(57)【要約】【課題】絶対距離測定の誤差を低減または除去させることができる干渉計測定システムを提供する。【解決手段】レーザ干渉計に基づく絶対的距離測定装置は、低、中、高解像度の測定技術を組み合わせて、サンプル表面までの絶対的距離を高解像度で求めることができる。前記装置は、少なくとも２つのレーザ波長を同時に提供して、動誤差成分を含めて、特定の共通モード誤差成分の低減や除去を可能とする。前記装置は、比較的狭い領域にわたって、レーザ波長の少なくとも１つを走査することができ、直交検出器を使用して、特定の自己補正を、結果として生じる走査信号および測定について行うことを可能とするのに十分な信号データを提供する。【選択図】図１
2007040994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望する第１の波長に調整した光を出力可能な第１のレーザと、
前記第１の波長と異なる第２の波長の光を出力可能な第２のレーザと、
前記第１のレーザから出力される光と、前記第２のレーザから出力される光とを合成して２つの光に分割する光カプラと、
前記光カプラにより分割された一の光を第１の参照ミラーと第２の参照ミラーとによって干渉させた干渉ビームから、前記第１の波長及び前記第２の波長の光を取り出して検出した信号から各々の位相を検出する参照干渉計と、
前記光カプラにより分割された他の一の光を参照ミラーとサンプル表面とで干渉させた干渉ビームから、前記第１の波長及び前記第２の波長の光を取り出して検出した信号から各々の位相を検出するサンプル干渉計と、を備え、
前記参照干渉計により検出された信号から各波長のＤＣオフセット成分と振幅誤差成分を算出して、前記サンプル干渉計により検出された位相を補正して前記サンプル表面における変位の絶対値を計測することを特徴とする干渉計測システム。
【請求項２】
前記参照干渉計は、
前記光カプラにより分割された一の光を分割し、前記第１の参照ミラー及び前記第２の参照ミラーに導き、反射した光を干渉させて前記干渉ビームとする偏光ビームスプリッタと、
前記干渉ビームを再度分割するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタにより分割された一の干渉ビームのうち前記第１の波長の光のみを通過させる第１の光学フィルタと、
前記第１の光学フィルタを通過した光を検出した信号から光の位相を検出する第１の直交検出器と、
前記ビームスプリッタにより分割された他の一の干渉ビームのうち前記第２の波長の光のみを通過させる第２の光学フィルタと、
前記第２の光学フィルタを通過した光を検出した信号から光の位相を検出する第２の直交検出器と、を備え、
前記第１の直交検出器及び第２の直交検出器は、前記偏光ビームスプリッタと前記第１の参照ミラーとの間の第１の光路長と、前記偏光ビームスプリッタと前記第２の参照ミラーとの間の第２の光路長と、の差に依存する位相信号を検出することを特徴とする請求項１に記載の干渉計測システム。
【請求項３】
前記第２のレーザから出力され、前記光カプラに導かれた光を、フィードバック信号として、前記第２のレーザに提供する波長参照／制御装置を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の干渉計測システム。
【請求項４】
前記第２のレーザは、波長可変レーザであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の干渉計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計測システムを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
レーザ干渉計は、サンプル表面までの距離を測定するために広く使用されている。レーザ干渉計は、例えば、ビームスプリッタを使用して、干渉性放射光を２つのビーム、すなわち物体ビームおよび参照ビームに分割することにより作動する。参照ビームは、ビームスプリッタからの既知の距離に位置する参照ミラーに向かう。物体ビームは、ビームスプリッタからのある未知の距離に位置するサンプル表面や目標物に向かう。物体ビームは、サンプル表面から反射され、ビームスプリッタで参照ビームと再結合される。物体ビームおよび参照ビームは、参照ビームと比較した、物体ビームの相対位相に依存して、干渉を強めたり弱めたりする。検出器は、干渉光の強度を測定し、それは、物体ビームと参照ビームの位相差と関係があり、ビームスプリッタから参照ミラーまでの参照路と比較した、ビームスプリッタからサンプル表面までの物体路長の差と関係がある。多波長を使用する「絶対的な」レーザ干渉計システムが知られており、それは、それぞれの波長に対応するそれぞれの位相差を分析して、周期的な干渉光のどの特定の波長または周期が現在の測定に対応するかに関して不確実性を除去する。
【０００３】
干渉計測システムは、物体またはサンプルの路長、あるいは目標物またはサンプル表面までの距離を含むサンプル干渉計、および参照路長を提供する参照干渉計を使用することができる。サンプル干渉計は、複数のそれぞれの波長で、目標物までの距離に対応する複数のそれぞれの光位相測定を提供して、絶対的距離を測定する能力を提供することができる。同様に、必要に応じて、参照干渉計は、複数のそれぞれの波長で、参照路長に対応する複数のそれぞれの光位相測定を提供することができる。公知の原理によれば、目標物までの距離は、参照干渉計のそれぞれの波長での、それぞれの光位相測定間の差で、サンプル干渉計のそれぞれの波長での、それぞれの光位相測定間の差を割ることによって形成された比を、参照路長に掛けることにより、絶対的範囲にわたる第１の「低」解像度に決定することができる。それぞれの波長が、比較的狭い間隔の波長を含む場合、この技術は、比較的大きな絶対的測定範囲にわたって、絶対的距離測定を提供するために使用することができる。比較的大きな絶対的測定範囲を達成する１つの手段として、必要に応じて、それぞれの波長は、走査波長領域に沿って連続的に提供することができる。
【０００４】
絶対的測定範囲にわたって低解像度で目標物までの距離を決定した後、一対の既知の「中間間隔」の可視波長を使用して、少なくともサンプル干渉計のための、対応する一対の位相測定を決定することができ、位相測定間の位相差を使用して、一対の可視波長のいずれかより長く絶対的測定範囲より短い「中間」波長である関連するビート周波数の合成波長内で位相測定を決定することができる。関連する合成中間波長内の位相を、第１の低解像度距離測定と組み合わせて使用して、精密な「中間解像度」の絶対的距離測定を提供することができる。公知の原理によれば、十分に正確な低解像度距離測定を使用して、合成中間波長の全波長（一波長）がいくつ距離測定に含まれているかに関して、いかなる不明確さも取り除くことができ、その中間波長の全数を、合成波長内で「中間解像度」位相測定に加えて、精密な中間解像度の絶対的距離測定を提供することができる。
【０００５】
必要に応じて、この手順は、第１のペアより短いビート周波数波長を有する第２の中間間隔波長のペアを使用して繰り返することができ、その結果、十分に正確な第１の中間解像度距離測定を使用して、より短いビート周波数に対応する第２の中間波長の全波長がいくつ、第２の波長のペアに基づく次の距離測定に含まれるかに関して、いかなる不明確さも取り除くことができる。前述と同様に、このとき、そのより短い中間波長の全数を、対応するより短い合成波長内で次の「第２の中間解像度」位相測定に加えて、さらに精密で改善された中間解像度の絶対的距離測定を提供することができる。
【０００６】
絶対的測定範囲にわたって中間解像度で目標までの距離を決定した後、既知の「微細」可視波長を使用して、少なくともサンプル干渉計のために、それぞれの位相測定を決定することができる。既知の微細波長内の位相測定を、中間解像度距離測定と組み合わせて使用して、「微細解像度」の絶対的距離測定を提供することができる。すなわち、十分に正確な中解像度距離測定を使用して、微細全波長がいくつ距離測定に含まれるかに関して、いかなる不明確さも取り除くことができ、その数の微細全波長を微細解像度位相測定に加えて、微細解像度の絶対的距離測定を提供することができる。
【０００７】
そのような測定原理は、様々な論文および特許に記載されており、当業者に一般的に知られている。そのような測定原理の種々の態様は、例えば、Ｎｕｓｓｍｅｉｅｒの米国特許４，３５５，８９９（’８９９特許）、Ｇｉｌｌａｒｄの米国特許４，６１１，９１５（’９１５特許）およびＧｏｏｄｗｉｎの米国特許４，８３０，４８６（‘４８６特許）に開示されており、それぞれは、引用することによってその開示内容全体をこの明細書に含めることとする。
【特許文献１】米国特許４，３５５，８９９
【特許文献２】米国特許４，６１１，９１５
【特許文献３】米国特許４，８３０，４８６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、そのような原理を適用する場合に使用される先行技術の干渉計測システムおよび方法は、本明細書に開示するシステムおよび方法のある種の態様によっては低減される、または除去されるある種の誤差を含んでいた。
【０００９】
本発明の課題は、絶対距離測定の誤差を低減または除去させることができる干渉計測定システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、干渉計測システムにおいて、所望する第１の波長に調整した光を出力可能な第１のレーザと、
前記第１の波長と異なる第２の波長の光を出力可能な第２のレーザと、
前記第１のレーザから出力される光と、前記第２のレーザから出力される光とを合成して２つの光に分割する光カプラと、
前記光カプラにより分割された一の光を第１の参照ミラーと第２の参照ミラーとによって干渉させた干渉ビームから、前記第１の波長及び前記第２の波長の光を取り出して検出した信号から各々の位相を検出する参照干渉計と、
前記光カプラにより分割された他の一の光を参照ミラーとサンプル表面とで干渉させた干渉ビームから、前記第１の波長及び前記第２の波長の光を取り出して検出した信号から各々の位相を検出するサンプル干渉計と、を備え、
前記参照干渉計により検出された信号から各波長のＤＣオフセット成分と振幅誤差成分を算出して、前記サンプル干渉計により検出された位相を補正して前記サンプル表面における変位の絶対値を計測することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の干渉計測システムにおいて、前記参照干渉計は、
前記光カプラにより分割された一の光を分割し、前記第１の参照ミラー及び前記第２の参照ミラーに導き、反射した光を干渉させて前記干渉ビームとする偏光ビームスプリッタと、
前記干渉ビームを再度分割するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタにより分割された一の干渉ビームのうち前記第１の波長の光のみを通過させる第１の光学フィルタと、
前記第１の光学フィルタを通過した光を検出した信号から光の位相を検出する第１の直交検出器と、
前記ビームスプリッタにより分割された他の一の干渉ビームのうち前記第２の波長の光のみを通過させる第２の光学フィルタと、
前記第２の光学フィルタを通過した光を検出した信号から光の位相を検出する第２の直交検出器と、を備え、
前記第１の直交検出器及び第２の直交検出器は、前記偏光ビームスプリッタと前記第１の参照ミラーとの間の第１の光路長と、前記偏光ビームスプリッタと前記第２の参照ミラーとの間の第２の光路長と、の差に依存する位相信号を検出することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の干渉計測システムにおいて、前記第２のレーザから出力され、前記光カプラに導かれた光を、フィードバック信号として、前記第２のレーザに提供する波長参照／制御装置を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の干渉計測システムにおいて、前記第２のレーザは、波長可変レーザであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、干渉計測システムにおいて、第１のレーザは所望する第１の波長に調整した光を出力可能であり、第２のレーザは第１の波長と異なる第２の波長の光を出力可能であり、光カプラにより、第１のレーザから出力される光と、第２のレーザから出力される光とが合成されて２つの光に分割され、参照干渉計により、光カプラにより分割された一の光が第１の参照ミラーと第２の参照ミラーとによって干渉された干渉ビームから、第１の波長及び第２の波長の光が取り出されて検出された信号から各々の位相が検出され、サンプル干渉計により、光カプラにより分割された他の一の光が参照ミラーとサンプル表面とで干渉された干渉ビームから、第１の波長及び第２の波長の光が取り出されて検出された信号から各々の位相が検出され、参照干渉計により検出された信号から各波長のＤＣオフセット成分と振幅誤差成分が算出され、サンプル干渉計により検出された位相が補正されてサンプル表面における変位の絶対値が計測される。
従って、干渉計測システムにおいて、絶対距離測定の誤差を低減または除去させることができ、高精度な測定を実現することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果が得られるのは無論のこと、参照干渉計において、偏光ビームスプリッタにより、光カプラにより分割された一の光が分割され、第１の参照ミラー及び前記第２の参照ミラーに導かれ、反射した光が干渉されて干渉ビームとされ、ビームスプリッタにより、干渉ビームが再度分割され、第１の光学フィルタにより、ビームスプリッタにより分割された一の干渉ビームのうち第１の波長の光のみが通過し、第１の直交検出器により、第１の光学フィルタを通過した光を検出した信号から光の位相が検出され、第２の光学フィルタにより、ビームスプリッタにより分割された他の一の干渉ビームのうち第２の波長の光のみが通過し、第２の直交検出器により、第２の光学フィルタを通過した光を検出した信号から光の位相が検出され、第１、第２の直交検出器は、偏光ビームスプリッタと第１の参照ミラーとの間の第１の光路長と、偏光ビームスプリッタと第２の参照ミラーとの間の第２の光路長と、の差に依存する位相信号が検出される。
従って、干渉計測システムにおいて、参照干渉計における既知である第１の光路長及び第２光路長を利用して各波長のＤＣオフセット成分と振幅誤差成分を検出して、より高精度な測定を行うことができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果が得られるのは無論のこと、波長参照／制御装置により、第２のレーザから出力され、光カプラに導かれた光が、フィードバック信号として、第２のレーザに提供される。従って、第２のレーザを制御または安定化するために使用される制御信号を提供することができることとなって、より高精度な測定を行うことができる干渉計測システムを提供することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明の効果が得られるのは無論のこと、第２のレーザは、波長可変レーザであるので、干渉測定システムによって利用される同調レンジと互換性をもち、かつ有益となるように、第２のレーザに使用される同調レンジを選択することができ、例えば、波長可変である第２のレーザのために、相対的に小さな同調レンジを使用することが可能となって、経済的、ロバスト、正確且つコンパクトな干渉計測システムを提供することができる。
【００１８】
本発明の１つの態様によれば、第１の波長領域で光を放射する第１の波長可変レーザは、第１の波長領域の波長を有する光から発生する測定信号のために提供することができる。前記第１の波長可変レーザは、比較的小さい第１の波長領域にわたって波長走査を提供することができ、したがって、絶対的干渉計測システムの所望の全体測定率と比較して、比較的低い変化率で走査することができる。本発明のさらなる態様によれば、これは、所望の範囲にわたって調整可能であり、さらに、比較的簡便で、経済的で、信頼できる非常に正確な波長可変ダイオードレーザの使用を可能とすることができる。そのような波長可変レーザは、２００５年３月２４日に出願された米国出願Ｎｏ．ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ（代理人整理番号１２１６９３）に開示されており、引用することによってその開示内容全体をこの明細書に含めることとする。第１の波長領域にわたる波長走査から発生する信号は、複数のそれぞれの波長で、目標物までの距離に対応する複数の光位相測定を提供して、比較的長い絶対測定範囲わたる絶対的距離の測定能力を提供することができる。
【００１９】
本発明の他の態様によれば、干渉計測システムでの測定信号は、ある種の共通モード誤差成分を拒絶するために組み合わせることができる補足信号を提供するように構成された直交検出器によって提供することができる。本発明のさらなる態様によれば、１つまたは複数の直交検出器からの測定信号は、動誤差成分を含め、さらなる共通モード誤差成分の除去を同時に可能とするために得ることができる。
【００２０】
様々な直交検出器は、上記概説した利点を備えるために使用することができるが、ある種の他の誤差が残っているかもしれない。例えば、様々な先行技術の直交検出器では、直交検出器を通る光の波長に部分的に依存する位相シフト誤差成分が発生するかもしれない。光が直交検出器の様々なインターフェースで反射され伝送されるとともに、そのような誤差が発生するかもしれない。したがって、本発明の他の態様によれば、直交検出器の様々な光路で発生する位相シフト誤差成分を補うことに有効な直交検出器の構成を使用することが望ましい。特に、この点に関して有効で、望ましい直交検出器の１つは、２００４年１０月２６日に出願された米国出願Ｎｏ．１０／９７２，４０３（’４０３出願）に開示された新規な直交検出器であり、引用することによってその開示内容全体をこの明細書に含めることとする。
【００２１】
本発明の他の態様によれば、第１の波長領域にわたる走査波長データは、ある種の「自己補正」を、結果として生じる走査信号上で行うことを可能とする十分な信号データを提供することができ、それによって、関連する測定精度は改善される。直交検出器から生じる走査信号は、特に、オフセット、振幅および直交位相誤差（直交誤差とも称する）を補正して分析することができる。１つの実施によれば、直交検出器から生じる走査信号は、走査の全体にわたって一定のオフセット、振幅および直交誤差に対する補償によって補正されて直交信号補償精度の第１のレベルを達成することができる。本発明のさらなる態様によれば、直交検出器から生じる走査信号は、走査全体にわたる複数のそれぞれの間隔にわたって決定され、適用されるオフセット、振幅および直交誤差に対する複数のそれぞれの補償によって補正されて、直交信号補償精度の第１のレベルに対して改善された直交信号補償精度の第２のレベルを達成することができる。
【００２２】
本発明の他の態様によれば、第１の波長領域と異なる第２の波長領域の光を放射する第２のレーザは、第２の波長領域の波長を有する光から発生する測定信号のために提供することができる。第２の波長領域に基づいた位相測定は、第１の波長領域に基づいた位相測定と組み合わせて、中間の合成波長に対応する範囲にわたって位相測定を決定することができる。したがって、所望の中間合成波長は、第１の波長可変レーザ走査範囲を必要とすることなく提供されて、第２の波長領域を含めることができる。１つの実施では、第２のレーザは、干渉計測システムを較正したり、高解像度の、微細波長の位相測定を提供するために使用することができる既知の参照波長を提供したりするために使用することができる、較正された波長または参照波長を提供することができる。
【００２３】
発明のさらなる態様によれば、第２の波長領域の光から発生する測定信号は、第１の波長領域の光から発生する信号と同時に得ることができ、結果として生じる信号は、動誤差成分を含め、中間の合成波長位相信号に普通なら存在する、共通モード誤差成分の低減または除去を可能とするために処理することができる。
【００２４】
本発明の他の態様によれば、第２のレーザは、固定された第２のレーザに対して、ある種のさらなる精度の利点を提供するために、任意に、波長可変レーザであってもよい。波長可変である第２のレーザは、比較的小さい第２の波長領域にわたって波長走査を提供することができ、それは、第１の波長可変レーザに関して記載した利点に類似する利点を提供することができる。
【００２５】
本発明のさらなる態様によれば、必要に応じて、第１の波長領域にわたる走査信号に関して上述したように、第２の波長領域にわたる走査波長データは、ある種の「自己補正」を、結果として生じる走査信号上で行うことを可能とするために十分な信号データを提供することができる。これは、さらに干渉計測システムの測定精度を改善することができる。特に、第１の波長可変レーザに関して上記概説したように、第２の波長可変レーザから光を受ける直交検出器から生じる走査信号は、必要に応じて、オフセット、振幅、および直交誤差を補正することができる。
【００２６】
本発明の他の態様によれば、直交信号データを高率で得て、波長走査全体にわたる多くの測定データポイントを提供することができる。
【００２７】
本発明の他の態様によれば、光信号電力は、各測定データポイントに対応する他の信号と同時にモニタおよび測定することができる。次いで、必要に応じて、モニタされた光信号電力は、各データポイントで初期の振幅補償または様々な信号の標準化を行うために使用することができる。
【００２８】
本発明の他の態様によれば、第１または第２あるいはその両方の波長可変レーザからの走査波長は、必要に応じて、ルビジウム吸収セル等を通過して、絶対波長検定標準を提供することができる。１つの実施では、吸収信号は、各測定データポイントに対応する他の信号と同時にモニタし、測定することができる。吸収信号は、測定データポイントまたは測定回数あるいはその両方を識別するために使用することができ、ここで、測定データは、吸収セルの参照波長に正確に相当する。そのような測定データは、干渉計測システムに含まれた参照干渉計の参照路長を較正するために使用することができる。
【００２９】
本発明の他の態様によれば、波長走査全体にわたる波長は、また、必要に応じて、波長検定標準に対して追跡できるように、走査全体にわたって補正または補償することができる。本発明の他の態様によれば、波長走査全体にわたる位相測定は、また、必要に応じて、波長検定標準に対して追跡できるように、走査全体にわたって補正または補償することができる。本発明の他の態様によれば、波長走査全体にわたる距離測定は、また、必要に応じて、波長検定標準に対して追跡できるように、走査全体にわたって補正または補償することができる。本発明の他の態様によれば、各測定サイクルまたは各波長走査サイクルで、前述の測定補正または補償のいずれかを提供また更新することができ、通常作動中に、動的に較正または補償された測定を提供することができる。
【００３０】
本発明の他の態様によれば、測定距離が十分ゆっくり変化、または静止している場合、または波長走査の周期に比べて短い周期を有する小さな振幅振動によって変化している場合、必要に応じて、波長走査の全体にわたる様々な距離測定、または距離測定を決定するために使用される先駆物質測定を補償または平均化あるいはその両方を行うことにより、そのような条件下で、よりロバストな距離測定を提供することができる。
【００３１】
本発明の他の態様によれば、波長走査は、ほぼ正弦関数的に変化する割合で、波長を変化させることにより行うことができ、したがって、高い駆動力、機械的共振、および鋸歯状または三角形プロファイル等の他の波長走査プロファイルに関係する他の問題を回避または低減する。
【００３２】
システムと方法の、これらおよび他の特徴および利点は、様々な例示的な実施例についての以下の詳細な説明に記載されており、その詳細な説明から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００３４】
絶対的干渉計測システムの１つの性能指数は、システムによって提供される高測定解像度に対するシステムの絶対的測定範囲の比である。多くの実際的なシステムでは、この比は、低解像度測定または中間解像度測定あるいはその両方に存在する誤差によって制限されることがある。そのような誤差は、低解像度測定および中間解像度測定の精度を制限し、それにより、目標物までの距離に含まれる次のより微細な波長の全波長の数を確実にそして明確に決定する能力を制限することがある。例えば、比較的低解像の測定は、使用される次のより微細な波長のプラスマイナス２分の１以内で、確実に正確でなければならず、そうでなければ、次のより微細な波長の全波長の数の推定は、間違っている可能性があり、絶対的測定の精度を損なう。より控えめには、比較的低解像の測定は、重大な誤差を回避するために、次のより微細な波長のおよそ±３／８の良好な精度を提供することができる。様々な信号対雑音（Ｓ／Ｎ）の検討、および様々なシステム波長等の間の許容関係は、先に組み込んだ特許、特に、’４８６特許に開示されている。
【００３５】
上述したように、絶対的距離測定の提供のために使用された、先行技術の干渉計測システムおよび方法は、本明細書に示されたシステムおよび方法の種々の態様によって低減または除去される、ある種の誤差を含んでいた。さらに、本明細書に開示するシステムおよび方法は、提供される構成要素、および構成要素の組み合わせを含み、それらは、範囲−解像度性能指数ならびに最終測定精度の比較において、特にロバストで経済的である。さらに、本明細書に開示するシステムおよび方法は、提供される構成要素、および構成要素の組み合わせを含み、それらは、絶対的干渉計測システムとして、また、範囲−解像度性能指数ならびに最終測定精度の比較において、特にコンパクトである。例えば、様々な実施では、本明細書に開示するシステムおよび方法は、サブｎｍの解像度で１メーター以上の絶対的範囲にわたってサンプル表面までの距離を測定するために、適切な目標面と共に使用することができる。本明細書に開示するシステムおよび方法は、また、例えば、目標面がシステムに比較的小さな光を反射する場合、比較的弱い測定信号用の測定精度およびロバスト性を向上させることができる。
【００３６】
図１は、本明細書に開示した方法を実行するために使用することができる、例示的な干渉計測システム１００を示す。干渉計測システム１００は、２つのレーザ、サンプル干渉計１６０および参照干渉計１２０を含む。第１のレーザとしての波長可変レーザ１１０は、第１の波長領域にわたって可変波長λ１を出力することができ、第２のレーザ２１２は、波長λ２を出力することができる。様々な構成や作動モードで、第２の波長λ２は、第２の波長領域にわたって固定波長または可変波長のいずれかとすることができる。波長可変レーザ１１０、２１２の出力は、光カプラ１１１で結合され、参照干渉計１２０およびサンプル干渉計１６０に送られる。図１で示す構成では、それらは、また、以下により詳しく記載する波長参照／制御装置１１４に送ることができる。
【００３７】
波長可変レーザ１１０は、波長λ１を有する干渉性の光を生成し、波長λ１は、特定の所望の波長、例えば、約７８０ｎｍを含む所望の波長領域にわたって調整可能とすることができる。波長可変レーザ１１０は、モードホップのない波長同調の所望の範囲を提供する波長可変外部キャビティダイオードレーザとすることができる。外部キャビティは、単独のレーザダイオードによって提供されるものに対して位相ノイズを減少させることができる。路長補償構成要素を含めることにより、縦モード間をホップすることなく、同調レンジ全体にわたってレーザを調整することができるように、外部キャビティを設計することができ、路長補償構成要素は、調整されるとともに、レーザキャビティの光路長を変更する。様々な構成で、２００５年３月２４日に出願され、予め組み込んだ米国出願１１／０８８９６１に開示された波長可変外部キャビティダイオードレーザの設計（’９６１出願および’９６１レーザともいう）は、波長可変レーザ１１０に使用することができる。
【００３８】
当然のことながら、’９６１レーザの同調レンジおよび干渉計測システム１００によって利用される第１の波長可変レーザ１１０の同調レンジは、相互に互換性をもち、かつ有益となるように選択することができる。すなわち、干渉計測システム１００は、相対的に小さな同調レンジを、波長可変レーザ１１０に使用することができ、’９６１レーザは、’９６１出願に記述されるように、そのような同調レンジのために最適化することができる。したがって、干渉計測システム１００は、’９６１レーザと組み合わせて、特に経済的で、ロバストで、正確で、コンパクトとすることができる。’９６１レーザは、図２Ａ、２Ｂを参照して以下に簡潔に記載する。波長可変レーザ１１０に使用することが可能な他のレーザ源としては、使用可能な波長領域を提供することができる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザ、または任意の現在公知または今後開発される波長可変レーザが挙げられる。
【００３９】
干渉計測システム１００の様々な構成では、第２のレーザ２１２は、例えば、波長可変レーザ１１０に類似する固定波長レーザまたは可変波長レーザのいずれかであってもよい。以下の開示は、第２のレーザ２１２が、波長可変レーザである構成を強調するが、本明細書に概説する様々な他の構成では、第２のレーザ２１２は、単一波長レーザとすることができる。様々な構成では、必要に応じて、単一波長レーザ２１２は、安定化した単一波長ダイオードレーザであってもよい。必要に応じて、単一波長である第２のレーザ２１２を十分安定化または制御し、上記概説し、詳細に以下に記載するような非常に正確な微細波長測定に使用可能な所望の参照波長を提供することができる。
【００４０】
当然のことながら、第２のレーザ２１２が、’９６１レーザなどの可変波長レーザである様々な構成では、例えば、干渉計測システム１００によって利用される同調レンジと互換性をもち、かつ有益となるように、第２のレーザ２１２に使用される同調レンジを選択することができる。すなわち、干渉計測システム１００は、波長可変である第２のレーザ２１２のために、相対的に小さな同調レンジを使用することができ、’９６１出願に記載されるように、’９６１レーザは、そのような同調レンジに最適化することができる。
【００４１】
図１で示す構成では、波長可変レーザ１１０および第２のレーザ２１２の出力は、偏光を維持する光カプラ１１１に導くことができ、光カプラ１１１は、信号を２つの異なる出力ファイバー１１３、１１５に分割することができる。出力ファイバー１１３は、コリメータレンズ１１７を介して、半波長板１１９、および参照干渉計１２０に光を導くことができる。同様に、出力ファイバー１１５は、コリメータレンズ１５７を介して、半波長板１５９およびサンプル干渉計１６０に光を導くことができる。半波長板１１９、１５９は、それぞれ回転、または偏光ビームスプリッタ１２１および１６１に入力する光の有効な偏光方向をそれぞれ回転させるために調節することができる。言い換えると、これは、公知の技術によって、参照干渉計１２０、サンプル干渉計１６０のそれぞれのアームに出力される光の直交偏光成分のそれぞれの強度を調整することができる。低い反射率のサンプル表面１６６で反射した光は、普通なら、参照ミラー１６４で反射された光よりはるかに低い強度であるので、これは、サンプル干渉計１６０に特に有用とすることができる。したがって、対応する入力光成分が、普通なら著しく相違する強度を有する場合、この影響を補償することが望ましい。一般に、ネット反射強度が類似している場合、後の信号処理を単純化することができる。
【００４２】
明示的な記載または文脈によって、別段に示されない限り、以下の考察では、第２のレーザ２１２は波長可変レーザであると仮定する。第２のレーザ２１２は、波長λ２を有する干渉性の光を生成することができ、所望の特定波長、例えば、約７９５ｎｍを含む所望の波長領域にわたって調整可能とすることができる。第２のレーザ２１２から出力された光は、光カプラ１１１に導き、波長参照／制御装置１１４に導くことができる。様々な構成では、波長参照／制御装置１１４は、フィードバック信号１１６を第２のレーザ２１２に提供して、所望の波長でレーザを制御または安定化することができる。例えば、第２のレーザ２１２が固定レーザであるか波長可変レーザであるかにかかわらず、波長参照／制御装置１１４は、干渉計測システム１００によって使用可能な正確な参照波長で、第２のレーザ２１２を制御または安定化するために使用される制御信号を提供して、追跡可能な高精度測定を提供することができる。そのような制御や安定化は、任意の適切な、現在公知または今後開発される技術によって提供することができる。
【００４３】
様々な他の実施例では、波長参照／制御装置１１４は、実際にそのような波長を制御せずに、単に、１つまたは複数の参照波長がいつ波長可変レーザ１１０または２１２あるいはその両方から出力されるかを識別するために使用することができる、１つまたは複数の信号を提供してもよい。そのような技術の実用性は、より詳細に以下に概説する様々な例示的な方法から明らかとなる。簡潔には、そのような信号は、１つまたは複数の追跡可能な参照波長に相当し、したがって、正確で追跡可能な距離測定であるとわかっている、干渉計測システム１００の信号や測定を識別するために、十分な情報を提供することができる。さらに、より詳細に以下に記載するように、精度改善を提供するために、そのような信号が参照波長に相当しない場合であっても、そのような信号は、また、干渉計測システム１００の他の信号や測定を補正または補償する根拠として使用することができる。
【００４４】
様々な構成では、波長参照／制御装置１１４は、ルビジウムＤ１またはＤ２線などの絶対的原子または分子の参照、安定化した干渉計などの相対参照、または他の適切な装置または方法を含むことができる。光カプラ１１１を介して波長可変レーザ１１０、２１２から光を受けるルビジウム吸収セルを含む１つの構成を、より詳細に以下に記載する。
【００４５】
参照干渉計１２０は、偏光ビームスプリッタ１２１、２つの１／４波長板１２８、１３０、第１の参照ミラー、第２の参照ミラーとしての２つの参照ミラー１２４、１２６、ビームスプリッタ１３６、第１の光学フィルタ、第２の光学フィルタとしての２つのλ１光学フィルタ１３２およびλ２光学フィルタ１３４、２つの光検出器２７４、２７５、２つの部分反射表面２７７、２７８、および、第１の直交検出器、第２の直交検出器としてのλ１直交検出器１４２およびλ２直交検出器１４４を含むことができる。参照干渉計１２０では、コリメータレンズ１１７および半波長板１１９を越えた後に、入力光は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２１に入射することができ、ビームを、適切に方向付けられた、直角に偏光された２つの出力ビームに分割することができ、上記概説したように、半波長板１１９からの入力光の偏光方向に依存する強度を有することができる。偏光ビームスプリッタ１２１を介して伝送された光ビームは、第１の１／４波長板１２８を介して第１の参照ミラー１２４上に導くことができる。第１の１／４波長板１２８は、複光路配置で、９０度、ビームの偏光面を回転させることができ、その結果、偏光ビームスプリッタ１２１を介して伝送されたＰ偏光光は、第２の通過で、偏光ビームスプリッタで反射されたＳ偏光光に変えることができる。
【００４６】
偏光ビームスプリッタ１２１で反射されたビームは、第２の１／４波長板１３０を介して第２の参照ミラー１２６上に導くことができる。第２の１／４波長板１３０は、複光路配置で、９０度、ビームの偏光面を回転させることができ、その結果、偏光ビームスプリッタから反射されたＳ偏光光は、第２の通過で、偏光ビームスプリッタ１２１によって伝送することができるＰ偏光光に変えることができる。２つのそれぞれの光のビームは、参照ミラー１２４、１２６から反射することができ、偏光ビームスプリッタ１２１に再度入り、それによって、偏光ビームスプリッタ１２１と第１の参照ミラー１２４との相対的な距離、および偏光ビームスプリッタ１２１と第２の参照ミラー１２６との相対的な距離によってビームは干渉することができる。次いで、再結合されたビームは、第２のビームスプリッタ（ＢＳ）１３６に導くことができ、それは、ビームを２つのビームに再度分割することができ、１つのビームをλ１光学フィルタ（Ｆ１）１３２を介してλ１直交検出器（ＱＤＲ１）１４２に、第２のビームをλ２光学フィルタ（Ｆ２）１３４を介してλ２直交検出器（ＱＤＲ２）１４４に導くことができる。
【００４７】
λ１光学フィルタ１３２は、例えば、干渉計測システム１００によって使用されるλ１波長領域内の波長をカバーする通過帯域を備えたエタロンを使用して、波長可変レーザ１１０から発生する光のみを伝送することができる。同様に、λ２光学フィルタ１３４は、例えば、干渉計測システム１００によって使用されるλ２波長領域内の１つのまたは複数の波長をカバーする通過帯域を備えたエタロンを使用して、第２のレーザ２１２から発生する光のみを伝送することができる。他の実施では、光学フィルタ１３２、１３４は、十分な解像力のそれぞれの格子として、それぞれのλ１またはλ２の波長を有効に分離したり選択したりすることができる。λ１光学フィルタ１３２を通過した後、光は、任意の部分反射表面２７７、例えば、名目上透明な材料の表面に入射することができ、それは、任意の光検出器（ＰＤＲ１）２７４に光の一部を反射することができ、次いで、光は、λ１直交検出器１４２に入力することができる。λ２光学フィルタ１３４を通過した後、光は、任意の部分反射表面２７８に入射することができ、それは、任意の光検出器（ＰＤＲ２）２７５に光の一部を反射することができ、次いで、光は、λ２直交検出器１４４に入力することができる。
【００４８】
本明細書に記載される様々な光検出器２７２〜２７５は、フォトダイオード、または、様々な直交検出器に伝送される光の光強度を示す出力信号を提供することができる、他の適切な装置を含むことができる。図１に示す光検出器の構成の別の１つの手段では、単一の光検出器は、図１で示す配置のうちのいずれか１つ、または他の適切な配置で設けることができ、その結果生じる信号は、本明細書に記載される未処理の直交検出器信号のすべてに、光強度補正または補償の第１のレベルを供給するために使用することができる。他の構成の１つの手段では、図１に示す光検出器のどれも配置せず、本明細書に記載した未処理の直交検出器信号は、さらに、以下に概説するように光強度の変動を自己補正または補償される。しかし、１つまたは複数の光強度信号に基づいて、それぞれの未処理の直交信号が振幅補正または補償される場合、次の信号の処理や精密な補正あるいは補償は、単純化したり、不測の作動状況等に関してよりロバストにしたりすることができる。そのような場合、本明細書に開示する様々な光学フィルタは、波長に強く依存する透過特性を有することができるので、図１に示す光学フィルタから１つまたは複数の光検出器を下流に配置することによって、干渉計測システム１００で使用する様々な波長で、未処理の直交信号の変数フィルタ効果による強度変動を補正するために望ましいものとすることができる。
【００４９】
λ１およびλ２直交検出器１４２、１４４は、偏光ビームスプリッタ１２１と第１の参照ミラー１２４との間の第１の光路長と、偏光ビームスプリッタ１２１と第２の参照ミラー１２６との間の第２の光路長との差に依存する位相信号を検出する検出器とすることができる。参照干渉計１２０の第１の光路と第２の光路の差は、参照路長、または参照長と呼ぶことができる。直交検出器１４２、１４４の設計の詳細および機能については、さらに以下に記載する。
【００５０】
参照干渉計１２０の目的は、高精度に較正することができることを特徴とする参照光路長を有する参照干渉計ビーム路を提供することである。参照光路長は、次いで上記概説し、より詳細に以下に記載する比較的正確な低解像の絶対的距離を可能にするために使用することができる。高精度参照光路長は、さらに、より詳細に以下に概説するように、干渉計測システム１００のために決定される他の信号や測定に適用することができる他の様々な補正技術で使用することができる。干渉計測システム１００、特にサンプル干渉計１６０の様々な寸法および光学特性は、温度および振動などの変化する外的条件とともに変化すると予想することができるので、高精度参照光路長は、標準化因子を提供して、以下に記載するこれらの影響を補正することができる。実際の様々な実施では、参照干渉計は、参照光路長の機械的安定性や１０４分の１の繰返し精度を提供することができる。さらに以下に概説するように、様々な実施では、ルビジウムＤ１、Ｄ２波長（周波数）参照の使用に基づいた方法を使用して、参照光路長は、干渉計測システム１００の通常動作中の様々な所望時に、１０６分の１の精度または繰返し精度に、動的に較正することができる。必要に応じて、そのような動的較正は、各測定サイクル中に行うことができ、普通ならそのようなレベルの精度および繰返し精度と相いれない様々な産業環境で作動させる場合でさえ、干渉計測システム１００の動作を正確で、ロバストなままとすることができる。
【００５１】
サンプル干渉計１６０は、参照干渉計１２０のために上記記載したものに類似する構成要素を含むサンプル干渉計ビーム路を含み、参照干渉計１２０は、コリメータレンズ１５７、半波長板１５９、第１および第２の１／４波長板１６９、１６７、偏光ビームスプリッタ１６１、集束レンズ１６８、対物レンズ１７０、参照ミラー１６４、サンプル表面１６６（目標物、または目標面ともいう）、テレセントリック開口配置１７８、ビームスプリッタ１７６、λ１およびλ２光学フィルタ１７２、１７４、任意の部分反射表面２７９と任意の光検出器２７２、任意の部分反射表面２８０と任意の光検出器２７３、および、λ１直交検出器１８２およびλ２直交検出器１８４を含む。
【００５２】
サンプル干渉計１６０では、入力光は、コリメータレンズ１５７および半波長板１５９を越えた後、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１６１上に入射する。偏光ビームスプリッタ１６１は、参照干渉計１２０の偏光ビームスプリッタ１２１と同様に機能し、Ｐ偏光光を伝送し、Ｓ偏光光を反射することができる。その後、伝送された光は、第１の１／４波長板１６７上に入射することができ、複光路配置で９０度、ビームの偏光面を回転することができ、その結果、偏光ビームスプリッタ１６１を介して伝送されたＰ偏光光は、第２の通過で、偏光ビームスプリッタ１６１で反射されるＳ偏光光に変えることができる。第２の１／４波長板１６９は、複光路配置で９０度、ビームの偏光面を回転することができ、その結果、偏光ビームスプリッタ１６１から反射されたＳ偏光光は、第２の通過で、偏光ビームスプリッタ１６１によって伝送されるＰ偏光光に変えることができる。
【００５３】
偏光ビームスプリッタ１６１の第１の通過で反射される光は、任意の集束レンズ１６８を通過し、偏光ビームスプリッタ１６１から第１の光路長で参照ミラー１６４から反射する前に、１／４波長板１６９を越えることによって、サンプル干渉計１６０の参照ビームとなることができる。偏光ビームスプリッタ１６１の第１の通過で伝送される光は、偏光ビームスプリッタ１６１からの第２の光路長で、サンプル表面１６６から反射する前に、１／４波長板１６７および対物レンズ１７０を越えることにより、サンプル干渉計１６０の物体ビームになることができる。サンプル干渉計１６０の第１の光路長と第２の光路長との差は、測定路長と呼ぶことができる。サンプル１６６までの測定距離は、測定路長の２分の１である。任意の集束レンズ１６８は省略することができる。しかし、任意の集束レンズ１６８は、様々な用途では、参照ミラー１６４の整列を重要としないために有利であり、また、第１および第２の光路等に沿った様々な構成要素の屈折率に対する分散および環境上引き起こされる変化に関して、サンプル干渉計１６０の第１および第２の光路のバランスをとるために有利である。
【００５４】
対物レンズ１７０に関して、それは、サンプル１６６上に物体ビームを集中させ、サンプル１６６から反射された光を集めるために使用される。対物レンズ１７０の開口数（ＮＡ）は、干渉計の動作範囲および位置分解能を規定することができる。対物レンズの焦点深度（ＤＯＦ）は、システムの動作範囲を制限し、レイリー領域の２倍を付与される。
【数１】
2007040994.tif 000003
（１）
ここで、Ｄは、対物レンズ１７０の物体ビームの直径、ｆは、対物レンズの焦点距離である。サンプル１６６のスポット直径ｄは、位置分解能を制限することができ、近似的に次式で付与される。
【数２】
2007040994.tif 000004
（２）
対物レンズ１７０のＮＡは、表面仕上げやサンプル１６６に許容される表面傾斜量を決定することができる。これらの因子は、サンプル１６６から反射される光の量および分散を決定することができる。従って、対物レンズ１７０のＮＡが、システムの集光効率を決定するので、そのような表面のために、サンプル干渉計１６０によって達成可能な信号強度および関連する解像度を決定することができる。
【００５５】
偏光ビームスプリッタ１６１では、反射された参照ビームからの光は、反射された物体ビームからの光と再結合し、開口配置１６８を通過させて、第２のビームスプリッタ（ＢＳ）１７６に導かれる。第２のビームスプリッタ１７６は、ビームを、名目上等しい強度の２つのそれぞれのビームに分割することができ、λ１光学フィルタ（Ｆ１）１７２を介してλ１直交検出器（ＱＤＳ１）１８２の方へ１つのビームを導くことができ、λ２光学フィルタ（Ｆ２）１７４を介してλ２直交検出器（ＱＤＳ２）１８４の方へ第２のビームを導くことができる。λ１光学フィルタ１７２およびλ２光学フィルタ１７４は、前述のλ１光学フィルタ１３２およびλ２光学フィルタ１３４と同様に構成し機能させることができる。光は、λ１光学フィルタ１７２を通過した後、任意の部分反射表面２８０上で反射することができ、表面２８０は、任意の光検出器（ＰＤＳ１）２７３に光の一部を反射することができ、伝送された光は、λ１直交検出器１８２に入力される。光は、λ２光学フィルタ１７４を通過した後、任意の部分反射表面２７９上で反射することができ、表面２７９は、任意の光検出器（ＰＤＳ２）２７２に光の一部を反射することができ、伝送された光は、λ２直交検出器１８４に入力される。部分反射表面および光検出器に関しての考慮事項については上記概説した。
【００５６】
様々な実施例では、開口配置１７８は、任意とすることができる。例えば、サンプル１６６がミラー面等であったり、距離測定の位置分解能が重要でなかったりする場合、開口配置１７８および集束レンズ１６８は、両方とも性能を損なうことなく省略することができる。普通なら、サンプル１６６の表面がスペックル、すなわち、サンプル１６６の様々な表面粗さの特徴から反射された干渉性の光が、干渉を強めたり弱めたりする小さな明領域および暗領域のパターンを生じさせる場合、開口配置１７８は、サンプル干渉計１６０の検出器で、有害なスペックルパターンの発生を防ぐように設計することができる。開口配置１７８が含まれる場合、様々な実施例では、開口配置１７８は、入力結像レンズ、開口および出力結像レンズを含むことができる。図１に示すように、光は、偏光ビームスプリッタ１６１から入力結像レンズ、次いで、空間的に光をフィルタにかける開口、次いで、出力結像レンズを介して導くことができる。そのようなテレセントリック配置は、図１に示すものに類似する様々な干渉計のための技術で知られている。２つの関連する考慮事項を、開口配置１７８の設計を適切に選択するために適用することができる。この考慮事項は、許容可能なスペックルサイズ、つまり性能に悪影響を及ぼすことなく直交検出器１８２、１８４で作成される可能性のあるスペックルのサイズ、および開口配置１７８によって決定することが可能な位置分解能に関するものである。一般に、スペックルが存在する可能性のある用途では、名目上のスペックルサイズは、システムの名目上の位置分解能と一致する。
【００５７】
様々な例示的な実施例で、式（３）は、開口配置１７８による名目上の位置分解能ＬＲまたは名目上のスペックルサイズＳあるいはその両方を分析し調節するために使用することができる。
【数３】
2007040994.tif 000005
（３）
ここで、
【００５８】
Ｍは、倍率である。
【００５９】
ｆは、結像レンズの焦点距離である。
【００６０】
ａは、有効開口寸法である。
【００６１】
λは、レーザ源によって放射された光の関連する波長である。
【００６２】
当然のことながら、平行にされた干渉性参照ビームの波面が、直交検出器に含まれた偏光子によって物体ビームの波面と混じる構成で得られたスペックルサイズは、実際には式（３）によって示すもののおよそ２倍とすることができる。当然のことながら、いかなる場合も、所望のスペックルサイズまたは所定の用途用の位置分解能あるいはその両方を決定するために、開口配置１７８の設計を実験的に調節することができる。本明細書に開示する様々な直交検出器の信号が、サンプル１６６までの距離に基づいて検出器で普通なら期待される名目上の強度をゆがめる、単独のスペックルまたは少数のスペックルの各強度による擬似効果を含まないように、スペックルサイズを決定することができる。これは、本明細書に開示する様々な直交検出器に含むことができる光検出器の実効面積に関連したスペックルのサイズに依存することができる。
【００６３】
干渉計測システム１００の様々な電子的構成要素やオプトエレクトロニクスの構成要素は、公知の方法による信号処理および制御システムに接続することができる。信号処理および制御システムは、干渉計測システム１００に様々な制御信号を提供することができ、上記概説し、より詳細に以下に記載するように、干渉計測システム１００から得られる様々な測定信号を得て、処理することができる。信号処理および制御システムは、様々な実施において、ＰＣ、様々なデータ収集および制御カード等、あるいは様々なカスタム回路を含むことができる。適用可能な信号処理および制御システムの技術および回路は、本技術分野で一般に知られており、本明細書で詳細に記載する必要はない。
【００６４】
図２Ａ、２Ｂは、本発明と関連して、波長可変レーザとして使用することができる例示的な波長可変外部キャビティダイオードレーザ２００を示す。図２Ａは、外部キャビティダイオードレーザ２００のレーザビーム面を通る側面断面図を示し、図２Ｂは、図２Ａに含まれる例示的なフレクシャ体１０の等角図を示す。波長可変外部キャビティダイオードレーザ２００は、簡潔には以下に、詳細には、組み込んだ’９６１出願に記載する。必要に応じて、外部キャビティダイオードレーザ２００は、干渉計測システム１００の波長可変レーザ１１０、または波長可変レーザである構成においてレーザ２１２、あるいはその両方として使用することができる。簡潔には、外部キャビティダイオードレーザ２００は、組み込んだ’９６１出願に記載されるように、同調成分、および色分散効果を提供するために位置する波長可変レーザダイオードモジュール３０を含むレーザ光源を提供する例示的なフレクシャ体１０を含むことができる。レーザダイオードモジュール３０は、フレクシャ体１０にインストールされて示してある。フレクシャ体１０は、レーザダイオードモジュール３０によって図２では見えにくいが、屈曲ヒンジ構造１１によってフレクシャ体１０に取り付けることができる屈曲アーム１４を含むことができる。２つのアクチュエータードライバ取付け屈曲部１２、１３は、フレクシャ体１０のフレームおよび屈曲アーム１４に圧電変換器６０を取り付けることができる。圧電変換器６０は、屈曲部１２、１３に圧電変換器６０を取り付けるために使用されるリンケージフレーム６１を含むことができる。屈曲部１２、１３は、屈曲ヒンジ構造１１より弾性的であるように設計することができる。
【００６５】
磁気歪み、音声コイル作動、直流（ＤＣ）およびステッピングモータ作動に基づいたアクチュエーターなどの別の種類のアクチュエータードライバを使用することができる。しかし、リンケージフレーム６１を含む圧電変換器６０は、リンケージフレーム６１が、屈曲部１２、１３に加えて、有効に、さらなる自由度を提供するのに十分に弾性的であるという利点を有して、外部キャビティダイオードレーザ２００の可動部分や屈曲部分が、機械的に過度に抑制されないことを保証することに役立つことができる。これは、同様に、屈曲ヒンジ構造１１が、屈曲アーム１４およびミラー４１の作動および偏位中に、著しく圧力をかけられない、またはゆがめられないことを保証するために役立つことができ、効果的に固定されたヒンジ軸やピボットポイントを維持するために、設計の性能に寄与し、また、予測される作動領域および条件下で、屈曲材料の降伏強さを超えないことを保証するために役に立つことができる。
【００６６】
フレクシャ体１０は、任意の弾性材、例えば、ＰＨ１７〜４などの調節されたばね鋼からなることができる。必要に応じて、様々な硬化プロセスも、それらの降伏強さを高めるために、様々な屈曲部の領域で適用することができる。フレクシャ体１０は、その表面上に設けられた回析格子４０およびレーザダイオードモジュール３０の両方を有することができる光学台２１に取り付けることができる。光学台２１は、回析格子４０を運ぶ表面が、レーザダイオードモジュール３０を運ぶ表面に対してはっきりした角度であるように、正確に機械加工することができ、それはレーザ・セル・ベース３１に取り付けることができる。そのような構成では、レーザ・セル・ベース３１および取り付けられたレーザダイオードモジュール３０は、組み込んだ’９６１出願で概説されるように、モードホップフリー同調を得るために、レーザダイオードモジュール３０と回析格子４０との距離を調節するために、平行にされた出力ビーム５０の方向にほぼ沿って、光学台２１のあわせ面に沿って移動することができる。
【００６７】
レーザダイオードモジュール３０は、レーザゲイン媒体３５およびコリメータレンズ３６を含むことができる。コリメータレンズ３６は、レーザゲイン媒体３５の正面を貫通するＰ偏光ビームを平行にすることができる。この平行にされた出力ビーム５０は、すれすれの入射で回析格子４０上に入射することができる。回析格子４０は、回折された１次ビーム５１に、レーザビームを回折することができる。回析格子４０からのレーザビームのゼロ次反射は、外部キャビティダイオードレーザ２００からの出力ビーム５２を構成する。
【００６８】
１次回折ビーム５１は、同調ミラー４１に入射することができ、それは、屈曲アーム１４の取付け面に取り付けることができ、選択された波長は、同調ミラー４１によって回析格子４０上に逆反射することができ、レーザダイオードモジュール３０のレーザゲイン媒体３５に回折される。このように、屈曲アーム１４の角度偏位によって、同調ミラー４１は、回析格子４０からの同調ミラー４１の有効反射面への正常な入射で回折される波長として、レーザゲイン媒体３５にフィードバックされる波長を選択することができる。したがって、同調ミラー４１の角度偏位は、外部キャビティダイオードレーザ２００の出力波長を決定することができる。
【００６９】
ヒンジ軸ＨＡ１（例えば、組み込んだ’９６１出願の図２で示すように）の回りの同調ミラー４１の角度偏位は、圧電変換器６０の制御によって調節することができる。例えば、変換器６０に比較的大きなプラスまたはマイナス電圧を印加すると、変換器６０は、方向６３に沿って、比較的大きく拡大または収縮をすることができる。拡大または収縮は、それぞれ、下方への（押す）力または上向きの（引く）力を、屈曲アーム１４に及ぼすことができ、屈曲ヒンジ構造１１のほぼ固定されたヒンジ軸ＨＡ１の回りに、屈曲アーム１４を回転させることができる。屈曲アーム１４の運動によって、回析格子４０からの距離と同様に、モードホップフリー同調に適切な同期をするように、屈曲アーム１４に取り付けられた同調ミラー４１を、回析格子４０に対するその角度を変えることができる。
【００７０】
屈曲ヒンジ構造１１は、相対的可動部品を有さないので、それは、スティクションまたはバックラッシュにさらされなくてもよい。さらに、作用応力が、疲労因子等を考慮に入れる屈曲材料の降伏強さに関して適切に設計されている場合、公知の技術によれば、屈曲ヒンジ構造１１は、本来、無制限に使用することができる寿命を有することができる。
【００７１】
図２Ａ，２Ｂで示す設計の１つの実施例では、所望の同調レンジは、ほぼ±０．５ｎｍ程度とすることができる。そのような同調レンジを達成するために、レーザゲイン媒体３５と回析格子４０との名目上の光路距離Ｌ１は、例えば、約１．９０５ｍｍとすることができ、回析格子４０と同調ミラー４１の有効反射面の名目上の距離Ｌ２は、例えば、約１．１６７ｍｍとすることができる。屈曲アーム１４は、ほぼ±０．５ｎｍまたは±１．０程度で、同調レンジにわたって外部キャビティダイオードレーザ２００を同調するために、例えば、±０．１度程度偏位することができる。より一般には、波長可変外部キャビティダイオードレーザ２００のための機械的構成は、ほぼ±０．５ｎｍ、±１．０ｎｍまたは±５ｎｍ程度で、所望の同調レンジに特に適切とすることができる。例えば、屈曲ヒンジ構造および波長可変外部キャビティダイオードレーザ２００によって提供される色分散設備の特徴は、そのような同調レンジにわたる使用と互換性を有し、そのような同調レンジと共に使用するために、同調応答速度やアクチュエーター・パワー、動作安定性や精度、部品数、モードホップフリー同調のための組み立ておよび調節の容易性に関して、多くの改良を提供する。絶対的干渉計測システムでの波長可変レーザの先行技術の使用は、それらが、同調レンジや先行技術の絶対的干渉計測システムによって意図された用途と互換性をもたなくてもよいので、そのような特徴や、特徴の組み合わせ、例示的な寸法の価値を認識していなかった。波長可変外部キャビティダイオードレーザ２００のために開示された様々な構成および特徴の組み合わせが、本明細書に開示する絶対的干渉計測システムおよび方法と組み合わせて、特に望ましいものとすることができることが認識され、ここで、±０．５ｎｍ、±１．０ｎｍ、または±５ｎｍ程度の同調レンジが、望ましく十分とすることができる。
【００７２】
図３Ａ、３Ｂは、本発明と関連して、波長参照／制御装置として使用することができる例示的な波長参照から得られた信号３００Ａ、３００Ｂをそれぞれ説明する。そのような波長参照は、必要に応じて、干渉計測システム１００の波長参照／制御装置１１４として使用することができる。そのような波長参照は、１つまたは複数の追跡可能な波長標準を提供することができる。すなわち、波長参照は、世界中の様々な計測標準機構によって認められた主要な標準に対して比較可能または追跡可能な波長標準と認められる計測仲介標準の役割をすることができる。
【００７３】
様々な構成では、線形吸収信号３００Ａ、３００Ｂは、波長参照／制御装置１１４に含まれるルビジウム蒸気セルを介して、波長可変レーザ１１０および波長可変である第２のレーザ２１２から光を通過させることにより提供することができる。セルから出力された光は、波長可変レーザ１１０のλ１波長の範囲で所望の波長を選択するのにふさわしいフィルタを含む検出チャンネルへ進み、次いで、信号３００Ａを提供するために使用することができる低ノイズ光検出器回路中に進むことができる。１実施例では、λ１真空波長は、およそ７８０．２±０．５ｎｍ程度の範囲とすることができる。図３Ａで示すように、信号３００Ａは、そのとき、ルビジウム蒸気セルの８５Ｒｂおよび８７ＲｂのＤ２線に対応する特徴を含むことができる。
【００７４】
上記概説したように、本明細書に開示する測定信号のいずれもは、同時に測定された一組の信号で提供することができ、その信号は、例えば、適切な高速多重チャンネル・アナログ・ディジタル・データ収集システムを使用して得られ、その結果、例えば、波長可変レーザ波長を走査しながら、一組中の各信号は、干渉計測システム１００の同じ瞬間状態に対応する。そのような信号の各組は、固有の「データポイント」に対応する。データポイントは、高速で反復して得ることができる。当然のことながら、データポイントのタイミングが、決定論的または既知である場合、そのとき「データポイント」軸として本明細書に示す任意の軸は、適当に、時間軸であると見なすことができるかもしれない。
【００７５】
図３Ａの水平軸は、信号３００Ａの各対応する測定値のデータポイントを特定する。縦軸は、任意のユニットで、低ノイズ光検出器回路によって検出された光信号に対応する。信号３００Ａを得るために使用される検出器の配置のために、８５Ｒｂアイソトープの（５Ｓ１／２、Ｆ＝３→５Ｐ３／２、Ｆ’＝（２、３、４））Ｄ２線の正確に既知の真空波長は、信号３００Ａの値が最小に達するポイントに一致する。このポイントは、参照線３０１によって図３Ａに示され、参照線３０１は、データポイント＃５０１の近くにある。当然のことながら、一般に、ピーク吸収の正確な位置がデータポイント間にあってもよい。従って、必要に応じて、ルビジウム蒸気セルのこのＤ２線の正確に既知の７８０．２４３８ｎｍの波長に正確に対応する一組の測定値は、データポイント間の補間によって決定することができる。より高い精度が望まれる他の実施では、Ｆ’励起状態超微細準位は、公知の飽和吸収技術を使用して決定することができる。
【００７６】
図３Ｂに示す信号の３００Ｂに関して、ルビジウム・セルから出力された光は、波長可変レーザ２１２のλ２波長の範囲で、所望の波長を選択するのにふさわしいフィルタを含む検出チャンネルへ進むことができ、次いで、信号３００Ｂを提供するために使用することができる低ノイズの光検出器回路中に進むことができる。１つの実施例では、λ２真空波長は、およそ７９４．９８±０．０５ｎｍ程度とすることができる。図３Ｂで示すように、次いで、信号３００Ｂは、ルビジウム蒸気セルのＤ１線形吸収線に対応する特徴を含むことができる。信号３００Ｂの収集および説明は、上記した信号３００Ａのものに類似する。７９４．９８２２ｎｍの正確に既知の真空波長は、８５Ｒｂアイソトープの（５Ｓ１／２、Ｆ＝３→５Ｐ１／２、Ｆ’＝（２、３））Ｄ１線形吸収線で、信号３００Ｂの値が最小に達するポイントに対応する。このポイントは、参照線３０２によって示され、それは、データポイント＃５００の近くにある。より高い精度が望まれる他の実施では、Ｆ’励起状態超微細準位は、公知の飽和吸収技術を使用して決定することができる。
【００７７】
様々な実施では、連続データポイントを、少なくとも１０マイクロセカンドごとに得ることが実際的である。図３Ａ、３Ｂで示すデータは、ほぼこの割合で得られた。様々な実施では、図３Ａ、３Ｂに示すように、Ｄ１、Ｄ２波長に対応するデータポイントは、例えば、少なくとも、３００マイクロセカンド、１００マイクロセカンドまたはわずか１０マイクロセカンド以内で、互いの短時間に生じるように、λ１およびλ２波長を配置することが望ましい。様々な実施で、Ｄ１、Ｄ２波長に対応するデータポイント、または、より一般的には、参照長ＬＲを較正するのに使用可能な波長は、さらに以下に概説するように、互いの短時間内に生じることは都合がよい。これは、振動などの外的影響が、これらの波長での測定間に、予測される関係を阻害することを少なくするからである。
【００７８】
これは、関連する信号処理を単純化することを可能とし、また、さらに以下に記載する、関連する測定値および誤差補正のロバスト性を増加させることができる。様々な実施では、レーザの少なくとも１つの波長走査は、３００マイクロセカンド、１００マイクロセカンド以内に、２つの変化を同時的に保持するために、図３Ａ、３Ｂで示すＤ１、Ｄ２波長ピークの少なくとも１つのタイミングに由来するフィードバック信号に基づいて自動的に開始または制御することができる。フィードバック信号は、波長走査時間、例えば、０．１〜１．０秒以上に対して、大きな時定数を有することができる。
【００７９】
図４Ａ、４Ｂは、走査波長曲線４００Ａ、４００Ｂをそれぞれ示し、それらは、図３Ａ、３Ｂに示すものと類似するＤ２およびＤ１波長参照信号に対して追跡できる波長補正を含む。簡潔には、参照干渉計によって提供される参照路長は、正確に既知であるか、または既知のＤ２およびＤ１参照波長に対応する位相測定に基づいて決定することができる。Ｄ２、Ｄ１参照波長は、空気屈折率における任意の変動に対する補正を含むことができ、空気屈折率は、干渉計測システムを取り巻く気圧、温度および湿度の連続測定に基づいて計算することができる。さらに、正確に既知の参照路長を使用して、波長可変レーザ１１０および波長可変レーザ２１２の波長走査中に得られた各データポイントのために決定することができる位相測定を提供することができる。そのとき、参照路長を、各データポイントの参照干渉計のために決定された位相測定と共に使用して、必要に応じて、各データポイントに対応する波長可変レーザ１１０、２１２の正確な空気波長を決定することができる。図４Ａ，４Ｂに示す波長曲線４００Ａ，４００Ｂとして、そのような正確に決定された波長をプロットする。当然のことながら、そのとき、そのような正確に決定された波長は、各データポイントに関係することができ、また、波長や関連データは、必要に応じて、より詳細に以下に記載するように、さらなる分析や正確な距離測定のためにデータポイント間で補間することができる。
【００８０】
図５は、本発明と関連して使用することができる例示的な直交検出器５００を示す。直交検出器５００の１つの実施の基本操作を簡潔に以下に記載する。様々な直交検出器信号に、普通なら、付与される可能性がある様々な位相誤差を抑制するために重要な直交検出器５００の組立ておよび操作のさらなる態様は、本発明と関連して使用することができる様々な代替実施とともに、予め組み込んだ’４０３出願に詳細に記載されている。
【００８１】
直交検出器５００は、必要に応じて、図１に示す干渉計測システム１００の直交検出器１４２、１４４、１８２、１８４のうちのいずれかまたはすべてに使用することができる。直交検出器５００は、４つの信号、すなわち、同相または「０度」信号Ａ、同相直交または「９０度」信号Ｂ、異相または「１８０度」信号Ｃ、および異相直交または「２７０度」信号Ｄを生成する。各それぞれの直交検出器について、これらの信号を組み合わせて、それぞれの直交検出器を含むそれぞれの参照干渉計１２０またはサンプル干渉計１６０の２つのアーム間の光路長差を示す位相測定Φを生成することができる。
【００８２】
直交検出器５００の特徴は、各信号が入力ビーム５０２から全体として得られるということであり、したがって、入力ビーム５０２の特定部分で発生する可能性がある様々な不適当な影響は、各検知された信号に同様に影響する可能性がある。したがって、以下に詳細に記載するように、必要に応じて、関連する「共通モード」誤差成分は、適切な信号処理によって低減または除去することができる場合がある。
【００８３】
図５に示すように、直交検出器５００は、３０−６０−９０プリズム５０４ａおよび３０−６０−９０プリズム５０４ｂを含むことができ、それらは、５０／５０非偏光ビームスプリッタ５１０上に配置することができる。２つの３０−６０−９０プリズム５０４は、２つのビーム５０６、５０８に入力ビーム５０２を分割するインターフェース５０７で隣接することができる。直交検出器５００の様々な表面に対する、入力ビーム５０２の直交偏光成分の方向は、制御するために重要とすることができる。そのような考察は、予め組み込んだ’４０３出願に詳細に記載されている。インターフェース５０７は、透過ビーム５０８の光に０度位相シフトを、および反射ビーム５０６に１８０度位相シフトを付与するためにコートすることができる。インターフェース５０７で反射されたビーム５０６は、次いで、全反射によって空気プリズム・インターフェースで反射され、ビームスプリッタ５１０に向けることができる。インターフェース５０７で伝送された他のビーム５０８も、空気プリズム・インターフェースで反射され、ビームスプリッタ５１０に向けることができる。
【００８４】
次いで、ビームスプリッタ５１０は、ビームスプリッタ５１０の表面５１２で、２つの入力ビーム５０６、５０８を図５に示すような４つの出力ビームに分割することができる。２つの出力ビーム５１４，５１６は、ビームスプリッタ表面５１２で反射することができ、２つの出力ビーム５１８，５２０は、表面５１２によって伝送することができる。４つのうちの２つのビーム５１４、５１８は、それぞれ、１／４波長板５４０、５８０をそれぞれ通過することができる。１／４波長板５４０、５８０は、ビーム５１４、５１８の直交偏光成分（すなわち、参照成分および物体成分）と位置合わせされた、直交する速軸および遅軸を有することができ、その結果、ビーム５１４、５１８の直交偏光成分の１つのみを遅らせる。従って、直交検出器５００を介して、ビーム５１４、５１８は、それらの直交偏光成分の１つに与えられた波長の１／４に一致する位相シフトを有することができる。
【００８５】
上側の反射ビーム５１４は、１／４波長板５４０を越え、１／４波長板５４０は、直交偏光成分の１つであるビーム５１４の位相を９０度遅らせることができる。次いで、ビーム５１４は、検出器５３０に到達する前に、４５度の角度で、直交偏光成分に、名目上方向づけられた偏光方向を有する偏光子５２２に影響を与える。偏光子５２２および１／４波長板５４０は結合して、「９０度」直交信号を提供するために、特定の干渉計（すなわち、参照干渉計１２０またはサンプル干渉計１６０）の２つのアームからの光を、９０度遅らせた干渉計のアームの１つからの光と干渉することができる。したがって、検出器５３０は「９０度」直交信号または信号Ｂを測定することができる。
【００８６】
下側の反射ビーム５１６は、１／４波長板５５０を越え、１／４波長板５５０は、偏光子５２２および検出器５３２に影響を与える前に、直交偏光成分の１つであるビーム５１６の位相を９０度遅らせる。したがって、インターフェース５０７が、反射ビーム５０６全体に１８０度位相シフトを与える場合、偏光子５２２および１／４波長板５５０は、結合して、「２７０度」直交信号を提供するために、特定の干渉計の２つのアームからの光を、１８０度シフトした干渉計のアームの両方からの光、および、さらに９０度遅らせた干渉計のアームの一方からの光で干渉することができる。したがって、検出器５３２は、「２７０度」直交信号または信号Ｄを測定することができる。
【００８７】
透過ビーム５１８は、ガラススペーサ５８０を越える。ガラススペーサ５８０は、２つの直交偏光成分のどちらかを遅らせるのではなく、１／４波長板５４０および５５０の名目上の光路長を再生する。その後、透過ビーム５１８は、検出器５３４に到達する前に、４５度の角度で、直交偏光成分に名目上向く偏光方向を有する偏光子５２２に影響を与える。「０度」直交信号を提供するために、偏光子５２２およびガラススペーサ５８０は結合して、特定の干渉計の２つのアームからの光を干渉する。したがって、検出器５３４は、「０度」直交信号または信号Ａを測定することができる。
【００８８】
透過ビーム５２０は、ガラススペーサ５８０に類似するガラススペーサ５６０を越える。次いで、ビーム５１８は、検出器５３６に影響を与える偏光子５２２に影響を与える。したがって、インターフェース５０７が反射ビーム５０６全体に１８０度の位相シフトを与える場合、「１８０度」直交信号を提供するために、偏光子５２２およびガラススペーサ５６０は結合して、ホスト干渉計の２つのアームからの光を、１８０度シフトされた干渉計のアームの両方からの光で干渉する。したがって、検出器５３６は「１８０度」直交信号、または信号Ｃを測定することができる。
【００８９】
図６は、本発明による干渉計測システムによって使用された波長可変レーザの走査波長領域のために得ることができる４つの直交検出器信号の第１の例示的な一組を示すグラフ６００である。グラフ６００に示す例において、波長領域は、およそ７９４．８±０．０５ｎｍ程度の範囲で、λ２波長領域とすることができる。
【００９０】
グラフ６００は、４つの直交信号６０１〜６０４を含み、それぞれ、図５を参照して、信号Ａ〜Ｄについてそれぞれ上記したものと同様にして得ることができる。図６の水平軸は、信号６０１〜６０４の各対応する測定値のデータポイントを特定する。そのようなデータポイントに関連した様々な測定原理は、図３Ａ、３Ｂを参照して述べた。縦軸は、任意のユニットで、信号６０１〜６０４を得るために使用される直交検出器で、低ノイズ光検出器回路によって検出された光信号に対応する。
【００９１】
そのような信号は、図１に示すサンプル干渉計１６０のλ２直交検出器１８４などの直交検出器によって得ることができる。したがって、説明のために、信号６０１〜６０４は、Ｓ２Ａ〜Ｓ２Ｄと称することもでき、ここで、「Ｓ」は、サンプル干渉計を表わし、「２」は、λ２から発生する信号を表わし、Ａ〜Ｄは、前述したように、０度〜２７０度直交信号を表わす。そのような記号の使用を以下に続ける。さらに、「Ｒ」は、参照干渉計を表わし、「１」は、λ１、例えば、λ１直交検出器１４２または１８２などから発生する信号を表わす。
【００９２】
グラフ６００において、様々な信号Ｓ２Ａ〜Ｓ２Ｄに存在する誤差成分があることは明らかである。例えば、各信号が重要なＤＣオフセットを含むことは明らかである。さらに、各信号の、名目上の、または「全体的な」ピーク・トゥ・ピークの信号振幅は異なる。全体的なピーク・トゥ・ピークの信号振幅は、走査全体にわたる最大信号値と走査全体にわたる最小信号値との差、例えば、図６で示す信号Ｓ２Ａの値Ａｍａｘ、Ａｍｉｎの差によって表すことができる。さらに、水平軸に沿って互いに関連する様々な信号の位相が、理想的ではないことは明らかである。例えば、理想的に期待されるように、信号Ｓ２ＡとＳ２Ｃのペアは、位相がずれて明らかに１８０度ではない。正確な距離測定のためには、より詳細に以下に記載するように、これらの誤差成分のできるだけ多くを除去する、または補正することが望ましい。
【００９３】
図７Ａ、７Ｂは、グラフ７００Ａおよび７００Ｂをそれぞれ示し、それらは、ともに、本発明による干渉計測システムによって使用される波長可変レーザの走査波長領域のために得ることができる、４つの直交検出器信号の第２の例示的な一組を示す。グラフ７００Ａおよび７００Ｂに示す例において、波長領域は、およそ７８０．２±０．５ｎｍ程度の範囲で、λ１波長領域とすることができる。
【００９４】
上記概説したように、本明細書に開示する測定信号のうちのいずれかは、同時測定された一組の信号で提供することができ、その信号は、例えば、波長可変レーザ波長を走査しながら、一組中の各信号が干渉計測システムの同じ瞬間の状態に対応するように得られる。そのような信号の一組のそれぞれは、固有の「データポイント」に対応する。図７Ａ、７Ｂの水平軸は、信号７０１〜７０４の各対応する測定値のデータポイントを特定する。説明のために、グラフ７００Ａ、７００Ｂのデータポイントは、例えば、図４Ａ，４Ｂおよび図６に示すデータポイントに相当すると考えることができる。
【００９５】
また、グラフ７００Ａ、７００Ｂの信号は、上述したグラフ６００の信号に類似する。例示的なλ１波長領域と関連する多くのサイクルは、１つの図にプロットすると、信号を特定および説明することを困難にするので、信号は、単に明瞭さのために、グラフ７００Ａ、７００Ｂに分けて説明する。水平軸７Ａ、７Ｂは、図６で特定されたものと同じデータポイントを特定し、それぞれは、信号７０１〜７０４の測定値に対応する。垂直軸は、図６で縦軸に使用された任意のユニットと同じ任意のユニットで、信号７０１〜７０４を得るために使用される直交検出器で低ノイズ光検出器回路によって検出された光信号に対応する。したがって、図７Ａ、７Ｂに示す信号は、各データポイントで、図６に示す信号と比較して、適切に表わされる。
【００９６】
信号７０１〜７０４は、図１に示すサンプル干渉計１６０のλ１直交検出器１８２などの直交検出器によって得ることができる。したがって、説明のために、信号７０１〜７０４も、前述した記号の取り決めを使用して、Ｓ１Ａ〜Ｓ１Ｄと称する。グラフ６００を参照して前述したものに類似する様々な信号Ｓ１Ａ〜Ｓ１Ｄに誤差成分があることは、グラフ７００Ａおよび７００Ｂにおいて明らかである。前述したように、正確な距離測定のためには、できるだけ、これらの誤差成分の多くを除去または補正することが望ましい。
【００９７】
誤差成分補正に関して、上記概説した４つの関連する直交信号Ａ〜Ｄに関して、信号は、次の式によって組み合わせることができ、信号を決定するために使用されるそれぞれの直交検出器を含むホスト干渉計の２つのアームの光路長差を示す位相測定Φを生成する。  
【数４】
2007040994.tif 000006
（４）
差分信号（Ａ−Ｄ）および（Ｂ−Ｄ）において、共通モード「ＤＣオフセット」誤差は、一次に低減または除去される。さらに、比（Ａ−Ｃ）／（Ｂ−Ｄ）をとると、信号の全体的な振幅の変動、例えば、レーザ源強度等の変化によって生成されたものなどの変動の影響を一次に低減または、除去することができる。用語「誤差成分補正」を規定することは都合がよい。この用語を使用して、本願発明者は、式（４）に対応する操作について記載して、一次ＤＣオフセット誤差成分補正および一次振幅誤差成分補正を提供することができる。
【００９８】
上記式（４）に示す逆正接関数の代わりに、２引数関数ａｔａｎ２（ａｒｇ１、ａｒｇ２）を使用することができる。ａｔａｎ２関数は、実際には、式(４)で示す分子および分母のそれぞれの符号を認識し、２つの引数に基づいて、生じる角度の四分円を決定するという利点を有することができ、その結果、それは、完全な位相サイクルにわたって固有の値を返すことができる。
【００９９】
図６、７Ａ、７Ｂに示す信号などの生信号が、適用可能な電力検出器信号、例えば、本明細書に上記記載した電力検出器の配置のいずれかによって決定された電力検出器信号を使用して、各データポイントで標準化される場合、式（４）による操作の結果は、さらに、改善することができる。図１でサンプル干渉計１６０のために示す例示的な電力検出器の配置に関して、例えば、各データポイントでは、光検出器２７３から収集した電力振幅測定は、λ１直交検出器１８２によって提供される信号Ｓ１Ａ〜Ｓ１Ｄの測定を標準化するために使用することができる。同様に、光検出器２７２から収集した測定は、λ２直交検出器１８４によって、例えば、各それぞれのデータポイントの電力測定に比例した因子で各それぞれのデータポイントの直交信号測定を割ることによって、提供される信号Ｓ２Ａ〜Ｓ２Ｄの測定を標準化するために使用することができる。
【０１００】
図８は、２つの例示的なリサジュープロット８０５Ｓ、８０５Ｒを示す図である。図８で示す方法で、直交タイプの信号を、リサジュープロットとしてともに表示またはプロットして、ある誤差および信号間の関係をより容易に直観的に認識することができることが知られている。したがって、リサジュープロットの説明は、図８、１１、１４で、説明のために使用される。しかし、当然ながら、これは、説明の便宜のみのためであり、本明細書に開示する根本原理によって提供される利点は、リサジュープロットの実際の構成や表示を必要とする必要はないが、本発明の教示によって、同様の利点を提供するいかなる便利な形式でも適用することができる。
【０１０１】
プロット８０５Ｓは、以下に概説するさらなる全体的な補正と同様に、上記概説した誤差成分補正によって補正された後、図７Ａ、７Ｂで示すサンプル干渉計測定に対応する。すなわち、各データポイントのために、図７Ａ、７Ｂで示す直交信号値７Ａ、７Ｂは、主として振幅誤差に対する、第１の誤差成分補正として、図１で示すものなどの配置によって提供される、同時に収集した電力測定値に基づいて標準化することができる。そのとき、それぞれの直交信号ＤＣオフセットは、〔（Ｓ１Ａ’＋Ｓ１Ｃ）／２〕および〔（Ｓ１Ｂ＋Ｓ１Ｄ’）／２〕として、各データポイントで、それぞれ規定することができ、結果は、すべてのデータポイントのためにそれぞれ平均して、それぞれの直交信号に対するそれぞれの全体的なＤＣオフセット値を提供することができる。そのとき、各それぞれの直交信号について、適用可能なそれぞれの全体的なＤＣオフセット値は、ＤＣオフセットに対する第１の誤差成分補正として、各データポイントの各それぞれの直交信号から引くことができる。そのとき、本願出願人が、補正された直交信号Ｓ１Ａ’’、Ｓ１Ｃ’’、Ｓ１Ｂ’’、Ｓ１Ｄ’’として称する、各々の、結果として生じる、標準化され、ＤＣオフセット補正された直交信号について、それぞれの全体的なピーク・トゥ・ピーク振幅値は、図６を参照して前述した、ポイントＡｍａｘおよびＡｍｉｎと類似する各それぞれの信号についてのＡｍａｘとＡｍｉｎポイントに基づいて、〔（Ａｍａｘ−Ａｍｉｎ）／２〕として決定される。そのとき、それぞれの直交信号Ｓ１Ａ’’、Ｓ１Ｃ’’、Ｓ１Ｂ’’、Ｓ１Ｄ’’の各々の各データポイントについて、信号をそれぞれの全体的なピーク・トゥ・ピーク振幅値で割って、さらに補正された直交信号Ｓ１Ａ’’’、Ｓ１Ｃ’’’、Ｓ１Ｂ’’’およびＳ１Ｄ’’’を提供する。
【０１０２】
そのとき、図８で示すプロット８０５Ｓの各データポイントについて、水平軸（または、Ｘ軸）に沿った値は、〔（Ｓ１Ａ’’’）−（Ｓ１Ｃ’’’）〕に比例する値として決定され、縦軸（または、Ｙ軸）に沿った値は、〔（Ｓ１Ｂ’’’）−（Ｓ１Ｄ’’’）〕に比例する値として決定される。従って、プロット８０５Ｓのデータポイントについて、式（４）に示す位相測定Φは、原則として、図８の正のＹ軸の方向に対して右回りの方向に沿ったデータポイントの角度に一致する。もちろん、必要に応じて、様々な軸および値を再整理して、より多くの従来の位相角の描写を提供することができる。
【０１０３】
プロット８０５Ｒは、図１で示した参照干渉計１２０に類似する参照干渉計の配置のために得られたλ１測定データに対応し、ここで、データは、λ１光検出器および参照干渉計のλ１直交検出器を使用する本質的に同様の方法において、プロット８０５Ｓに対応するデータと同時に各データポイントで得られる。プロット８０５Ｒのデータポイントは、プロット８０５Ｓのデータポイントを参照して前述したものと類似する方法で、決定および補正された。したがって、図８で示すプロット８０５Ｒの各データポイントについては、水平軸（またはX軸）に沿った値は、〔（Ｒ１Ａ’’’）−（Ｒ１Ｃ’’’）〕に比例する値として決定され、縦軸（またはＹ軸）に沿った値は、〔（Ｒ１Ｂ’’’）−（Ｒ１Ｄ’’’）〕に比例する値として決定される。プロット８０５Ｒのデータポイントについて、式（４）で示された位相測定Φは、図８の正のＹ軸方向に対して右回りの方向に沿ったデータポイントの角度に、原則として一致する。
【０１０４】
図８にプロットされたデータは、すべて、図１を参照して記載したものに実質的に類似する干渉計測システムを使用して、実験的に決定した。前述の補正にもかかわらず、図８のプロット８０５Ｓの楕円形は、プロットの直交成分〔（Ｓ１Ａ’’’）−（Ｓ１Ｃ’’’）〕および〔（Ｓ１Ｂ’’’）−（Ｓ１Ｄ’’’）〕間に全体的な位相誤差があることを示す。すなわち、得られた直交信号成分は、実際には、図５を参照して概説したものなどの直交検出器によって導入されることを目的とする、理想的に期待され、所望される９０度位相差にはない。一般に、図８で示す寸法Ｋ１、Ｋ２間の差が大きくなれば、直交誤差とも称する全体的な直交位相誤差は大きくなる。同様の説明は、プロット８０５Ｒの楕円形に適用される。直交誤差の補正についてさらに以下に記載する。
【０１０５】
さらに、前述の補正にもかかわらず、プロット８０５Ｓのための散乱指標８０６Ｓによって強調された図８のプロットされたサンプル干渉計の値の散乱は、他のより小さな誤差源と同様に、残留振幅誤差や残留ＤＣオフセット誤差がプロット８０５Ｓの直交成分〔（Ｓ１Ａ’’’）−（Ｓ１Ｃ’’’）〕および〔（Ｓ１Ｂ’’’）−（Ｓ１Ｄ’’’）〕に残留することを示す。プロット８０５Ｒのための散乱指標８０６Ｒによって強調されるように、同様の説明は、プロット８０５Ｒの散乱に適用される。しかし、期待されるように、サンプル干渉計に比べて参照干渉計はより制御され安定化した構成となっているので、参照干渉計の測定に関する散乱８０６Ｒおよび関連する誤差は、サンプル干渉計の散乱８０５Ｒおよび関連する誤差より実質的に小さい。したがって、他のより小さな誤差源と同様に、サンプル干渉計の残りの振幅誤差やＤＣオフセット誤差へのさらなる補正は、参照干渉計の残りの振幅誤差やオフセット誤差へのさらなる補正と比較して、図１で示すもののような干渉計測システムの総合的な距離測定のロバスト性や精度を改善するという点でより有効である。
【０１０６】
説明のために、図１に示す例示的な干渉計測システム１００を参照すると、上記概説したように、サンプル１６６の表面までの測定距離は、サンプル干渉計のそれぞれの波長でのそれぞれの光位相測定間の差を、参照干渉計のそれぞれの波長でのそれぞれの光位相測定間の差で割ることにより形成された比を、参照干渉計１２０の参照路長に掛けることにより、絶対的範囲にわたる第１の「低」解像度に決定することができる。サンプル干渉計と参照干渉計の位相差の比は、参照干渉計１２０の参照長と、サンプル干渉計１６０のサンプル１６６の表面までの測定距離の比に名目上比例する。
【０１０７】
図９は、図１に示し上記したものなどの干渉計測システムからのλ１走査波長領域のために得ることができ、サンプル干渉計からの位相測定と参照干渉計からの位相測定との関係を示すプロット９０５を表すグラフ９００を示す。プロット９０５の各データポイントでは、水平軸に沿ってラジアンで示す、参照干渉計位相測定を決定するために使用される信号は、水平軸に沿ってラジアンで示す、サンプル干渉計位相測定を決定するために使用される信号と同時に得られた。特に、図９のプロット９０５のデータは、前述し、図８にプロット８０５Ｓとしてプロットした、補正されたサンプル干渉計直交信号〔（Ｓ１Ａ’’’）−（Ｓ１Ｃ’’’）〕、〔（Ｓ１Ｂ’’’）−（Ｓ１Ｄ’’’）〕、および、前述し、図８にプロット８０５Ｒとしてプロットされた、対応する補正された参照干渉計直交信号〔（Ｒ１Ａ’’’）−（Ｒ１Ｃ’’’）〕、〔（Ｒ１Ｂ’’’）−（Ｒ１Ｄ’’’）〕に基づくことができる。直交信号の各種データポイントに対応する補正された位相測定は「解かれ （unwrapped）」、プロット９０５を形成する。すなわち、各補正された位相測定は、どの特定の「波長サイクル」が位相測定に対応するかに関して当初は不明瞭であるが、データポイントの順序が既知であり、さらに、連続データポイントに対して波長が増加または減少していることが既知であるので、２πラジアンを位相測定に加える、あるいは位相測定から引いて、プロット９０５の単調に増加する位相測定を生成することができることを認識することができる。
【０１０８】
当然のことながら、プロット９０５の傾斜を決定して、サンプル干渉計のそれぞれの波長でのそれぞれの光位相測定間の差を、参照干渉計のそれぞれの波長でのそれぞれの光位相測定間の差で割ることにより形成される比を決定する１つの方法を提供することができる。したがって、プロット９０５の傾斜は、上記概説したように、例えば、絶対的範囲にわたるサンプル干渉計１６０のサンプル１６６までの測定距離を低解像度に決定するために、参照干渉計１２０の参照長に掛けるために使用することができる。すなわち、振動などのある動誤差の補償を除いて、低解像の測定距離ｚＣを以下のように決定することができる。
【数５】
2007040994.tif 000007
（５）
ここで、記号φは、「解かれた」位相測定値を示し、ＬＲは、参照干渉計によって提供される参照長であり、ｄｐ ｕｐｐｅｒおよびｄｐ ｌｏｗｅｒは、プロット９０５（異なる基礎波長に対応する）に沿って離間する、選択された「上側」および「下側」のデータポイントを示し、ｍは、プロット９０５の推定傾斜である。
【０１０９】
当然のことながら、プロット９０５の傾斜は、多くのデータポイント、例えば、波長走査中の約１０００〜２０００のデータポイントに適合される、最良適合ラインから決定することができるので、決定された傾斜、または比は、非常に正確なものとすることができる。したがって、上記概説した方法によって得られた低解像度および精度は、様々な先行技術システムおよび方法と比較して、本発明による干渉計測システムおよび方法の範囲−解像度性能指数を改善し、低解像の絶対的測定用の様々な先行技術システムと比較して、精密なレベルとすることができる。
【０１１０】
図１０は、残留誤差のプロット１００５を示すグラフ１０００であり、それは、サンプル干渉計位相測定と図９で示すプロット９０５のための最良適合ラインの差である。図１０で示すように、残留位相誤差は、ピーク・トゥ・ピークで約０．７５ラジアンとすることができる。さらに、低解像度および精度を改善し、かつ範囲−解像度性能指数を改善するために、プロット９０５で示す位相誤差の残差に対するさらなる寄与を低減することが望ましい。
【０１１１】
図１１は、互いに重なったプロット１１０５Ｓおよびプロット１１０５Ｒを含むグラフ１１００を示す。プロット１１０５Ｓおよび１１０５Ｒは、それぞれ、図８に示されたグラフ８００の、プロット８０５Ｓおよび８０５Ｒに含まれたものと同じデータにそれぞれ基づくことができる。しかし、データは、また、図８を参照して上記説明した全体的な位相誤差を補正するために、さらなる補正成分を含むことができる。
【０１１２】
上記説明したように、プロット８０５Ｓのために、図８に示す寸法Ｋ１、Ｋ２間の差が大きくなれば、直交誤差とも称せられる全体的な直交位相誤差は大きくなる。同様の説明は、プロット８０５Ｒの楕円形に適用される。１つの例示的な方法によれば、プロット８０５Ｓまたは８０５Ｒのどちらかに対して、全体的な位相誤差を補正するために、楕円は、公知の方法によって、プロットのデータポイントに最良に適合することができる。図８に示すＫ１、Ｋ２などの長軸、短軸寸法は、最良に適合する楕円から決定することができる。所与のプロットのための直交誤差εは、その後、以下のように決定することができる。
【数６】
2007040994.tif 000008
（６）
ここで、Ｋ＝〔Ｋ１／Ｋ２〕である。
【０１１３】
そのとき、図１１で示すプロット１１０５Ｓの各データポイントについては、縦軸（またはＹ軸）に沿った値を、
【数７】
2007040994.tif 000009
（７）
に比例する値として決定することができる。
ここで、εの値は、プロット８０５Ｓために決定されたものに一致し、水平軸（またはＸ軸）に沿った値は、〔（Ｓ１Ａ’’’）−（Ｓ１Ｃ’’’）〕に比例する値として決定することができる。同様に、図１１で示すプロット１１０５Ｒの各データポイントについては、縦軸に沿った値を、
【数８】
2007040994.tif 000010
（８）
に比例する値として決定することができる。
ここで、εの値は、プロット８０５Ｒのために決定されたものに一致することができ、水平軸に沿った値は、〔（Ｒ１Ａ’’’）−（Ｒ１Ｃ’’’）〕に比例する値として決定することができる。
【０１１４】
上記概説した全体的な位相誤差補正の結果、図１１で互いに重なるプロット１１０５Ｓ、１１０５Ｒの円形は、全体的な位相誤差を実質的に除去することができたことを示す。すなわち、図１１でプロットされた補正された直交信号成分は、ほぼ、理想的に期待される９０度の位相差にある。しかし、前述のさらなる全体的な位相誤差成分補正にもかかわらず、プロット１１０５Ｓのための散乱指標１１０６Ｓおよびプロット１１０５Ｒのための散乱指標１１０６Ｒによって強調された、図１１のプロットされた値の散乱は、残留振幅誤差や残留ＤＣオフセット誤差が、他のより小さな誤差と同様に残ることを示し、プロット１１０５Ｓおよび１１０５Ｒの直交成分に残る。
【０１１５】
図１２は、図１０に示すグラフ１０００の残差プロット１００５に含まれたものと同じデータに基づく、残差プロット１２０５を含むグラフ１２００であるが、図１１を参照して上記説明したように、データは、全体的な位相誤差に対するさらなる補正を含む。図１２に示すように、最良適合ラインと比較してサンプル干渉計位相測定の残留位相誤差は、ピーク・トゥ・ピークで約０．２５ラジアンとすることができ、周期誤差成分を主として含むように思われる。さらに、低解像度および精度を改善し、かつ範囲−解像度性能指数を改善するために、プロット１１０５で示す位相誤差の残差への寄与をさらに低減することが望ましい。当然のことながら、プロット１１０５の残留位相誤差のピーク・トゥ・ピーク値は、グラフ１１００の散乱指標１１０６Ｓ、１１０６Ｒによって示された散乱と関係することができる。図８で示すグラフ８００の散乱指標８０６Ｓ、８０６Ｒを参照して、上記概説したように、そのような散乱は、残留振幅誤差および残留ＤＣオフセット誤差を示すことができる。
【０１１６】
図１３は、局所的な振幅およびオフセット誤差補正を行う、１つの例示的な方法に加えて、図７Ａで示す直交検出器信号７０１の一部を拡大した図である。当然のことながら、図８で示すプロット８０５Ｓ、８０５Ｒを参照して上記概説した誤差成分補正は、様々な全体的な振幅およびオフセット誤差補正を強調することができる。さらなる局所的な振幅およびＤＣオフセット誤差成分補正を提供する例示的な１つの方法を、本明細書に記載する。直交検出器信号７０１の使用は単なる例示である。さらに一般的に、生直交信号データの形式、または補正直交信号データの形式で、上記直交信号のうちのいずれかに方法を適用することができる。最初に、直交信号のデータポイントを分析して、データポイント中の極大値および極小値を決定することができる。この操作は、図１３で特定された極大値１３１０〜１３４０および極小値１３１５〜１３４５によって示される。そのとき、図１３で示す例示的データポイント４４０などの各データポイントｄｐについて、補間極大値Ｏｍａｘ ｄｐは、隣接する極大値間の線形補間によって決定することができる。例えば、図１３では、データポイント４４０では、補間極大値１３６２は、隣接する極大値１３３０、１３４０間で決定することができる。同様に、各データポイントについては、データポイント４４０のために、隣接する極小値１３２５、１３３５間で決定された、補間極小値１３６１によって示されるように、補間極小値Ｏｍｉｎ ｄｐは、隣接する極小間で決定することができる。
【０１１７】
次に、それぞれの直交信号振幅Ａｍｐ ｄｐは、Ａｍｐ ｄｐ＝〔（Ｏｍａｘ ｄｐ−Ｏｍｉｎ ｄｐ）／２〕として各データポイントｄｐでそれぞれ規定することができ、各それぞれのデータポイントは、各それぞれのデータポイント直交信号データ値を、Ａｍｐｄｐに比例する因子、すなわち、そのそれぞれのデータポイントの（ｋ＊Ａｍｐｄｐ）によって割ることにより、例えば、図１３に示すデータポイント４４０の直交信号データ値を（ｋ＊Ａｍｐ４４０）で割ることにより、信号振幅変動について局所的に補正することができる。各ポイントでこれをすることによって、局所的に振幅を補正した直交信号データの新しい一組を提供することができる。極小値および極大値に対応するデータポイントおよび補間極大値および極小値の識別ｄｐは不変となるが、補間極大値および極小値は、上記概説したように、振幅補正値を有し、本願出願人はそれをＯｍｉｎ’ ｄｐおよびＯｍａｘ’ ｄｐと指定する。
【０１１８】
次に、それぞれの直交信号ＤＣオフセットＤＣ ｄｐは、ＤＣ ｄｐ＝〔（Ｏｍａｘ’ ｄｐ＋Ｏｍｉｎ’ ｄｐ）／２〕として各振幅補正したデータポイントｄｐでそれぞれ規定することができ、それぞれのデータポイントは、各それぞれのデータポイントのＤＣ ｄｐを、そのそれぞれのデータポイントの振幅補正した直交信号データ値から引くことにより、例えば、データポイント４４０の振幅補正した直交信号データ値〔ＳＡ１４４０／(ｋ＊Ａｍｐ ４４０)〕からＤＣ４４０を引くことによって、局所的なＤＣオフセット変動を局所的に補正することができる。
【０１１９】
図１４は、互いに重なったプロット１４０５Ｓおよびプロット１４０５Ｒを含むグラフ１４００を示す。プロット１４０５Ｓおよび１４０５Ｒは、図１１に示すグラフ１１００のそれぞれのプロット１１０５Ｓ、１１０５Ｒに含まれるものと同じデータをそれぞれ含むが、図１３を参照して上記概説したように、直交信号データのすべて対する局所的な振幅およびオフセット補正を含む。上記概説した局所的な振幅およびオフセット補正の結果、図１１で示すプロット１１０５Ｓ、１１０５Ｒに残った散乱は、プロット１４０５Ｓ、１４０５Ｒで実質的に低減や除去することができる。当然のことながら、図１３を参照して上記概説したように、直交信号データのすべてに対する局所的な振幅およびオフセット補正が、低解像測定、中解像測定、または微細解像度測定のいずれを提供するためにデータが使用されるかにかかわらず、本発明によって測定精度を改善するデータ補正方法として一般に有用とすることができる。
【０１２０】
図１５は、図１２で示すグラフ１２００の残差プロット１２０５に含まれるものと同じデータを含むが、図１４を参照して上記説明したさらなる局所的な振幅およびオフセット補正を含む残差プロット１５０５を含むグラフ１５００を示す。図１５で示すように、最良適合ラインと比較したサンプル干渉計位相測定の残留位相誤差は、ピーク・トゥ・ピークで約０．１ラジアンである。したがって、さらなる全体的な位相補正および上記概説した局所的な振幅およびオフセット法によって得られた低解像度および精度は、より精密なレベルとすることができ、本発明による干渉計測システムおよび方法の範囲−解像度性能指数は、様々な先行技術システムおよび方法と比較してさらに改善することができる。図１５で示すデータを生成する１つの実施では、低解像の絶対的範囲は、およそ１０〜１００ｍｍとすることができ、低解像の測定精度は、約２〜４ミクロンとすることができる。また、低解像の測定解像度は、約０．１ミクロンとすることができる。
【０１２１】
上記概説したような中間波長の使用に関して、２つの可視波長λ１、λ２に基づいた中間合成波長は、下記一般式によって決定することができる。
【数９】
2007040994.tif 000011
（９）
【０１２２】
図１、３Ａ、３Ｂ、４Ａおよび４Ｂを参照して前述した様々な特徴を含む１実施で、中間波長は、Ｄ１およびＤ２ルビジウム線に基づくことができる。λ１が、ルビジウムＤ２線の波長、およそ７８０ｎｍである場合、λ２は、ルビジウムＤ１線の波長、およそ７９５ｎｍであり、そのとき、λｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅは、およそ４１ミクロンである。図３Ａ、３Ｂを参照して前述したように、Ｄ１、Ｄ２線の正確に既知の波長に正確に対応する、同時に得られた測定値の組を、サンプル干渉計のために決定することができる。Ｄ１およびＤ２線の波長が、波長走査中に収集した測定値のいずれの一組にも正確に一致しない場合、測定値の組は、データポイント間の補間によって決定することができる。
【０１２３】
位相測定φＳ，λ１=ＲｂＤ２、φＳ，λ２=ＲｂＤ１を、サンプル干渉計測定値の組に基づいて決定することができる。前述した誤差補正技術のすべてを使用することが有利ではあるが、位相測定の決定は、前述した誤差成分補正のいずれかまたはすべてを含むことができる。これらの位相測定間の差（φＳ，λ１=ＲｂＤ２−φＳ，λ２=ＲｂＤ１）は、中間波長位相測定であり、λｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ，Ｒｂに対応する距離にわたって１サイクルを受ける「インクリメンタル」測定である。すなわち、これらの位相測定間の差は、１つのλｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ，Ｒｂ波長内でインクリメンタル測定を提供するが、関連する距離測定に含まれる波長の全体数は決定されない。しかし、例えば式（５）によって概説したように決定された低解像度絶対的距離測定ｚｃｏａｒｓｅは、λｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅの２分の１より多い範囲で正確とすることができるので、この不明確さを解決することができる。従って、ｚｃｏａｒｓｅによる測定距離に含まれる全波長λｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ，Ｒｂの数を、インクリメンタル中間波長位相測定（φＳ，λ１＝ＲｂＤ２−φＳ２，λ２＝ＲｂＤ１）に加えて、「ＡＢＳ」添字を付すことにより区別された全体または絶対的位相差（φＳ，λ１＝ＲｂＤ２−φＳ２，λ２＝ＲｂＤ１）ＡＢＳを提供することができる。したがって、中間波長に基づいた、改善された解像度の絶対的距離測定は、次のとおりである。
【数１０】
2007040994.tif 000012
（１０）
【０１２４】
たとえ、ｚｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ，Ｒｂを決定するために使用される位相測定の要素が、上述した様々な誤差成分補正を含むことにより、かなり正確とすることができるとしても、ｚｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ，Ｒｂは、波長走査中のルビジウムＤ２、Ｄ１波長に正確に対応するデータポイントにのみ基づくことができる。したがって、それは、振動の影響および他の環境の影響による残留誤差と同様、上述した様々な残留位相測定誤差に影響されやすいままである。サンプル距離の変更とともに、これらの残留位相測定誤差は、ｚｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ絶対的距離測定における短距離誤差と関係する。さらに、中間解像度および精度を改善し、かつ本発明による干渉計測システムの範囲−解像度性能指数を改善するために、ｚｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ，Ｒｂ絶対的距離測定におけるこれらの短距離誤差をさらに低減することが望ましい。
【０１２５】
これらの短距離誤差をさらに低減するために、波長走査全体にわたって望まれるのと同じ数のデータポイントｄｐと関連する位相測定および絶対的波長を使用して、ｚｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅを計算することができる。このとき、以下に概説するように、測定結果を平均して、改善されたｚｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ絶対的距離測定を付与することができる。
【０１２６】
本願発明者らは、例えば、λ１波長走査およびλ２波長走査に基づいて、中間波長測定結果を平均すると仮定する。各データポイントに使用される波長λ１ｄｐ、λ２ｄｐは、例えば、図４Ａ，４Ｂに示すように、そのデータポイントで補正された波長である。波長補正について、さらに以下に記載する。本願発明者らは、式（９）による波長λ１ｄｐおよび波長λ２ｄｐに基づいて、λ１、λ２波長走査で、各データポイントｄｐに関連する合成中間波長を定義することができる。本願発明者らは、各データポイントｄｐで、上記記載に基づいて、式（１０）を以下のように一般化することができる。
【数１１】
2007040994.tif 000013
（１１）
このとき、本願発明者らは、そのようなｚｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ，λ１ｄｐ，λ２ｄｐ中間絶対的距離測定の一式を平均して、短距離誤差が低減された、よりロバストなｚｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ絶対的距離測定を提供することができる。
【０１２７】
上記概説した様々な方法によって得られた中間解像度および精度は、中間絶対的測定のための様々な先行技術と比較して精密なレベルとすることができ、特に、上記概説した様々な方法によって得られた、改善された低解像度および精度と組み合わせることで、様々な先行技術システムおよび方法と比較して、本発明による干渉計測システムおよび方法の範囲−解像度性能指数を改善することができる。
【０１２８】
上記概説したような微細可視波長の使用に関して、上述の位相測定φＳ，λ１＝ＲｂＤ２またはφＳ，λ２＝ＲｂＤ１のいずれかあるいはその両方は、使用可能な微細波長位相測定を提供することができる。前述した誤差補正技術のすべてを使用することが有利ではあるが、位相測定の決定は、前述した誤差成分補正のいずれかまたはすべてを含むことができる。そのような位相測定は、関連する可視波長内でインクリメンタル測定を提供するが、関連する距離測定に含まれる波長の全体数は決定されない。しかし、例えば、上記概説したように決定した中間解像度絶対的距離測定ｚｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅは、λｆｉｎｅ＝λＲｂＤ２またはλｆｉｎｅ＝λＲｂＤ１あるいはその両方の２分の１より多くの範囲で正確とすることができるので、この不明確さを解決することができる。従って、ｚｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅによる測定距離に含まれる全波長λｆｉｎｅの数をインクリメンタル微細波長位相測定に加えて、「ＡＢＳ」添字を付すことにより区別された全体のまたは絶対的測定（φｆｉｎｅ）ＡＢＳ＝（φＳ，λ１＝ＲｂＤ２）ＡＢＳまたは（φｆｉｎｅ）ＡＢＳ＝（φＳ，λ２＝ＲｂＤ１）ＡＢＳを提供することができる。したがって、微細可視波長に基づいて改善された解像度の絶対的距離測定は、次のとおりである。
【数１２】
2007040994.tif 000014
（１２）
【０１２９】
たとえ、ｚｆｉｎｅを決定するために使用される位相測定の要素が、上述した様々な誤差成分補正を含めることにより、かなり正確とすることができるとしても、ｚｆｉｎｅは、波長走査中の微細波長に正確に対応するデータポイントにのみ基づくことができる。したがって、それは、振動の影響および他の環境の影響による残留誤差と同様、上述した様々な残留位相測定誤差に影響されやすいままである。サンプル距離の変更とともに、これらの残留位相測定誤差は、ｚｆｉｎｅ絶対的距離測定における短距離誤差と関係する。中間解像度および精度をさらに改善し、かつ本発明による干渉計測システムの範囲−解像度性能指数を改善するために、ｚｆｉｎｅ絶対的距離測定におけるこれらの短距離誤差をさらに低減することが望ましい。
【０１３０】
これらの短距離誤差をさらに低減するために、波長走査全体にわたって望まれるのと同じ数のデータポイントｄｐと関連する位相測定および絶対的波長を使用して、ｚｆｉｎｅを計算することができる。このとき、以下に概説するように、測定結果を平均して、改善されたｚｆｉｎｅ絶対的距離測定を付与することができる。
【０１３１】
中間距離測定を改善するために使用される平均と同様に、λ１波長走査に基づいて、例えば、本願発明者らが微細波長測定結果を平均すると仮定する。各λ１波長走査データポイントに使用される波長λ１ｄｐは、例えば、図４Ａで示すように、そのデータポイントで補正された波長である。波長補正について、さらに以下に記載する。本願発明者らは、各データポイントｄｐで、先の記載に基づいて、式（１２）を以下のように一般化することができる。  
【数１３】
2007040994.tif 000015
（１３）
このとき、本願発明者らは、そのようなｚｆｉｎｅ，λ１ｄｐ微細絶対的距離測定の一式を平均して、短距離誤差が低減された、よりロバストなｚｆｉｎｅ絶対的距離測定を提供することができる。
【０１３２】
上記概説した方法によって得られた微細解像度および精度は、微細な絶対測定のための様々な先行技術技術と比較して精密なレベルとすることができ、特に、上記概説した様々な方法によって得られた、改善された中、低解像度および精度と組み合わせることで、様々な先行技術システムおよび方法と比較して、本発明による干渉計測システムおよび方法の範囲−解像度性能指数を改善することができる。
【０１３３】
波長補正は、参照長ＬＲに基づくことができる。環境影響下の参照長ＬＲの不安定度は、中間波長の±１／２未満に保持することができる。したがって、参照長ＬＲに含まれる中間波長の全数は、設計によって、常に、中間波長の±１／２であることがわかっている。従って、参照干渉計を使用して、中間波長測定を行って、中間解像度に対する参照長ＬＲを決定することができる。それは、次のとおりである。
【数１４】
2007040994.tif 000016
（１４）
【０１３４】
中間解像度の絶対的距離測定ＬＲ，ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ，Ｒｂは、λｆｉｎｅ=ＲｂＤ２またはλｆｉｎｅ=λＲｂＤ１あるいはその両方の２分の１より多い範囲で正確とすることができるので、参照干渉計を使用して微細波長測定を行って、参照長ＬＲを微細解像度に決定することができる。それは、次のとおりである。
【数１５】
2007040994.tif 000017
（１５）
これは、ルビジウム参照波長を追跡することができ、必要に応じて、各測定サイクルを更新することができる正確に較正された参照長である。
【０１３５】
このとき、λ１波長走査の全体にわたる各データポイントの波長は、較正された参照長ＬＲに基づいて以下のように補正することができる。
【数１６】
2007040994.tif 000018
（１６）
ここで、φＲ，λ１は、波長補正前の、上記概説した様々な誤差成分補正を含む、そのデータポイントにおける測定信号に関連した位相測定である。同様に、λ２波長走査全体にわたる各データポイントの波長は、較正された参照長ＬＲに基づいて以下のように補正することができる。
【数１７】
2007040994.tif 000019
（１７）
【０１３６】
振動または運動が、サンプルとサンプル干渉計との間に存在する場合、そのような運動は、サンプルおよび参照干渉計の路長比を変えるので、低解像度測定は、そのような振動または運動に特に影響されやすくなる。この比は、本明細書の先の記載で、一定であると仮定されていた。運動振幅および周波数が、センサーのサンプル率で位相測定エリアシングを引き起こすのに十分でない場合、さらなる誤差成分補正を提供して、サンプル干渉計の動的変化を補正することができる。関連する影響が、各データポイントにおける同時のλ１、λ２測定の両方に対して名目上同じである共通モードの影響であるので、本願発明者らは、振動を補正することができる。サンプル干渉計について、参照データポイントｄｐ=ｒｅｆに比べて、振動による他のデータポイントｄｐにある距離変化は、λ１波長走査データポイントについては（ΔφＳ，λ１ｄｐ）ＡＢＳ*λ１ｄｐ）、およびλ２波長走査データポイントについては（ΔφＳ，λ２ｄｐ）ＡＢＳ*λ２ｄｐとして書き込むことができる。振動による基礎的距離変化が同じであるので、これらの式は等しい。したがって、以下のようになる。
【数１８】
2007040994.tif 000020
（１８Ａ）
【数１９】
2007040994.tif 000021
（１８Ｂ）
【０１３７】
振動誤差成分補正を提供する方法によれば、例えば、図９に関して上記説明したように、式（５）に含まれる傾斜または比ｍを決定するのに使用されるサンプル干渉計の各λ１データポイントｄｐの位相測定は、位相測定を決定するために先に適用された他の誤差成分補正にかかわらず、各データポイントｄｐについて式（１８Ｂ）で示される式を決定し、位相測定データからその式を引くことにより補正することができる。
【０１３８】
振動誤差成分補正は、参照干渉計に存在すること振動の補正を含めるために拡大することができる。参照干渉計について、参考データポイントｄｐ=ｒｅｆに比べて、振動による他のデータポイントｄｐに存在する距離変化を、λ１波長走査データポイントについては（（ΔφＲ，λ１ｄｐ）ＡＢＳ＊λ１ｄｐ）、およびλ２波長走査データポイントについては（（ΔφＲ，λ２ｄｐ）ＡＢＳ＊λ２ｄｐ）として書き込むことができる。振動による基礎的距離変化が同じであるので、これらの式は等しい。したがって、以下のようになる。
【数２０】
2007040994.tif 000022
（１９Ａ）
【数２１】
2007040994.tif 000023
（１９Ｂ）
【０１３９】
この拡大された振動補正の方法によれば、例えば、図９に関して上記説明したように、式（５）に含まれる傾斜または比ｍを決定するのに使用される参照干渉計の各λ１データポイントｄｐの位相測定は、位相測定を決定するために先に適用された他の誤差成分補正にかかわらず、各データポイントｄｐについて式（１９Ｂ）で示される式を決定し、位相測定データからその式を引くことにより補正することができる。
【０１４０】
図１６は、例示的な干渉計測システム１００’を示し、本明細書に開示する方法を実行するために使用することができる。デュアルレーザ干渉計測システム１００’は、絶対的距離測定のために使用することができ、図１で示す干渉計測システム１００に類似する方法で作動する。記載または文脈によって別段に示されない限り、図１６および図１で同様に番号が付けられた構成要素は、類似または同一とすることができる。したがって、干渉計測システム１００’の重要な詳細および相違だけを以下に記載する。
【０１４１】
干渉計測システム１００’は、２つのレーザを含み、参照干渉計路１６０−Ｓおよび多くの構成要素を共有するサンプル干渉計路１６０−Ｒを含むことができる。図１を参照して前述したように、第１のレーザである波長可変レーザ１１０は、第１の波長領域にわたって可変波長λ１を出力することができ、第２のレーザ２１２は、波長λ２を出力することができる。様々な構成や作動モードで、第２の波長λ２は、第２の波長領域にわたって固定波長または可変波長のいずれかとすることができる。波長可変レーザ１１０および２１２の出力は、光カプラ１１１で結合され、参照干渉計路１６０−Ｒおよびサンプル干渉計路１６０−Ｓにそれぞれ送ることができる。図１６で示す構成では、波長可変レーザ１１０および１１２の出力も、波長参照／制御装置１１４に送ることができる。
【０１４２】
波長可変レーザ１１０は、波長λ１を有する干渉性の光を生成し、波長λ１は、特定の所望の波長、例えば、約７８０ｎｍを含む所望の波長領域にわたって調整可能とすることができる。干渉計測システム１００’は、相対的に小さい同調レンジを波長可変レーザ１１０に使用することができる。’９６１出願に記載されるように、’９６１レーザは、そのような同調レンジのために最適化することができる。したがって、干渉計測システム１００’は、’９６１レーザと組み合わせて、特に経済的で、ロバストで、正確で、コンパクトにすることができる。‘９６１レーザは、図２Ａ，２Ｂを参照して、上に簡潔に記載されている。波長可変レーザ１１０に使用することができる他のレーザ源としては、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザ、または使用可能な波長領域を提供することができるいかなる他の現在公知または今後開発可能なレーザが挙げられる。
【０１４３】
干渉計測システム１００’の様々な構成では、第２のレーザ２１２は、例えば、波長可変レーザ１１０に類似する固定波長レーザまたは可変波長レーザのいずれかとすることができる。以下の記載は、第２のレーザ２１２が波長可変レーザである構成を強調するが、第２のレーザ２１２は、単一の波長レーザとすることができる。当然のことながら、第２のレーザ２１２は、’９６１レーザなどの可変波長レーザとすることができる様々な構成では、干渉計測システム１００’は、相対的に小さな同調レンジを波長可変レーザ２１２に使用することができ、また、’９６１出願に記載するように、’９６１レーザは、そのような同調レンジのために最適化することができる。
【０１４４】
図１６で示す構成では、波長可変レーザ１１０および第２のレーザ２１２の出力は、偏光を維持する光カプラ１１１に導くことができ、光カプラ１１１は、信号を２つの異なる出力ファイバー１１３、１１５に分割することができる。出力ファイバー１１３は、コリメータレンズ１１７’を介して半波長板１１９’および参照干渉計路１６０−Ｒに光を導くことができる。同様に、出力ファイバー１１５は、コリメータレンズ１５７を介して半波長板１５９およびサンプル干渉計路１６０−Ｓに光を導くことができる。上述したように、参照干渉計路１６０−Ｒおよびサンプル干渉計路１６０−Ｓは、多くの構成要素を共有することができ、そのそれぞれのビーム路は、共有される構成要素を介して、平行で重ならない構成、例えば「上下二連式の」配置で配置することができる。すなわち、参照干渉計路１６０−Ｒは、様々な共有される構成要素の「上半分」を使用することができ、サンプル干渉計路１６０−Ｓは、様々な共有される構成要素の「下半分」を使用することができる。したがって、当然のことながら、図１６の１６０−Ｒおよび１６０−Ｓの番号が付けられた構成要素およびビームレイアウトは、図解を明確にするためにのみ並べて示されている。実際には、２つのレイアウトで同様に番号が付けられた構成要素は、同じ構成要素とすることができ、１６０−Ｒおよび１６０−Ｓと番号が付けられたそれぞれのレイアウトのビーム路は、図１６のページの内外の方向に対応する方向に沿って少しだけ離間させることができる。共有されていない構成要素は、例えば、小型の光学部品として、そのページの内外の方向に沿って、コンパクトな設計および間隔の狭いビーム路とすることができる。共有されないが、図１６の１６０−Ｒ、１６０−Ｓと番号が付けられたレイアウトで一致する位置に概略的に示された構成要素は、それぞれのビームを提供するのにちょうど十分なサイズを有し、並べて設けられた小型光学部品とすることができ、または、例えば、そのそれぞれのビーム路に沿って「互い違い」にして、機械的干渉を回避することができる。
【０１４５】
図１を参照した記載と同様に、半波長板１１９’、１５９は、それぞれ回転、または偏光ビームスプリッタ１６１に入力するそれぞれの光ビームの有効な偏光方向を回転させるために調節することができる。言い換えると、これは、公知の技術によって、それぞれ、サンプル干渉計路１６０−Ｓおよび参照干渉計路１６０−Ｒに出力される光の直交偏光成分のそれぞれの強度を調整することができる。低反射率のサンプル表面１６６から反射した光は、普通なら、参照ミラー１６４で反射された光よりはるかに低い強度であるので、これは、特に有用とすることができる。
【０１４６】
明示的な記載または文脈によって別段に示されない限り、以下の説明は、第２のレーザ２１２が波長可変レーザであると仮定する。第２のレーザ２１２は、波長λ２を有する干渉性の光を生成することができ、波長λ２は、所望の特定の波長、例えば、約７９５ｎｍを含むことができる所望の波長領域にわたって調整可能とすることができる。第２のレーザ２１２から出力される光は、光カプラ１１１に導くことができ、波長参照／制御装置１１４にも導くことができる。様々な構成では、波長参照／制御装置１１４は、フィードバック信号１１６を、例えば、第２のレーザ２１２に供給して、所望の波長でレーザを制御または安定化することができる。例えば、第２のレーザ２１２が、固定レーザであるか波長可変レーザであるかにかかわらず、波長参照／制御装置１１４は、干渉計測システム１００’によって使用可能な正確な参照波長で、第２のレーザ２１２を制御または安定化するために使用される制御信号を提供して、追跡可能な高精度測定を提供することができる。そのような制御や安定化は、任意の適切な現在公知または今後開発される技術によって提供することができる。様々な他の実施例では、波長参照／制御装置１１４は、実際にそのような波長を制御せずに、１つまたは複数の参照波長が、波長可変レーザ１１０または２１２あるいはその両方からいつ出力されるかを特定するために使用可能な、１つまたは複数の信号を単に提供することができる。そのような技術の実施および有用性については上に記載した。
【０１４７】
参照干渉計路１６０−Ｒは、偏光ビームスプリッタ１６１のそれぞれの部分、２つの１／４波長板１６７、１６９のそれぞれの部分、参照ミラー１２４’、参照ミラー１６４のそれぞれの部分、ビームスプリッタ１７６のそれぞれの部分、２つの光学フィルタ１７２、１７４のそれぞれの部分、２つの光検出器２７４’、２７５’、２つの部分反射表面２７９、２８０のそれぞれの部分、および、２つの直交検出器、λ１直交検出器１４２’およびλ２直交検出器１４４’を含む。参照干渉計路１６０−Ｒについて、入力光は、コリメータレンズ１１７’および半波長板１１９を越えた後、偏光ビームスプリッタ１６１のそれぞれの部分に入射することができ、偏光ビームスプリッタ１６１は、上記概説したように、ビームを、半波長板１１９’からの入力光の偏光方向に依存する強度を有する２つの適切に方向づけられた直交偏光出力ビームに分割することができる。偏光ビームスプリッタ１６１を介して伝送された光のビームは、第１の１／４波長板１６７のそれぞれの部分を介して第１の参照ミラー１２４’上に導くことができる。第１の１／４波長板１６７は、複光路配置で、９０度、ビームの偏光面を回転することができ、その結果、偏光ビームスプリッタを介して伝送されたＰ偏光光は、第２の通過で、偏光ビームスプリッタ１６１のそれぞれの部分によって反射されるＳ偏光光に変えることができる。
【０１４８】
偏光ビームスプリッタ１６１のそれぞれの部分によって反射されたビームは、第２の１／４波長板１６９のそれぞれの部分を介して、第２の参照ミラー１６４のそれぞれの部分上に導くことができる。第２の１／４波長板１６９は、複光路配置で、９０度、ビームの偏光面を回転させることができ、その結果、偏光ビームスプリッタ１６１のそれぞれの部分から反射されたＳ偏光光は、第２の通過で、偏光ビームスプリッタ１６１によって伝送されるＰ偏光光に変えることができる。参照干渉計路１６０−Ｒの光の２つのそれぞれのビームは、参照ミラー１２４’、１６４から反射されることができ、偏光ビームスプリッタ１６１に再び入り、それによって、ビームは、偏光ビームスプリッタ１６１と第１の参照ミラー１２４’との間、および偏光ビームスプリッタ１６１と第２の参照ミラー１６４との間の相対的な距離にしたがって干渉することができる。その後、再結合されたビームは、第２のビームスプリッタ１７６のそれぞれの部分に導くことができ、第２のビームスプリッタ１７６は、ビームを２つのビームに再び分割することができ、１つのビームをλ１光学フィルタ１７２のそれぞれの部分を介してλ１直交検出器１４２’に導き、他のビームをλ２光学フィルタ１７４のそれぞれの部分を介してλ２直交検出器１４４’に導く。
【０１４９】
λ１光学フィルタ１７２は、例えば、干渉計測システム１００’によって使用されるλ１波長領域内の波長をカバーする通過帯域を備えた、波長可変レーザ１１０から発生する光のみを伝送することができる。同様に、λ２光学フィルタ１７４は、例えば、干渉計測システム１００’によって使用されるλ２波長領域内の１つまたは複数の波長をカバーする通過帯域を備えた、第２のレーザ２１２から発生する光のみを伝送することができる。光は、λ１光学フィルタ１７２を通過した後、任意の部分反射表面２８０のそれぞれの部分上に入射することができ、部分反射表面２８０は、任意の光検出器２７４’に光の一部を反射することができる。その後、残りの光は、λ１直交検出器１４２’に入力することができる。光は、λ２光学フィルタ１７４のそれぞれの部分を通過した後、任意の部分反射表面２７９上に入射することができ、部分反射表面２７９は、任意の光検出器２７５’に光の一部を反射することができる。その後、残りの光は、λ２直交検出器１４４’に入力することができ、λ２直交検出器１４４’は、前述した直交検出器と同じ方法で作動することができる。
【０１５０】
参照干渉計路１６０−Ｒの目的は、高精度に較正することができることを特徴とする参照光路長を提供することである。その後、参照光路長を使用して、前述したように、比較的正確な低解像の絶対的距離とすることができる。高精度参照光路長は、さらに、前述したように干渉計測システム１００’のために決定される他の信号や測定に適用することができる他の様々な補正技術で使用することができる。干渉計測システム１００’の様々な寸法および光学特性、特に、サンプル干渉計路１６０−Ｓは、変化する外部条件とともに変化すると予想することができるので、高精度参照光路長は、前述したように、標準化因子を提供して、そのような影響を補正することができる。様々な実際的な実施では、参照干渉計は、参照光路長の機械的安定性または１０４分の１の繰返し精度を提供することができる。上記概説したように、様々な実施では、ルビジウムＤ１、Ｄ２波長（周波数）参照の使用に基づいた方法を使用して、参照光路長は、例えば、干渉計測システム１００’の通常動作中の様々な所望時に、１０６分の１の精度または繰返し精度に、動的に較正することができる。必要に応じて、そのような動的較正は、各測定サイクル中に行うことができ、普通ならそのようなレベルの精度および繰返し精度と相いれない様々な産業環境で作動させる場合でさえ、干渉計測システム１００’の動作を正確で、ロバストなままとすることができる。
【０１５１】
サンプル干渉計路１６０−Ｓは、図１に示す参照干渉計路１６０−Ｒやサンプル干渉計１６０に前述したものに類似する構成要素を含み、コリメータレンズ１５７、半波長板１５９、第１および第２の１／４波長板１６９、１６７、偏光ビームスプリッタ１６１、集束レンズ１６８、対物レンズ１７０、参照ミラー１６４、サンプル表面１６６、テレセントリック開口配置１７８、ビームスプリッタ１７６、λ１およびλ２光学フィルタ１７２、１７４、任意の部分反射表面２７９と任意の光検出器２７２、任意の部分反射表面２８０と任意の光検出器２７３、および、２つの直交検出器、λ１直交検出器１８２およびλ２直交検出器１８４を含む。
【０１５２】
サンプル干渉計路１６０−Ｓについては、入力光は、コリメータレンズ１５７および半波長板１５９を越えた後、偏光ビームスプリッタ１６１のそれぞれの部分上に入射することができる。偏光ビームスプリッタ１６１は、Ｐ偏光光を伝送し、かつＳ偏光光を反射するよう機能することができる。その後、伝送された光は、第１の１／４波長板１６７のそれぞれの部分上に入射することができ、第１の１／４波長板１６７は、複光路配置で、９０度、ビームの偏光面を回転させることができ、その結果、偏光ビームスプリッタ１６１を介して伝送されたＰ偏光光は、第２の通路で、偏光ビームスプリッタ１６１のそれぞれの部分で反射されるＳ偏光光に変えることができる。複光路配置の第２の１／４波長板１６９のそれぞれの部分は、９０度、ビームの偏光面を回転させることができ、その結果、偏光ビームスプリッタ１６１のそれぞれの部分から反射されたＳ偏光光は、第２の通路で、偏光ビームスプリッタ１６１によって伝送されるＰ偏光光に変えることができる。
【０１５３】
偏光ビームスプリッタ１６１の第１の通過で反射される光は、例えば、任意の集束レンズ１６８を通過し、偏光ビームスプリッタ１６１から第１の光路長で参照ミラー１６４のそれぞれの部分から反射する前に、１／４波長板１６９のそれぞれの部分を越えることによって、サンプル干渉計路１６０−Ｓの参照ビームとなることができる。偏光ビームスプリッタ１６１の第１の通過で伝送される光は、例えば、偏光ビームスプリッタ１６１から第２の光路長でサンプル表面１６６から反射する前に、１／４波長板１６７および対物レンズ１７０のそれぞれの部分を越えることにより、サンプル干渉計路１６０−Ｓの物体ビームとなることができる。サンプル干渉計路１６０−Ｓでの第１の光路長と第２の光路長の差は、測定路長と称することができる。サンプル１６６までの測定距離は、測定路長の２分の１である。任意の集束レンズ１６８および対物レンズ１７０は、図１に示すサンプル干渉計１６０に関して前述した方法で作動することができる。
【０１５４】
偏光ビームスプリッタ１６１では、サンプル干渉計路１６０−Ｓの反射された参照ビームからの光は、サンプル干渉計路１６０−Ｓの反射された物体ビームからの光と再結合し、開口配置１７８を通過させて、第２のビームスプリッタ１７６のそれぞれの部分に導くことができる。開口配置１７８は、図１で示すサンプル干渉計１６０に関して前述した方法で作動することができる。第２のビームスプリッタ１７６は、ビームを、名目上等しい強度の２つのそれぞれのビームに分割することができ、１つのビームをλ１光学フィルタ１７２のそれぞれの部分を介して、λ１直交検出器１８２に導き、他のビームをλ２光学フィルタ１７４のそれぞれの部分を介して、λ２直交検出器１８４に導く。光は、λ１光学フィルタ１７２を通過した後、任意の部分反射表面２８０のそれぞれの部分上に入射することができ、部分反射表面２８０は、任意の光検出器２７３に光の一部を反射することができ、その伝送された光の一部は、λ１直交検出器１８２に入力される。光は、λ２光学フィルタ１７４のそれぞれの部分を通過した後、任意の部分反射表面２７９のそれぞれの部分上に入射することができ、部分反射表面２７９は、任意の光検出器２７２に光の一部を反射することができ、その伝送された光の一部は、λ２直交検出器１８４に入力される。
【０１５５】
干渉計測システム１００’の様々な電子的構成要素やオプトエレクトロニクスの構成要素は、公知の方法による信号処理および制御システムに接続することができる。信号処理および制御システムは、干渉計測システム１００’に様々な制御信号を供給し、上記記載した様々な誤差補正のいずれかまたはすべてを含めて、干渉計測システム１００’から得られる様々な測定信号を得て処理することができる。
【０１５６】
上記記載では、各レーザが波長可変レーザである構成を強調した。しかし、様々な他の構成では、レーザの１つは、単一の波長レーザとすることができる。そのような場合に、概説した多くの誤差成分補正技術を適応させ、または単一の波長レーザと無関係に実行することができ、その結果、補正技術は、十分にまたは少なくとも部分的に有効なままとすることができる。いかなる場合も、上記概説した様々な誤差成分補正技術の様々な実施では、単一の波長レーザに適応されるにしても適応されないにしても、別々に、または様々な組み合わせで使用することができ、そのような実施において大きな利点を得ることができる。
【０１５７】
上記記載では、また、参照干渉計ビーム路を含む構成を強調した。上述したように、参照干渉計ビーム路の目的は、高精度に較正することができることを特徴とする、上記記載したように、様々な信号や測定に適用される動誤差補正技術の補正を含む様々な誤差補正技術を可能にするために使用することができる参照光路長を提供することである。しかし、様々な他の構成では、参照干渉計ビーム路および関連する構成要素は、サンプル干渉計ビーム路に必要でないなら、省略することができる。そのような場合に、本明細書に概説した誤差成分補正技術は、参照光路長の使用に依存せず、単独で適応または実行させることができ、その結果、技術は、十分にまたは少なくとも部分的に有効なままとすることができる。例えば、非常に正確な中波長の絶対的測定または微細波長測定あるいはその両方は、参照光路長に基づく補正を使用することなく、ルビジウムＤ１またはＤ２あるいはその両方の波長（周波数）参照、および上記概説した様々な全体的誤差補正技術または局所的誤差補正技術あるいはその両方を使用する上述の方法に基づいて決定することができる。そのような場合、様々な実施では、上記概説した様々な誤差成分補正技術は、別々に、または様々な組み合わせで使用することができ、そのような実施において大きな利点を得ることができる。
【０１５８】
さらなる代案として、適切な市販の波長計を、参照光路長に基づいて上記開示した方法の代わりに使用して、上述した各種データポイントに関連する波長を決定したり補正したりすることができる。そのような場合、式１１、１３に関して記載した測定平均技術、および補正された波長データを使用することにより向上する本明細書に記載の他の技術を含め、上記概説した実質的にすべての誤差補正技術は、概説するように、参照干渉計ビーム路を使用することなく実行することができる。
【０１５９】
さらに、有意な精度の向上を提供しながら、上記記載した干渉計の構成要素および誤差補正技術のいくつかを使用することができる、例示的な一組の操作Ａ１〜Ａ１１を以下に記載する。
Ａ１．サンプル干渉計ビーム路に、第１の波長領域にわたる第１の走査波長、および第１の波長領域に含まれない第２の波長を入力する。
Ａ２．第１の走査波長を走査するとともに、複数のそれぞれのデータポイントを得る。この複数のそれぞれのデータポイントは、複数のそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の直交信号測定、およびそれぞれの第２の波長の直交信号測定を含むそれぞれのデータポイントの少なくとも１つを含む。
【０１６０】
第２のレーザは、固定波長レーザとすることができる。そのような場合、Ａ２操作の実施例によっては、１つのデータポイントが、第２の波長に対応する直交信号測定を含むだけで十分とすることができる。第２の波長が、上記記載したルビジウム波長のうちの１つと一致する実施例では、その１つのデータポイントは、第１の走査波長が、他のルビジウム波長と一致するデータポイントであれば有利であり、そうすれば、中解像度距離測定は、追跡可能な波長に基づいて決定することができる。Ａ２操作の他の実施例では、各データポイントは、固定した第２の波長に対応する直交信号測定を含むことができる。
Ａ３．前記複数のそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の直交信号測定のＤＣオフセットおよび振幅誤差成分を補正して、複数のそれぞれのオフセットと振幅とを補正したサンプル干渉計の第１の波長の直交信号測定を提供する。
【０１６１】
Ａ３操作の様々な実施例では、上記記載したＤＣオフセットおよび振幅誤差補正技術の一つ、またはすべてを使用することができ、これには、１つまたは複数の電力測定に基づいた補正や、式（４）に関して記載した補正、複数のデータポイントに対する全体的または平均誤差値に基づく補正、図１３に関して記載したものなどの、局所的なオフセット誤差補正や局所的な振幅誤差補正を含む。
Ａ４．前記それぞれのオフセットと振幅とを補正したサンプル干渉計の第１の波長の直交信号測定に基づいて、複数のそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の位相測定を決定する。
Ａ５．位相シフトの２πラジアン以上にまたがるそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の位相測定の一組を分析して、前記複数のそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の位相測定で位相誤差成分を決定し、かつ位相誤差成分を補正して、１つまたは複数のそれぞれの位相補正したサンプル干渉計の第１の波長の位相測定の一組を提供する。
【０１６２】
Ａ５操作の様々な実施例では、式（６）〜（８）および図８に関して記載したものに類似する技術に基づいた補正を使用することができる。一般に、そのような技術を使用する場合、少なくとも１つの十分な位相サイクルにまたがるデータポイントを使用することは有利であり、２つ、３つ、またはそれ以上の位相サイクルは、精度の向上を提供することができる。しかし、様々な実施例では、データポイントが、データポイントの十分なサイクル未満に有効な方法によって適合されるように、適切な曲線または楕円適合技術を使用する条件で、より少数のデータポイントを使用することができる。
Ａ６．少なくとも１つのそれぞれのサンプル干渉計の第２の波長の直交信号測定のＤＣオフセットおよび振幅誤差成分を補正して、少なくとも１つのオフセットと振幅とを補正したサンプル干渉計の第２の波長の直交信号測定を提供する。
【０１６３】
Ａ６操作の様々な実施例では、上記記載したＤＣオフセットおよび振幅誤差補正技術の１つまたはすべてを使用することができる。
Ａ７．少なくとも１つのそれぞれのオフセットと振幅とを補正したサンプル干渉計の第２の波長の直交信号測定に基づいて、少なくとも１つのそれぞれの第２の波長の位相測定を決定する。
Ａ８．対応するそれぞれの中波長を有する少なくとも１つのそれぞれの中間波長位相測定を決定する。各それぞれの中間波長位相測定は、それぞれのサンプル干渉計の第２の波長の位相測定およびそれぞれの位相補正したサンプル干渉計の第１波長の位相測定に基づく。
【０１６４】
それぞれの中間波長位相測定の決定は、一般的に、それぞれの第１の波長の位相測定に関係するそれぞれの第１の波長、およびそれぞれの第２の波長の位相測定に関係するそれぞれの第２の波長を知ることに依存し、それらを使用して、中波長の位相測定を決定することができる。Ａ８操作の実施例によっては、１つのそれぞれの第１の波長の位相測定のみが、既知のそれぞれの第１の波長に一致し、１つのそれぞれの第２の波長位相測定のみが、既知のそれぞれの第２の波長に一致するだけで十分とすることができる。例えば、そのような波長および位相測定は、上記記載したルビジウム波長に対応し、上記概説したものに類似する技術を使用して決定することができる。しかし、他の実施例では、波長計を使用して、複数のデータポイントに関連した波長を決定することができ、そのような場合、対応するそれぞれの中波長を有する１より多いそれぞれの中間波長位相測定を決定することができる。
Ａ９．対応するそれぞれの中波長を有する少なくとも１より多いそれぞれの中間波長位相測定に基づいて、中解像度の絶対的距離測定を決定する。
【０１６５】
Ａ９操作の実施例によっては、対応するそれぞれの中波長を有する１つのそれぞれの中間波長位相測定のみが、Ａ８操作によって決定される場合、中解像度の絶対的距離測定は、そのそれぞれの中間波長位相測定および対応するそれぞれの中波長に基づくことができる。しかし、対応するそれぞれの中波長を有する複数のそれぞれの中間波長位相測定がＡ８操作によって決定される場合、中解像度の絶対的距離測定は、複数のそれぞれの中間波長位相測定および対応するそれぞれの中波長に基づいて、一組の「予備的な」中解像度の絶対的距離測定を平均して向上させることができる。
Ａ１０．対応する既知のそれぞれの光波長を有する少なくとも１つのそれぞれの微細波長位相測定を決定または選択する。各それぞれの微細波長位相測定は、少なくとも１つの誤差成分の補正を含むそれぞれのサンプル干渉計の第２の波長の位相測定、または少なくとも１つの誤差成分の補正を含むそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の位相測定に基づく。
【０１６６】
Ａ１０操作の実施例によっては、１つのそれぞれの第１の波長の位相測定のみが、既知のそれぞれの第１の波長に一致し、１つのそれぞれの第２の波長の位相測定のみが、既知のそれぞれの第２の波長に一致することができる。例えば、そのような波長および位相測定は、上記記載したルビジウム波長に対応することができる。しかし、他の実施例では、波長計を使用して、複数のデータポイントに関連する波長を決定することができ、そのような場合、既知のそれぞれの波長に対応する１より多いそれぞれの位相測定を決定することができる。
Ａ１１．中解像度の絶対的距離測定および対応するそれぞれの光波長を有する少なくとも１つのそれぞれの微細波長位相測定に基づいて、高解像度の絶対的距離測定を決定する。
【０１６７】
Ａ１１操作の実施例によっては、対応するそれぞれの既知の光波長を有する１つのそれぞれの微細波長位相測定のみが、Ａ１０操作によって決定される場合、高解像度の絶対的距離測定は、そのそれぞれの微細波長位相測定および対応するそれぞれの既知の光波長に基づくことができる。しかし、複数のそれぞれの高解像度の絶対的距離測定が、Ａ１０操作によって決定される場合、高解像度の絶対的距離測定は、複数のそれぞれの微細波長位相測定および対応するそれぞれの既知の光波長に基づく、一組の「予備的な」高解像度の絶対的距離測定を平均することにより、向上させることができる。
【０１６８】
当然のことながら、例示的な操作Ａ１〜Ａ１１は、例示的な順に概説したが、様々な実施例において、様々な操作を異なる順序で行ったり、場合によっては繰り返して行ったりすることができる。
【０１６９】
操作Ａ１〜Ａ１１と比較して、さらなるまたは異なる干渉計の構成要素や誤差補正技術を使用することができる、例示的な一組の操作Ｂ１〜Ｂ１１を以下に記載する。
Ｂ１．サンプル干渉計ビーム路に、第１の波長領域にわたる第１の走査波長、および第１の波長領域と重ならない第２の波長領域にわたる第２の走査波長を入力する。
Ｂ２．第１の走査波長および第２の走査波長を走査するとともに、複数のそれぞれのデータポイントを得る。複数のそれぞれのデータポイントは、複数のそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の直交信号測定および複数のそれぞれのサンプル干渉計の第２の波長の直交信号測定を含む。
Ｂ３．前記複数のそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の直交信号測定のＤＣオフセットおよび振幅誤差成分を補正して、複数のそれぞれのオフセットと振幅とを補正したサンプル干渉計の第１の波長の直交信号測定を提供する。
【０１７０】
Ｂ３操作の様々な実施例では、上記記載したＤＣオフセットおよび振幅誤差補正技術の一つ、またはすべてを使用することができる。
Ｂ４．前記それぞれのオフセットと振幅とを補正したサンプル干渉計の第１の波長の直交信号測定に基づいて、複数のそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の位相測定を決定する。
Ｂ５．位相シフトの２πラジアン以上にまたがるそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の位相測定の一組を分析して、前記複数のそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の位相測定で位相誤差成分を決定し、かつ位相誤差成分を補正して、１つまたは複数のそれぞれの位相補正したサンプル干渉計の第１の波長の位相測定の一組を提供する。
【０１７１】
Ａ５操作に関する前の見解は、Ｂ５操作に同様に適用することができる。
Ｂ６．前記複数のそれぞれのサンプル干渉計の第２の波長の直交信号測定のＤＣオフセットおよび振幅誤差成分を補正して、複数のそれぞれのオフセットと振幅とを補正したサンプル干渉計の第２の波長の直交信号測定を提供する。
【０１７２】
Ｂ６操作の様々な実施例では、上記記載したＤＣオフセットおよび振幅誤差補正技術の１つまたはすべてを使用することができる。
Ｂ７．前記それぞれのオフセットと振幅とを補正したサンプル干渉計の第２の波長の直交信号測定に基づいて、複数のそれぞれのサンプル干渉計の第２の波長の位相測定を決定する。
Ｂ８．位相シフトの２πラジアン以上にまたがるそれぞれのサンプル干渉計の第２の波長の位相測定の一組を分析して、前記複数のそれぞれのサンプル干渉計の第２の波長の位相測定で位相誤差成分を決定し、かつ位相誤差成分を補正して、１つまたは複数のそれぞれの位相補正したサンプル干渉計の第２の波長の位相測定の一組を提供する。
【０１７３】
Ａ５操作に関する前の見解は、Ｂ８操作に同様に適用することができる。
Ｂ９．対応するそれぞれの中波長を有する少なくとも１つのそれぞれの中間波長位相測定を決定する。各それぞれの中間波長位相測定は、それぞれの位相補正したサンプル干渉計の第２の波長の位相測定およびそれぞれの位相補正したサンプル干渉計の第１波長の位相測定に基づく。
【０１７４】
Ａ８操作に関する前の見解は、Ｂ９操作に同様に適用することができる。
Ｂ１０．対応するそれぞれの中波長を有する少なくとも１つのそれぞれの中間波長位相測定に基づいて、中解像度の絶対的距離測定を決定する。
【０１７５】
Ａ９操作に関する前の見解は、Ｂ１０操作に同様に適用することができる。
Ｂ１１．対応する既知のそれぞれの光波長を有する少なくとも１つのそれぞれの微細波長位相測定を決定または選択する。各それぞれの微細波長位相測定は、少なくとも１つの誤差成分の補正を含むそれぞれのサンプル干渉計の第２の波長の位相測定、または少なくとも１つの誤差成分の補正を含むそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の位相測定に基づく。
【０１７６】
Ａ１０操作に関する前の見解は、Ｂ１１操作に同様に適用することができる。
Ｂ１２．中解像度の絶対的距離測定および対応するそれぞれの光波長を有する少なくとも１つのそれぞれの微細波長位相測定に基づいて、高解像度の絶対的距離測定を決定する。
【０１７７】
Ａ１１操作に関する前の見解は、Ｂ１２操作に同様に適用することができる。
【０１７８】
当然のことながら、例示的な操作Ｂ１〜Ｂ１１は、例示的な順に概説したが、様々な実施例において、様々な操作を異なる順序で行ったり、場合によっては繰り返して行ったりすることができる。
【０１７９】
操作Ａ１〜Ａ１１および操作Ｂ１〜Ｂ１２と比較して、さらなるまたは異なる干渉計の構成要素や誤差補正技術を使用することができる、例示的な一組の操作Ｃ１〜Ｃ１５を以下に記載する。
Ｃ１．第１の波長領域にわたる第１の走査波長および第１の波長領域と重ならない第２の波長領域にわたる第２の走査波長を、サンプル干渉計ビーム路および参照干渉計ビーム路に入力する。参照干渉計ビーム路は、既知の参照長を提供する。
Ｃ２．第１の走査波長および第２の走査波長を走査するとともに、複数のそれぞれのデータポイントを得る。複数のそれぞれのデータポイントは、複数のそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の直交信号測定、複数のそれぞれのサンプル干渉計の第２の波長の直交信号測定、複数のそれぞれの参照干渉計の第１の波長の直交信号測定、および複数のそれぞれの参照干渉計の第２の波長の直交信号測定を含む。
Ｃ３．前記複数のそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の直交信号測定、前記複数のそれぞれのサンプル干渉計の第２の波長の直交信号測定、前記複数のそれぞれの参照干渉計の第１の波長の直交信号測定、および前記複数のそれぞれの参照干渉計の第２の波長の直交信号測定のＤＣオフセットおよび振幅誤差成分を補正して、複数のそれぞれのオフセットと振幅とを補正したサンプル干渉計の第１の波長の直交信号測定、複数のそれぞれのオフセットと振幅とを補正したサンプル干渉計の第２の波長の直交信号測定、複数のそれぞれのオフセットと振幅とを補正した参照干渉計の第１の波長の直交信号測定、複数のそれぞれのオフセットと振幅とを補正した参照干渉計の第２の波長の直交信号測定を提供する。
【０１８０】
Ｃ３操作の様々な実施例では、上記記載したＤＣオフセットおよび振幅誤差補正技術の一つ、またはすべてを使用することができる。
Ｃ４．前記それぞれのオフセットと振幅とを補正したサンプル干渉計の第１の波長の直交信号測定に基づいて、複数のそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の位相測定を決定する。
Ｃ５．位相シフトの２πラジアン以上にまたがるそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の位相測定の一組を分析して、前記複数のそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の位相測定で位相誤差成分を決定し、かつ位相誤差成分を補正して、それぞれの位相補正したサンプル干渉計の第１の波長の位相測定を含む一組を提供する。
【０１８１】
Ａ５操作に関する前の見解は、Ｃ５操作に同様に適用することができる。
Ｃ６．前記それぞれのオフセットと振幅とを補正したサンプル干渉計の第２の波長の直交信号測定に基づいて、複数のそれぞれのサンプル干渉計の第２の波長の位相測定を決定する。
Ｃ７．位相シフトの２πラジアン以上にまたがるそれぞれのサンプル干渉計の第２の波長の位相測定の一組を分析して、前記複数のそれぞれのサンプル干渉計の第２の波長の位相測定で位相誤差成分を決定し、かつ位相誤差成分を補正して、１つまたは複数のそれぞれの位相補正したサンプル干渉計の第２の波長の位相測定の一組を提供する。
【０１８２】
Ａ５操作に関する前の見解は、Ｃ７操作に同様に適用することができる。
Ｃ８．前記それぞれのオフセットと振幅とを補正した参照干渉計の第１の波長の直交信号測定に基づいて、複数のそれぞれの参照干渉計の第１の波長の位相測定を決定する。
Ｃ９．位相シフトの２πラジアン以上にまたがるそれぞれの参照干渉計の第１の波長の位相測定の一組を分析して、前記複数のそれぞれの参照干渉計の第１の波長の位相測定で位相誤差成分を決定し、かつ位相誤差成分を補正して、１つまたは複数のそれぞれの位相補正した参照干渉計の第１の波長の位相測定の一組を提供する。
【０１８３】
Ａ５操作に関する前の見解は、Ｃ９操作に同様に適用することができる。
Ｃ１０．前記複数のそれぞれの位相補正したサンプル干渉計の第１の波長の位相測定および前記複数のそれぞれの位相補正した参照干渉計の第１の波長の位相測定に基づいて、それぞれの波長での、それぞれの位相補正した参照干渉計の第１の波長の位相測定間の差で、同じそれぞれの波長での、それぞれの位相補正したサンプル干渉計の第１の波長の位相測定間の差を割ることに相当する位相変化比を決定する。
【０１８４】
Ｃ１０操作の様々な実施例では、図９および式（５）に関して上記記載したものに類似する技術を使用することができる。
Ｃ１１．決定した位相変化比および前記既知の参照長に基づいて、低解像度の絶対的距離測定を決定する。
【０１８５】
当然のことながら、上記記載した技術によって、上記Ｃ２操作に記載したデータポイントは、３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂに関して上記記載したルビジウムセル波長分析技術の使用と関連して、参照長を、データポイントのいずれかまたはすべてのために正確に決定することを可能にし、第１および第２の波長を、データポイントのいずれかまたはすべてのために正確に知るまたは補正することを可能にする操作を支持することができる。したがって、操作Ｃ１〜Ｃ１５は、すべて、本明細書に開示する様々な誤差補正教示に従って、そのような既知の参照長の決定および波長決定に依存するデータおよび計算に基づき、できるだけ多くの誤差成分を補正することができる。
Ｃ１２．対応するそれぞれの中波長を有する少なくとも１つのそれぞれの中間波長位相測定を決定する。各それぞれの中間波長位相測定は、それぞれの位相補正したサンプル干渉計の第２の波長の位相測定およびそれぞれの位相補正したサンプル干渉計の第１波長の位相測定に基づく。
【０１８６】
Ａ８操作に関する前の見解は、Ｃ１２操作に同様に適用することができる。しかし、それらの見解の１つの態様とは対照的に、一連の操作Ｃ１２においては、上記Ｃ１１操作の記載に続く見解と関連する理由により、別個の波長計が複数のそれぞれの中間波長位相測定を提供する必要はない。したがって、一般に、Ｃ１２操作において、対応するそれぞれの中波長を有する複数のそれぞれの中間波長位相測定を決定することは有利である。
Ｃ１３．低解像度の絶対的距離測定、および対応するそれぞれの中波長を有する少なくとも１つのそれぞれの中間波長位相測定に基づいて、中解像度の絶対的距離測定を決定する。
【０１８７】
Ａ９操作に関する前の見解は、Ｃ１３操作に同様に適用することができる。
Ｃ１４．対応する既知のそれぞれの光波長を有する少なくとも１つのそれぞれの微細波長位相測定を決定または選択する。各それぞれの微細波長位相測定は、少なくとも１つの誤差成分の補正を含むそれぞれのサンプル干渉計の第２の波長の位相測定、または少なくとも１つの誤差成分の補正を含むそれぞれのサンプル干渉計の第１の波長の位相測定に基づく。
【０１８８】
Ａ１０操作に関する前の見解は、Ｃ１４操作に同様に適用することができる。しかし、それらの見解の１つの態様とは対照的に、一連の操作Ｃ１４においては、上記Ｃ１１操作の記載に続く見解と関連する理由により、別個の波長計が複数のそれぞれの中間波長位相測定を提供する必要はない。したがって、一般に、Ｃ１４操作において、対応する既知のそれぞれの光波長を有する複数のそれぞれの微細波長位相測定を決定することは有利である。
Ｃ１５．中解像度の絶対的距離測定および対応するそれぞれの光波長を有する少なくとも１つのそれぞれの微細波長位相測定に基づいて、高解像度の絶対的距離測定を決定する。
【０１８９】
Ａ１１操作に関する前の見解は、Ｃ１５操作に同様に適用することができる。
【０１９０】
当然のことながら、例示的な操作Ｃ１〜Ｃ１５は、例示的な順に概説したが、様々な実施例において、様々な操作を異なる順序で行ったり、場合によっては繰り返して行ったりすることができる。
【０１９１】
本発明は、上記概説した例示的な詳細と関連して記載しているが、多くの代案、修正および変更が可能であることは明らかである。例えば、上記概説した測定技術および様々な誤差成分補正技術は、１つの中間測定を含むシステム、または四相直交検出器を使用するシステムへの適用に限定されない。これらの教示は、また、多数の中間測定を含むシステムや、三相検出方式等を使用するシステムに適用することができる。従って、上述するような例示的詳細は、限定ではなく、実例となるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】絶対的距離測定に使用することができる、例示的な干渉計測システムを示す。
【図２Ａ】図１の干渉計測システムと共に使用することができる、例示的な波長可変外部キャビティダイオードレーザセンブリのレーザビーム面を通る側面断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａで示す例示的な波長可変外部キャビティダイオードレーザセンブリに含まれる例示的フレクシャ体の等角図である。
【図３Ａ】図１の干渉計測システムと共に使用することができる、例示的な絶対的波長参照から得られた信号を示す。
【図３Ｂ】図１の干渉計測システムと共に使用することができる、例示的な絶対的波長参照から得られた信号を示す。
【図４Ａ】図３で示すものに類似する、波長参照信号に対して追跡できる波長補正を含む走査波長曲線を示す。
【図４Ｂ】図３で示すものに類似する、波長参照信号に対して追跡できる波長補正を含む走査波長曲線を示す。
【図５】図１の干渉計測システムと共に使用することができる、例示的な直交信号検出器を示す。
【図６】図１で示す干渉計測システムの第１の走査波長領域のために得ることができる、４つの直交検出器信号の第１の例示的な一組を示す図である。
【図７Ａ】図１で示す干渉計測システムの第２の走査波長領域について得ることができる、第２の例示的な一組の４つの直交検出器信号の、第１および第２のペアの信号を示す図である。
【図７Ｂ】図１で示す干渉計測システムの第２の走査波長領域について得ることができる、第２の例示的な一組の４つの直交検出器信号の、第１および第２のペアの信号を示す図である。
【図８】測定信号の誤差成分の補正の第１の組み合わせのために、サンプル干渉計および参照干渉計からの測定信号にそれぞれ対応する２つの例示的なリサジュープロットを示す図である。
【図９】サンプル干渉計の位相変化と、図１で示す干渉計測システムの走査波長領域のために得ることができる参照干渉計の位相変化との、例示的な関係を示すようにプロットしたデータを示す図である。
【図１０】図８に反映される測定信号の誤差成分の補正の第１の組み合わせを使用して、図９で示す例示的な関係のデータによって表示することができる残留誤差の例示的な一組を示す図である。
【図１１】測定信号の誤差成分の補正の第２の組み合わせのために、サンプル干渉計および参照干渉計からの測定信号にそれぞれ対応する２つの例示的なリサジュープロットを示す図である。
【図１２】図１１に反映される測定信号の誤差成分の補正の第２の組み合わせを使用する、図９で示した例示的な関係のデータによって表示することができる残留誤差の例示的な一組を示す図である。
【図１３】局所的な振幅およびオフセット誤差補償を行う、１つの例示的な方法と共に、例示的な直交検出器信号を示す図である。
【図１４】測定信号の誤差成分の補正の第３の組み合わせのために、サンプル干渉計および参照干渉計からの測定信号にそれぞれ対応する２つの例示的なリサジュープロットを示す図である。
【図１５】図１３に反映される測定信号の誤差成分の補正の第３の組み合わせを使用する、図９で示した例示的な関係のデータによって表示することができる残留誤差の例示的な一組を示す図である。
【図１６】多くの成分を共有する参照干渉計路およびサンプル干渉計路を含む絶対的距離測定に使用することができる例示的な干渉計測システムを示す。
【符号の説明】
【０１９３】
１００      干渉計測システム
１１０      波長可変レーザ（第１のレーザ）
１１１      光カプラ
１１４      波長参照／制御装置
１２０      参照干渉計
１２１      偏光ビームスプリッタ
１２４      参照ミラー（第１の参照ミラー）
１２６      参照ミラー（第２の参照ミラー）
１３２      λ１光学フィルタ（第１の光学フィルタ）
１３４      λ２光学フィルタ（第２の光学フィルタ）
１３６      ビームスプリッタ
１４２      λ１直交検出器（第１の直交検出器）
１４４      λ２直交検出器（第２の直交検出器）
１６０      サンプル干渉計
１６４      参照ミラー
１６６      サンプル表面
２１２      第２のレーザ
【図１】
2007040994.tif 000024
【図２Ａ】
2007040994.tif 000025
【図２Ｂ】
2007040994.tif 000026
【図３Ａ】
2007040994.tif 000027
【図３Ｂ】
2007040994.tif 000028
【図４Ａ】
2007040994.tif 000029
【図４Ｂ】
2007040994.tif 000030
【図５】
2007040994.tif 000031
【図６】
2007040994.tif 000032
【図７Ａ】
2007040994.tif 000033
【図７Ｂ】
2007040994.tif 000034
【図８】
2007040994.tif 000035
【図９】
2007040994.tif 000036
【図１０】
2007040994.tif 000037
【図１１】
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【図１２】
2007040994.tif 000039
【図１３】
2007040994.tif 000040
【図１４】
2007040994.tif 000041
【図１５】
2007040994.tif 000042
【図１６】
2007040994.tif 000043