチュエータ８５６は、図８Ａにおいて示す向きに、場合によっては、もっと効率的にスペースを使用して、９０度で取り付けられている。また、摩擦が低減されるため、より小さなアクチュエータ８５６を使用することも可能である。
【００３８】
別の可能性としては、リニアエンコーダ方式８６０をロータリエンコーダに置き換えることがある。実施形態では、このようなエンコーダからのディスクが、上記提案の軸の一方に取り付けられている。比較的安価なロータリエンコーダでも、１０マイクロラジアン以上の再現性を得ることができる。２つの読取ヘッドを固定された構造に取り付けることにより、読取ヘッドはエンコーダディスクの両側に配置され、また、その２つの読取ヘッドの測定値を平均化することにより、エンコーダを温度のばらつきに対して比較的不感応にすることができる。この方法であれば、高い角度性能を広い温度範囲にわたって確保することができる。
【００３９】
軸受が取り付けられた２つの軸を追加するという考えをさらに拡張して、一方の軸にモータを追加する。モータは、軸上に直接取り付けられた永久磁石と、永久磁石を中心とした静止構造上に配置された界磁巻線と、を有するタイプのブラシレスサーボモータでよい。ボールスライド８４４Ａ、８４４Ｂおよび回転軸受８４６Ａ、８４６Ｂの機能と類似した機能を有する継手方式を使用する場合、一方の軸上の１つのモータを使って２つの窓８１２Ａ、８１２Ｂに対称運動を生じさせることができる。図８、図９のアセンブリ８００より幾分コンパクトな方式においては、２つの軸が含まれており、軸はそれぞれ２つの軸受に取り付けられており、角度エンコーダが一方の軸に組み込まれており、モータが一方の軸に組み込まれている。
【００４０】
図８および図９の方式において使用された軸またはボイスコイルアクチュエータに取り付けられたモータの他にも、その他の、例えば、ボールねじまたはカムを含む代替的駆動装置が可能である。
【００４１】
図１０Ａ、図１０Ｂには、位相をシフトするための代替的な窓要素１０００が示されている。窓要素１０００は、場合によっては、溶融シリカでできたガラス窓を含み、そのガラス窓には、３つの段差１０２０、１０３０、１０４０が、エッチングされ、段差はそれぞれ異なる深さを有する。あるいは、複数の領域が、様々な深さにエッチングされるのではなく、様々な厚さを提供するように被膜されていてもよい。この場合には、位相計算が損なわれないように、窓要素１０００を通じての透過が３つの被膜のそれぞれに対して一定に保たれるように注意が払われるべきである。入射光ビームに対して垂直に配向された窓要素１０００について、段差間のＯＰＬの変化は、段差深さ間の差×ｎ−１に等しく、ここで、ｎはガラスの屈折率である。ラジアンでの位相の変化は、２πを乗じて光の波長で割ったＯＰＬの変化に等しい。窓要素１０００は、所望の位相シフトを得るために、位置３４０または位置３４２に配置されることができる。窓要素は、以下により詳細に記載されるように、図１６に示されたような機構を用いて直線移動してもよい。３相シフトを得るために、３つの段差ではなく、窓要素１０００の上面を３つの表面の１つとして利用して、窓要素１０００に２つの段差をエッチングしてもよい。
【００４２】
次に、干渉縞ピッチを変更する方法について検討する。図１１は、くさび角度εと第１の表面１１１２における入射角αとを有するくさび形窓１１００を通って進む光線の形状を示している。くさび形窓１１００は、第１屈折角β、第２入射角γ、第２屈折角δを有する。私たちは、くさび形窓を出る最終的な光線の、くさび形窓に入射する最初の光線に対する角度を発見することに関心がある。私たちは、特に、入射角αがゼロに近い場合、この角度変化が、入射角αによってどのように変化するかに関心がある。
【００４３】
第１の接触面でのビーム角の変化は、β−αであり、第２の接触面でのビーム角の変化は、γ−δである。第２入射角は、次式で与えられる。
γ＝β＋ε，                                                  （３）
また、ビーム角の総変化ζは、
ζ＝β−α＋δ−γ＝−α＋ａｓｉｎ（ｎ  ｓｉｎ（γ））−ε，  （４）
となる。
【００４４】
図３における点３９４の間に所望の間隔を与える３つの異なる角度を生成するために、くさび形窓の配列を、図１２に示すようにアセンブリ１２００に組み合わせることができる。各ビームの主方向は、ミラー３３２、３３４で設定されている。図１２中のアセンブリ１２００の目的は、干渉縞ピッチの所望の小さな変化を生成するために、図３のビーム３８５、３８９の間の角度に小さな変化を作ることである。これは、アセンブリ１２００内で、中央に非くさび形窓１２１２を使用し、両側に反対方向に角度が付けられたくさび形窓１２１０および１２１４を用いて成し遂げられる。
【００４５】
本明細書において上述されたように、実施形態においては、対物レンズ３７０に入射する光ビームの所望の分離角は、ａｉ＝｛１０．２、１１．６、１２．９｝ｍｒａｄとなりうる。無限焦点ビーム拡大器３６０が、横倍率１０の場合、ビーム３８５と３８９と間の分離角が１０倍大きいか、または約｛１０２、１１６、１２９｝ｍｒａｄとなる必要があり、ここでは、ビーム間の分離角は±１３．３ｍｒａｄである。くさび形窓１２１０、１２１４は、共通のアセンブリに取り付けられる前に反対方向に回転される場合には、同じくさび形窓を用いることができる。
【００４６】
所望の偏位角を生成するために、図１２のアセンブリ１２００は、紙面内で上下に移動される。これにより、３つの要素１２１０、１２１２、１２１４のそれぞれにおいて一貫した角度偏位が生成されるが、維持すべきは、各場合で異なる位相シフトであり、この位相シフトは、アセンブリ１２００の上下移動における位置に依存している。
【００４７】
アセンブリが移動される際に、ガラスの厚さのばらつきに伴う望ましくない位相シフトを避けるために、図１３Ａ、図１３Ｂのアセンブリ１３００のようにくさびが配置されてもよい。図１３Ａの上面図を見ると、くさびは紙面の範囲外にある。１つのビーム１３３０が、３つの部分１３１０、１３１５、１３２０のうちの１つに入射する。ガラス部分１３１５、１３１１、１３２０のくさび角度により、存在する光ビーム１３４０、１３５０、１３４５の方向がそれぞれ決定される。非くさび形部分１３１０に入射するビーム１３３０については、ビーム１３４０は、元の方向に沿ってアセンブリを出る。その他の２つの部分１３１５、１３２０については、ビームは、図１１によれば、ガラスの前縁に向かって曲げられる。アセンブリ１３００（１３５０）の設計の重要な一面は、アセンブリが移動する際に、ビームの位相が部分１３１０、１３１５、１３２０のいずれにおいても変化しないことである。これは、移動中にガラスの厚さが変化しないように、部分１３１０、１３１５、１３２０が適切に整列される限り当てはまる。
【００４８】
くさび形窓の第１の表面が、入射光ビーム１２２０、１２２２、１２２４に対して垂直に配置されている場合、分離角１３．３ｍｒａｄを得るために、くさび形窓１２１０および１２１４に必要となるくさび角度εは、式（３）、（４）を用いて求められ、約２６．６ｍｒａｄとなる。ビーム拡大器３６０を通過した後、分離角は、１／１０の１．３３ｍｒａｄに減少する。問われる問題は、窓アセンブリ１２００を保持している移動ステージにおける搖動が、問題を引き起こすかどうかである。式（３）、（４）を使用してこの質問に答えることができる。図１３Ａ、図１３Ｂの機構で使用可能な代表的なボールスライドにおいて、ボールスライドの真直度は、０．００００８ｍ／ｍである。この場合には、結果として生じる搖動によって、百万分の０．５未満単位で干渉縞ピッチが変化するが、これは許容可能な変化であることが示される。
【００４９】
なお、図１０Ａおよび図１０Ｂの位相シフトアセンブリを、図３のアセンブリ３００の一方のアーム３４０または３４２へ挿入し、干渉縞シフトアセンブリ１３００を、他方のアーム３４２または３４０へ挿入することが可能である。これにより、アセンブリ１３００、１０００の構造を簡素化することができる。
【００５０】
あるいは、光学アセンブリを１つだけ使用して位相シフトおよび干渉縞間隔調整の両方を行うこともできる。複数の段差を含む１つのくさび要素が、図１４Ａ〜Ｄに示されている。くさび形ガラス窓１４１０は、出射面と平行でない入射面１４２２を有する。入射面１４２２の上部分１４１４は、エッチングされていない。２つの部分１４１４および１４１６は、異なる深さにエッチングされる。別の３つの領域１４１４、１４１６、１４１８では、ガラスは異なる深さにエッチングされる。光線１４５０は、傾斜面１４２０を通過して光線１４５４として出射するときに、方向が変化する。このうち２つの部分１４１２、１４１４を通過する光線１４５０のＯＰＬの差は、２つの部分の厚さの差×ｎ−１に等しく、ここで、ｎはガラスの屈折率である。位相シフトは、２π／λ×ＯＰＬの差に等しい。例を挙げると、屈折率ｎ＝１．５を有するガラスを通って進行する波長６５８ｎｍに対して、位相シフト１２０度＝２λ／３ラジアンを得るためには、必要となる２つの部分の深さの差は、ｄ＝λ／３（ｎ−１）＝６５８／３（１．５−１）＝４３８.７ｎｍとなる。２４０度の位相シフトについて、２つの部分間の深さの差は、この値の２倍かまたは８７７.３ｎｍとなる。
【００５１】
３つの異なる干渉縞ピッチを得るためには、３つの異なるくさび角度が必要である。３つの異なるくさび角度を有する光学アセンブリ１５００の代表的実施形態が、図１５Ａおよび図１５Ｂの正面図と上面図にそれぞれ示されている。窓１４００の窓に似た３つの窓が組み合わされている。このようなアセンブリを作るための簡単な方法としては、窓１５１０にくさび角度ゼロを有する平行平板窓を使用し、異なる角度を有するエッチングされていない窓を使用して窓１５０８、１５１２の組み立てを開始することがある。アセンブリ１５００は、図３の位置３４０または３４２のいずれかで使用可能である。
【００５２】
図１６に示された電動機構１６００を使用して、位相／干渉縞調整器１０００、１２００、１３００、１５００を含む、直線運動を必要とする位相／干渉縞調整器に対して直線運動を提供することができる。実施形態では、ステージ１６００は、中央に穴のあるボールスライドを含む。このタイプの市販のボールスライドは、０．００００８ｍ／ｍという特定の真直度を有する。位相／干渉縞調整器は、位置１６２０に取り付けられている。実施形態ではボイスコイルアクチュエータであるアクチュエータ１６３０によって運動が提供される。アクチュエータ１６３０が、ドライバ要素１６３２を押して、ボールスライドを動かす。実施形態ではリニアエンコーダであるセンサ１６４０によって位置フィードバックが提供される。電子機器ユニット１６５０は、アクチュエータ１６３０と、フィードバックセンサ１６４０とに対して電子機器サポートを提供する。電子機器ユニット１６５０は、計算上のサポートを提供するための演算装置を含んでもよい。
【００５３】
図１７は、図３の位置３３２または３３４に配置可能な回転ミラー１７００を示している。回転ミラー１７００は、図３の２つのビーム３８５、３８９間の角度を変更することによって干渉縞ピッチの変更を得る代替方法として使用可能である。回転ミラー１７００は、ミラー１７１０と、ミラー取付台１７１２と、回転軸受１７３０、１７３２に取り付けられた軸１７２０と、モータ１７３４と、角度エンコーダであって、ディスクスケール１７３６と、１つまたは複数の読取ヘッド１７３８、１７４０とを含む角度エンコーダと、電子機器ユニット１７５０であって、モータとエンコーダのために電子機器サポートを提供するとともに計算を行うための演算装置を提供する電子機器ユニット１７５０と、を含む。
【００５４】
図１８Ａの位相調整アセンブリ１８００は、そこを通る光１８３０の位相を調整する位相調整器１８１０と、電子機器および演算装置サポートを提供する電子機器ユニットとを含む。機械的な動きを必要とすることなく、光の位相をシフトする装置には様々なものがある。図１８Ｂの位相／干渉縞調整器アセンブリ１８５０は、透過型空間光変調器（ＳＬＭ）であって、ＳＬＭ媒体の総合屈折率を変化させることによって、それを通過する光１８８０に対して位相シフトを提供する。また、位相／干渉縞調整器アセンブリ１８５０は、屈折率に勾配を設けることによって干渉縞調整を提供し、それによって光の屈折を引き起こしてもよい。ＳＬＭ１８６０は、ＳＬＭのために電子機器および演算装置サポートを提供する電子機器ユニット１８７０を含む。調整器１８００および１８５０は、図３の位置３４０または３４２に配置することができる。
【００５５】
図１９の位相／干渉縞調整器アセンブリ１９００は、光ビーム１９４０を反射するミラー１９１０と、圧電（ＰＺＴ）アクチュエータ１９２０と、フィードバックセンサ１９３０と、電子機器ユニット１９４０とを含む。ＰＺＴアクチュエータ１９２０は、ミラーを内側と外側とに変位させて、それによって光１９４０の位相を変化させることができる。ＰＺＴアクチュエータ１９２０は、干渉縞ピッチを変更しながら、ミラーを回転させることもできる。フィードバックセンサ１９３０は、静電容量センサ、ストレインゲージ式センサ、あるいは小さな動きを測定することが可能なその他のセンサであってもよい。電気機器ユニット１９４０は、ＰＺＴアクチュエータ１９２０とフィードバックセンサ１９３０とに対して、演算装置サポートおよび電子機器サポートを提供する。位相／干渉縞調整器アセンブリ１９００は、図３のミラー３３２または３３４に取り付けることができる。
【００５６】
図２０は、アクチュエータ２０２２を用いてミラー要素２０１０を傾けることによって、ミラー２０１０をハードストップ２０３０、３０３２、２０３４、２０３６に押し付けて干渉縞ピッチを調整する装置を示している。図２０に描写された装置は、高価な要素であることが多いフィードバックセンサを必要としないという利点がある。アクチュエータは、例えば、強磁性ミラー枠を素早くしかるべき位置に引き込むハードストップに取り付けられた電磁発電機でもよい。あるいは、アクチュエータは、圧電アクチュエータかまたはその他のミラーをしかるべき位置へ移動させる機械装置であってもよい。干渉縞調整器は、図３の位置３３２、３３４で使用することができる。
【００５７】
図２１は、代替的な干渉計アセンブリ２１００の実施形態を示しており、ここでは、図３のような別々のビーム分割器とビーム結合器の代わりに、１つの反射／透過接触面２１１７が使用されている。アセンブリ２１００は、光源２１１０と、フェルール２１１２およびレンズ２１１４を含む光入射装置と、ビーム分割器２１１６と、ミラー２１３０、２１３２と、任意選択の位相調整器２１２０、２１２２と、任意選択のミラー位相／干渉縞調整器２１２４、２１２６と、対物レンズ２１４０と、アセンブリ２１００内の装置に対して電子機器および演算装置サポートを提供する電子機器ユニット２１６０と、を含む。レーザビームは、ビーム分割器２１１６を出る際に幾分発散する。ビームは、対物レンズに入射して、そこで２つの小さな点２１５４に集束される。任意選択の位相調整器２１２０、２１２２は、アセンブリ１０００、１２００、１５００、１８００、１８５０のうちのいずれでもよい。任意選択のミラー位相／干渉縞調整器２１２４、２１２６は、アセンブリ１７００、１９００、２０００のうちのいずれでもよい。
【００５８】
場合によっては、ビーム２１５２および２１５４が接触面２１１７から対物レンズ２１４０まで進む距離は、対物レンズ２１４０の焦点距離に比べて相対的に大きくてもよい。この場合、一対のレンズ（ビーム拡大器またはビーム縮小器）を追加して、ビーム２１５２、２１５４が、対物レンズ２１４０の焦点距離と同等の距離で対物レンズ２１４０の手前で交差するように、ビーム２１５２、２１５４を変形させることが望ましい。
【００５９】
実施形態の例を参照して本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能であること、またその要素を同等物によって代替することが可能であることを理解しうるであろう。さらに、特定の状況または材料を本発明の教示に適応させるために、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく多くの修正を行うことも可能である。したがって、本発明は、本発明を実施するための最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を包含することを意図している。さらに、第１、第２、などの用語の使用は、何らかの順序または重要性を表すものではなく、第１、第２、などの用語は、ある要素を別の要素から区別するために使用されている。またさらに、１つのなどの用語の使用は、数量の限定を意味するものではなく、言及された項目が少なくとも１つ存在することを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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