(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉計（１００）であって、
第１の干渉計アーム（１５０）と、
第２の干渉計アーム（１５２）と、を備え、
前記第１の干渉計アーム（１５０）及び前記第２の干渉計アーム（１５２）は、
結像原画像（１５６）の中心画素（１５４）から出射する第１の中心ビーム（１１２）が前記第１の干渉計アーム（１５０）を通過し、
前記結像原画像（１５６）の前記中心画素（１５４）から出射する第２の中心ビーム（１１８）が前記第２の干渉計アーム（１５２）を通過するように配置され、
前記第１の中心ビーム（１１２）及び前記第２の中心ビーム（１１８）は、それぞれ前記第１及び第２の干渉計アーム（１５０、１５２）を通過した後に、重複され、前記第１の中心ビーム（１１２）と前記第２の中心ビーム（１１８）との重複点（１５７）でｋ垂直＝０−干渉を生成し、
前記結像される原画像（１５６）の画素（１５８）から出射する第１のビーム（１６０）が前記第１の干渉計アーム（１５０）を通過し、
前記結像される原画像（１５６）の前記画素（１５８）から出射する第２のビーム（１６２）が前記第２の干渉計アーム（１５２）を通過し、
前記第１のビーム（１６０）及び前記第２のビーム（１６２）は、それぞれ前記第１及び第２の干渉計アーム（１５０、１５２）を通過した後、前記第１の中心ビーム（１１２）と前記第２の中心ビーム（１１８）との重複点（１５７）で重複され、
前記重複点（１５７）で前記第１の中心ビーム（１１２）に対して垂直な前記第１のビーム（１６０）の波数ベクトル成分（１６４）と、前記第２の中心ビーム（１１８）に対して垂直な前記第２のビーム（１６２）の波数ベクトル成分（１６６）とが、逆方向であるように配置される、干渉計。
【請求項２】
前記重複点（１５７）で前記第１の中心ビーム（１１２）に対して垂直な前記第１のビーム（１６０）の波数ベクトル成分（１６４）と、前記第２の中心ビーム（１１８）に対して垂直な前記第２のビーム（１６２）の波数ベクトル成分（１６６）とが、逆方向で同じ大きさであることを特徴とする、請求項１に記載の干渉計（１００）。
【請求項３】
検出器（１２５）を更に備え、前記重複点（１５７）は、前記検出器（１２５）の検出面（１２６）上に位置する、請求項１又は２に記載の干渉計（１００）。
【請求項４】
前記第１の干渉計アーム（１５０）は、第１のビーム偏向素子（１０４）と第３のビーム偏向素子（１０８）とを備え、
前記第２の干渉計アーム（１５２）は、第２のビーム偏向素子（１０６）と第４のビーム偏向素子（１１０）とを備え、
前記第１の中心ビーム（１１２）又は前記第１のビーム（１６０）は、前記第１の干渉計アーム（１５０）内で前記第１のビーム偏向素子（１０４）に、次いで前記第３のビーム偏向素子（１０８）に当射し、前記第２の中心ビーム（１１８）又は前記第２のビーム（１６２）は、第２の干渉計アーム（１５２）内で前記第２のビーム偏向素子（１０６）に、次いで前記第４のビーム偏向素子（１１０）に当射することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の干渉計（１００）。
【請求項５】
前記第１のビーム偏向素子（１０４）、前記第３のビーム偏向素子（１０８）、前記第２のビーム偏向素子（１０６）、及び前記第４のビーム偏向素子（１１０）からなる群のうち少なくとも１つは、少なくとも１つの回折光学素子（ＤＯＥ）、特に格子、及び／又は少なくとも１つの第１の誘電体媒質を備えることを特徴とする、請求項４に記載の干渉計（１００）。
【請求項６】
前記第１のビーム偏向素子（１０４）は、前記第１のビーム偏向素子（１０４）と、光軸に対して垂直な平面とを通って延在する配置面に配置され、前記光軸は、前記中心画素（１５４）を始点として前記第１の中心ビーム（１１２）と前記第２の中心ビーム（１１８）との間の角二等分線によって与えられ、
前記第２のビーム偏向素子（１０６）は、前記配置面に対する前記第２のビーム偏向素子（１０６）の距離が、前記光軸から前記第２のビーム偏向素子（１０６）までの距離よりも短くなるように配置され、
前記第３のビーム偏向素子（１０８）、前記第４のビーム偏向素子（１１０）、及び前記重複点（１５７）は、前記配置面から前記第３のビーム偏向素子（１０８）、前記第４のビーム偏向素子（１１０）、及び前記重複点（１５７）までの距離が、前記光軸から前記第３のビーム偏向素子（１０８）までの距離よりもそれぞれ短くなるように配置されていることを特徴とする、請求項４又は５に記載の干渉計（１００）。
【請求項７】
前記第１のビーム偏向素子（１０４）は、前記第１のビーム偏向素子（１０４）と、光軸に対して垂直な平面とを通って延在する配置面に配置され、前記光軸は、前記中心画素（１５４）を始点として前記第１の中心ビーム（１１２）と前記第２の中心ビーム（１１８）との間の角二等分線によって与えられ、
前記第２のビーム偏向素子（１０６）は、
前記第１のビーム偏向素子（１０４）上の前記第１の中心ビーム（１１２）の当射点と、前記第２のビーム偏向素子（１０６）上の前記第２の中心ビーム（１１８）の当射点との接続線が３０°以下の角度をなすように配置され、
前記第３のビーム偏向素子（１０８）は、
前記第１のビーム偏向素子（１０４）と前記第３のビーム偏向素子（１０８）との間の前記第１の中心ビーム（１１２）と前記配置面との接続線が３０°以下の角度をなすように配置され、
前記第４のビーム偏向素子（１１０）は、
前記第２のビーム偏向素子（１０６）と前記第４のビーム偏向素子（１１０）との間の前記第２の中心ビーム（１１８）と前記配置面との接続線が３０°以下の角度をなすように配置され、
前記第３のビーム偏向素子（１０８）及び前記第４のビーム偏向素子（１１０）は、
前記第３のビーム偏向素子（１０８）上の前記第１の中心ビーム（１１２）の当射点と重複点（１５７）との間の接続線、及び／又は前記第４のビーム偏向素子（１１０）上の前記第２の中心ビーム（１１８）の当射点と前記重複点（１５７）との接続線が、それぞれ配置面と３０°以下の角度をなすように配置されることを特徴とする、請求項４又は５に記載の干渉計（１００）。
【請求項８】
前記第１のビーム偏向素子（１０４）に当射する前の前記第１の中心ビームを前記第１のビーム偏向素子（１０４）に当射した後の第１の中心ビーム（１１２）に転換する光学結像、及び
前記第２のビーム偏向素子（１０６）に当射する前の前記第２の中心ビーム（１１８）を前記第２のビーム偏向素子（１０６）に当射した後の前記第２の中心ビーム（１１８）に転換する光学結像は、
１５０°〜２１０°の回転角で回転軸周りに回転し、かつ／又は変位ベクトルに沿って互いに転換可能であることを特徴とする、請求項４〜７のいずれか一項に記載の干渉計（１００）。
【請求項９】
前記第１のビーム偏向素子（１０４）及び前記第２のビーム偏向素子（１０６）、並びに／又は前記第３のビーム偏向素子（１０８）及び前記第４のビーム偏向素子（１１０）は、単一の装置内に格納されることを特徴とする、請求項４〜８のいずれか一項に記載の干渉計（１００）。
【請求項１０】
前記結像原画像（１５６）と、一方では前記第１の干渉計アーム（１５０）との間に、他方では前記第２の干渉計アーム（１５２）との間に、少なくとも１つのビーム拡張器が配置されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の干渉計（１００）。
【請求項１１】
前記結像対象物（１５６）と、一方では前記第１の干渉計アーム（１５０）との間に、他方では前記第２の干渉計アーム（１５２）との間に、少なくとも１つのビームスプリッタが配置されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の干渉計（１００）。
【請求項１２】
前記第３のビーム偏向素子（１０８）と、一方では前記第４のビーム偏向素子（１１０）との間に、他方では前記重複点（１５７）との間に、少なくとも１つのビーム結合装置（１７６）が配置されることを特徴とする、請求項４〜９のいずれか一項に記載の干渉計（１００）。
【請求項１３】
前記第１のビーム偏向素子（１０４）、前記第３のビーム偏向素子（１０８）、前記第２のビーム偏向素子（１０６）、及び前記第４のビーム偏向素子（１１０）からなる群のうち少なくとも１つは、少なくとも１つのＤミラーを備えることを特徴とする、請求項４〜９のいずれか一項に記載の干渉計（１００）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのＤミラーは、
光入射面と１．３を超える屈折率とを有する第２の誘電体媒質と、
前記少なくとも１つのＤミラーから出射する前記ビームを偏向するための、前記光入射面の下流側に配置された少なくとも２つの反射素子と、を備え、
前記反射素子は、それぞれ互いに隣接して配置され、
前記反射素子は、それぞれ平坦な反射面を備え、
前記第２の誘電体媒質は、前記反射素子の前記反射面と前記光入射面との間の空間を完全に満たし、
前記反射素子は、０．１ｍｍを超える寸法を有することを特徴とする、請求項１３に記載の干渉計（１００）。
【請求項１５】
前記第１の干渉計アーム（１５０）及び／又は前記第２の干渉計アーム（１５２）のいずれか一方は、対応する前記干渉計アーム（１５０、１５２）の光経路を変更するための装置を備えることを特徴とする、請求項４〜１４のいずれか一項に記載の干渉計（１００）。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置を較正する方法であって、第１の干渉計アームと第２の干渉計アームとの間の少なくとも１つの光学的波長差（δｔ）について、かつ原画像から出射された少なくとも１つの波長（λｓ）について、以下の工程：
・前記原画像についてのピクセル格子（ｉ，ｊ）を作成する工程と、
・画像についてのピクセル格子（ｍ，ｎ）を作成する工程と、
・前記原画像の前記ピクセル格子のそれぞれの個別ピクセルについての、定格強度を有する前記原画像の前記ピクセル格子の明ピクセルを連続的に作成する工程であって、ただし、残りのピクセルは暗ピクセルである、工程と、
・前記原画像の前記ピクセル格子のそれぞれの明ピクセルについての、前記測定される画像の前記ピクセル格子の（ｍ，ｎ）の強度（Φｍ，ｎ，ｔ（ｉ，ｊ，ｓ））を検出する工程と、
を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の干渉計を用いて測定された画像から原画像を再構成する方法であって、第１の干渉計アームと第２の干渉計アームとの間の少なくとも１つの光学的波長差（δｔ）について、かつ原画像から出射された少なくとも１つの波長（λｓ）について、以下の工程：
・画像のピクセル格子のピクセル強度を検出する工程と、
・前記画像の前記ピクセル格子の前記ピクセルの前記検出強度に基づく前記原画像のピクセル格子のピクセル強度を計算する工程と、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計及びこの干渉計によって実施される方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここで干渉計とは、測定対象の原画像の画素から出射する光線の入射角の干渉測定を可能にする干渉計のことである。それによって、構成によって与えられる軸と、構成によって規定される基準点と測定対象の原画像の画素とを通る直線と、の間の入射角を測定することができる。
【０００３】
ここで干渉計とは、干渉測定を可能にするあらゆる装置、あらゆる構成、又はあらゆる構造であると理解されたい。その際、これらの装置、これらの構成、又はこれらの構造自体は、必ずしも干渉測定を行う必要はない。
【０００４】
公知の干渉計は、特にマイケルソン干渉計及びマッハ・ツェンダー干渉計である。米国特許第８，６９３，００１Ｂ２号及び米国特許第７，４９９，１７４Ｂ２号は、レンズレス結像用の方法及び装置を開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、測定対象の原画像の異なる画素について特にレンズレスで、測定対象となる原画像の異なる画素に明確に割り当て可能な干渉パターンを生成する、上記の種類の干渉計を提供することにある。
【０００６】
本発明の別の課題は、０．１ｍを超える距離で干渉計によって生成されたインターフェログラムに基づいて計算される原画像の画素をより高い分解能で、かつ標準の光学系よりも良好に解像することができる装置を提供することにある。
【０００７】
干渉計構成は、簡単な構成によってこれらの課題を解決する必要がある。更に、干渉計は、安価に製造可能である必要がある。
【０００８】
更に、本発明の課題は、原画像に由来してレンズレスで結像された画像から対応する原画像を再構成する方法を提供することにある。
【０００９】
ここで、レンズレスの結像は特に、平坦な、特に完全反射性の表面のみによって行われる結像を意味する。その際、画像は、特に本発明の干渉計により生成される。
【００１０】
本発明の別の課題は、特にビーム拡張素子を使用することによって、特に１０ｃｍ未満の距離で原画像の画素をレンズレスでその場で解像し、それによって誘電体レンズがない周波数範囲、特に深紫外線範囲でも使用できる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の課題は、第１の干渉計アームと第２の干渉計アームとを備え、第１の干渉計アーム及び第２の干渉計アームは、結像される原画像の中心画素から出射する第１の中心ビームが第１の干渉計アームを通過し、結像される原画像の中心画素から出射する第２の中心ビームが第２の干渉計アームを通過し、第１の中心ビーム及び第２の中心ビームが、それぞれ第１及び第２の干渉計アームを通過した後に重複され、第１の中心ビームと第２の中心ビームとの重複点でｋ垂直＝０−干渉を生成し、結像される原画像の画素から出射する第１の中心ビームが第１の干渉計アームを通過し、結像される原画像の画素から出射する第２の中心ビームが第２の干渉計アームを通過し、第１のビーム及び第２のビームが、それぞれ第１及び第２の干渉計アームを通過した後、第１の中心ビームと第２の中心ビームとの重複点で重複され、重複点で第１の中心ビームに対して垂直な第１のビームの波数ベクトル成分と第２の中心ビームに対して垂直な第２のビームの波数ベクトル成分とが逆方向であるように配置される、干渉計によって解決される。
【００１２】
例えば、マイケルソン干渉計又はマッハ・ツェンダー干渉計などの公知の干渉計は、通常は１つの平面内に位置する素子から構成される。これに対して、本発明による干渉計は、好適には三次元配置を備えている限り、１つの平面内に位置しない素子を備える。
【００１３】
結像対象物は、三次元構造を有してもよい。
【００１４】
本発明では、干渉測定は、測定対象の原画像から出射する光が、それぞれ第１及び第２の干渉計アームに分割され、次いで両方の干渉計アームからの光を、例えば、検出器を配置可能な重複点で一体化することによって行われる。干渉を測定可能にするため、両方の干渉計アーム間の光路長の差は、使用される光の対応するコヒーレンス長よりも短くなければならない。
【００１５】
光路長とは、光が進む距離に沿った屈折率の積分であると理解されたい。この光路に沿った屈折率が一定の場合は、光路長は、屈折率と進行経路の長さとの積に正確に等しい。
【００１６】
干渉計構成は、２つの干渉計アームを備える。この両方の干渉計アームを両方の中心ビームが通過し、すなわち、第１の干渉計アームを第１の中心ビームが通過し、第２の干渉計アームを第２の中心ビームが通過する。第１の中心ビームと第２の中心ビームとは、それぞれの干渉計アームを通過した後に重複する。
【００１７】
両方の中心ビームがそれぞれ第１及び第２の干渉計アームを通過した後に重複するという表現は、両方の中心ビームの伝搬方向が同一であり、両方の中心ビームが共通の点、この場合は重複点を通過することであると理解できる。
【００１８】
第１の中心ビームと第２の中心ビームとが重複すると、第１の中心ビームと第２の中心ビームとが重複する第１の点を始点として多くの重複点が生じる。干渉を観察するため、コヒーレンス条件が満たされる限り、すなわち、結像される画素を始点として第１及び第２の干渉計アームを通る両方の光経路の差が、使用される光のコヒーレンス長よりも短い限り、これらの重複点の全ては等価である。
【００１９】
結像される原画像の中心画素の位置は、例えば、所与の干渉計アームの場合は、両方の中心ビームがそれぞれの干渉計アームを通過後にｋ垂直＝０−干渉を生成する位置であると定義される。
【００２０】
平面波の場合、ｋ垂直＝０−干渉は、両方の干渉ビームの波数ベクトルが同じ方向である場合に特に同一であると理解される。したがって、ｋ垂直＝０−干渉は、垂直の波数ベクトル成分がなく、したがってゼロに等しい２つのビーム間の干渉である。平坦な検出面を有する検出器がこのｋ垂直＝０−干渉を検出し、干渉ビームの波数ベクトルが検出面に対して垂直である場合は、共通の検出面の各々の点は、同一の強度を有する。したがって、検出面は、強度が典型的には正弦波状に変化する典型的な干渉パターンを有しない。それにも関わらず、両方のビームの光経路が共通の検出面上で正弦波状に変化するため、ｋ垂直＝０−干渉は、干渉である。
【００２１】
球面波については、一般にｋ垂直＝０−干渉を、干渉ビームが平行な波面を有する干渉であると理解できる。
【００２２】
両方の中心ビームが重複点で重複する間に、結像される原画像の画素から発し、両方の干渉計アームを通る両方のビームは、重複点で重複する。これは、第１及び第２のビームの伝搬方向が一般に同一ではないことを意味する。実際には、それは、通常は第１のビームと第２のビームとのビームプロファイルの重複を意味する。それぞれの光経路の差異がコヒーレンス長よりも短い場合は、この場合、典型的な干渉縞と見なされる。
【００２３】
重複点で第１の中心ビームに対して垂直な第１のビームの波数ベクトル成分と、第２の中心ビームに対して垂直な第２のビームの波数ベクトル成分とが逆方向であることは、本発明の重要な知見であると見なすことができる。その際、第１の中心ビームに対して垂直な波数ベクトル成分は、その成分が第１の中心ビームに対して垂直である限り、任意のあらゆる成分である。第１の中心ビームに対して垂直である第１のビームの波数ベクトル成分は、垂直な全波数ベクトル成分であるため、第１の中心ビームに対して垂直である第１のビームの波数ベクトル成分と、第１の中心ビームに対して平行である第１のビームの波数ベクトル成分と、のベクトルの和は、波数ベクトルに等しい。これは、第２の中心ビームについても同様に当てはまる。
【００２４】
第１の中心ビームに対して垂直な波数ベクトル成分の方向と、第２の中心ビームに対して垂直な波数ベクトル成分の方法とは、逆方向であることが分かる。それによって、結像される原画像の任意の画素について干渉パターンが得られる。好適には、第１の中心ビームに対して垂直な波数ベクトル成分の量と第２の中心ビームに対して垂直な波数ベクトル成分の量とは、重複点で同量である。それには、両方の中心ビームの重複時に生じるｋ垂直＝０−干渉がより大きく、特に最大の干渉コントラストを有するという利点がある。
【００２５】
中心画素を始点に、光軸に対して垂直なあらゆる二次元偏差は、重複点で、第１の中心ビームに対して垂直な第１のビームの波数ベクトル成分と、第２の中心ビームに対して垂直な第２のビームの波数ベクトル成分とが逆方向であり、好適には逆方向で同じ大きさであると見なされる。このことは、通常は、三次元の干渉計構成によってのみ達成できる。
【００２６】
本発明の重要な知見であると見なすことができる上記の事実は、図６で明示することができる。
【００２７】
図６では、両方とも中心画素１５４から出射する第１の中心ビーム１１２と第２の中心ビーム１１８とは、負のｚ軸に沿って延び、それぞれ第１のビーム偏向素子１０４及び第２のビーム偏向素子１０６に当射する。第１の中心ビーム１１２は、第１のビーム偏向素子１０４によってｘ軸方向に偏向し、第２の中心ビーム１１８は、第２のビーム偏向素子１０６によって負のｘ軸方向に偏向する。
【００２８】
軸の配置は、図６及び本発明の他の全ての実施例で随意に選択され、かつ制約されない。
【００２９】
この場合、第１の中心ビーム１１２及び第２の中心ビーム１１８は、それぞれｚ軸に対して平行に描かれている。これは、結像対象物１５６が無限遠にあることを意味する。
【００３０】
その後、第１の中心ビーム１１２は、ここで選択された座標系の原点にある第３のビーム偏向素子１０８によってｙ軸方向に偏向し、次いで第１の中心ビーム１１２は、検出面１２６を有する検出器１２５に当射する。検出器１２５は、好適にはＣＣＤセンサ、又はＣＭＯＳセンサ、言い換えると能動ピクセルセンサ（ａｃｔｉｖｅ−ｐｉｘｅｌ  ｓｅｎｓｏｒ（ＡＰＳ））を備えてもよい。好適には、検出器１２５は、上記のセンサの二次元配置、言い換えるとアレイを備える。
【００３１】
第２の中心ビーム１１８は、第２のビーム偏向素子１０６によって負のｘ軸方向に偏向された後、第４のビーム偏向素子１１０によって第１の中心ビーム１１２と同様にｙ軸方向に偏向される。第３のビーム偏向素子１０８は、半透過性ミラーとして形成されているため、したがって、第１の中心ビーム１１２及び第２の中心ビーム１１８は、第４のビーム偏向素子１１０から見て第３のビーム偏向素子１０８の後方で重複可能である。したがって、重複点１５７は、第３のビーム偏向素子１０８上、又はｙ軸上の任意の位置の第３のビーム偏向素子１０８の後方の半直線上にある。
【００３２】
負のｚ軸から離れてｘｙ平面に沿った第１の中心ビーム１１２又は第２の中心ビーム１１８の伝搬方向の僅かな偏差によって、第４のビーム偏向素子で反射した後、第１の中心ビーム１１２は、実質的にｙ軸に沿って伝搬するが、ｘｚ平面にも僅かな成分を有し、また、第２の中心ビーム１１８も同様に実質的にｙ軸に沿って伝搬し、同様にｘｚ平面にも僅かな成分を有するが、これは第１の中心ビーム１１２の対応する成分１６４と逆方向である。したがって、第１の中心ビーム１１２の垂直な波数ベクトル成分は、重複点１５７で、第２の中心ビーム１１８の対応する垂直の波数ベクトル成分１６６とちょうど逆方向の同じ大きさの成分であると言える。本発明のこの特性によって、結像される原画像のそれぞれの画素は、特定の対称性に至るまで、検出器上に異なる干渉パターンを生成する。上記の対称性は、干渉計アームの光路を変更することによって除去することができる。したがって、結像される原画像のそれぞれの画素を明確に識別することができ、ひいては使用される干渉計に対して結像される原画像のそれぞれの画素の相対位置を明確に定めることができる。この特性は、三次元構造を有する干渉計を用いてのみ可能であると思われる。
【００３３】
注目すべき点は、本発明の重要な知見であると見なすことができる上記の事実が、無限遠に位置しない結像される原画像についても当てはまることである。この場合、両方の中心ビームは、互いに平行ではなく、一般に分岐する。光軸を第１の中心ビーム１１２と第２の中心ビーム１１８との間の角二等分線であると定義すると、これは平行な中心ビームとは見なされない。この場合も同様に、配置面は、明確に定義される、すなわち、配置面は、光軸に対して垂直な平面であると定義することができる。ビームは、幾何光学の概念であり、対象物が無限遠に位置するか否かに関わらず定義される。複数のビームについて、幾何光学の法則により波面を定めることができる。波面は、それぞれのビームの方向に対して法線方向にある面である。干渉計に対して無限遠にある原画像の場合、この構造は、球形、すなわち、湾曲波面を生じる。本発明では、波面の湾曲は、両方の干渉計アームに影響を及ぼすが、干渉パターンへの波面湾曲の影響は、概ね相殺される。したがって、波面湾曲があっても、無限遠にある対象物の場合も原画素の位置に依存するインターフェログラムを測定することができる。垂直の波数ベクトル成分の差は、第１の中心ビームに対する第１のビームの垂直な波数ベクトル成分と、第２の中心ビームに対する第２のビームの垂直な波数ベクトル成分との差であると定義される。この定義は、明確に定義され、対象物が有限遠にあるか無限遠にあるかに依存しない。対象物距離のこの非依存性は、経験的に立証できよう。この知見は、本発明の重要な知見である。
【００３４】
本発明の本質的な利点は、原画像が結像され、後述の方法によって再構成可能であり、その際に平坦な反射素子のみが使用されることにある。それによって本装置の安価で軽量の設計が可能になる。したがって、本発明による装置は、例えば、レンズ又は誘電体媒質などの結像素子の使用を避けることに適している。更に、このことは、透過性媒質がないことにより、例えば、深紫外線などの波長範囲での使用を可能にする。
【００３５】
好適には、第１の干渉計アーム内のビーム反射と第２の干渉計アーム内のビーム反射との差は、偶数である。これは、それぞれの干渉計アーム内の反射数が偶数又は奇数のいずれか一方であることを意味する。この場合、Ｄミラーでの反射（用語Ｄミラーについては、独国特許第１０  ２０１３  １０１  ８５６．４号を参照）もまた反射であると見なされる。
【００３６】
ミラーによる結像は、非限定的な場合は、以下に示すように、座標軸は、ｚ軸がミラーの面法線上に位置するように選択される：
（ｋｘ、ｋｙ、ｋｚ）→（ｋｘ、ｋｙ、−ｋｚ）
この式中、ｋｘ、ｋｙ、及びｋｚは、ミラーに入射するビームの波数ベクトルｋの成分である。ミラーのこの結像特性は、ミラーが円運動の回転方向を変えるため、１つ又は２つ以上の連結された回転では達成できない。例えば、左に円偏光した光は、ミラーで反射した後、右に円偏光した光になる。したがって、反射数に関するこの好適な特性は、第１の干渉計アームを介した光学結像、及び第２の干渉計アームを介した光学結像が、両方のアーム内で回転方向を反転させるか、又は両方のアーム内で回転方向が保たれるかのいずれか一方を意味する。したがって、回転方向が保たれると、第１の干渉計アームと第２の干渉計アームとの間で、差異は、生じない。この特性は、以下では「相対的回転方向の保持」と呼ばれる。
【００３７】
原画素の位置に依存するインターフェログラムの出現には、第１の干渉計アームと第２の干渉計アームとの間に位置に依存する差異があることが前提である。特定の理論に束縛されることなく、中心ビーム及び配置面が同じ二次元平面に位置する干渉計構成に関して、位置に依存する差異の効果は、相対的回転方向が同時に保持される場合は不可能であると見なすことができる。その理由は、特にその特性において、二次元での回転を交換すること、すなわち、相互交換可能な群を形成することに求めるべきである。この条件で回転方向が保持される場合には干渉計アーム間に差異がないため、原画素の位置に依存するインターフェログラムの出現をもたらし得る特性は残らない。第１の干渉計アームを通過する第１の中心ビームは、第２の干渉計アームを通過する第２の中心ビームと同じ波数ベクトルを有する。これは、この空間方向での原画素の結像が確定され、原画素が中心画素から離れて変位すると、第１の干渉計アーム及び第２の干渉計アーム内の波数ベクトルが同じ符号で変化し得るだけであることを意味する。本発明が要件とする異なる符号での変化は、二次元の干渉計では、両方の干渉計アームによる結像は、回転方向が保持された場合には異なる結果をもたらしたかもしれないことを意味するであろう。したがって、原画素の位置に依存するインターフェログラムは、二次元干渉計で回転方向が保持される前提条件では不可能である。
【００３８】
これに対して、三次元での回転は、交換可能性のこの特性を持たない。したがって、本発明の対象は、三次元干渉計である。三次元干渉計、言い換えると三次元構成を有する干渉計とは、中心ビームが干渉計の配置面に位置していない、特に概ね位置していない干渉計であると理解されたい。二次元干渉計、言い換えると二次元構成を有する干渉計とは、中心ビーム及び干渉計の素子が１つの平面内に位置している干渉計であると理解されたい。
【００３９】
本発明による干渉計において干渉計アームの１つに、例えば、追加のミラーによって追加の反射が誘導される場合、この新たな干渉計は、もはや空間方向、すなわち、ミラーによって反射された空間方向にとって逆方向の波数ベクトル成分の特性を有していない。その理由は、それまではこの干渉計はこの方向でこの特性を有していたが、それがミラーによって失われるからである。
【００４０】
付加的な特性として、第１のビーム偏向素子及び第２のビーム偏向素子の結像特性が１５０°から２１０°、特に好適には１８０°の角度で回転することによって転換されることを、必要としてもよい。そのために、回転は、好適には、光軸を伴う移動を除いて３０°未満、好適には２０°未満、又は特に好適には１０°未満の角度をなす回転軸を中心に行われる。その際、光軸は、中心画素を始点として第１の中心ビームと第２のビームとの間の角二等分線として定義することができる。干渉に必要な重複は、干渉計内のほぼ配置面内に位置する点で行われる。この場合、配置面は、光軸に対して法線上に位置し、第１のビーム偏向素子が位置する平面であると定義することができる。
【００４１】
干渉計の記載した分類は、以下のようにまとめることができる。相対的回転方向が保持される二次元干渉計は、前述のように本発明の特性を有していない。この種の干渉計で追加ミラーが干渉計アーム内に導入されると、この方向で逆方向の垂直な波数ベクトル成分の特性が直接生じる。しかし、この波数ベクトル成分は、ミラーによって反射された方向のみに生じ、これと直交する方向には生じない。したがって、二次元干渉計からは、追加のミラーを導入することによっても本発明の特性を有する干渉計を形成することはできないと思われる。
【００４２】
更に、本発明の課題は、本発明による干渉計を用いて測定された画像から原画像を再構成する方法によって、かつ本発明による干渉計の較正方法によって解決される。本発明による干渉計の較正方法は、本発明による干渉計を用いて測定された画像から原画像を再構成する方法を実施する目的に役立つ。したがって、両方の方法が同じ課題を解決する。
【００４３】
その際、原画像は、画素から構成されたものとして取得され、原画素は、装置の分解能に相当する。様々な原画素が異なるインターフェログラムになるため、本方法を用いて、装置による結像時に測定され、重複されたインターフェログラムを生じる原画素の強度分布の計算が、分解能の範囲内で確実になされる（「逆問題の解決」）。その際、分解能の範囲内で、計算された強度分布は、原画素の実際の強度に対応する。この方法によって中心画素の周囲の空間錐の解像が可能であり、原画素の方向が固定している場合は、インターフェログラムは、ビーム上の原画素の距離に依存しない。本発明の方法は、距離の決定を必要としなかったとしても、原画像を再構成する。しかし、もちろん距離測定も可能であるが、それは三角測量によってのみである。
【００４４】
本発明による干渉計の較正方法では、第１の干渉計アームと第２の干渉計アームとの間の少なくとも１つの光路長の差δｔについて、かつ原画像から出射された少なくとも１つの波長λｓについて、以下の工程が実施される。つまり、原画像についてのピクセル格子（ｉ，ｊ）を作成すること；画像についてのピクセル格子（ｍ，ｎ）を作成すること；定格強度を有する原画像のピクセル格子の明ピクセルを連続的に作成すること、但しただし残りのピクセルは暗ピクセルである；及び原画像のピクセル格子のそれぞれの明ピクセルについての画像のピクセル格子（ｍ、ｎ）の強度（φｍ，ｎ，ｔ（ｉ，ｊ，ｓ））を検出することが実施される。
【００４５】
したがって、干渉計の較正は、干渉計自体によってのみ定められるのではなく、原画像又は画像にも依存し、特に測定される波長又は測定される（複数の）波長及び選択された画像部分に依存する。
【００４６】
本方法は、波長に関して異なる２つの態様で実施することができる。第１の実施態様に基づいて、方法は、原画像から出射する少なくとも１つの波長について実施される。第２の実施態様に基づいて、方法は、原画像から出射する少なくとも１つの波長について実施される。第２の実施態様は、好適には、画像自体を全く、又は不十分にしか利用できない場合に実施される。
【００４７】
第１の干渉計アームと第２の干渉計アームとの間の波長差は、δで示されている。この波長差は、好適には、両方の干渉計アーム内に光路を変更する装置を挿入することによって変更することができる。これは好適には、回転光ディスク、すなわち、例えば、ポッケルスセル、電気光学モジュレータ、カーセル、又はその類似物などの電気光学効果を利用する装置によって実現できる。複数の波長差について本明細書に記載の方法が実施される場合、使用される複数の波長差は、δｔで示され、ｔは、指数である。使用される波長差が等距離である場合は、δｔは、δｔ＝ｔ＊Δδとして表すことができ、Δδは、定数である。
【００４８】
使用される光波長は、λで示される。複数の波長について本明細書に記載の方法が実施される場合、使用される複数の波長差は、λｓで示され、ｓは、指数である。使用される波長が等距離である場合は、λｓをλｓ＝ｓ＊Δλと示すことができ、Δλは、定数である。結像される対象物が複数の波長を出射する場合は、これらの波長について、すなわち、出射された波長全体について方法を実施することができる。方法はまた、結像対象物から出射された波長の一部についてのみ実施することもできる。
【００４９】
結像対象物が連続スペクトルを有する場合は、ある特定の波長を選択することができる。これは、例えば、最小波長及び最大波長、並びにこれらの両方の間の一定数の波長を方法に使用することができる。最小波長と最大波長との間の波長は、例えば、等距離に選択することができる。
【００５０】
好適には、選択はまた、かなり多くの波長が選択されるように行うことができ、その結果、下記の解かれるべき方程式系は、解くことができる、特に中間にある波長での干渉パターンを補間できる。
【００５１】
白色光出射の極端な例では、Ｎ×Ｎピクセルドットの原画像の分解能において、Ｎ／２の波長の経路長変更δｔを選択することができ、Ｎは、１よりも大きい整数である。例えば、原画像の分解能が１０００×１０００ピクセルドットである場合、５００の波長の経路長変更δｔを選択することができる。すなわち、中心波長λ中心ではΔδ＝０．５＊λ中心、δｔ＝ｔ＊Δδが生じ、ｔは、例えば、上記の１０００までの特別な場合は、０からＮである。この選択によって、原画像は、空間分解及び周波数分解されて写像され、これは専門用語で「スペクトルハイパーキューブ」と呼ばれる。
【００５２】
結像される原画像のピクセル格子（ｉ，ｊ）は、以下のように作成できる。例えば、ピクセル格子の座標系の原点として中心画素を選択する。ピクセル格子の座標系が通ることとなる平面として、例えば、原画像と干渉計との間の接続線に対して実質的に垂直に延びる平面を選択することができる。ここで、例えば、中心画素を始点とする接続線を第１の中心ビームと第２の中心ビームとの間の角二等分線として選択することができる。座標系の軸として、この平面内で延びる互いに垂直な任意の２つの軸を選択することができる。上記の座標系内では、ピクセル格子上の各々の点は、ｉ＊Δｘｕの形態のｘ座標と、ｊ＊Δｙｕの形態のｘ座標とを有している。Δｘｕ及びΔｙｕの大きさは、選択された格子のピッチである。指数ｉ及びｊは、そのように選択されたこの格子の代表的な指数である。
【００５３】
格子は、例えば、格子が干渉系の分解能に相当するように選択することができる。分解能は、中心画素を始点として、干渉パターン全体が原画素の変位の範囲内で弱め合う干渉と強め合う干渉とを形成すると、画素を中心画素と区別できるように付与される。すなわち、（ｍ，ｎ）に格子化された画像は、ある部分領域では強め合う干渉を、また別の部分領域では弱め合う干渉を生成する。両者の間には、弱め合う干渉が強め合う干渉に変わる、いわゆる「結節線」がある。中心画素は、ｋ垂直＝０−干渉を表し、すなわち、中心画素は、この特性を有していない。この特性を最初に形成する最小の変位が光学分解能を決定する。好適には、これは、Δｘｕ及びΔｙｕに等しい。
【００５４】
測定される画像のピクセル格子（ｍ，ｎ）は、以下のように作成することができる。測定される画像は、例えば、検出器で測定することができる。検出器面は、例えば、平坦でもよい。この検出器面の中央にある点を、測定される画像のピクセル格子の座標の原点として選択することができる。ピクセル格子の座標系内に延びることとなる平面として、例えば、検出器面が位置する平面を、又は同一ではない場合は重複する両方の中心ビームに対して垂直な平面を選択することができる。座標系の軸として、この平面内で延びる互いに垂直な任意の２つの軸を選択することができる。上記の座標系内では、ピクセル格子上のそれぞれの点は、ｍ＊Δｘの形態のｘ座標と、ｎ＊Δｙの形態のｘ座標とを有している。Δｘ及びΔｙの大きさは、選択された格子のピッチである。指数ｍ及びｎは、そのように選択されたこの格子の代表的な指数である。好適には、Δｘ及びΔｙの大きさは、格子が原画像空間内と少なくとも等しいか、それ以上のピクセル数を生じるように選択され、これは専門用語では「オーバーサンプリング」とも呼ばれる。
【００５５】
原画像と画像の両方の格子では、標準的な強度で出射する原画像格子のそれぞれのピクセルについて、画像の格子のそれぞれのピクセル上での強度分布φｍ，ｎ，ｔ（ｉ，ｊ，ｓ）のように判定される。ここで指数ｉ、ｊは、原画像の格子化のパラメータであり、ｓは、波長の指数化又は格子化のパラメータである。ｉ、ｊ、及びｓが異なれば、検出器面上の強度分布も異なる。
【００５６】
強度Ｉｉ，ｊ，ｓは、原画像上の格子点について波長の指数がｓである場合の格子点の強度を示す。原画像及び画像の格子化並びに波長の指数化が十分な場合は、Φｍ，ｎ，ｔで示される測定される画像のピクセル格子（ｍ，ｎ）のピクセルｍ、ｎの測定済みの強度分布に等しければ、Ｉｉ，ｊ，ｓとして示される指数ｓを有する波長において、ピクセル（ｉ，ｊ）のそれぞれの強度を有する標準強度φｍ，ｎ，ｔ（ｉ，ｊ，ｓ）でのインターフェログラムの積の全ての指数ｉ、ｊ、及びｓの和は、正確に下記のようになる。
【００５７】
【数１】
0006364551.tif 000002
上記式中、Φｍ，ｎ，ｔは、測定される画像のピクセル格子（ｍ、ｎ）のピクセルｍ、ｎの測定済みの強度分布である。この方程式は、結像方程式と呼ばれる。
【００５８】
行ｍ、ｎ、及びｔと列ｉ、ｊ、及びｓとからなる行列φｍ，ｎ，ｔ（ｉ，ｊ，ｓ）を反転することによって、結像方程式を下記のように書き換えることができる：
【００５９】
【数２】
0006364551.tif 000003
上記式中、Ｍｍ，ｎ，ｔ（ｉ，ｊ，ｓ）は、φｍ，ｎ，ｔ（ｉ，ｊ，ｓ）の逆行列である。したがって、行列Ｍｍ，ｎ，ｔ（ｉ，ｊ，ｓ）は、干渉計の特性であり、この行列の検出は、較正であると見なされるが、その理由は、測定される画像についてピクセル格子（ｍ、ｎ）のピクセルｍ、ｎの任意の光分布Φｍ，ｎ，ｔを測定し、次いで上記の公式に従って行列Ｍｍ，ｎ，ｔ（ｉ，ｊ，ｓ）乗算することによって、原画像のピクセル格子を計算できるからである。
【００６０】
所与のシステムについて計算された行列Ｍｍ，ｎ，ｔ（ｉ，ｊ，ｓ）は、例えば、干渉計自体、外部メモリ、又は測定されたインターフェログラムのデータから対応する画像を計算する評価回路に記憶することができる。したがって、干渉計を、外部メモリにアクセス可能な評価回路又は干渉計を用いて較正することができる。
【００６１】
較正方法は、ここで実験的に記載する動作が少なくとも部分的に、特に数値シミュレーション、言い換えると具体的な装置のモデルによって計算されれば大幅に簡略化することができる。
【００６２】
前述の結像方程式は、特に特異値分解法を用いることによって常に近似的に解くことができる。
【００６３】
対称に構成された干渉計の場合、関数φｍ，ｎ，ｔ（ｉ，ｊ，ｓ）は、平面波（すなわち、正弦関数又は余弦関数）に対応し、指数は、測定されるピクセルに対応する。その際、逆行列の形成は、逆フーリエ変換に相当する。
【００６４】
公知の技術水準とは異なり、原画像の画素の位置は、例えば、合焦された結像系を使用して検出器上の焦点の位置によって判定されるのではなく、インターフェログラムの数値逆変換によって判定される。
【００６５】
いわゆる「固定位相点」が照射されている検出器面上に、又はほぼその上にある場合は、画像の再構成が改善される。「固定位相点」は、経験的に下記のように見出すことができる。先ず、ｋ垂直＝０−干渉が観察され、表示を簡略化するため、均一な強め合う干渉に調整されるように干渉計のアーム長を調整することが前提になる。次いで、原画素が中心画素から離され、この出射画素に対する干渉画像が分離されて観察される。検出器のある領域で完全に強め合う干渉が連続的に生じ、一方、検出器面の別の領域で強め合う干渉が１００％に保たれる場合は、この強め合う干渉の中心が「固定位相点」である。逆に検出器全体に平坦にほぼ弱め合う干渉が生じ、次いで場合によっては、再びほぼ強め合う干渉が生じ、ひいてはこれらの複数の振動の後で初めて検出器面に完全に変調された干渉、すなわち、完全に強め合う干渉がある領域と、完全に弱め合う干渉がある領域とを有する干渉縞が生じると、「固定位相点」は、検出器上には存在しない。しかし、強度変化を外挿することによって、強め合う干渉の点が持続的に存在する点を判定することができる。この点は、強め合いの後に、照射された検出器面の外側に位置する。固定位相点が少なくともほぼ検出器上に位置する場合、ひいては干渉変調が常に完全である場合、数値安定性は、より良好であると思われる。「振幅分割」の原理に基づく装置の実施形態では、固定位相点は、一般に検出器面の内側にある。
【００６６】
本発明に基づくファセット化、言い換えると多面反射式に設計された装置では、「固定位相点」は、場合によっては検出器の複数の照射面にあってもよい。「波面分割」の場合は、第１の干渉計アーム及び第２の干渉計アーム内の入射光用の開口が互いに幾何的に界接していれば、固定位相点は、照射された検出器面の縁部に位置する。開口が空間的に明らかに離間している空間配置は、測定タスクを介して、又は追加の測定を介して、例えば、空間的に固定された本発明の更なる装置を画像の再構成に利用できれば、興味深い。
【００６７】
本発明による干渉計を用いて測定された画像から原画像を再構成する方法では、第１の干渉計アームと第２の干渉計アームとの間の少なくとも１つの光学的波長差δｔについて、かつ原画像から出射する少なくとも１つの波長λｓについて以下の工程が実施される。画像のピクセル格子のピクセル強度の検出、及び較正の範囲内で検出された画像のピクセル格子のピクセルの強度に基づく原画像のピクセル格子のピクセル強度の計算。既に前述したように、測定される画像のピクセル格子の測定済みの強度から適宜の格子を使用すれば、原画像のピクセル格子の強度を計算することができる。
【００６８】
既に前述したように、本発明による干渉計を用いて測定された画像から原画像を再構成する方法では、干渉計を較正する方法の主な作業が実行される。較正が成功裏に実施された場合、すなわち、行列Ｍｍ，ｎ，ｔ（ｉ，ｊ，ｓ）が成功裏に判定された場合は、再構成は、強度分布Φｍ，ｎ，ｔを選択された格子内の検出器で測定し、以下の逆結像方程式に原画像の強度分布を挿入して計算するだけである。
【００６９】
【数３】
0006364551.tif 000004
【００７０】
更に、本発明による装置は、結像される原画像をレンズレスで判定し、又はレンズレスで結像するために使用することができる。レンズレスという概念は、特に平坦な反射面のみが使用されることを、特に意味する。
【００７１】
更に、本発明による装置は、本発明による装置に対する原画像の画素の入射方向を確定するために利用できる。これは、結像される原画像の複数の、又は全ての波長について行うことができる。
【００７２】
更に、本発明による装置は、本発明による装置を用いて測定された画像から原画像を再構成するために使用することができる。
【００７３】
更なる発展形態では、干渉計は、検出器を備える。その際、重複点は、好適には検出器の検出面上に位置する。更に、第１及び第２の中心ビームは、それぞれ検出器及び検出面に角度をなして当射する。第１の中心ビームが検出器に、第２の中心ビームが検出面に当射する角度は、好適には４５°以下、特に好適には２０°以下、更に好適には１０°以下である。特に好適には、第１の中心ビームは、検出器に、第２の中心ビームは、検出面に、垂直に当射する。
【００７４】
検出器は、好適にはＣＣＤセンサ、又はＣＭＯＳセンサ、言い換えると能動ピクセルセンサ（ａｃｔｉｖｅ−ｐｉｘｅｌ  ｓｅｎｓｏｒ（ＡＰＳ））を備える。好適には、検出器は、上記のセンサの二次元配置、言い換えるとアレイを備える。
【００７５】
更なる発展形態によれば、第１の干渉計アームは、第１のビーム偏向素子と第３のビーム偏向素子とを備え、第２の干渉計アームは、第２のビーム偏向素子と第４のビーム偏向素子とを備える。
【００７６】
更なる発展形態では、第１の中心ビーム又は第１のビームは、第１の干渉計アーム内で第１のビーム偏向素子に、次いで第３のビーム偏向素子に当射し、第２の中心ビーム又は第２のビームは、第２の干渉計アーム内で第２のビーム偏向素子に、次いで第４のビーム偏向素子に当射する。
【００７７】
ビーム偏向素子は、ビームを任意の方向に偏向するほか、好適にはビーム変位の機能も果たす。ビーム偏向素子は、例えば、拡大又は縮小の機能も果たすことができる。
【００７８】
好適な発展形態では、ビーム偏向素子は、ビーム偏向素子に入射するビームが異なる位置で何度も偏向可能であるように設計されている。したがって、ビーム偏向素子に入射するビームの当射点は、ビーム偏向素子から出射するビームの出射点と異なる。反射率が１００％の平面ミラーの場合は、当射点と出射点とは一致する。
【００７９】
したがってビーム偏向素子は、図９の実施例に見られるように、２つのＤミラーの交叉配置で実現可能である。この場合、ビーム偏向素子の当射点と出射点とは一致しない。
【００８０】
更なる発展形態では、第１のビーム偏向素子、第３のビーム偏向素子、第２のビーム偏向素子、及び第４のビーム偏向素子の群のうち少なくとも１つは、少なくとも１つの回折光学素子（ＤＯＥ）、特に格子を備える。ＤＯＥは、極めて簡単な部品によって実現できる。ＤＯＥは、ビームスプリッタの機能を実現できる。ＤＯＥは、ＤＯＥに入射するビームが一次、及び負の一次回折で回折するとビームスプリッタとして機能し、０次は、ほぼ抑制される又は使用されない。その際、一次、及び負の一次の強度は、好適にはほぼ同一である。
【００８１】
更なる発展形態では、第１のビーム偏向素子、第３のビーム偏向素子、第２のビーム偏向素子、及び第４のビーム偏向素子の群のうち少なくとも１つは、少なくとも１つの第１の誘電体媒質を備える。
【００８２】
誘電体媒質は、好適にはプリズムの形状を有する。プリズムにより生じる色収差、言い換えると色分散によって、波長に依存するビーム偏向が引き起こされる。本発明による装置を考慮に入れると、第１のビーム偏向素子と第２のビーム偏向素子とが回転によって互いに転換可能な好適な実施形態では、両方の干渉計アーム間の分散作用は、重複点が様々な波長の検出器面上の位置に変位するにも関わらず両方の同じビームが重複するように補償される。これは、波長に依存せずに重複がなされることを意味する。
【００８３】
本発明の別の重要な知見として、第１及び第２のビーム偏向素子としてＤミラーをそれぞれ備える干渉計では、このミラーに連結されたファセットによる光学的波長差は、第１のビーム偏向素子と第２のビーム偏向素子との間の回転対称の実施形態を考慮に入れる限り、両方の干渉計アームについて同一であり、したがって、正確に補償されると見なすことができる。それによって、本発明による干渉計のコンパクトなＤミラーの実施形態を使用することが可能になる。
【００８４】
更なる発展形態によれば、第１のビーム偏向素子は、好適には、第１のビーム偏向素子と光軸に対して垂直な平面とを通って延在する配置面に配置され、光軸は、中心画素を始点として第１の中心ビームと第２の中心ビームとの間の角二等分線によって与えられる。その際、第２のビーム偏向素子は、配置面に対する第２のビーム偏向素子の距離が、光軸から第２のビーム偏向素子までの距離よりも短くなるように配置される。更に、第３のビーム偏向素子、第４のビーム偏向素子、及び重複点は、配置面から第３のビーム偏向素子、第４のビーム偏向素子、及び重複点までの距離が、光軸からの第３のビーム偏向素子までの距離よりもそれぞれ短くなるように配置される。
【００８５】
好適な発展形態によれば、第１のビーム偏向素子は、第１のビーム偏向素子と光軸に対して垂直な面とを通って延在する配置面に配置される。その際、光軸は、中心画素を始点として、第１の中心ビームと第２の中心ビームとの間の角二等分線によって与えられる。
【００８６】
第２のビーム偏向素子は、第１のビーム偏向素子上の第１の中心ビームの当射点と、第２のビーム偏向素子上の第２の中心ビームの当射点との接続線が３０°以下の角度をなすように配置される。好適には、この角度は、２０°以下、更に好適には１０°以下、より好適には５°以下、最も好適には０°である。
【００８７】
第３のビーム偏向素子は、好適には、第１のビーム偏向素子と第３のビーム偏向素子との間の第１の中心ビームと、配置面とが３０°以下の角度をなすように配置される。好適には、この角度は、２０°以下、更に好適には１０°以下、より好適には５°以下、最も好適には０°である。
【００８８】
第２のビーム偏向素子は、好適には、第２のビーム偏向素子と第４のビーム偏向素子との間の第２の中心ビームと、配置面とが３０°以下の角度をなすように配置される。好適には、この角度は、２０°以下、更に好適には１０°以下、より好適には５°以下、最も好適には０°である。
【００８９】
第３のビーム偏向素子及び第４のビーム偏向素子は、好適には、第３のビーム偏向素子上の第１の中心ビームの当射点と重複点との間の接続線、及び／又は第４のビーム偏向素子上の第２の中心ビームの当射点と重複点との間の接続線が、それぞれ配置面と３０°以下の角度をなすように配置される。好適には、これらの角度は、２０°以下、更に好適には１０°以下、より好適には５°以下、最も好適には０°である。
【００９０】
発展形態によれば、第３のビーム偏向素子から偏向された第１の中心ビームと、第４のビーム偏向素子から偏向された第２の中心ビームとは重複する。
【００９１】
発展形態によれば、第３のビーム偏向素子から偏向された第１の中心ビーム、及び／又は、第４のビーム偏向素子から偏向された第２の中心ビームは、好適には検出器の検出面に垂直に当射する。
【００９２】
発展形態によれば、第１の中心ビーム、第２の中心ビーム、及び光軸は、１つの平面内に位置する。
【００９３】
別の発展形態によれば、第１のビーム偏向素子、第２のビーム偏向素子、第３のビーム偏向素子、及び第４のビーム偏向素子は、１つの平面内、例えば、配置面内に配置される。
【００９４】
別の発展形態によれば、第１のビーム偏向素子に当射する前の第１の中心ビームを偏向素子に当射した後の第１の中心ビームに転換する光学結像、及び第２のビーム偏向素子に当射する前の第２の中心ビームを第２の偏向素子に当射した後の第２の中心ビームに転換する光学結像は、１５０°〜２１０°の回転角で回転軸周りに回転することによって、かつ／又は変位ベクトルに沿って互いに転換可能であることが好適である。回転角は、好適には１７０°〜１９０°であり、より好適には正確に１８０°である。変位ベクトルは、好適には、その大きさが干渉計内の最大距離未満のベクトルであり、更に好適には、回転の原点が適切に選択される場合はゼロベクトルである。
【００９５】
相互に転換可能な両方の光学結像の前述の特性は、それぞれのビーム偏向素子が干渉計アーム内に配置されるため、両方の干渉計アームの特性でもある。干渉計の好適な発展形態は、１５０°〜２１０°の回転角で回転軸周りに回転することによって、かつ／又は変位ベクトルに沿って変位することによって互いに転換可能な２つの干渉計アームを備える。回転角は、好適には１７０°〜１９０°であり、更に好適には正確に１８０°である。変位ベクトルは、好適には、その大きさが干渉計内の最大距離未満のベクトルであり、更に好適には、回転の原点が適切に選択される場合はゼロベクトルである。
【００９６】
好適な発展形態では、第１及び第２のビーム偏向素子は、第１のビーム偏向素子が１５０°〜２１０°の回転角で回転軸周りに回転することによって、及び／又は変位ベクトルに沿って変位することによって互いに転移可能であるように配置され、かつ構成される。回転角は、好適には１７０°〜１９０°であり、より好適には正確に１８０°である。変位ベクトルは、好適には、その大きさが干渉計内の最大距離未満のベクトルであり、更に好適には、回転の原点が適切に選択される場合はゼロベクトルである。
【００９７】
更なる発展形態によれば、回転軸は、光軸と３０°以下の角度をなす。好適には、この角度は、２０°以下、更に好適には１０°以下、最も好適には５°以下である。更に、回転軸が光軸と一致することが好適である。
【００９８】
更なる発展形態によれば、第１のビーム偏向素子及び第２のビーム偏向素子は、単一の装置内に格納される。これは、例えば、結像対象物から入射する光を異なる２つの方向、例えば、第１の干渉計アーム及び第２の干渉計アームに偏向するビームスプリッタによって実現できる。
【００９９】
更なる発展形態によれば、第３のビーム偏向素子及び第４のビーム偏向素子は、単一の装置内に格納される。これは、例えば、干渉計アームから届くビーム、言い換えると第３のビーム偏向素子及び第４のビーム偏向素子に当射するビームを、単一のビームに一体化するビーム結合装置によって実現できる。好適には、ビーム結合、言い換えるとビームの一体化は、コヒーレントに行われる。
【０１００】
更なる発展形態によれば、第１のビーム偏向素子、第３のビーム偏向素子、第２のビーム偏向素子、及び第４のビーム偏向素子の群のうち少なくとも１つは、少なくとも１つの半透過性ミラーを備える。半透過性ミラーを使用することによって、例えば、半透過性ミラーの前面に入射するビーム及び半透過性ミラーの後面に入射するビームは、半透過性ミラーの前面で共通のビームに一体化することができる。
【０１０１】
更なる発展形態によれば、光軸と第１の中心ビームとは重複点で４５°〜１３５°の角度をなす。好適には、この角度は６０°〜１２０°、更に好適には７５°〜１０５°、最も好適には９０°に等しい角度である。
【０１０２】
更なる発展形態によれば、結像対象物と、一方では第１の干渉計アームとの間に、他方では第２の干渉計アームとの間に、少なくとも１つのビーム拡張器（ｂｅａｍ  ｅｘｐａｎｄｅｒ）が配置される。ビーム拡張器の概念は、一般にビーム縮小器もまた含むと理解されたい。この発展形態によって、顕微鏡又は望遠鏡を実現できる。
【０１０３】
更なる発展形態によれば、結像対象物と、一方では第１の干渉計アームとの間に、他方では第２の干渉計アームとの間に、少なくとも１つのビームスプリッタが配置される。この場合、ビームスプリッタは、結像対象物から届く光を両方の干渉計アームに分割するために使用できる。
【０１０４】
更なる発展形態によれば、第３のビーム偏向素子と、一方では第４のビーム偏向素子との間に、他方では重複点との間に、少なくとも１つのビーム結合装置が配置される。ビーム結合装置は、例えば、両方の干渉計アームのビームを一体化する機能を果たすことができる。一体化された両方のビームは、次いで重複点で干渉可能である。ビーム結合装置は、例えば、ＤＯＥを備えてもよい。その際、ＤＯＥは、通常のビーム誘導と逆の機能に使用できる。その際、例えば、一次、及び負の一次回折を一体化された両方のビームとして、また通常通り入射するビームを一体化された出射ビームとして使用することができる。
【０１０５】
更なる発展形態によれば、ビーム偏向素子は、少なくとも１つのＤミラー配置、又は少なくとも１つのＤミラーを備える。Ｄミラー配置は、好適には、少なくとも１つのＤミラーを備える。
【０１０６】
Ｄミラーとは、例えば、分散ミラー、すなわち、少なくとも１つの反射素子と、例えば、誘電体媒質などの少なくとも１つの分散素子とを有する光学装置であると理解されたい。
【０１０７】
発展形態によれば、Ｄミラーは、光入射面及び１．３を超える屈折率を有する第２の誘電体媒質と、ビームを少なくとも１つのＤミラーから出射するビームに偏向するための、光入射面の下流側の少なくとも２つの反射素子とを備え、好適には回転可能な反射素子は、それぞれ互いに隣接して配置され、反射素子は、それぞれ平坦な反射面を備え、第２の誘電体媒質は、反射素子の反射面と光入射面との間の空間を完全に満たし、反射素子は、０．１ｍｍを超える寸法を有している。
【０１０８】
更なる発展形態によれば、少なくとも１つのＤミラー配置は、第１のＤミラー及び第２のＤミラーを備え、第１のＤミラー及び第２のＤミラーは、入射ビームが先ず第１のＤミラーに当射し、次いで第１のＤミラーから第２のＤミラーへと偏向され、第１及び／又は第２のＤミラーは、それぞれ１つの平面内に位置し、第１及び／又は第２のＤミラーの光入射面は、１つの平面であり、第１又は第２の反射素子の平面は、それぞれ第１又は第２のＤミラーの光入射面と平行であり、第１のＤミラーの光入射面からの垂線は第２のＤミラーの光入射面からの垂線と７０°から１１０°の角度をなすように配置される。好適には、この角度は、８０°〜１００°、より好適には正確に９０°である。
【０１０９】
更なる発展形態によれば、ビーム偏向素子のうち少なくとも１つは、空間内の一方向に沿って変位する装置を備える。対応するビーム偏向素子は、基本位置を始点として空間内で変位してもよい。それによって、例えば、対応するビーム偏向素子が内部にある干渉計アームの光経路が変わるように、すなわち、伸長又は短縮されるようにすることができる。その際、必要があればビーム偏向素子を再調整することができる。変位されるビーム偏向素子が、両方の干渉計アームを一体化する機能を果たせば、空間内の変位によって干渉計アームの光経路の差の変更を達成することができ、例えば、一方の干渉計アームの光路を伸長させるが、他方の干渉計アームの光路を短縮させることができる。それによって、対応する画素の位置を判定する際に、曖昧さをある程度なくすることができる。単色の用途の場合は、半波長に変更するだけで充分である。この変更は、例えば、電気光学的に行うことができる。干渉画像のロックイン検出用に、補足的に信号変調を使用してもよい。それによって画像信号の信号−ノイズ比、及び散乱光除去を改善することができる。
【０１１０】
更に、干渉計、特に検出器は、好適には、両方の干渉計アームを通過するビームの干渉パターンを、空間内の一方向に沿って変位する装置の様々な位置で記録する装置を備えることができる。
【０１１１】
更なる発展形態によれば、ビーム偏向素子は、ビーム偏向素子内の光経路を変更する装置を備える。その際、光が進む光経路は、変位せずに装置に達する。これは、例えば、ポッケルスセル、電気光学変調器、又はカーセルなどの電気光学効果を利用する装置によって実現できる。それによって、対応する画素の位置を判定する際に、曖昧さをある程度なくすることができる。ここでは、光路と光経路とは同義語として用いられる。同じことが光経路長と光路長にも当てはまる。
【０１１２】
更なる発展形態によれば、ビーム偏向素子は、透過動作を行うプリズムを備える。これは、一面が鏡面仕上げのプリズムでよい。その際、入射ビームは、プリズムの一面を通って入射し、プリズムの隣接する鏡面仕上げ面で反射され、プリズムの第３の面から再び出射する。これには、検出器のサイズ、及び検出器上のピクセルの間隔を装置に適応させることが可能であるという利点がある。
【０１１３】
本発明は、特に下記の分野で使用可能である。
Ａ）表面検査、マシンビジョン。これは、特に以下の課題に関連する。表面の欠陥検出、形状検査及び寸法検査、位置検出、表面検査及び対象物検出。ここで最も重要な分野は、例えば、部品の品質管理及び工程調整である。本発明は、例えば、１０−７〜１０−６ｍの範囲の可視光線で、かつ、例えば、１ｍのより長い作業距離で高い分解能で表面の特性を調査することに適している。アッべの公式を用いて、所与の距離及び波長に対する分解能を計算することができる。検出器のサイズが５０ｍｍ×５０ｍｍ、作業距離が１ｍ、空気中での屈折率が１、及び波長が５００ｎｍである場合、分解能は、１０μｍになる。
【０１１４】
結像品質は、回折限度によって生じる収差のみに左右されない。ここで興味深いことは、検出器のピクセルサイズは、装置の分解能を制限しないことである。それは、分解能が干渉パターンの第１の基本モードによって検出器に与えられ、したがって、結節線を有する大きな構造に正確に対応するからであると見ることができる。したがって、装置には、検出器の品質があまり要求されない。このことは、利用できるレンズ系はないが、測定タスクを与える、例えば、紫外線、赤外線、又は遠赤外線などの独特な波長範囲で興味深い。
【０１１５】
本発明により提供される測定技術は、焦点とは無関係に動作するため、従来のレンズ付きの結像系から既知のように、測定される表面が平坦である必要はない。この測定技術は、波長が複数ある場合も同時に利用でき、したがって、化学的及び構造的な選択肢が可能である。
【０１１６】
測定原理に基づいて自動的に得られるフーリエ変換分光計の測定オプションによって、必要時には空間分解スペクトル分析が可能である。通常のレンズ系は、平行ビーム経路を有する領域がないため、高い追加コストを費やさないとフーリエ変換分光計と組み合わせられない。
【０１１７】
更に、例えば、ロックインなどの位相検波測定技術による測定方法の可能性もあり、その場合、測定信号を干渉計アーム内の経路長の変化と組み合わせることができる。それによって、良好な散乱光の抑制も、信号対ノイズ比の明白な改善も達成可能である。
【０１１８】
したがって、本発明によるシステムを、小さい構造を高分解能で二次元的に分析する必要がある分野で使用することは、有利である。用途の例は、マイクロ工学での構造、半導体技術、表面処理、溶接技術、又はバーコードである。
【０１１９】
Ｂ）項目Ａで記載した測定技術によって、装置によって測定された角度、及び適宜の三角法評価を介して、測定対象の波長較正された三次元モデルを再構成することが可能になる。それに必要なのは、少なくとも２つの視角から対象物を正確に測定することである。これは干渉計による方法であるため、装置は、使用される測定光の固定波長によって自動的に較正される。レーザ走査法とは異なり、本発明による技術は、高い空間分解能、すなわち、回折限界での空間分解能、及びマルチチャネル評価という利点がある。それに対して、従来の走査システムには単一チャネル評価しかない。したがって、本発明によるシステムを、小さい構造を高分解能で三次元分析する必要がある分野でもまた使用することは、有利である。用途の例は、マイクロ工学での構造、半導体技術、表面処理、及び溶接技術である。
【０１２０】
Ｃ）短い距離で本発明を使用するオプションにより、本発明の利点を顕微鏡の使用にもまた活用できる。達成可能な分解能は、レンズ系の場合と同様に、アッべの限界により与えられる。しかし、本発明によるシステムは、特にビーム操作が特に平面ミラー、分散平面ミラー、例えば、Ｄミラー、又は回折素子によってレンズレスで達成される場合は、レンズエラーによって影響されない。遠紫外線領域の場合は、原子格子構造もまた測定原理に使用できるため、本発明によって極端紫外線用の顕微鏡的空間分解能の計器が得られる。このような顕微鏡の動作距離は、１ｃｍの範囲内であり得るため、対象物の試験もまた真空チャンバの圧力保持ウィンドウを通して可能である。したがって、長い動作距離は、例えば、生体物質、又は真空感受性物質を極端紫外線でアッべの限界で試験することも可能にする。これは、現在は利用できないか、又は個別事例で極めて高いコストでしか利用できない測定技術である。
【０１２１】
Ｄ）本発明は、距離がより大きい場合にも使用でき、この場合は存在する具体的なシステムは、例えば、ＬＩＤＡＲシステムである。既存のＬＩＤＡＲシステムとは異なり、本発明の使用により、空間分解能は、今やレーザスポットのサイズによって規定されず、この技術は、基本的にマルチチャネル技術であるという利点がある。本発明による構造の検出器上のそれぞれのピクセルは、チャネルに対応する。従来のＬＩＤＡＲシステムは、単一チャネルシステムである。これには長いデータ収集時間が伴い、本発明の使用により、そのデータ収集時間を大幅に短縮可能である。
【０１２２】
同時に、分解能を高めることができ、必要に応じてスペクトル分析を行うことができる。ＬＩＤＲ測定の品質は、このアプローチで明らかに向上できるとされている。
【０１２３】
Ｅ）本装置はまた、広帯域幅のスペクトル光（ＥＭビーム）、例えば、ルミネッセンスの検出及び分析にも適している。従来の望遠鏡システムと比較して、望遠鏡システムは、本発明によるシステムの光強度は低いものの、分解能が高く、レンズエラーがないことが期待される。例えば、Ｄミラー又は回折素子を有する本発明によるシステムの構造が簡素であるため、開口が大きく、軽量構造の簡素で安価な構造が可能である。これは、例えば、衛星の用途でも興味深いとされている。
【０１２４】
次に、個々の実施例及び図面を参照して、本発明を更に説明する。これらの実施例及び図面は、実施例及び図面が発明を何ら限定的に解釈せずに単に一般的な発明の概念を説明する役割を果たすだけである。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１ａ】本発明による干渉計の実施形態の概略図である。
【図１ｂ】中心画素から発していないビームの垂直な波長ベクトル成分の関係性を重複点で示す図である。
【図２】本発明の様々な実施形態による実施形態の概略図である。
【図３】本発明の様々な実施形態による実施形態の概略図である。
【図４ａ】図２又は図３に示されているビームスプリッタ又はビーム結合装置の異なる実施形態を示す図である。
【図４ｂ】図２又は図３に示されているビームスプリッタ又はビーム結合装置の異なる実施形態を示す図である。
【図４ｃ】図２又は図３に示されているビームスプリッタ又はビーム結合装置の異なる実施形態を示す図である。
【図５ａ】図２又は図３に示されているビームスプリッタ又はビーム結合装置の異なる実施形態を示す図である。
【図５ｂ】図２又は図３に示されているビームスプリッタ又はビーム結合装置の異なる実施形態を示す図である。
【図５ｃ】図２又は図３に示されているビームスプリッタ又はビーム結合装置の異なる実施形態を示す図である。
【図６】本発明の様々な実施形態による実施形態の概略図である。
【図７】本発明の様々な実施形態による実施形態の概略図である。
【図８】本発明の様々な実施形態による実施形態の概略図である。
【図９ａ】本発明による干渉計の実験的に実現された実施形態を示す図である。
【図９ｂ】本発明による干渉計の実験的に実現された実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１２６】
図１ａは、本発明による干渉計１００の実施形態の概略図を示す。その際、結像対象物１５６は、干渉法で測定される。結像システムでは、結像対象物１５６は、図１ａで例示的に示されているだけの多数の画素１５８から構成されている。それぞれの画素１５８から、２つの干渉計アーム、すなわち、第１の干渉計アーム１５０及び第２の干渉計アーム１５２を通過し、両方の干渉計アーム１５０、１５２の後方の、干渉パターンが検出される重複点１５７で重複される２つのビーム、すなわち、第１のビーム１６０及び第２のビーム１６２が出射する。結像対象物１５６は、更に、中心画素１５４を備え、そこから、それぞれが第１の干渉計アーム１５０及び第２の干渉計アーム１５２を通過し、重複点１５７で重複される２つの中心ビーム、すなわち、第１の中心ビーム１１２及び第２の中心ビーム１１８が出射する。第１の中心ビーム１１２又は第１のビーム１６０、及び、第２の中心ビーム１１８又は第２のビーム１６２は、両方の干渉計アーム１５０、１５２を通過した後で異なる態様で重複される、又は重なり合う。これは、例えば、ミラー１５９及び半透過性ミラー１６１によって達成可能である。第１の中心ビーム１１２又は第１のビーム１６０は、第１の干渉計アーム１５０を通過後にミラー１５９に当射し、そこから好適には垂直に偏向される。第２の中心ビーム１１８又は第２のビーム１６２は、第２の干渉計アーム１５２を通過後に半透過性ミラー１６１に当射し、そこから一部が好適には垂直に反射され、他の部分が半透過性ミラー１６１を通過して損失される。ミラー１５９及び半透過性ミラー１６１は、第１の中心ビーム１１２又は第１のビーム１６０がミラー１５９から反射した後、半透過性ミラー１６１を通過して、半透過性ミラー１６１の後方で、一方では第１の中心ビーム１１２又は第１のビーム１６０の伝搬方向と、他方では第２の中心ビーム１１８又は第２のビーム１６２の伝搬方向が実質的に一致するように調整される又は位置合わせされる。既に上述したように、第１の中心ビーム１１２及び第２の中心ビーム１１８については、半透過性ミラー１６１の後方でその伝搬方向が完全に位置する。第１のビーム１６０及び第２のビーム１６２については、既に前述したように、重複点１５７で、第１の中心ビーム１１２に対して垂直な第１のビーム１６０の波長ベクトル成分１６４と、第２の中心ビーム１１８に対して垂直な第２のビーム１６２の波長ベクトル成分１６６とは、図１ｂから分かるように逆方向で同一である。説明目的で、図１ａには中心ビーム１１２、１１８だけが示されているのに対して、図１ｂには第１のビーム１６０及び第２のビーム１６２が示されている。図１ｂには、第１の中心ビーム１１２又は第２の中心ビーム１１８に対して垂直に延びる重複点１５７での平面が示されている。この平面の互いに垂直な２つの基底ベクトルとして、例えば、波長ベクトルｋｐａｒ，１及びｋｐａｒ，２を選択することができる。波長ベクトルｋｐａｒ，１は、例えば、図１ａの描画面に位置することができる。そこで、第１の中心ビーム１１２に対して垂直な第１のビーム１６０の波長ベクトル成分１６４は、例えば、図１ｂに示すように、ｋｐａｒ，１に平行な成分と、ｋｐａｒ，２に平行な別の成分とを含んでいる。第２の中心ビーム１１８に対して垂直な第２のビーム１６２の波長ベクトル成分１６６は、波長ベクトル成分１６４と比較して符号以外は同じ成分ｋｐａｒ，１及びｋｐａｒ，２を含んでいる。したがって、波長ベクトル成分１６４及び１６６は、大きさは同じであるが、逆平行である。
【０１２７】
中心画素１５４の特徴は、中心画素１５４から出射する両方の中心ビーム１１２、１１８が重複点１５７で垂直な波長ベクトル成分を含んでおらず、ｋ垂直＝０−干渉を生じることである。
【０１２８】
実際に提供される装置では、この中心画素１５４は、装置の製造後に、重複点１５７での干渉がｋ垂直＝０−干渉を含むまで画素を変更することによって、決定してもよい。この方法は、実験室の条件下で実証されている。
【０１２９】
図２は、本発明による干渉計１００の概略図である。結像対象物１５６（図示せず）から出射する光は、第１の干渉計アーム１５０及び第２の干渉計アーム１５２を介して干渉用に使用される。図２の実施形態では、第１の干渉計アーム１５０は、第１のビーム偏向素子１０４及び第３のビーム偏向素子１０８を備え、第２の干渉計アーム１５２は、第２のビーム偏向素子１０６及び第４のビーム偏向素子１１０を備える。
【０１３０】
第１の中心ビーム１１２又は第１のビーム１６０は、第１の干渉計アーム１５０を通過し、第２の中心ビーム１１８又は第２のビーム１６２は、第２のビーム偏向素子１５２を通過する。結像対象物１５６は、必ずしも無限遠に位置していないため、第１の中心ビーム１１２と第２の中心ビーム１１８とは、必ずしも互いに平行ではない。これは、第１のビーム１６０及び第２のビーム１６２にも当てはまる。
【０１３１】
結像対象物１５６のそれぞれの個々の画素１５８から、又は中心画素１５４から出射する光は、球面波の形態で干渉計１００の方向に伝搬する。同じ球面波の別の波面は、一方では第１の干渉計アーム１５０の第１のビーム偏向素子１０４に、他方では第２の干渉計アーム１５２の第２のビーム偏向素子１０６に当射する。単一の光源、特に球面波の波面のこの分離は、専門用語では「波面分割」と呼ばれる。
【０１３２】
第１の干渉計アーム１５０及び第２の干渉計アーム１５２は、ビーム結合装置１７６を介して一体化される。コヒーレンス条件が満たされると、ビーム結合装置１７６によって一体化された光は、干渉を含み、この干渉は、ビーム結合装置１７６の後方に配置された検出器１２５によって検出される。
【０１３３】
後述するように、ビーム結合装置１７６の様々な実施形態が図５に示されている。
【０１３４】
図３の本発明の実施形態は、一方では結像対象物１５６（図示せず）と第１のビーム偏向素子１０４との間に、他方では第２のビーム偏向素子１０６との間に配置されるビームスプリッタ１７２だけが図２の実施形態と異なっている。ビームスプリッタ１７２は、結像対象物１５６から出射する光を２つのビームに分割する。分割されたビームのうち第１のビームは、第１の中心ビーム１１２として又は第１のビーム１６０として第１のビーム偏向素子１０４へと進み、分割されたビームのうち第２のビームは、第２の中心ビーム１１８として又は第２のビーム１６２として第２のビーム偏向素子１０６へと進む。
【０１３５】
ビームスプリッタ１７２に入射する光波は、ビームスプリッタ１７２で振幅が異なる２つの同相光波に分割される。分割された両方の振幅は、異なっていてもよいが、例えば、同じ大きさであってもよい。単一光源の振幅のこの設定は、専門用語では「振幅分割」と呼ばれる。
【０１３６】
ビームスプリッタ１７２の様々な実施形態が図４に示されている。
【０１３７】
図４ａでは、ビームスプリッタ１７２は、ビームスプリッタ１７８とミラー１８０との組み合わせとして実現されている。
【０１３８】
入射ビーム１８６は、図示した矢印の向きに沿ってビームスプリッタ１７８に当射し、そこで第１の出射ビーム１８８と第２の出射ビーム１９０とに分割される。出射する第２のビーム１９０は、任意選択的に、ミラー１８０で別の方向に偏向してもよい。第１の出射ビーム１８８及び第２の出射ビーム１９０の方向は、入射ビーム１８６と直角である必要はなく、所定の間隔内で変更してもよい。入射ビーム１８６と第１の出射ビーム１８８との間の、又は第２の出射ビーム１９０との間の角度は、例えば、２０°〜１６０°であってもよい。
【０１３９】
図４ｂでは、ビームスプリッタ１７２は、複合ビームスプリッタ１８２として実現される。複合ビームスプリッタ１８２は、互いに交差する２つの半透過性ミラーから構成され、加えて、これらのミラーは、透過性である。したがって、複合ビームスプリッタ１８２に入射するビーム１８６は、第１の出射ビーム１８８と第２の出射ビーム１９０とに分割される。更に、後方反射、及び入射ビーム１８６の方向に沿って複合ビームスプリッタ１８２の半透過性ミラーを通過する光による損失がある。
【０１４０】
図４ｃでは、ビームスプリッタ１７２は、回折格子１８４によって実現される。回折格子１８４に入射するビーム１８６は、複数の回折次数に回折される。新型の回折格子は、光が主として一次、及び負の一次で回折され、０次回折（図示せず）は、実質的に抑制されるように製造可能である。したがって、第１の出射ビーム１８８は、一次回折を、また第２の出射ビーム１９０は、負の一次回折を示す。これはまた、勿論、正反対でもよい。入射ビーム１８６と回折次数との間の角度は、特に、使用される回折格子の格子定数及び使用される光の波長に依存する。
【０１４１】
図５は、ビーム結合装置１７６の様々な実施形態を示している。
【０１４２】
図５ａでは、ビーム結合装置１７６は、ミラー１８０及びビームスプリッタ１７８の組み合わせとして実現される。第１の入射ビーム１９２は、ミラー１８０によってビームスプリッタ１７８の一方の面に偏向され、第２の入射ビーム１９４は、ビームスプリッタ１７８の別の面に偏向される。ビームスプリッタ１７８によって、第１の入射ビーム１９２及び第２の入射ビーム１９４は、出射ビーム１９６に一体化される、言い換えると結合される。その際、ビームスプリッタ１７８の配向に対する第１の入射ビーム１９２及び第２の入射ビーム１９４の方向は、反射された第２のビーム１９４の伝搬方向がミラー１８０によって反射された第１の入射ビーム１９２の伝搬方向と平行になるように選択されなければならない。なぜならば、そうすることによってのみ両方のビームが重複されるからである。更に、第２の入射ビーム１９４に由来してビームスプリッタ１７８を通過し、その通過により損失が起こる光によって、ビームスプリッタ１７８での損失がある。
【０１４３】
図５ｂでは、ビーム結合装置１７６は、複合ビームスプリッタ１８２によって実現される。複合ビームスプリッタ１８２は、互いに交差する２つの半透過性ミラーから構成され、加えて、これらのミラーは、透過性である。両方の半透過性ミラーによって、第１の入射ビーム１９２及び第２の入射ビーム１９４は、出射ビーム１９６に一体化される、言い換えると結合される。この場合、後方反射、及び出射ビーム１９６の方向と逆方向への反射によってもまた、光損失がある。
【０１４４】
図５ｃでは、ビーム結合装置１７６は、回折格子１８４によって実現される。これは、図４ｃのビームスプリッタ１７８の逆に相当する。したがって、第１の入射ビーム１９２及び第２の入射ビーム１９４は、格子の一次、及び負の一次回折に相当する。図５の出射ビーム１９６は、図４ｃの入射ビーム１８６に相当する。この場合も別の次数での回折による光損失が生じるが、明解にするため図示していない。
【０１４５】
図６は、本発明による干渉計１００の一実施形態を示している。図６の実施形態は、「波面分割」の原理を実現している。図６では、両方とも中心画素１５４（図示せず）から出射される第１の中心ビーム１１２及び第２の中心ビーム１１８は、負のｚ軸に沿って進み、それぞれ第１のビーム偏向素子１０４及び第２のビーム偏向素子１０６に当射する。第１の中心ビーム１１２は、第１のビーム偏向素子１０４によってｘ軸方向に偏向し、第２の中心ビーム１１８は、第２のビーム偏向素子１０６によって負のｘ軸方向に偏向する。
【０１４６】
この場合、第１の中心ビーム１１２及び第２の中心ビーム１１８は、それぞれｚ軸に対して平行に描かれている。これは、結像対象物１５６が無限遠にあることを意味する。しかし、本発明はまた、基本的に、干渉計１００に対して有限距離を有する結像対象物１５６でも機能する。この場合は、第１の中心ビーム１１２と第２の中心ビーム１１８とは互いに平行ではないであろう。
【０１４７】
次いで、第１の中心ビーム１１２は、この場合に選択された座標系の原点に位置する第３のビーム偏向素子１０８からｙ軸方向に方向転換され、その直後に検出面１２６を有する検出器１２５に当射する。この実施例では、検出器１２５は、ＣＭＯＳセンサの二次元配置、言い換えるとアレイを備える。
【０１４８】
第２の中心ビーム１１８は、第２のビーム偏向素子１０６によって負のｘ軸方向に偏向された後、第４のビーム偏向素子１１０によって第１の中心ビーム１１２と同様にｙ軸方向に偏向される。第３のビーム偏向素子１０８は、半透過性ミラーとして形成されているため、第４のビーム偏向素子１１０から届くと見られる第１の中心ビーム１１２及び第２の中心ビーム１１８は、第３のビーム偏向素子１０８の後方で重複される。したがって、重複点１５７は、第３のビーム偏向素子１０８上、又はｙ軸上の任意の位置の第３のビーム偏向素子１０８の後方の半直線上にある。前述したように、重複点１５７で、第１の中心ビーム１１２と第２の中心ビーム１１８との間のｋ垂直＝０−干渉を検出することができる。
【０１４９】
第１のビーム１６０及び第２のビーム１６２は、それぞれ第１の中心ビーム１１２及び第２の中心ビーム１１８と同様に、複数の反射を介して検出器１２５上に偏向される。しかし、第１のビーム１６０及び第２のビーム１６２の伝搬方向は、それぞれ第１の中心ビーム１１２及び第２の中心ビーム１１８の伝搬方向とは一致しない。
【０１５０】
第１のビーム１６０及び第２のビーム１６２の伝搬方向がそれぞれ第１の中心ビーム１１２及び第２の中心ビーム１１８の伝搬方向と比較して負のｚ軸から離れてｘｙ面から偏差している場合は、ビーム偏向素子で反射した後、第１のビーム１６０は、実質的にｙ軸に沿って伝搬するが、ｘｚ軸に沿った僅かな成分も含み、第２のビーム１６２も同様に、実質的にｙ軸に沿って伝搬し、同様にｘｚ軸に沿って僅かな成分を含むが、これは第１のビーム１６０の対応する成分と正反対である。したがって、重複点１５７での第１のビーム１６０の垂直な波長ベクトル成分は、第２のビーム１６２の対応する垂直な波長ベクトル成分のように、正反対で同じ大きさである。この場合、これは簡単な再計算によって確認できる。したがって、図６のこの実施形態は、例えば、図１に示す特性を有する装置があり、干渉計に入射するビームの伝搬方向に対して垂直な面での任意の偏差の結果、分割された両方の干渉計アーム内の光が同じ大きさの逆方向の垂直成分を有することになる具体的な証拠である。明解にするため、第１の中心ビーム１１２からの第１のビーム１６０と、第２の中心ビーム１１８からの第２のビーム１６２との間のわずかな偏差は、図示されていない。
【０１５１】
図７は、本発明による干渉計１００の別の実施形態を示す。この実施形態では図６の実施形態とは異なり、「振幅分割」の原理が実現されている。結像対象物１５６から出射する光は、回折格子１８４から一次、又は負の一次回折で回折される。一次回折で回折された光は、次いで第１のビーム偏向素子１０４に当射し、負の一次回折で回折された光は、第２のビーム偏向素子１０６に当射する。
【０１５２】
結像対象物１５６と回折格子１８４との間で、第１の中心ビーム１１２と第２の中心ビーム１１８とは一致する。回折格子１８４の後、第１の中心ビーム１１２は、第１のビーム偏向素子１０４での反射、第３のビーム偏向素子１０８での再反射の後、半透過性ミラーとして実施された第４のビーム偏向素子１１０を通過し、検出面１２６を有する検出器１２５に当射する。回折格子１８４の後、第２の中心ビーム１１８は、第２のビーム偏向素子１０６での反射、及び第４のビーム偏向素子１１０での再反射の後、検出器１２５に当射する。半透過性ミラーとして実施された第４のビーム偏向素子１１０は、第１の中心ビーム１１２及び第２の中心ビーム１１８を重複させるために使用される。第４のビーム偏向素子１１０は、半透過性ミラーとして実施されているため、両方のアームには不可避の損失が生じる。しかし、第１のビーム１６０は、第１の中心ビーム１１２と同様に、ビーム偏向素子に対する僅かな偏差を有している。しかし、第２のビーム１６２は、第２の中心ビーム１１８と同様に、ビーム偏向素子に対する僅かな偏差を有している。この実施形態によって、本発明による干渉計の特に軽量でコンパクトな設計が可能になる。
【０１５３】
図８は、例えば、ビームエキスパンダ、言い換えると顕微鏡として使用可能な本発明による干渉計１００の別の実施形態を示す。簡略にするため、システムの中心ビームだけを記載する。結像対象物１５６から出射する第１の中心ビーム１１２、及びこの第１の中心ビームと一致する第２の中心ビーム１１８は、ビーム拡張器、言い換えるとビームエキスパンダによって拡張される。図８の実施形態のビーム拡張器は、特にレンズ１９８、及びそのレンズの後方に配置された焦点距離が長いレンズ２００を備える。しかし、従来技術から公知のビーム拡張器もまた使用してもよい。このようにして拡張されたビームは、次いで第１のビーム偏向素子１０４と第２のビーム偏向素子１０６とが一体化している複合ビームスプリッタ１８２に当射する。複合ビームスプリッタ１８２から負のｘ方向に沿って偏向する光は、特に第１の中心ビーム１１２を含み、複合ビームスプリッタ１８２からｘ方向に沿って偏向する光は、特に第２の中心ビーム１１８を含んでいる。第１の中心ビーム１１２は、複合ビームスプリッタ１８２の後に、全体として第３のビーム偏向素子１０８と呼ばれる３つの別のミラーに当射する。第２の中心ビーム１１８は、複合ビームスプリッタ１８２の後に、全体として第４のビーム偏向素子１１０と呼ばれる３つの別のミラーに当射する。第３のビーム偏向素子１０８及び第４のビーム偏向素子１１０のそれぞれの最後のミラーは、第１の中心ビーム１１２と第２の中心ビーム１１８とを重複させるために使用される。第１の中心ビーム１１２と第２の中心ビーム１１８との重複は、最終的には第１の中心ビーム１１２と第２の中心ビーム１１８とのインターフェログラムを検出可能な検出器１２５上でなされる。第１のビーム１６０及び第２のビーム１６２は、この実施形態では図７と同様に進む。
【０１５４】
図９ａは、類似の形態で既に実験室での試作品として実現されている本発明による干渉計１００の別の実施形態を示す。図９ｂは、本発明による干渉計１００の一部の三次元配置及び構成を示している。
【０１５５】
結像対象物１５６（図示せず）の光は、負のｚ軸に沿って進み、次いで交差するＤミラーの２つの配置に当射する。ｚ軸は、この描画面に垂直であり、図示したｘ軸及びｙ軸と共に右システム、言い換えると右側のシステムを形成する。２つのＤミラーの第１の配置２０２は、第１のＤミラー２０６及び第２のＤミラー２０８を備える。更に、２つのＤミラーの第２の配置２０４は、第３のＤミラー２１０及び第４のＤミラー２１２を備える。
【０１５６】
２つのＤミラーの第２の配置２０４は、図９ｂで三次元的に示されている。２つのＤミラーの第２の配置２０４は、第３のＤミラー２１０及び第４のＤミラー２１２を備える。
【０１５７】
第３のＤミラー２１０は、平坦な光入射面及び１．３を超える屈折率を有する誘電体媒質と、出射ビーム内のビームを出射ビームへと偏向するための下流側に配置された光入射面のうちの２つとを備え、好適には回転可能な反射素子は、それぞれ互いに隣接して配置され、光入射面に平行な平面に位置している。更に、反射素子は、それぞれ平坦な反射面を備え、誘電体媒質は、反射素子の反射面と光入射面との間の空間を完全に満たす。その上、反射素子は、０．１ｍｍを超える寸法を有している。残りのＤミラー２０６、２０８及び２１２は、第３のＤミラー２１０と同じ構造である。
【０１５８】
２つのＤミラー配置の両方のＤミラーは、互いに垂直である。これは、例えば、図９ｂに示される２つのＤミラーの配置２０４に関して、第３のＤミラー２１０の光入射面上の垂線が第４のＤミラー２１２の光入射面上の垂線と９０°の角度をなすことを意味している。
【０１５９】
第１のＤミラー２０６及び第２のＤミラー２０８は、入射ビームが先ず第１のＤミラー２０６に当射し、次いで第１のＤミラー２０６から第２のＤミラー２０８に偏向されるように配置される。
【０１６０】
第３のＤミラー２１０及び第４のＤミラー２１２は、入射ビームが先ず第３のＤミラー２１０に当射し、次いで第３のＤミラー２１０によって第４のＤミラー２１２に偏向されるように配置される。
【０１６１】
第１のＤミラー２０６及び第３のＤミラー２１０の光入射面は、ｘｙ平面に平行であり、第２のＤミラー２０８及び第４のＤミラー２１２の光入射面は、ｙｚ平面に平行である。
【０１６２】
第１のＤミラー２０６の光入射面上の垂線は、第２のＤミラー２０８の光入射面上の垂線と９０°の角度をなす。
【０１６３】
第３のＤミラー２１０の光入射面上の垂線は、第４のＤミラー２１２の光入射面上の垂線と９０°の角度をなす。
【０１６４】
第１のＤミラー２０６の光入射面上の垂線及び第３のＤミラー２１０の光入射面上の垂線は、平行であり、ｚ軸に沿って延びる。
【０１６５】
第２のＤミラー２０８の光入射面上の垂線及び第４のＤミラー２１２の光入射面上の垂線は、逆平行であり、第２のＤミラー２０８の光入射面上の垂線は、負のｘ軸に沿って延び、第４のＤミラー２１２の光入射面上の垂線は、ｘ軸に沿って延びる。
【０１６６】
第１のＤミラー２０６及び第３のＤミラー２１０の光入射面の上縁は、第２のＤミラー２０８及び第４のＤミラー２１２の下縁と実質的にｚ軸の同じ高さにある。
【０１６７】
第１のＤミラー２０６、第２のＤミラー２０８、第３のＤミラー２１０、及び第４のＤミラー２１２は、１０ｍｍ×１０ｍｍの設置面積を有している。
【０１６８】
結像対象物１５６から２つのＤミラーの第１の配置２０２に、又は２つのＤミラーの第２の配置２０４に当射する光は、図９ａでは×印が中にある円でそれぞれ示されている。この記号は、それぞれのビームが描画面の向こう側へ進むことを意味している。これは、図９ｂの三次元表示で分かり易く示されている。その際、光は、第１のＤミラー２０６及び第３のＤミラー２１０の表面全体に入射する。
【０１６９】
結像対象物１５６から２つのＤミラーの第１の配置２０２に入射する光は、先ず第１のＤミラー２０６に当射し、次いで正のｚ軸及び正のｘ軸に沿って第２のＤミラー２０８で偏向され、次いで負のｘ軸及び正のｙ軸に沿って２つの偏向ミラー２１４、２１６に当射し、最後に検出器１２５で検出される。
【０１７０】
結像対象物１５６から２つのＤミラーの第２の配置２０４に入射する光は、先ず第３のＤミラー２１０に当射し、次いで正のｚ軸及び負のｘ軸に沿って第４のＤミラー２１２で偏向され、次いで正のｘ軸及び負のｙ軸に沿って偏向ミラー２１８に当射し、ここからビームスプリッタ２２０に当射し、ビームスプリッタ２２０から正のｘ軸及び負のｙ軸に沿って偏向され、最後に検出器１２５で検出される。第１の中心ビーム１１２は、２つのＤミラーの第１の配置２０２及び偏向ミラー２１４、２１６を通って検出器１２５へと進み、第２の中心ビーム１１８は、２つのＤミラーの第２の配置２０４及びビームスプリッタ２２０を通って検出器１２５へと進む。ビームスプリッタ２２０は、好適にはｙ軸に沿って変位可能であり、これは、例えば、圧電素子を使用してなされる。第１のビーム１６０及び第２のビーム１６２は、それぞれ第１の中心ビーム１１２及び第２の中心ビーム１１８と実質的に平行に進む。
【０１７１】
図９の実施形態では、画像の再構成は、特に簡単であり、逆フーリエ変換によって行うことができる。
【符号の説明】
【０１７２】
１００  干渉計
１０４  第１のビーム偏向素子
１０６  第２のビーム偏向素子
１０８  第３のビーム偏向素子
１１０  第４のビーム偏向素子
１１２  第１の中心ビーム
１１８  第２の中心ビーム
１２５  検出器
１２６  検出面
１５０  第１の干渉計アーム
１５２  第２の干渉計アーム
１５４  中心画素
１５６  結像対象物
１５７  重複点
１５８  画素
１５９  ミラー
１６０  第１のビーム
１６１  半透過性ミラー
１６２  第２のビーム
１６４  第１の中央ビームに対して垂直な波数ベクトル成分
１６６  第２の中央ビームに対して垂直な波数ベクトル成分
１７２  ビームスプリッタ
１７６  ビーム結合装置
１７８  ビームスプリッタ
１８０  ミラー
１８２  複合ビームスプリッタ
１８４  回折格子
１８６  入射ビーム
１８８  第１の出射ビーム
１９０  第２の出射ビーム
１９２  第１の入射ビーム
１９４  第２の入射ビーム
１９６  出射ビーム
１９８  レンズ
２００  レンズ
２０２  ２つのＤミラーの配置
２０４  ２つのＤミラーの配置
２０６  第１のＤミラー
２０８  第２のＤミラー
２１０  第３のＤミラー
２１２  第４のＤミラー
２１４  偏向ミラー
２１６  偏向ミラー
２１８  偏向ミラー
２２０  ビームスプリッタ
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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