(57)【要約】      （修正有）【課題】レトロリフレクタを使用する測定システムにおいて、基準ビームと測定ビームの望ましくない混合を低減すること。【解決手段】偏光成分を分離する測定システム（２００、２００Ｂ、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００）であって、レトロリフレクタ（１００）を用いて偏光を維持または変換し、偏光成分の望ましくない混合を回避する測定システム。適当なレトロリフレクタ（１００）は、直線偏光成分ビームの方向に対して４５°離れた非ゼロの角度に設定された遅軸を有するリターデーションプレートを備える、コーティングが施されたコーナーキューブ・リフレクタを含む。この非ゼロの角度はその場で設定することができ、測定システムにおける偏光混合が最小になるように設定される。あるいは、１以上の偏光操作要素（１６０、１７０）が、反射ビームの偏光を制御し、入射ビームの偏光を維持または変換する。【選択図】図２Ａ
2005338076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光成分および第２の偏光成分を含む第１の入力ビームの発生源（２１０）と、
前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分とを分離するように配置された偏光ビームスプリッタ（２２０）と、
前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分を再結合させる前に、前記第１の偏光成分を反射させるように配置された第１の偏光操作レトロリフレクタ（２３０）と、
からなる干渉計システム。
【請求項２】
前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分を再結合させる前に、前記第２の偏光成分を反射させるように配置された第２の偏光操作レトロリフレクタ（２４０）を更に含む、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項３】
第１の平面反射器（３４０）と、
前記第１の平面反射器（３４０）と前記偏光ビームスプリッタ（２２０）との間に配置された１／４波長板（３２０）と
をさらに含み、前記偏光ビームスプリッタ（２２０）からの前記第２の偏光成分は、前記第２の偏光操作レトロリフレクタ（３５０）で反射される前と、前記第２の偏光操作レトロリフレクタ（３５０）で反射された後に、一回づつ前記第１の平面反射器（３４０）で反射される、請求項２に記載の干渉計システム。
【請求項４】
前記第１の偏光成分の経路上に第２の平面反射器（８３０）をさらに含み、前記１／４波長板（３２０）が、前記偏光ビームスプリッタ（２２０）と前記第２の平面反射器（８３０）との間に配置され、
前記第１の偏光成分の経路上且つ前記第２の偏光成分の経路上に偏光変換レトロリフレクタ（８６０）をさらに含む、請求項３に記載の干渉計システム。
【請求項５】
第１の平面反射器（３４０）と、
前記第１の平面反射器（３４０）と前記偏光ビームスプリッタ（２２０）との間に配置された第１の１／４波長板（３２０）であって、該第１の１／４波長板（３２０）と前記第１の平面反射器（３４０）が前記第１の偏光成分の経路上に配置される、第１の１／４波長板（３２０）と、
第２の平面反射器（４３０）と、
前記第２の平面反射器（４３０）と前記偏光ビームスプリッタ（２２０）との間に配置された第２の１／４波長板（４２０）であって、該第２の１／４波長板（４２０）と前記第２の平面反射器（４３０）が前記第２の偏光成分の経路上に配置される、第２の１／４波長板（４２０）と、
をさらに含む、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項６】
前記第１の偏光操作レトロリフレクタ（２３０）は、
反射コーティングが施されたコーナーキューブブロック（１１０）と、
前記コーナーキューブブロック（１１０）に入射する入射ビームの経路上に配置された第１のリターデーションプレート（１６０）と、
前記コーナーキューブブロック（１１０）からの反射ビームの経路上に配置された台２のリターデーションプレート（１７０）と、
を含み、前記第１のリターデーションプレート（１６０）と前記第２のリターデーションプレート（１７０）のうちの少なくとも一方は、前記反射ビームの所望の偏光を実現するためにの遅軸を設定するために調節可能である、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の干渉計システム。
【請求項７】
前記第１の偏光操作レトロリフレクタ（２３０）は、
コーナーキューブブロック（１１０）と、
前記コーナーキューブブロック（１１０）に入射する入射ビームの経路上に配置された第１の偏光操作要素（１６０）であって、前記コーナーキューブブロック（１１０）が該コーナーキューブブロック（１１０）からの反射ビームに直線偏光を生成する向きに、前記第１の偏光成分および前記第２の偏光成分の偏光を回転させる、第１の偏光操作要素（１６０）と、
前記反射ビームの経路上に配置された第２の偏光操作要素（１７０）と、
を含み、前記第２の偏光操作要素（１７０）は、前記反射ビームの直線偏光を所望の形態に変換する、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の干渉計システム。
【請求項８】
入力ビームを分析するシステムであって、
基準ビームの発生源（９２０）と、
前記基準ビームの経路上に配置された偏光ビームスプリッタ（９３０）であって、第１の偏光を有する前記基準ビームの一部と、前記第１の偏光に対して垂直な第２の偏光を有する前記入力ビームの一部とを含む第１の結合ビームを形成する、偏光ビームスプリッタ（９３０）と、
前記第１の結合ビームの経路上に配置された非偏光ビームスプリッタ（９４０）と、
前記非偏光ビームスプリッタ（９４０）からの第１の出力ビームの経路上に配置された第１の偏光操作レトロリフレクタ（９６０）と、
前記非偏光ビームスプリッタ（９４０）からの第２の出力ビームの経路上に配置された第２の偏光操作レトロリフレクタ（９６５）であって、該第２の偏光操作レトロリフレクタ（９６５）で反射された後の前記第２の出力ビームを、前記第１の偏光操作レトロリフレクタ（９６０）で反射された後の前記第１の出力ビームと結合させることにより、第２の結合ビームを形成する、第２の偏光操作レトロリフレクタ（９６５）と、
前記第２の結合ビームの偏光成分を測定する検出器システム（９７０）と、
からなるシステム。
【請求項９】
前記第１の偏光操作レトロリフレクタ（９６０）と前記第２の偏光操作レトロリフレクタ（９６５）のうちの少なくとも一方が、
反射コーティングが施されたコーナーキューブブロック（１１０）と、
前記コーナーキューブブロック（１１０）に入射する入射ビームの経路上に配置された第１のリターデーションプレート（１６０）と、
前記コーナーキューブブロック（１１０）からの反射ビームの経路上に配置された台２のリターデーションプレート（１７０）と、
を含み、前記第１のリターデーションプレート（１６０）と前記第２のリターデーションプレート（１７０）のうちの少なくとも一方は、前記反射ビームの所望の偏光を実現するための遅軸を設定するように調節可能である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の偏光操作レトロリフレクタ（９６０）と前記第２の偏光操作レトロリフレクタ（９６５）のうちの少なくとも一方が、
コーナーキューブブロック（１１０）と、
前記コーナーキューブブロック（１１０）に入射する入射ビームの経路上に配置された第１の偏光操作要素（１６０）であって、前記コーナーキューブブロック（１１０）が反射ビームに線形偏光を生成する向きに、前記第１の偏光および前記第２の偏光を回転させる第１の偏光操作要素（１６０）と、
前記コーナーキューブブロック（１１０）からの前記反射ビームの経路上に配置された第２の偏光操作要素（１７０）であって、前記反射ビームの直線偏光を所望の形態に変換する、第２の偏光操作要素（１７０）と、
を含む、請求項８または請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して干渉計システムに関し、詳しくは、測定ビームと基準ビームの望ましくない混合を低減する干渉計システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学測定システムでは、光ビームの偏光成分を分離し、分離した成分を異なる目的に使用することが多い。例えば干渉計は、偏光成分を分離し、ある偏光成分を測定対象の物体で反射させるための測定ビームとして使用し、もう１つの直交偏光成分で、測定ビームの比較対象となる基準ビームを形成する場合がある。偏光成分を使用する利点は、２つのビーム成分を同一線上に配置し、必要に応じて同じ共通モードを共有し、偏光ビームスプリッタを用いてそれらを分離または再結合できる点にある。但し、そのような測定システムでは、ビーム成分同士の混合の原因となる偏光変化を回避するために、ビーム成分の偏光を慎重に制御する必要がある。
【０００３】
干渉計における偏光混合の１つの影響は一般に、周期的誤差または周期的非線形性と呼ばれる。例えば特許文献１および特許文献２は、測定ビームまたは基準ビームの偏光変化によって基準ビームと測定ビームとの間に偏光漏洩が発生し、その結果、周期的な非線形性または測定誤差が発生する可能性がある干渉計について記載している。そうした干渉計における偏光変化の原因には、偏光ビームスプリッタの不完全な偏光コーティング、偏光を所望の状態に変化させることができない不完全なリターデーションプレート、およびコーナキューブ・レトロリフレクタなどのレトロリフレクタなどがある。
【０００４】
立体型コーナーキューブ・リフレクタなどのレトロリフレクタは一般に、入射ビームの角度とは無関係に、入射ビームに対して平行な反射ビームを返す。レトロリフレクタが様々な光学系に有用である理由は、この特性にある。しかしながら、コーティングされていない立体型コーナーキューブ・リフレクタは一般に、入射ビームの偏光状態を維持することができない。立体型コーナーキューブ・リフレクタに反射コーティング（例えば、銀コーティングなど）を施して偏光変化を緩和または極小化することも可能ではあるが、コーティングされたコーナーキューブ・リフレクタに残存する偏光変化は、依然として、偏光成分を分離する測定システムの精度または正確性を制約する要因となりうる。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，９３０，８９４号明細書
【特許文献２】米国特許第４，６９３，６０５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、レトロリフレクタを使用し、且つ、偏光成分の望ましくない混合を回避することが可能な高精度光学システムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、１以上の偏光操作要素を有するコーナーキューブ・リフレクタは、反射ビームの偏光を制御して入射ビームの偏光を維持または変換し、出力ビームの偏光を所望の偏光にする。偏光成分を分離する測定システムは、コーティングされていないコーナーキューブ・リフレクタを使用しても、偏光成分の望ましくない混合を低レベルに抑えた高精度の測定を行なうことができる。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、測定システムは、金属コーティングされたコーナーキューブ・リフレクタを使用する。コーナキューブ・リフレクタは、別々に向き調節可能なリターデーションプレートを備え、所望の偏光操作を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
添付の図面において、同一の参照符号は類似の要素または同一の要素を意味する。
【００１０】
本発明の一態様によれば、偏光成分を分離する光学測定システムは、望ましくない偏光解消を引き起こすことなく入射ビームの偏光を維持または変換するレトロリフレクタを使用することができる。測定システムの各レトロリフレクタは、リターデーションプレート、光学回転子、またはファラデー回転子などの１以上の偏光操作要素を備えた立体型コーナーキューブを有する。偏光操作要素は、入射ビームおよび／または反射ビームの偏光を操作し、所望の偏光維持または偏光変換を行なう。
【００１１】
図１Ａおよび図１Ｂはそれぞれ、トリミングされたコーナーキューブ・リフレクタ１００の正面図および背面図を示す。コーナーキューブ・リフレクタ１００は、３つの平坦な反射面１１２、１１４、１１６と、前面１１８とを有するガラスその他の光学品質材料からなる立体ブロック１１０を含む。表面１１２、１１４および１１６は、キューブのコーナーにおける面の交差と同様に直角に交差し、前面１１８は、コーナーキューブの頂点１１５を通る対称軸に対して垂直であることが望ましい。図示のブロック１１０は、トリミングによって余分なガラスが除去され、面１１８が矩形になっている。代替として、ブロック１１０は、トリミングしなくてもよいし（即ち、三角形の面１１２、１１４、１１６および１１８を有する４面体のガラスブロック）、面１１８が他の形状（例えば円形など）になるようにトリミングしてもよい。
【００１２】
偏光操作要素１６０および１７０はそれぞれ、ブロック１１０の正面１１８を通る入射ビーム１８０および反射ビーム１９０の経路上にある。コーナーキューブ・リフレクタ１００はレトロリフレクタであるから、コーナーキューブ・リフレクタ１００からの反射ビーム１９０は、入射ビーム１８０の方向とは無関係に、入射ビーム１８０に対して平行かつ入射ビーム１８０からオフセットされる。
【００１３】
入射ビーム１８０がブロック１１０を通過する場合、入射ビーム１８０はまず表面１１２で反射され、次いで表面１１６で反射された後、最後に表面１１４で反射され、面１１８を通して反射ビーム１９０として外に導かれる。本発明の他の実施形態において、ブロック１１０は、その反射面１１２、１１４および１１６をコーティングしてもよいし（例えば、銀などの反射コーティング）、コーティングしなくてもよい（例えば、全体に内部反射が発生する）。偏光操作要素１６０および１７０として使用される光学要素の具体的種類は通常、ブロック１１０をコーティングするか否かによって決まる。
【００１４】
ブロック１１０をコーティングする実施形態の場合、ブロック１１０における反射プロセスにおいて、円偏光がほぼ維持される。この実施形態では、各偏光維持要素１６０および１７０として、１／４波長リターデーションプレートが使用される。測定システムに使用されるコンポーネントの直線偏光の偏光方向に対して４５°の遅軸を有する１／４波長板は一般に、直交直線偏光成分を直交円偏光成分に変換する。具体的には、要素１６０は、直線偏光の入射ビーム１８０がブロック１１０に入射するときにその入射ビーム１８０を円偏光ビームに変更することができる。しかしながら、コーティングされたコーナーキューブ・リフレクタにおける反射は、円偏光をほぼ維持するだけに過ぎないので、反射ビーム１９０は、わずかに楕円の偏光を有するものとなる。要素１９０が直線偏光成分の偏光方向に対して４５°にある場合、要素１９０は、円偏光ビームを直線偏光ビームに変換するが、楕円偏光は２つの直交する直線偏光の混合に変換される。
【００１５】
本発明の一態様によれば、コーティングされたコーナーキューブ・リフレクタと共に使用される１／４波長板は、その向きを調節することができる。この実施形態では、要素１６０および１７０として、１／４波長板が使用される。１／４波長板の結晶軸は、偏光混合が最小になるように４５°から離れた角度に調節されるため、測定システムにおける周期的誤差は最小限になる。
【００１６】
ブロック１１０をコーティングしない実施形態、またはブロック１１０に少損失コーティング（例えば、薄い誘電体コーティング）を施す実施形態における反射プロセスでは、入射ビーム１８０の互いに直交する直線偏光１８２および１８４がそれぞれ、反射ビーム１９０の互いに直交する直線偏光１９２および１９４に変換される。具体的には、ブロック１１０をコーティングしない場合、または、ブロック１１０に少損失コーティングを施す場合、偏光１８２がコーナーキューブの材料の特性に応じて選択された特定の角度にあれば、ブロック１１０は、直線偏光の反射ビームを生成する。ＢＫ７から作成されたコーティングの施されていないコーナーキューブの場合、この角度は、表面１１２および１１４によって形成されるＶ字（楔）を二等分する面から約１３．７°である。その場合、入力直線偏光１８２および１８４にそれぞれ対応する出力直線偏光１９２および１９４は、直交しているが、反対方向に約１３．７°だけ回転している。本発明の一態様によれば、偏光操作要素１６０および１７０は、偏光１８２、１８４または１９２、１９４を回転させ、コーナーキューブ・リフレクタ１００において入力ビームの偏光成分が維持されるようにすることが出来る。代替として、偏光操作要素１６０および１７０は、直線偏光の変換を制御し、出力偏光を入力偏光に対して既知の態様（例えば、９０°の整数倍の角度だけ回転された状態）で異ならせることが出来る。
【００１７】
ブロック１１０をコーティングしない実施形態、またはブロック１１０に少損失コーティングを施す本発明の一実施形態では、各偏光操作要素１６０または１７０として半波長リターデーションプレートが使用される。半波長リターデーションプレートは、要素１６０または１７０の遅軸の向きを調節できるように取り付けられる。この実施形態の場合、入力半波長板１６０はその場で調節され、ブロック１００によって直線偏光の反射ビームが生成される向きに、直線偏光成分を回転させる。出力半波長板１７０を測定システムに使用する必要がある場合、出力半波長板１７０も同様にその場で調節され、生成される直線偏光の出力ビームを回転させる。
【００１８】
ブロック１１０をコーティングしない本発明の他の実施形態では、各偏光操作要素１６０または１７０として、偏光方向を必要量だけ回転させる光学式回転子またはファラデー回転子を使用し、測定システムにおける周期的な誤差または非線形性を最小限に抑える。光学式回転子またはファラデー回転子は、時間のかかるアライメントプロセスを必要とせずに、所望の量の回転機能を提供する。又、石英を利用した光学式回転子は一般に、波長板（例：約０．０２ｍｍ）よりも厚い（例えば、約１ｍｍ）ので、取り扱いも容易である。
【００１９】
図２Ａは、本発明の一実施形態による干渉計２００を示す図である。干渉計２００は、光源２１０、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２２０、基準反射器２３０、測定反射器２４０、および測定電子回路２５０を含む。干渉計２００は、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ．が販売している「１０７０２Ａ  ｌｉｎｅａｒ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」などの市販の干渉計に類似したものであってよいが、干渉計２００は、基準反射器２３０および測定反射器２４０として偏光維持レトロリフレクタを使用している。
【００２０】
光源２１０は一般に、レーザーや、干渉計２００に必要とされる特性を有する入射光ビームＩＢの他の発生源である。光源２１０には、例えば、ＨｅＮｅレーザーや、入力ビームＩＢにとって望ましい波長、強度、および偏光を有するコヒーレントな単色ビームの他の何らかの発生源が使用される。ヘテロダイン干渉計の場合、光源２１０には、ゼーマン・レーザー（Zeeman split laser）や、互いに僅かに異なる波長の２つの直交する偏光成分を有する入力ビームＩＢを生成する他の何らかの発生源が使用される。
【００２１】
偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２２０は、光源２１０からの入射ビームを直線偏光に応じて分割する。ＰＢＳ２２０は、第１の直線偏光を有する基準ビームＲＢを基準反射器２３０に導き、第２の直線偏光を有する測定ビームＭＢを測定反射器２４０に導く。図２Ａは、ＰＢＳ２２０で反射された成分によって基準ビームＲＢを形成する例を示しているが、反射ビームまたは透過ビームのいずれかを基準ビーム（または、測定ビーム）として使用することも同様に可能である。理想的には、基準ビームＲＢの直線偏光は、測定ビームＭＢの直線偏光に対して直交していることが望ましい。
【００２２】
基準反射器２３０および測定反射器２４０は、図１Ａおよび図１Ｂを参照して説明したものと同じ偏光維持レトロリフレクタであることが望ましい。レトロリフレクタを使用する利点は、反射器２３０と反射器２４０の相対的向きに関連するアライメント誤差が減少する点にある。又、レトロリフレクタである基準反射器２３０は、ＰＢＳ２２０からの基準ビームＲＢの入射経路に対して平行な経路であって、その入射経路からオフセットされた経路に沿って基準ビームＲＢを返す。同様に、測定反射器２４０は、ＰＢＳ２２０から測定ビームＭＢが出射された経路から同一のオフセットを有する経路に沿って、測定ビームＭＢをＰＢＳ２２０に返す。従って、ＰＢＳ２２０に戻ってくる基準ビームと測定ビームは、ＰＢＳ２２０の偏光コーティング上の同一地点に入射する。その結果、測定ビームと基準ビームは、ＰＢＳ２２０により出力ビームＯＢとして再結合される。
【００２３】
測定電子回路２５０は、出力ビームＯＢを受け取り、再結合された測定ビームと基準ビームを分析または比較することにより、測定反射器２４０（または、基準反射器２３０）の動きを測定することができる。ホモダイン干渉計における１つのタイプの分析は、例えば測定ビームと基準ビームの干渉を利用して、測定ビームと基準ビームとの間の位相差の変化を測定するものである。或いは、測定ビームのドップラーシフトを測定することにより、測定反射器の速度を知ることができる。ヘテロダイン干渉計の場合、ドップラーシフトは、測定ビームと基準ビームの結合によって生じるビート周波数の変化として測定することができる。但し、測定ビームＭＢが測定反射器２４０で反射される前に、基準ビームＲＢの一部が測定ビームＭＢの中に漏洩したり、測定ビームＭＢの一部が基準ビームＲＢの中に漏洩したりすると、一般に、所望のビート信号の測定を困難にする周波数成分が発生する。偏光維持レトロリフレクタ２３０および２４０は、測定ビームと基準ビームとの間のそのような漏洩の回避に有用であり、干渉計２００の能力を向上させ、測定反射器２４０の動きの正確な測定を可能にする。
【００２４】
偏光変換レトロリフレクタも、干渉計における測定ビームＭＢと基準ビームＲＢとの間の漏洩の回避に有用である。図２Ｂは、干渉計２００に使用される偏光維持レトロリフレクタ２３０および２４０の代わりに偏光変換レトロリフレクタ２３５および２４５を使用している点を除いて、図２Ａの干渉計２００と同じ干渉計２００Ｂを示している。干渉計２００Ｂにおける測定ビームＭＢと基準ビームＲＢの経路は、偏光変換レトロリフレクタ２３５および２４５が基準ビームＲＢおよび測定ビームＭＢの偏光を９０°だけ回転させている点を除いて、干渉計２００について上で述べた経路と同じである。従って、最初にＰＢＳ２２０の偏光コーティングで反射された基準ビームＲＢは、偏光変換レトロリフレクタ２３５で反射された後、その偏光コーティングを通過し、最初にＰＢＳ２２０の偏光コーティングを通過した測定ビームＭＢは、偏光変換レトロリフレクタ２４５で反射された後、その偏光コーティングで反射されることになる。この変化により、出力ビームＯＢは、ＰＢＳ２２０の別の側に移動される。
【００２５】
干渉計２００Ｂは、干渉計２００に比べて、入力ビームＩＢをＰＢＳ２２０に導く構造や、出力ビームＯＢを測定電子回路２５０に導く構造のために、より多くの空間を有している。そのため、ＰＢＳ２２０やレトロリフレクタ２３５、２４５などの光学部品をさらに小型化することができ、小型化した場合でも、ビームの入出力システムのために十分な空間をとることができる。さらに、干渉計２００Ｂの場合、ＰＢＳ２２０の偏光コーティングが、基準ビームＲＢと測定ビームＭＢのそれぞれを一回反射させ、各ビームを一回透過させることにより、両方のビームに同じ消光比を与えている。偏光変換レトロリフレクタ２３５および２４５の偏光制御によれば、従来のレトロリフレクタを使用したシステムに比べて、測定の周期的誤差を減少させることができる。
【００２６】
図３は、本発明の一実施形態による平面鏡干渉計３００を示す図である。干渉計３００は、一般に、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ．が販売している「１０７０６Ａ  Ｐｌａｎｅ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」などの市販の平面鏡干渉計に類似したものであってよいが、干渉計３００は、本発明の実施形態による偏光維持レトロリフレクタ２３０および３５０を有する。
【００２７】
平面鏡干渉計３００は、測定反射器３４０が平面鏡であるという点が、図２Ａの干渉計２００とは異なる。理想的には、干渉計３００におけるＰＢＳ２２０からの測定ビームＭＢは、平面反射器３４０の表面に対して垂直にすることが望ましく、平面反射器３４０で反射されて戻ってくる測定ビームが、入射する測定ビームと同じ経路上に戻るようにすることが望ましい（図３では、干渉計３００におけるビーム経路を明確に示すために、入射ビームと反射ビームを別々に図示しているが、理想的には、平面反射器３４０に対する入射ビームと反射ビームは、同一線上であることが望ましい）。
【００２８】
測定ビームＭＢの経路には、１／４波長板３２０と偏光維持レトロリフレクタ３５０が追加されている。それらは、測定ビームＭＢにオフセットを加えて基準ビームＲＢに整合させ、基準ビームＲＢと再結合させるとともに、測定反射器３４０からの測定ビームＭＢの第２の反射を生じさせる働きをする。測定ビームＭＢは、測定反射器３４０における第１の反射の前後に１／４波長板３２０を１回ずつ通過する。そのため、測定ビームＭＢの直線偏光は９０°だけ回転される。従ってＰＢＳ２２０は、戻ってきた測定ビームＭＢを偏光維持レトロリフレクタ３５０に向けて反射させることになる。
【００２９】
レトロリフレクタ３５０は、基準反射器２３０が基準ビームＲＢに対して与えたオフセットと等しいオフセットを測定ビームＭＢに加えた後、その測定ビームＭＢをＰＢＳ２２０に返す。次いで、レトロリフレクタ３５０からの測定ビームＭＢは、ＰＢＳ２２０の偏光コーティングで反射され、１／４波長板３２０を通過し、測定反射器３４０で反射された後、１／４波長板３２０を通過して戻る。測定反射器３４０におけるこの第２反射は、測定反射器３４０の移動によって発生する測定ビームＭＢのドップラーシフトを実質的に２倍にする。そして、測定ビームＭＢは、最後の二回の１／４波長板３２０の通過により、その直線偏光が更に９０°だけ実質的に回転される。次いで、測定ビームＭＢはＰＢＳ２２０を通過し、基準ビームＲＢと再結合され、出力ビームＯＢを形成する。測定電子回路２５０は、上で述べたような方法で出力ビームＯＢを分析することができる。
【００３０】
平面鏡干渉計３００の欠点は、ＰＢＳ２２０などのガラス要素の中を通る測定ビームＭＢの光路の長さが、ガラスの中を通る基準ビームＲＢの光路よりも長いことにある。従って、測定ビームＭＢ上にあるＰＢＳ２２０やその他の要素の熱膨張の影響は、基準ビームＲＢ上にあるＰＢＳ２２０の熱膨張の影響とは違うものになる。熱変化は、平面鏡干渉計３００における測定に影響を与える可能性があり、平面鏡干渉計３００は一般に、熱不均衡型と呼ばれる。しかしながら、偏光維持レトロリフレクタ２３０および３５０を使用することにより、通常ならば測定ビームと基準ビームの混合によって生じる可能性がある周期的な非線形性を低減することができる。
【００３１】
図４は、本発明の一実施形態による熱均衡型平面鏡干渉計４００を示す図である。干渉計４００は、一般に、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ．が販売している「１０７０６Ｂ  Ｈｉｇｈ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  Ｐｌａｎｅ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」などの市販の平面鏡干渉計に類似したものであってよいが、干渉計４００は、本発明の一実施形態による偏光維持レトロリフレクタ３５０を含む。
【００３２】
干渉計４００は、干渉計３００の基準レトロリフレクタ２３０が１／４波長板４２０と平面反射器４３０の組み合わせによって置換されている点が、図３の干渉計３００とは異なる。この置換により、基準経路を変化させ、ガラスの中を通る基準ビームＲＢの光路長を、ガラスの中を通る測定ビームＭＢの光路長に一致させている。具体的には、図４におけるＰＢＳ２２０の偏光コーティングで最初に反射された入力ビームＩＢの一部である基準ビームＲＢは、１／４波長板４２０を通過し、平面基準反射器４３０で垂直に反射され、同じ経路を通り、１／４波長板４２０を通じて返される。その際、基準ビームＲＢは、１／４波長板４２０を２回通過することにより、その直線偏光が９０°だけ回転される。従って、基準ビームＲＢは次いでＰＢＳ２２０を通過し、測定ビームＭＢがレトロリフレクタ３５０に入射するのと同一の経路に沿って偏光維持レトロリフレクタ３５０に入ることになる。そして、レトロリフレクタ３５０は、オフセットされた基準ビームＲＢを返す。オフセットされた基準ビームＲＢは、ＰＢＳ２２０および１／４波長板４２０を通過し、基準反射器４３０で２度目の反射をされ、１／４波長板４２０を通過してＰＢＳ２２０に戻る。その際、基準ビームＲＢは、１／４波長板４２０の２度目の２回の通過により、その直線偏光が９０°だけ回転される。従って、基準ビームＲＢは次いでＰＢＳ２２０の偏光コーティングで反射され、ＰＢＳ２２０の偏光コーティングを通過する測定ビームＭＢと再結合される。
【００３３】
干渉計４００は、基準ビームのガラス中の光路長が測定ビームのガラス中の光学長に一致しているので、通常ならば温度変化によって測定精度が受ける悪影響を低減することができる。但し、測定ビームと基準ビームが、レトロリフレクタ３５０内で実質的に同一の経路を伝搬するので、レトロリフレクタ３５０内で発生する可能性がある偏光混合をフィルタリングして除去するＰＢＳ２２０の能力は無くなる。従って、偏光混合を最小限に抑える偏光維持レトロリフレクタを使用すれば、測定の際の周期的な非線形性は大幅に低減することができる。
【００３４】
図５は、多軸平面鏡干渉計５００を示す図である。多軸平面鏡干渉計５００は、図４の平面鏡干渉計４００に類似しているが、異なる測定軸に対応する２つの異なる入力ビームＩ１およびＩ２を有している点が異なる。図示の例では、入力ビームＩＢ（例えば、上で述べた光源２１０から得られるものなど）を、非偏光ビーム分割要素５１０によって２つの別々のビームＩ１およびＩ２に分割し、それらをＰＢＳ２２０に入射させている。ＰＢＳ２２０は、入力ビームＩ１およびＩ２の直線偏光成分を分離し、２つの測定ビームＭ１、Ｍ２、および２つの基準ビームＲ１、Ｒ２を形成する。測定ビームＭ１と基準ビームＲ１は、偏光維持レトロリフレクタ３５０を通る共有経路を含む前述の光路に沿って伝搬し、再結合され、出力ビームＯ１を形成する。一方、測定ビームＭ２と基準ビームＲ２は、第２の偏光維持レトロリフレクタ５５０を通る経路に沿って伝搬した後、第２の出力ビームＯ２として再結合される。
【００３５】
要素５１０およびレトロリフレクタ３５０および５５０によって加えられるオフセットにより、出力ビームＯ１と出力ビームＯ２の間隔が制御される。従って、出力ビームＯ１と出力ビームＯ２を別々に分析することにより、測定反射器３４０上の反射点に対応する測定軸に沿った移動を測定することができる。同様の方法で、３以上の測定軸についてビームを共有ＰＢＳ２２０を通じてルーティングすることも可能である。各軸ごとに偏光維持レトロリフレクタを使用することにより、偏光混合を低減することができ、その結果、測定の際の周期的な非線形性が低減される。
【００３６】
図６は、本発明の一実施形態による微分平面鏡干渉計６００を示す図である。干渉計６００は一般に、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ．から販売されている「１０７１９Ａ  Ｏｎｅ−Ａｘｉｓ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」などの市販の微分平面鏡干渉計に類似したものであってよいが、干渉計６００は、本発明の一実施形態による偏光維持レトロリフレクタ３５０を有する。
【００３７】
干渉計６００は、図４の固定基準反射器４３０が可動反射器６３０で置換され、ＰＢＳ２２０と１／４波長板４２０との間に光転向ミラー６２０が配置されている点を除き、図４の平面鏡干渉計４００と実質的に同一である。干渉計６００内の光路も、基準ビームＲＢが固定経路を伝搬するのではなく、可動反射器６３０に向けて伝搬し、可動反射器６３０で反射される点を除けば、前述の干渉計４００に関して説明した経路と同一である。従って、干渉計６００から出力される結合出力ビームＯＢは、測定反射器３４０の位置および速度によって決まる位相およびドップラーシフトを有する測定ビーム成分と、基準反射器６３０の位置および速度によって決まる位相およびドップラーシフトを有する基準ビーム成分とを含む。従って測定電子回路は、測定ビーム成分と基準ビーム成分を比較することにより、反射器３４０と反射器６３０との間の位置または移動の違いを判定することができる。
【００３８】
図７は、本発明の一実施形態による多軸微分平面鏡干渉計７００を示す図である。干渉計７００は一般に、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ．から販売されている「１０７２１Ａ  Ｔｗｏ−Ａｘｉｓ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」などの市販の微分平面鏡干渉計に類似したものであってよいが、干渉計６００は、本発明の一実施形態による偏光維持レトロリフレクタ３５０および５５０を有する。
【００３９】
干渉計７００は、図５の固定基準反射器４３０が可動反射器６３０で置換され、ＰＢＳ２２０と１／４波長板６３０と間に光転向ミラー６２０が追加されている点を除き、図５の多軸平面鏡干渉計５００と実質的に同一である。干渉計５００に似た干渉計７００は、測定反射器３４０からの反射に対応する第１の測定軸を有し、可動基準反射器６３０からの対応する反射を２つの測定における基準としている。
【００４０】
図８は、本発明の更に他の実施形態による微分平面鏡干渉計８００を示す図である。干渉計８００は一般に、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ．が販売している「１０７１５Ａ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」などの市販の微分平面鏡干渉計に類似したものであってよいが、干渉計８００は、本発明の一実施形態による偏光維持レトロリフレクタ２３０、３５０、および偏光変換レトロリフレクタ８６０を有する。
【００４１】
ＰＢＳ２２０は、干渉計８００の入力ビームＩＢを偏光に応じて測定ビームＭＢと基準ビームＲＢに分割する。最初にＰＢＳ２２０の偏光コーティングを通過した測定ビームＭＢは、１／４波長板３２０を通過し、測定反射器３４０で反射され、１／４波長板３２０を通ってＰＢＳ２２０に戻る光路を有する。その際、測定ビームＭＢは１／４波長板３２０を２回通過することにより、その直線偏光が９０°だけ回転される。従って、測定ビームＭＢは次いでＰＢＳ２２０の偏光コーティングで反射され、偏光維持レトロリフレクタ３５０に入射する。そして、偏光維持レトロリフレクタ３５０は、その測定ビームＭＢをオフセットして反射させる。そして測定ビームＭＢは、１／４波長板３２０を通過し、測定反射器３４０で２度目の反射をされ、１／４波長板３２０を通じてＰＢＳ２２０に戻る。その際、測定ビームＭＢは、その２度目の１／４波長板３２０の２回の通過により、その直線偏光が９０°だけ回転される。従って、測定ビームＭＢは次いでＰＢＳ２２０を通過し、光転向ミラー８７０で反射され、偏光変換レトロリフレクタ８６０に入射する。
【００４２】
好ましい実施形態において、偏光変換レトロリフレクタ８６０は、コーティングが施されていないコーナーキューブブロック１１０と、測定ビームＭＢ（または、基準ビームＲＢ）の直線偏光を９０°だけ回転させる働きをする偏光操作要素１６０および１７０を含む。これは、要素１６０が、ブロック１１０における反射の際に、直線偏光成分をその直線偏光が維持される方向に回転させる（例えば、約１３．７°だけ）ファラデー回転子である場合に実現される。その場合、要素１７０は、出力直線偏光を最終的に９０°の直線偏光の回転を実現するのに必要な量（例えば、約７６．３°）だけ回転させるファラデー回転子である。
【００４３】
測定ビームＭＢは、レトロリフレクタ８６０で偏光回転された後、ＰＢＳ２２０に入り、偏光コーティングで反射され、偏光維持レトロリフレクタ２３０に入射する。偏光維持レトロリフレクタ２３０はその測定ビームＭＢをＰＢＳ２２０に反射して戻し、測定ビームは偏光コーティングで反射され、基準ビームＲＢと再結合される。
【００４４】
最初にＰＢＳ２２０の偏光コーティングで反射された基準ビームＲＢは、偏光維持レトロリフレクタ２３０に入り、反射されてＰＢＳ２２０に戻され、ＰＢＳ２２０の偏光コーティングで反射され、偏光変換レトロリフレクタ８６０に入射する。レトロリフレクタ８６０から基準ビームが戻る際、基準ビームは、ＰＢＳ２２０および１／４波長板３２０を通過し、平面基準反射器８３０で反射され、１／４波長板３２０を通ってＰＢＳ２２０に戻る。基準ビームＲＢは次いで、偏光コーティングで反射され、偏光維持レトロリフレクタ３５０に入り、レトロリフレクタ３５０からＰＢＳ２２０へ戻され、偏光コーティングで反射され、１／４波長板３２０を通過し、基準反射器８３０で反射され、１／４波長板３２０を通ってＰＢＳ２２０に戻る。そして基準ビームＲＢは、ＰＢＳ２２０の偏光コーティングを通過し、測定ビームＭＢと再結合され、出力ビームＯＢを形成する。
【００４５】
前述の干渉計８００は、３つのレトロリフレクタ２３０、３５０、８６０を有し、両方の成分ビーム（即ち、測定ビームＭＢと基準ビームＲＢ）がそれらを通過する。従って、本発明によるレトロリフレクタ２３０、３５０、８６０のそれぞれが測定ビームと基準ビームの偏光混合を最小化するため、出力ビームＯＢから導出される測定値は、高い精度を実現することができる。
【００４６】
偏光制御式レトロリフレクタの用途は、干渉計に限定されるものではない。図９は、光源９１０の波長またはスペクトル内容を測定する機能を有する、本発明の一実施形態による測定システム９００を示す図である。システム９００は、基準レーザー９２０、偏光ビームスプリッタ９３０、非偏光ビームスプリッタ９４０、偏光維持レトロリフレクタ９６０、９６５、および検出器システム９７０を含む。
【００４７】
動作に関し、光源９１０は、未知の波長またはスペクトル内容のビームを生成し、基準レーザー９２０は、既知の波長のビームを生成する。偏光ビームスプリッタ９３０は、ＰＢＳ９３０で反射された直線偏光を有する光源９１０からのビームの一部を、ＰＢＳ９３０で透過された直線偏光を有するレーザー９２０からのビームの一部に結合させるように配置される。結合されたビームは、非偏光ビームスプリッタ９４０に入射する。非偏光ビームスプリッタ９４０は、結合ビームの第１の部分（例えば、半分）を偏光維持レトロリフレクタ９６０に導き、結合ビームの第２の部分を偏光維持レトロリフレクタ９６５に導く。そして、レトロリフレクタ９６０および９６５から戻ってきたビームは、再び非偏光ビームスプリッタ９４０に入射し、互いに干渉して、出力ビームＯ１として結合される。
【００４８】
検出器システム９７０は、出力ビームＯ１の偏光成分の強度を別個に測定する。測定システム９００が偏光を維持している場合、出力ビームＯ１の１つの偏光成分は、基準レーザー９２０で生成される既知の波長を有する。レトロリフレクタ９６０および／またはレトロリフレクタ９６５を移動させることにより、システム９００の２つのアームの光路長差を変化させることができる。レトロリフレクタ９６０および／または９６５を移動させると、経路長差が変化して、既知の波長成分との間に建設的干渉と相殺的干渉が交互に発生し、偏光成分の強度は上下することになる。光源９１０が単色ビームを生成するものである場合、光源９１０に対応する偏光成分の強度は、経路長間の差の変化に従って同様に上下することになり、その未知の波長は、未知の波長について検出された最大数と、既知の波長について検出された最大数の比から特定することができる。光源９１０が単色ビームを生成するものでない場合、光源９１０に対応する偏光成分の強度の測定値は干渉パターンの重ね合わせとなり、光源９１０からのビームのスペクトル内容は、測定された強度を例えばフーリエ解析その他の技術を用いて分析することにより判定することができる。
【００４９】
又、同様に出力ビームＯ２を分析することにより、出力ビームＯ１の分析によって得られた測定値を確認したり、改善したりすることができる。
【００５０】
システム９００で実施される測定の精度は一般に、異なる光源９１０および９２０に対応する偏光成分を弁別および分離する能力によって決まる。本発明の一態様によれば、偏光維持レトロリフレクタ９６０および９６５によって偏光成分の混合を低減または回避することにより、正確な測定が実現される。
【００５１】
本発明は特定の実施形態を参照して説明されているが、その説明は、本発明の応用形態の一例に過ぎず、限定を意図するものとして解釈してはならない。開示した実施形態の特徴の様々な変更および組み合わせも、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による立体型コーナーキューブ・リフレクタの背面透視図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による立体型コーナーキューブ・リフレクタの正面図である。
【図２Ａ】偏光維持レトロリフレクタを使用した本発明の一実施形態によるリニア干渉計を示す図である。
【図２Ｂ】偏光変換レトロリフレクタを使用した本発明の一実施形態によるリニア干渉計を示す図である。
【図３】１以上の偏光維持レトロリフレクタを使用した本発明の一実施形態による熱不均衡型平面鏡干渉計を示す図である。
【図４】偏光維持レトロリフレクタを使用した本発明の一実施形態による他の平面鏡干渉計を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による偏光維持レトロリフレクタを使用した多軸平面鏡干渉計を示す図である。
【図６】偏光維持レトロリフレクタを使用した本発明の一実施形態による単軸微分干渉計を示す図である。
【図７】偏光維持レトロリフレクタを使用した本発明の一実施形態による多軸微分干渉計を示す図である。
【図８】偏光維持レトロリフレクタおよび偏光変換レトロリフレクタを使用した本発明の一実施形態による単軸微分干渉計を示す図である。
【図９】偏光維持レトロリフレクタを用いて光源の波長またはスペクトル内容を測定する本発明の一実施形態によるシステムを示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１１０  コーナーキューブブロック
１６０、１７０  リターデーションプレート
２１０  光源
２２０、９３０  偏光ビームスプリッタ
２３０  基準反射器
２４０  測定反射器
３２０、４２０  １／４波長板
３４０、４３０、８３０  平面反射器
８６０  偏光変換レトロリフレクタ
９２０  基準レーザー
９４０  非偏光ビームスプリッタ
９６０、９６５  偏光維持レトロリフレクタ
９７０  検出器システム
【図１Ａ】
2005338076.tif 000003
【図１Ｂ】
2005338076.tif 000004
【図２Ａ】
2005338076.tif 000005
【図２Ｂ】
2005338076.tif 000006
【図３】
2005338076.tif 000007
【図４】
2005338076.tif 000008
【図５】
2005338076.tif 000009
【図６】
2005338076.tif 000010
【図７】
2005338076.tif 000011
【図８】
2005338076.tif 000012
【図９】
2005338076.tif 000013