(57)【要約】【課題】  キューブコーナーリフレクタの反射において発生する波面ひずみを低減する。【解決手段】  第１の反射面４１０と第２の反射面４２０との交差部に位置し、光学素子４００の入射ビーム４８０と反射ビーム４９０との間において対称的に配置されている第１のエッジ４１５と、第２の反射面４２０と第３の反射面４３０との交差部に位置する第２のエッジ４２５と、第３の反射面４３０と第１の反射面４１０との交差部に位置する第３のエッジ４３５と、第１の反射面４１０及び第２の反射面４２０と交差し、入射ビーム４８０及び反射ビーム４９０の中心光線を含む中心平面に平行な第１のトリム面４４２と、第１のトリム面４４２に対して平行なトリムエッジに沿って第３の反射面４３０と交差する第２のトリム面４４４とを有し、第１のトリム面４４２と前記中心平面との間の垂直距離をトリムエッジと中心平面との間の距離よりも短くする。【選択図】        図４Ａ
2004280094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）  第１の反射面と、
（ｂ）  第２の反射面と、
（ｃ）  第３の反射面と、
（ｄ）  前記第１の反射面と前記第２の反射面との交差部に位置する第１のエッジであって、光学素子の入射ビームと反射ビームとの間において対称的に配置されている第１のエッジと、
（ｅ）  前記第２の反射面と前記第３の反射面との交差部に位置する第２のエッジと、
（ｆ）  前記第３の反射面と前記第１の反射面との交差部に位置する第３のエッジと、
（ｇ）  前記第１の反射面及び前記第２の反射面と交差し、前記入射ビーム及び前記反射ビームの中心光線を含む中心平面に平行な第１のトリム面と、
（ｈ）  前記第１のトリム面に対して平行なトリムエッジに沿って前記第３の反射面と交差する第２のトリム面と、
を有し、
前記第１のエッジ，前記第２のエッジ，及び前記第３のエッジの全ては、頂点において交わっており、
前記第１のトリム面と前記中心平面との間の垂直距離は、前記トリムエッジと前記中心平面との間の距離よりも短いこと、
を特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１の反射面，前記第２の反射面，及び前記第３の反射面は、前記入力ビーム及び前記反射ビームの経路を含むブロック上に位置していることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記中心平面に対して垂直の入力／出力面を更に有し、前記入力／出力面は、前記入射ビーム用の第１の透明アパーチャと前記反射ビーム用の第２の透明アパーチャを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記入射ビーム及び前記反射ビームの経路は、前記光学素子の中空部分内に位置していることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１のトリム面と前記中心平面との間の前記垂直距離は、前記入射ビームの半径にほぼ等しいことを特徴とする前項までの請求項中の何れか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記トリムエッジと前記中心平面との間の前記距離は、ｔａｎ３０°の値と、前記入射ビームの半径と前記入射ビームの中心光線と前記頂点との間のオフセットとの和と、の積にほぼ等しいことを特徴とする前項までの請求項中の何れか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記第１のエッジは、前記入射ビームと前記反射ビームの中心を互いに結ぶラインに対して垂直であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記トリムエッジと前記中心平面との間の前記距離は、少なくとも前記光学素子の前記入射ビームの前記第２のトリム面に向かう非ゼロの偏位に対応する距離だけ、前記入射ビーム及び前記反射ビームの半径を超えて延長していることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記光学素子は、キューブコーナーリフレクタであることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の光学素子。
【請求項１０】
キューブコーナーリフレクタをトリミングするための方法であって、
前記キューブコーナーリフレクタの第１の反射面及び第２の反射面と交差する第１のトリム面を形成するステップであって、前記第１の反射面及び前記第２の反射面は直交しており、前記第１の反射面と前記第２の反射面との交差部に位置するエッジは、前記キューブコーナーリフレクタの入射ビームの経路と前記キューブコーナーリフレクタの反射ビームの経路との間の中間に対称に配置されるステップと、
前記第１のトリム面に対して平行なトリムエッジに沿って第３の反射面と交差する第２のトリム面を形成するステップであって、前記トリムエッジと前記入射ビーム及び前記反射ビームの中心を含む平面との間の距離は、前記第１のトリム面と前記入射ビーム及び前記反射ビームの中心を含む平面との間の距離よりも長くするステップと、
を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に光学素子に関し、特に、多軸干渉計において緊密なビーム間隔と最小限の波面ひずみを実現するキューブコーナーリフレクタ（cube-corner reflector）、並びに、キューブコーナーリフレクタをトリミングするための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
キューブコーナーリフレクタ（コーナーキューブリフレクタとも称される）は、様々な光学系において使用される周知の光学素子である。図１に示されているように、キューブコーナーリフレクタ１００は、立方体の角における面の交差部と同様に、直角に交差する３つの平面状の反射面１１０，１２０，１３０を有している。これらの反射面１１０，１２０，１３０は、４面体のガラスブロックの３つの側部に形成可能であり、このガラスブロックは、入射ビームの入力と反射ビームの出力のための透明な前面１４０をも有している。このキューブコーナーリフレクタ１００を形成する４面体のガラスブロックは、透明な前面１４０の外辺部が正三角形（等辺三角形）を形成しており、反射面１１０，１２０，１３０の外辺部が合同二等辺直角三角形を形成するべく対称性を有している。
【０００３】
このキューブコーナーリフレクタ１００は、再帰性リフレクタである。従って、キューブコーナーリフレクタ１００からの反射ビームは、入射ビームの方向とは無関係に、入射ビームに対して平行であり、オフセットされている。図１には、透明な前面１４０を通じてキューブコーナーリフレクタ１００に入射し、１つ又は複数の反射面１１０，１２０，１３０において反射した後に、反射ビーム１９０として出射する入射ビーム１８０の例が示されている。反射ビーム１９０は、入射ビーム１８０に対して平行であると共に、入射ビーム１８０とキューブコーナーリフレクタ１００の頂点１５０との間の垂直離隔距離の２倍だけ入射ビーム１８０からオフセットされている。
【０００４】
このキューブコーナーリフレクタ１００の４面体の形状には、キューブコーナーリフレクタ１００の光学的機能として一般的に要求されるもの（特に、入射ビームの位置と方向が十分に制御されている光学系において要求されるもの）よりも大量のガラスが含まれている。従って、キューブコーナーリフレクタ１００は、キューブコーナーリフレクタ１００の光学的機能に必要とされていないガラスを除去するためにトリミング（切除）され得る。キューブコーナーリフレクタ１００をトリミングする従来の方法の１つは、円筒形のコアとしてキューブコーナーリフレクタ１００を取得する方法であり、この場合には、透明な前面１４０は、円形の外辺部を有することになる。別の既存のトリミング方法によれば、透明な前面１４０には、長方形の境界１４５が付与される。
【０００５】
図２には、この境界１４５においてキューブコーナー１００をトリミングして得られるキューブコーナーリフレクタ２００が示されている。このキューブコーナーリフレクタ２００も、入射ビーム２８０を反射し、オフセットされた反射ビーム２９０を提供する能力を有する再帰性リフレクタであり、サイズが小さくなっている。この光学的機能を遂行するためにキューブコーナーリフレクタ２００に要求される最小サイズは、入射ビーム２８０と反射ビーム２９０との間の所望のオフセット，これらのビーム２８０及び２９０の直径若しくはエリア（領域又は面積），及びキューブコーナーリフレクタ２００の内部のビーム経路に依存する。そして、このキューブコーナーリフレクタ２００の面領域を最小化するために、入射ビーム２８０（或いは、反射ビーム２９０）の中心がキューブコーナーリフレクタ２００のエッジ２３５上の点に配置される。
【０００６】
キューブコーナーリフレクタ２００内のビーム経路の分析によれば、入射ビーム２８０がキューブコーナーリフレクタ２００の中心軸に平行であれば、図２のビーム２８０及び２９０の上端及び下端において境界を有する帯域内にビーム経路が留まることが判明している。例えば、入射ビーム２８０の最上端における光線２８２は、反射面２１０から反射面２３０に向かって反射した後に、入射ビーム２８０の底部端と同じ高さに位置する反射面２３０上の点において反射する。そして、そこから、反射面２２０に向かって水平に伝播し、反射ビーム２９０の底部に位置する反射光線２９２として出射する。同様に、入射ビーム２８０の底部に位置する光線２８４は、反射面２３０から入射ビーム２８０の最上端と同じ高さの反射面２１０上の点に向かって反射し、反射ビーム２９０の最上端に向かって水平に伝播した後に、反射光線２９４として出射する。従って、キューブコーナーリフレクタ２００の高さは、ビーム２８０及び２９０の直径に、ビームの変動又はミスアライメント用のマージンを加えたものと同一のレベルにまで小さくすることができる。
【０００７】
図３には、４つのキューブコーナーリフレクタ２００を採用した既存の多軸平面ミラー干渉計３００が示されている。なお、“Ｍｕｌｔｉ−Ａｘｉｓ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ  Ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｔｒｕａｔｕｒｅ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｒｈｏｍｂｏｉｄ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ”と題する米国特許出願第０９／８７６，５３１号明細書（特許文献１）には、キューブコーナーリフレクタを使用して実装可能な再帰性リフレクタを格納する多軸干渉計のいくつかの更なる例について記述されている。
【０００８】
干渉計３００は、偏光ビームスプリッタ３１０内に向けられる４つの入力ビームＩＮ１〜ＩＮ４を有している。偏光ビームスプリッタ３１０は、入力されたビームＩＮ１〜ＩＮ４を偏光によって各成分に分割する。これら入力ビームＩＮ１〜ＩＮ４からの１つの偏光の各成分は、個々の計測ビームＭ１〜Ｍ４となり、入力ビームＩＮ１〜ＩＮ４における直交偏光の各成分は、基準ビームとなる（図示されてはいない）。計測ビームＭ１〜Ｍ４は、偏光ビームスプリッタ３１０から計測対象物上に取り付けられた平面計測リフレクタ（図示されてはいない）に向かって伝播する。そして、計測ビームＭ１〜Ｍ４は、同一経路に沿って、計測リフレクタから返される。
【０００９】
出て行って返ってくる計測ビームＭ１〜Ｍ４の経路内には、偏光変更素子（例えば、１／４波長板）３２０が存在しており、これらによって計測ビームＭ１〜Ｍ４の偏光が変更され、この結果、偏光ビームスプリッタ３１０は、返ってきた計測ビームＭ１〜Ｍ４を個々のキューブコーナーリフレクタ２００に向ける。
【００１０】
キューブコーナーリフレクタ２００は、これらの返ってきた計測ビームＭ１〜Ｍ４を反射し、この結果、オフセットされた計測ビームＭ１’〜Ｍ４’が、偏光ビームスプリッタ３１０と素子３２０を横断した後に、計測リフレクタにおいて反射し、素子３２０と偏光ビームスプリッタ３１０を通じて戻り、個々の出力ビームＯＵＴ１〜ＯＵＴ４の一部を形成する。この干渉計３００のそれぞれの計測軸は、ビームＭ１及びＭ１’、Ｍ２及びＭ２’、Ｍ３及びＭ３’、又はＭ４及びＭ４’のペアに対応すると共に、計測ミラー上の対応するペアの入射領域の中心間の中間に位置する計測点に対応している。従って、キューブコーナーリフレクタ２００は、所望の計測軸に必要とされる計測ビームＭ１〜Ｍ４及びＭ１’〜Ｍ４’の間隔内に適合できるように十分小さくなければならない。
【００１１】
基準ビームも、基準リフレクタ（図示されてはいない）における第１の反射，個々のキューブコーナーリフレクタ２００における反射，及び基準リフレクタにおける第２の反射を含む経路を有しており、その後、出力ビームＯＵＴ１〜ＯＵＴ４において個々の計測ビームＭ１’〜Ｍ４’に再び結合する。このようなそれぞれの計測ビームの計測リフレクタにおける２回の反射，それぞれの基準ビームの基準リフレクタにおける２回の反射，及び関連するキューブコーナーリフレクタ２００における中間での反射により、計測又は基準ミラーのミスアライメントによって合成出力ビームの基準及び計測ビーム間に生じる角度のずれを除去可能であることは周知である。
【００１２】
干渉計３００の計測軸に沿った計測においては、その計測軸に関連する出力ビーム内の計測ビーム及び基準ビームの位相の計測と分析が必要となる。これらの計測値は、計測ビーム及び基準ビームの波面が均一な場合に、最も正確なものになる（これは、計測位相情報が、通常、出力ビームの断面における位相情報の積分値又は平均値であることによる）。又、計測ビームの統合／分析される部分は、通常、ビームの「ウォーク・オフ（walk-off）」によって変化する。ビームのウォーク・オフは、計測対象物の角度が変化した場合に発生し、ウォーク・オフにより、計測及び基準ビームの一致部分が変化し、ビームの波面が不均一な場合には、誤った位相シフトが発生する。従って、波面のひずみは、誤差を引き起こし、位相情報の計測値（及び、相応して、干渉計３００の計測軸に沿った計測値）の雑音対信号比を低下させる。
【００１３】
図２を再び参照すると、キューブコーナーリフレクタ２００のエッジ２３５が入射ビーム２８０の中心を通っている。エッジ２３５におけるビームの反射は、通常、不均一であり、反射ビームの波面をひずませる。このような不均一性は、鋭利なエッジの安全性及び耐久性を改善すべく形成される面取り部と研磨した光学表面のエッジに通常発生する逃げ部によって生じる。特に、このエッジによる波面のひずみ（distortion）が、光の強度が大きいビームの中心に重なっていることから、この波面のひずみは、干渉計の計測に大きな影響を及ぼすことになる。
【００１４】
不完全な直交反射面２１０，２２０，２３０もまた、キューブコーナーリフレクタ２００における波面ひずみの更なる原因である。入射ビーム２８０がエッジ２３５上に入射した際に、反射面２１０，２２０，２３０の方向付けの角度に誤りがあれば、出力ビーム２９０の波面（すなわち、均一な位相の表面）がＶ字形になる。ビームの平面状の断面の位相を計測する際に、このＶ字形によって計測誤差が生じる。通常、エッジ２３５に対する予期されるビームの動きにより、Ｖ字形波面の何れの側がビーム強度のより大きな部分に対応するかが変化するため、この種の波面ひずみの補正は困難である。
【００１５】
【特許文献１】米国特許出願第０９／８７６，５３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
このような従来のキューブコーナーリフレクタに付随する制約の観点から、キューブコーナーリフレクタの反射において発生する波面ひずみを低減する方法及び構造が提供されるならば、干渉計の計測における計測信号強度と精度を改良することができるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様によれば、入射ビーム及び反射ビームが、反射面の交差部に位置するエッジから完全に逸脱するか、或いは、このエッジにビームの周辺部のみが入射するように、キューブコーナーリフレクタが方向付けされる。従って、このエッジが引き起こす干渉計などのシステムの計測に影響を及ぼす波面ひずみが低減される。このような方向付けの１つにおいては、キューブコーナーリフレクタの入射ビームと反射ビームとの間の中間に位置する対称平面に、反射面のエッジの１つと、キューブコーナーリフレクタの頂点を通過する中心軸と、が含まれている。その対称平面に垂直のトリム面（切削面；trimmed surface）を有するキューブコーナーリフレクタをその他のキューブコーナーリフレクタに近接して配置し、多軸装置においてタイトなビームパターンを提供することができる。最小限のサイズにおいては、対称平面に垂直なそれらのトリム面は、中心軸から異なる距離に位置している。
【００１８】
本発明の特定の一実施例は、キューブコーナーリフレクタなどの光学素子である。この光学素子は、３つの直交する反射面を有すると共に、これらの反射面の交差部に位置する３つのエッジを有している。第１のエッジは、第１の反射面と第２の反射面との交差部に位置しており、光学素子の入射ビームと反射ビームとの間に対称に配置されている。第２のエッジは、第２の反射面と第３の反射面との交差部に位置しており、第３のエッジは、第３の反射面と第１の反射面との交差部に位置している。第１のトリム面は、入射ビーム及び反射ビームの中心光線を含む中心平面に平行である。
【００１９】
この光学素子は、第１のトリム面に平行な第２のトリム面を有しており、これらの平行なトリム面は、光学素子の頂点を通る中心軸に対して非対称に配置されている。第１のトリム面と中心平面との間の垂直距離は、第２のトリム面と中心平面との間の垂直距離と異なっている。具体的には、１つのトリム面と中心平面との間の垂直距離は、少なくとも光学素子のそのトリム面に向かう入射ビームの非ゼロの偏位に対応する距離だけ、入射ビーム及び反射ビームの半径を超えて延長する必要がある。このビームは、光学素子のもう一方のトリム面から偏位しており、この結果、そのトリム面と中心平面間の距離はビームの半径と略等しくなっている。
【００２０】
本発明の別の特定の実施例は、キューブコーナーリフレクタである。このキューブコーナーリフレクタは、第１の反射面，第２の反射面，及び第３の反射面と、入力／出力面と、少なくとも１つのトリム面とを含んでいる。入力／出力面は、キューブコーナーリフレクタの頂点を通る中心軸に垂直であり、入射ビーム用の第１の透明アパーチャと反射ビーム用の第２の透明アパーチャを含んでいる。１つのトリム面は、第１の及び第２の反射面間に位置する第１のエッジと交差し、第１のエッジは、キューブコーナーリフレクタの中心軸を含み第１の及び第２のアパーチャ間の中間を通過する平面内に位置している。
【００２１】
第２のトリム面は、第１のトリム面に平行であって、第３の及び第１の反射面の間に位置する第３のエッジが第２のトリム面となす角度に等しい角度を、第２の及び第３の反射面間に位置する第２のエッジが第２のトリム面となすようになっている。第１のトリム面とキューブコーナーリフレクタの中心軸との間の垂直距離は、第２のトリム面とキューブコーナーリフレクタの中心軸との間の垂直距離よりも小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下において、本発明に係る実施形態について図面を参照して述べるが、異なる図において使用される同一の参照符号は、類似又は同一項目を示している。
【００２３】
本発明の一態様において、緊密なビーム間隔を実現するトリム（切削）・キューブコーナーリフレクタが提供する反射ビームの波面ひずみは最小限のものである。図４Ａ，図４Ｂ，及び図４Ｃは、本発明の実施例によるキューブコーナーリフレクタ４００の正面図，斜視図，及び側面図をそれぞれ示している。このキューブコーナーリフレクタ４００は、３つの直交する反射面４１０，４２０，４３０と、入力／出力面４４０を有するＢＫ−７ガラスなどの光学品質のガラスブロックを含んでいる。この図示のトリミングにおいては、反射面４１０及び４２０は、同一の形状及びサイズを有しており、反射面４３０の形状とサイズは、反射面４１０及び４２０とは異なるものになっている。これらの反射面４１０，４２０，４３０は、反射金属コーティング又は多層高反射誘電体コーティングを形成するための従来技法によって形成することができる。
【００２４】
反射面４１０，４２０，４３０間のエッジ４１５，４２５，４３５は、頂点４５０において交差しており、キューブコーナーリフレクタ４００の中心軸４４５は、エッジ４１５，４２５，４３５に対して等しい角度でこの頂点４５０を通過している。図４Ｂ及び図４Ｃに示されているように、手頃なコストによる製造の場合には、通常、エッジ４１５，４２５，４３５を完全に鋭利にすることはできず、又、鋭利なエッジは、安全性と耐久性の観点からも望ましいものではない。このため、干渉計などの高精度の光学系のエッジは、通常、エッジがビームの経路内に位置し得る場合には、約０．２ｍｍ又はそれ以下の面取りした面（chamfer）を有している。この面取りした面は、エッジがビーム経路から離隔している場合には、相対的に大きなものにすることができる
【００２５】
入力／出力面４４０は、入射ビーム４８０を受光すると共に、この入射ビーム４８０に平行であって、このビームからオフセットされている反射ビーム４９０を返す（これらの入力ビーム４８０及び反射ビーム４９０の役割は逆転可能であるが、ここでは、例示としてビーム４８０が入射ビームであるものと仮定する）。この入力／出力面４４０は、入射ビーム４８０及び反射ビーム４９０に対応する透明なアパーチャを有しているが、入力／出力面４４０がその全体領域において透明な場合には、これらのアパーチャは、入力／出力面４４０において区別のない領域に過ぎない。図１に、４面体のキューブコーナーリフレクタ１００における入力／出力面４４０の向きが示されている。
【００２６】
これらの光学表面４１０，４２０，４３０，４４０に加え、キューブコーナーリフレクタ４００は、入力／出力面４４０に境界を接する４つのトリム面（trimmed surface）４４１，４４２，４４３，４４４を有している。これらのトリム面４４１〜４４４は、元々大きかったガラスブロックを切削プロセスによって切削した後に生成される面であってもよい。しかしながら、これらのトリム面は、通常、機能する光学表面ではないため、切断，研削，及び／又は研磨プロセスによってキューブコーナーリフレクタ４００の反射面４１０，４２０，４３０及び／又は入力／出力面４４０などの光学品質の表面が形成される前の段階において既に存在していたオリジナルの表面であってもよい。
【００２７】
トリム面４４１〜４４４は、反射面４１０，４２０，４３０、或いは入力／出力面４４０の光学的に必要とされる部分を切断することがなければ、通常、平面又は曲面の何れであってもよい。好適な実施例においては、トリム面４４１〜４４４は、入力／出力面４４０に直交する個々に垂直及び平行な面のセットとして示される。平面の場合には、トリム面４４１〜４４４は、機械加工及び／又はその他の機械的な製造プロセス用の好都合な部分基準面として機能する。
【００２８】
キューブコーナーリフレクタ４００は、キューブコーナーリフレクタ４００の中心軸４４５に平行であって、その中心がこの中心軸から距離Ｘのところに位置する入射ビーム４８０用に特に設計されたものである。この結果、キューブコーナー４００内のビーム経路は設定されており、キューブコーナーリフレクタ４００の形状（これにより、トリム面４４１〜４４４の位置が制御される）により、選択された特定のビームサイズと所望のオフセットにおいて、キューブコーナーリフレクタ４００のサイズを最小化することができる。図４Ａにおいては、ビーム４８０及び４９０は、半径Ｒと、キューブコーナーリフレクタ４００の頂点４５０からのオフセットＸを有している。
【００２９】
エッジ４１５，４２５，４３５は、エッジ４１５とキューブコーナーリフレクタ４００の中心軸４４５とを含む対称平面がビーム４８０及び４９０間の中間に位置するように方向付けられている。一方、ビーム４８０及び４９０の中心と中心軸４４５とを含む垂直平面は、エッジ４３５及び４２５の上方に位置しており、最初は、入射ビーム４８０の大きな部分が表面４１０において反射されると共に、その小さな部分が表面４３０において反射されるようになっている。反射面４３０及び４１０間のエッジ４３５上に入射するビーム４８０の部分は、ビーム４８０の外側の部分に位置している。従って、エッジ４３５は、ビーム２８０の直径よりも短い直径のビーム４８０の部分に影響を与えている。これに対して、従来のキューブコーナーリフレクタ２００のエッジ２３５は、ビーム２８０の直径部分を通っている。従って、キューブコーナーリフレクタ４００のエッジ４３５が影響を及ぼす入射ビーム４８０の部分は、より小さなものになり、ガウス強度分布を有するビームの場合には、入射ビーム４８０の統合パワーにおいてエッジ４３５が影響を及ぼす部分は更に小さなものになる。同様に、反射ビーム４９０を生成する反射においても、エッジ４２５の影響を受けるのは、ビームの小さく且つ強度の低い部分である。
【００３０】
ビーム４８０及び４９０及びビーム４８０及び４９０の変動に適応する透明アパーチャの半径Ｒ、この透明なアパーチャとガラスエッジの不完全性に伴う光学的エッジ間の間隔δ、ビーム４８０及び４９０の中心間の所望のオフセット２Ｘ、及びキューブコーナーリフレクタ４００内のビーム経路により、キューブコーナー４００の最小サイズが制御される（特に、トリム面４４１〜４４４の位置又は境界が制御される）。オフセットの方向においては、キューブコーナーリフレクタ４００の中心軸４４５からトリム面４４１又は４４３への距離は、中心軸４４５とビームの中心間の分離Ｘ、半径Ｒ、及び間隔δを収容するものでなければならない。従って、次の等式１が、キューブコーナーリフレクタ４００の最小の幅Ｗを示すことになる。
【００３１】
等式１  ：  Ｗ＝２（Ｘ＋Ｒ＋δ）
【００３２】
中心軸４４５並びにビーム４８０及び４９０の中心は、キューブコーナーリフレクタ内部のビーム経路のために、トリム面４４４よりもトリム面４４２に近くなっている。反射面４１０は、入射ビーム４８０を反射面４３０及びトリム面４４４に向かって（且つ、トリム面４４２から離れる方向に）反射する。従って、中心軸４４５並びにビーム４８０及び４９０の中心光線の平面からのトリム面４４２の距離Ｙ１は、ビームのサイズ（半径Ｒ）及び間隔δを収容するものでなければならない。この最小の距離Ｙ１は、次の等式２によって与えられる。
【００３３】
等式２  ：  Ｙ１＝Ｒ＋δ
【００３４】
一方、中心軸４４５並びにビーム４８０及び４９０の中心光線の平面からのトリム面４４４の距離Ｙ２は、ビームのサイズ並びにトリム面４４４に向かうビームの動きに適応する（収容する）と共に、エッジの不完全性を回避しなければならない。図４Ａには、トリム面４４４に向かうビーム経路の最も遠い位置を示すべく、ビーム４８０の外側のエッジ（すなわち、トリム面４４１に最も近い部分）に位置する光線４８２が示されている。反射面４１０は、光線４８２を反射面４３０及び４２０に向かって反射する。反射面４１０において反射された光線４８２は、図４Ａに示されているように、入射ビーム４８０のプロファイルの下部に位置する地点において面４３０に入射する。許容不能なビームのパワー損失を回避するべく、ビームの何れの反射点も反射面４３０から切り離すことのないように、距離Ｙ２は十分に大きなものでなければならない。キューブコーナーリフレクタ４００の形状面における分析によれば、次の等式３により、オフセットＸ，半径Ｒ，及び間隔δを用いて最小の距離Ｙ２が与えられることが判明している。
【００３５】
等式３  ：  Ｙ２＝（Ｘ＋Ｒ）ｔａｎ３０°＋δ
【００３６】
エッジの不完全性に伴う２ｍｍの半径方向の余裕を有し、９ｍｍの透明なアパーチャの直径を備え、入射ビームに１３ｍｍのオフセットを提供する本発明の模範的な一実施例では、約２６ｍｍの合計幅を有している。この実施例においては、最小の距離Ｙ１は６．５ｍｍであり、最小の距離Ｙ２は約８．３５ｍｍである（Ｙ１＜Ｙ２）。
【００３７】
従来のトリム・キューブコーナーリフレクタと比較した場合、エッジ４２５及び４３５によって反射されるのがビームの小さな部分であり、且つその小さな部分の光の強度が低いために、キューブコーナーリフレクタ４００が生成する波面ひずみの干渉計の計測に対する影響は小さくなる。
【００３８】
トリム・キューブコーナーリフレクタ４００は、同程度の不完全さ（例、直交していない反射面、エッジの逃げ部、及び面取り）で製造された場合には、従来のトリム・キューブコーナーリフレクタ２００（図２参照）よりも優れた性能を提供する（特に、波面ひずみが小さい）。具体的には、図４Ａにおいて、エッジ４２５と、エッジ４３５の反射４３５’は、反射ビーム４９０の領域を３つの部分に分割している。反射面４１０，４２０，４３０が完全に直交していない場合には、反射ビーム４９０のこれらの部分は、それぞれ異なる平面において均一な位相を有することになる。しかしながら、通常のビームの動き考慮した場合にも、ビーム強度の大部分は反射ビーム４９０の中央部分に位置している。
【００３９】
これらの両方のタイプの波面ひずみの量若しくは程度は、所望のオフセットに対するビームサイズの比率によって左右される。所望のオフセットがビームの直径に対して大きい場合には、エッジ４２５及び４３５からの反射及びこれに関連する波面ひずみを完全に回避することができる。例えば、図５には、軸からのオフセット距離Ｘの半径Ｒに対する比率が、反射面５１０，５２０，５３０間のエッジ５１５，５２５，５３５からの反射を回避できるほどに十分に大きいキューブコーナーリフレクタ５００が示されている。このキューブコーナーリフレクタ５００の場合には、入射ビーム５８０は、反射面５１０上に全て入射する。そして、ビーム５８０は、表面５１０から反射面５３０の領域５８５上に反射する。次いで、このビームは、領域５８５から反射面５２０上に反射し、出力反射ビーム５９０を形成する。このキューブコーナーリフレクタ５００の最小限のサイズ、並びに、特に、トリム面５４１，５４２，５４３，５４４とキューブコーナー５００の中心軸との間の最小限の距離は、前述のように、軸からオフセットされたビームの変位Ｘ，半径Ｒ，ビーム変動の間隔δ，及びビームの経路に依存する。
【００４０】
図６は、個々の計測軸用に複数のキューブコーナーリフレクタ４００を含む多軸干渉計（光学機器）６００を示している。この干渉計６００は、偏光ビームスプリッタ３１０に向けられる４つの入力ビームＩＮ１〜ＩＮ４を有している。図３の干渉計３００に関連して前述したように、偏光ビームスプリッタ３１０は、偏光によって入力ビームＩＮ１〜ＩＮ４を計測ビームＭ１〜Ｍ４と基準ビーム（図示されてはいない）に分割する。次いで、計測ビームＭ１〜Ｍ４は、偏光ビームスプリッタ３１０から、計測対象物上に取り付けられた平面計測リフレクタ（図示されてはいない）に向かって伝播する。そして、この計測リフレクタから返された計測ビームＭ１〜Ｍ４が、偏光ビームスプリッタ３１０を通過して個々のキューブコーナーリフレクタ４００に入射する。そして、キューブコーナーリフレクタ４００からのオフセットされた計測ビームＭ１’〜Ｍ４’は、経路に沿って伝播し、計測リフレクタにおいて２回目の反射を経た後に、このオフセットされた計測ビームＭ１’〜Ｍ４’を偏光ビームスプリッタ３１０が方向付けして、それぞれの出力ビームＯＵＴ１〜ＯＵＴ４の一部が個々に形成される。一方、基準ビームも、基準リフレクタ（図示されてはいない）における第１の反射，個々のキューブコーナーリフレクタ４００における反射，及び基準リフレクタにおける第２の反射を含む同様の経路を有しており、その後、基準ビームは、個々の計測ビームＭ１’〜Ｍ４’と再び結合し、出力ビームＯＵＴ１〜ＯＵＴ４を形成する。
【００４１】
キューブコーナーリフレクタ４００の水平及び垂直方向の間隔は、計測ビームＭ１〜Ｍ４又はＭ１’〜Ｍ４’の間隔と一致する。所望の軸に沿って計測を実行するのに必要とされるこの間隔は、通常、全体的なシステム要件によって決定される。キューブコーナーリフレクタ４００をトリミング（trimming）することにより、緊密なビーム間隔を実現するアレイ内にキューブコーナーリフレクタ４００を配列することができる。従来のトリム・キューブコーナーリフレクタ２００の最小限のサイズと比較すると、トリム・キューブコーナーリフレクタ４００の場合には、１つのトリム面までの距離Ｙ２に、入射ビーム及び反射ビームを含む帯域を逸脱する内部ビーム経路が収容されるため、通常、ビームのオフセットに垂直な方向においては、多少大きくなる。しかしながら、ビームアレイの端部に位置するキューブコーナーリフレクタをビームアレイの外側に距離Ｙ２がくるように方向付けすることにより、この増大したサイズがビーム間隔に影響を与えないようにすることができる。大きなアレイ（すなわち、反射のオフセットに垂直な方向に沿って３つ以上のキューブコーナーリフレクタを有するアレイ）の場合には、この増大したサイズは、通常、必要とされる干渉計ビームパターンにおいて許容可能である。従って、ビーム間隔における僅かな増大により（或いは、増大することなしに）、キューブコーナーリフレクタ４００が提供する波面ひずみは、従来のトリム・キューブコーナーリフレクタが提供するものよりも小さなものになるのである。この結果、個々のキューブコーナーリフレクタ４００から反射されたビームから得た位相情報の分析により、高い信号対雑音比と正確な干渉計の計測値を得ることができる。
【００４２】
入射ビーム及び反射ビームの経路が、ガラスブロックの内部ではなく、中空部分内に位置する中空キューブコーナーリフレクタをトリミングすることによっても、サイズを小型化すると共に、波面ひずみを僅かなものに低減する（或いは、無くす）ことができる。例えば、図７は、本発明の実施例による中空キューブコーナーリフレクタ７００の斜視図である。キューブコーナーリフレクタ７００には、直交する平面状の反射面７１０，７３０と、図７の図には示されていない面が含まれている。平面状の反射面７１０，７３０及び表示されていない反射面は、キューブコーナーリフレクタ４００の反射面４１０，４３０，４２０、又はキューブコーナーリフレクタ５００の反射面５１０，５３０，５２０に対応すると共に、これらと実質的に同一の形状を有しており、この結果、キューブコーナーリフレクタ７００の正面図は、図４Ａ又は図５に示されているものと実質的に同一の外観を有する。
【００４３】
キューブコーナーリフレクタ７００は、反射面７１０、及び、この反射面７１０と対称な反射面（図示されてはいない）と交差するトリム面７４２を有している。別のトリム面７４４は、反射面７３０と交差している。本発明の一態様によれば、キューブコーナーリフレクタ７００のトリム面７４２と中心平面間の距離は、中心平面とトリム面７４４間の距離（トリム面７４４が反射面７３０と交差している部分）よりも小さくすることができる。これらの個々の距離は、例えば、既述の等式１及び２によって得ることができる。このトリム面７４２と中心平面間の距離の低減により、対称に切削されたキューブコーナーリフレクタをビーム間隔のために使用できないシステムにおいて、キューブコーナーリフレクタ７００を使用できるようになる。
【００４４】
以上を要約すると、次の通りである。すなわち、入射ビーム４８０及び反射ビーム４９０の一方が反射面４１０，４２０，４３０の交差部において完全に外れるように、或いは、これらのビーム４８０，４９０がエッジ４３５，４２５に入射する外辺部のみを有するように、キューブコーナーリフレクタ４００は方向を定められる。キューブコーナーリフレクタ４００の対称平面は、キューブコーナーリフレクタ４００の入射ビーム４８０及び反射ビーム４９０の間の中間部にあり、キューブコーナーリフレクタ４００の中心軸、及び、２つの反射面４１０，４２０の間のエッジ４１５を含んでいる。タイト（緊密）なビーム間隔（空間）を許容する最小サイズのリフレクタのために、前記対称平面に対して垂直のトリム面４４２，４４４が前記中心軸から異なる距離Ｙ１，Ｙ２をもってそれぞれ配置される。エッジ４１５，４２５，４３５は、反射面４１０，４２０，４３０に対して直交性をもったバリエーションで配置され、ビームのウォーク・オフにより生じる、干渉計６００のようなシステム内の計測装置に影響を及ぼし得る波面ひずみを低減することができる。
【００４５】
以上、本発明に付き特定の実施例を参照して説明したが、上述の説明は、本発明の適用の一例に過ぎず、限定を意図するものとして解釈されてはならない。特に、本発明の模範的な実施例には、別個の光学素子としてのキューブコーナーリフレクタが含まれているが、このキューブコーナーリフレクタの光学的機能は、その他の光学的機能を実行する光学素子に内蔵することも可能である。開示されている実施例の機能の様々なその他の適合及び組み合わせは、添付の特許請求の範囲に定義されている本発明の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】４面体のガラスボディを有するキューブコーナーリフレクタを前面から見た図である。
【図２】長方形の前面を提供すべくトリミングされたガラスボディを有する既存のキューブコーナーリフレクタを前面から見た図である。
【図３】トリム・キューブコーナーリフレクタの使用を要する緊密なビーム間隔を有する既知の多軸干渉計の斜視図である。
【図４Ａ】本発明の実施例によるトリム・キューブコーナーリフレクタの正面図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例によるトリム・キューブコーナーリフレクタの斜視図である。
【図４Ｃ】本発明の実施例によるトリム・キューブコーナーリフレクタの側面図である。
【図５】本発明の別の実施例によるトリム・キューブコーナーリフレクタを前面から見た図である。
【図６】本発明の実施例によるトリム・キューブコーナーリフレクタを採用した多軸干渉計の斜視図である。
【図７】本発明の実施例によるトリム・中空キューブコーナーリフレクタの斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
４００  キューブコーナーリフレクタ
４１０  第１の反射面
４１５  第１のエッジ
４２０  第２の反射面
４２５  第２のエッジ
４３０  第３の反射面
４３５  第３のエッジ
４４１〜４４４  トリム面
４４４  第２のトリム面
４５０  頂点
４８０  入射ビーム
４９０  反射ビーム
６００  多軸干渉計
７００  中空キューブコーナーリフレクタ
【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４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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