(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトル制御干渉測定のための干渉システムであって、
基準アーム、オブジェクトアーム、および、基準光線とオブジェクト光線とを組み合わせて複合干渉光線を作り出す手段とを有する干渉計と、
前記複合干渉光線の光路上の選択された位置に変調ピークを有する局在化した干渉縞を生成するため光線のスペクトル変調を作り出すように構成されたスペクトル制御可能な光源と、
前記選択された位置の範囲を拡張するため、前記スペクトル制御可能な光源によって作り出された前記スペクトル変調に重ね合せる更なるスペクトル変調を、前記干渉計への入射前に、作り出すように構成されたスペクトル変調器と、
前記スペクトル変調および前記更なるスペクトル変調を作り出し、また前記局在化した干渉縞の解析を実行するようにプログラムされたコンピュータと、を含み、
前記選択された位置は前記スペクトル変調器に適用される変調周期の関数として制御可能である、干渉システム。
【請求項２】
前記干渉計がコモンパス干渉計である、請求項１に記載の干渉システム。
【請求項３】
前記コモンパス干渉計がフィゾー干渉計である、請求項２に記載の干渉システム。
【請求項４】
前記スペクトル制御可能な光源は正弦波状のスペクトル変調を作り出すように構成されている、請求項１に記載の干渉システム。
【請求項５】
前記スペクトル変調器は正弦波状の更なるスペクトル変調を作り出すように構成されている、請求項１に記載の干渉システム。
【請求項６】
前記スペクトル変調器は干渉遅延線を含んでいる、請求項５に記載の干渉システム。
【請求項７】
前記干渉遅延線がマイケルソン構成である、請求項６に記載の干渉システム。
【請求項８】
スペクトル制御干渉測定のための干渉システムであって、
フィゾー干渉計と、
前記フィゾー干渉計によって作り出された干渉光線の光路上の選択された位置に変調ピークを有する局在化した干渉縞を生成するため、正弦波状のスペクトル変調を作り出すように構成されたスペクトル制御可能な光源と、
マイケルソン構成の干渉遅延線であって、前記スペクトル制御可能な光源から発せられた光を前記フィゾー干渉計に入射する前に更に変調するように構成され、前記スペクトル制御可能な光源によって作り出された前記正弦波状のスペクトル変調に更なるスペクトル変調を重ね合わせ、前記選択された位置の範囲を拡張させるとともに前記干渉遅延線に適用される正弦波状の変調周期の関数として制御可能とする前記干渉遅延線と、
前記スペクトル制御可能な光源および前記干渉遅延線を操作し、また前記局在化した干渉縞の解析を実行するようにプログラムされたコンピュータと、
を含む、干渉システム。
【請求項９】
スペクトル制御干渉システムの測定範囲を拡大するための方法であって、
基準アーム、オブジェクトアーム、および、基準光線とオブジェクト光線とを組み合わせて複合干渉光線を作り出す手段を有する干渉計を提供するステップと、
スペクトル制御可能な光源を提供するステップと、
前記干渉計と光学的に連結されたスペクトル変調器を提供するステップと、
前記複合干渉光線の光路上の選択された位置に変調ピークを有する局在化した干渉縞を作り出すスペクトル変調された光線を生成するため前記スペクトル制御可能な光源を操作するステップと、
前記干渉計への入射前に前記スペクトル変調された光線を更に変調するため前記スペクトル変調器を操作するステップと、
を含み、
前記スペクトル制御可能な光源によって作り出されたスペクトル変調された光線に更なるスペクトル変調を重ね合わせ、これにより前記複合干渉光線の光路上の選択された位置の範囲を拡張する、方法。
【請求項１０】
前記スペクトル制御可能な光源を操作するステップ、および、前記スペクトル変調器を操作するステップが、互いに対してそれぞれ長周期および短周期のスペクトル変調を適用することによって実行される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記干渉計がコモンパス干渉計である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記コモンパス干渉計がフィゾー干渉計である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記スペクトル変調された光線を生成するため前記スペクトル制御可能な光源を操作するステップは正弦波状の変調を用いて実行される、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記スペクトル変調された光線を更にスペクトル変調するため前記スペクトル変調器を操作するステップは正弦波状の変調を用いて実行される、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記正弦波状の変調が、干渉遅延線を用いて作り出される、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記干渉遅延線がマイケルソン構成である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記干渉計がフィゾー干渉計であり、
スペクトル変調された光線を生成するため前記スペクトル制御可能な光源を操作するステップは正弦波状の変調を用いて実行され、
前記スペクトル変調された光線を更にスペクトル変調するため前記スペクトル変調器を操作するステップは、マイケルソン構成の干渉遅延線による正弦波状の変調を用いて実行され、
前記スペクトル制御可能な光源を操作するステップ、および、前記スペクトル変調器を操作するステップは、互いに対してそれぞれ長周期および短周期のスペクトル変調を適用することによって実行される、請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
スペクトル制御干渉測定のための干渉システムであって、
基準光線とオブジェクト光線とを組み合わせて干渉光線を作り出すように構成された干渉計と、
同時に複数のスペクトル変調が可能であり、光線の第１のスペクトル変調を作り出して、前記干渉光線の光路上の選択された位置に変調ピークを有する局在化した干渉縞を生成するように構成されたスペクトル制御可能な光源であって、前記干渉計への入射前に前記光線の第２のスペクトル変調を作り出すように更に構成され、前記選択された位置の範囲を拡張するため前記第２のスペクトル変調を第１のスペクトル変調源に重ね合わせる前記スペクトル制御可能な光源と、
前記光線の前記第１のスペクトル変調および前記第２のスペクトル変調を作り出し、また前記局在化した干渉縞の解析を実行するようにプログラムされたコンピュータと、を含み、
前記選択された位置は前記スペクトル制御可能な光源に適用される変調周期の関数として制御可能である、干渉システム。
【請求項１９】
スペクトル制御干渉システムの測定範囲を拡大するための方法であって、
基準アーム、オブジェクトアーム、および、基準光線とオブジェクト光線とを組み合わせて複合干渉光線を作り出す手段を有する干渉計を提供するステップと、
同時に複数のスペクトル変調を作り出すように構成されたスペクトル制御可能な光源を提供するステップと、
前記複合干渉光線の光路上の選択された位置に変調ピークを有する局在化した干渉縞を生成するための第１のスペクトル変調を作り出すとともに、前記干渉計への入射前に第２のスペクトル変調を更に作り出し、第１のスペクトル変調源に前記第２のスペクトル変調を重ね合わせ、前記選択された位置の範囲を拡張するように前記スペクトル制御可能な光源を操作するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１６年１１月３０日に出願された米国特許仮出願第６２／４２７，９５９号に基づくものであり、その優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般に干渉法の分野に関し、特にスペクトル制御干渉法の範囲を拡大するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
スペクトル制御干渉法（「ＳＣＩ：Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」）は、コモンパス干渉計における白色光干渉法（「ＷＬＩ：Ｗｈｉｔｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」）測定スキームの実施を可能にする干渉技術である。ＷＬＩは、光のコヒーレンス長が短く、通常数マイクロメートルのオーダーであるため、コヒーレントノイズがないことを特徴としている。ただし、ＷＬＩでは、測定空間で局在化した干渉が発生するように、干渉計の光路差（ＯＰＤ）を慎重にバランスさせる必要がある。このような配置は複雑になり、コモンパス干渉計の使用を妨げる可能性があるため、ＷＬＩの利点が失われる。
【０００４】
従来のレーザ干渉計は、塵埃その他の汚染、粗い表面での回折等により測定精度が低下するという問題がある。それにもかかわらず、レーザ干渉法は、コモンパス干渉計の設計の使用、すなわち光学系によってもたらされる誤差の大部分を相殺する特定クラスの装置を使用することを可能にするため、極めて人気が高い。これは、安価でより高精度の計器の製造を可能にする。最も一般的に使用されている設計はフィゾー干渉計である。
【０００５】
ＳＣＩは、コモンパス干渉法とＷＬＩの両方の方法をうまく組み合わせて、両方の利点を提供する新規な干渉法技術として、過去１０年間で当分野に導入された（特許文献１参照）。それは、現代の干渉縞解析法の使用に必要とされる位相シフトを導入するための手段と共に、不均衡なＯＰＤ干渉計において局在化した干渉を作り出す。ＳＣＩの主な利点の１つは、レーザー光源のみを適切なスペクトル変調が可能なものと交換することによって、既存の機器をこの様式に適合させることができることである。例えばコヒーレントノイズの問題を排除しながら、ＷＬＩモードでのフィゾー干渉計の使用を可能にする。共有の特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、および、特許文献６に開示されているように、そのような光源のスペクトル特性のみを操作することによって、多くの異なる干渉技術を可能とする。多くの場合、ＳＣＩは、測定面を分離し、基準物体からの距離を直接測定し、機械的な走査機構を使用せずに位相シフト干渉法（ＰＳＩ）を実行できるため、従来のＰＳＩに取って代わることができる。
【０００６】
しかしながら、実際の干渉法の応用では、曲率半径、天文学での鏡、および大きな外形のシステムなどを測定するため、基準面から長い距離、時には数メートルの距離に干渉縞を形成することがしばしば必要となる。これには、光源のスペクトル変調の周期をピコメートル以下のオーダーとする必要があるので、スペクトル変調のみによって達成することは困難である。式１は、平均波長λを有する光源に対するスペクトル変調の周期Δλの関数として、基準面からの干渉縞形成の距離Ｌを表す。
【０００７】
【数１】
0006968450.tif 000002
【０００８】
例えば、平均波長５００ｎｍで動作する光源に対して基準ミラーから１ｍの距離に干渉縞を形成するためには、変調周期は０．１２５pｍである必要がある。そのような短い変調周期は、生成することも適切に制御することも困難である。したがって、コモンパス干渉計の構成において基準から十分な距離に干渉縞が形成されることを可能にし、同時にＳＣＩのすべての利点を提供するシステムを有することが非常に望ましくかつ有利であろう。本発明は、この目的を達成するためにスペクトル変調光源を光遅延線と組み合わせている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第８，４２２，０２６号明細書
【特許文献２】米国特許第８，６７５，２０５号明細書
【特許文献３】米国特許第８，８１０，８８４号明細書
【特許文献４】米国特許第９，５８１，４２８号明細書
【特許文献５】米国特許第９，５８１，４３７号明細書
【特許文献６】米国特許第９，６１８，３２０号明細書
【発明の概要】
【００１０】
一般的な意味において、本発明は、スペクトル制御干渉法に必然的に関連するスペクトル変調のため、測定に使用される低コヒーレンス光に複数の変調を重ね合わせることによって干渉計の測定空間の範囲を広げることができるという認識にある。最適には、干渉計はコモンパス構成であり、各変調は正弦波状である。
【００１１】
したがって、本発明の好ましい実施形態は、マイケルソン干渉計によって提供されるような、低スペクトル周波数で変調されたスペクトル制御可能な光源と、遅延線との組み合わせである。結果として生じる光は、遅延線によって作り出された光路差と組み合わされたスペクトル変調された光源の効果に対応する距離で局在化した干渉縞を発生させることができる。したがって、この組み合わせは、ＳＣＩのすべての利点と、実際に予見可能な用途に必要な程度まで拡大することができる範囲とを備えたＳＣＩを実施するのに便利な方法を提供する。
【００１２】
ＳＣＩによって提供される広範囲の用途に必要とされるスペクトル制御可能な光源は、スペクトルの位相および振幅と同様に周波数を変調することができるので、本発明は同じ用途においてＳＣＩの実施を制限なしに可能とする。ただし測定範囲は、第２の変調器の遅延線の幾何学的形状によってのみ制限される。他方、第２の変調器は、採用された変調周期によって定義される測定範囲を広げることのみ必要とされるので、第２の変調器は、変調位相を制御する能力を必要とせず、十分に高い周波数でスペクトル変調が可能でありさえすればよい。
【００１３】
以下の明細書における本発明の説明および添付の特許請求の範囲において特に指摘された新規な特徴から、他の様々な利点が明らかになるであろう。したがって、本発明は、以下に図面に示され、好ましい実施形態の詳細な説明に十分に説明され、特に請求項に指摘された特徴を含むが、そのような図面および説明は、本発明を実施できる様々な方法のいくつかのみを開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明による拡大された測定範囲でのＳＣＩの実施に必要な構成要素の概略図である。
【図２】図２は従来のマイケルソン干渉計の遅延線部分の概略図である。
【図３】図３はＳＣＩ技術を使用して拡大された測定範囲に干渉縞の位置を設けるために、２つの連続した変調を光線に重ね合わせることの効果を説明する３つのグラフを示す。
【図４】図４は本発明を実施するように構成されたＳＣＩシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書で使用するとき、「局在化した干渉縞」は、低コヒーレント性の光源の場合、検査光線と基準光線との間の光路差（ＯＰＤ）がゼロに近い場所の周囲の限られた空間に形成される干渉縞を意味することを意図する。すなわち、基準光線と検査光線との間の遅延が非常に小さい場合である。スペクトル制御された光源もしくは複数波長の光源の場合、「局在化した干渉縞」は、基準面から所定の距離に形成された明確に識別可能な干渉縞パターンを意味することを意図している。本開示の全体にわたって、「局在化した」なる語およびそれと関連する語は、干渉計の基準ミラーに対する空間内の干渉縞の位置を説明するために便宜上使用されるが、そのような干渉縞は仮想的な干渉縞であり、実際の干渉縞は、検査面が空間内のそのような「局在化した」位置にある場合に、装置の検出器上にのみ形成されることが理解される。
【００１６】
さらに、本開示で用いられるように、「白色光」とは、白色光干渉法の分野で使用されるタイプの任意の広帯域の光を指すことを意図しており、典型的には数ナノメートルのオーダーの帯域幅を有する。そのような帯域幅は、連続的であってもよく、または帯域幅上の１組の離散的な波長であってもよい。光に関して、「周波数」および「波長」という語は、良く知られた逆の関係のために、当技術分野において一般的に行われているように、代替的に用いることができる。「ＯＰＤ」および「時間遅延」（τ）は、干渉法におけるそれらの空間／時間関係のために代替的に用いてもよい。光源に関し「変調する」との語、および、「変調」の語は、最も広い意味において、光源によって生成されるエネルギーの周波数分布、振幅分布または位相分布のどのような変更も含意するものとし、また所望の周波数、振幅および位相分布を有する光信号を任意の手段によって合成することを含意する。干渉縞と関連して使用されるとき、「変調」との語は干渉縞の包絡線を指称する。上記で特定されたように、局在化した干渉縞は、それらの干渉縞が生成される表面に位置するものとして記述され、それにより、干渉縞が、表面および干渉縞を生成する表面の形状にどのように関連するかを説明する。しかしながら、物理的に局在化した干渉縞が実際には検出器の表面の測定領域に存在することを理解すべきである。また、「空間内の所定の位置に局在化した干渉縞を作り出す」という表現および関連する表現が便宜のため使用されるが、意図する正確な意味は、基準面に対して「干渉測定の環境を作り出し、それにより、検査面が空間内の所定の位置となるときに、明確に識別可能な干渉縞パターンを作り出す」ことであることが理解される。「干渉縞」および「干渉縞パターン」という語は、当技術分野においてそれらに通常与えられる意味の範囲内で互換可能に用いられる。最後に、「干渉法」なる一般用語および関連する用語は、当技術分野で使用されているように広く解釈されるべきであり、画像形成干渉計を使用した形状測定に限定されない。したがって、干渉法は、任意の既知の干渉法を使用した、物体の位置の変化または光学素子の厚さの変化の測定を含むが、これらに限定されないことを意図している。
【００１７】
上述のように、本発明は、特許文献３に記載されているようなスペクトル制御可能な光源と、それによって作り出された光に更なる周波数変調を導入する遅延線のような追加的なスペクトル変調器との組み合わせにある。得られた光線は、次に干渉計、好ましくはコモンパス干渉計に入射され、例えば遅延線によって作り出される変調を単に制御することによって、拡大された測定範囲でＳＣＩを実行する。図面を参照すると、図１は、本発明によるＳＣＩシステムを概略的に表す。ＳＣＩシステムは、スペクトル制御可能な光源、第２のスペクトル変調器Ｍ２、そして干渉計Ｉを含む。スペクトル制御可能な光源は、一般に広帯域の光源Ｓと、光源Ｓによって発せられたスペクトルに好ましくは正弦波状の変調を適用する第１のスペクトル変調器Ｍ１とからなる。スペクトル制御可能な光源の変調周期Δλ１は、基準面から短い距離で干渉縞が形成されるように選択されることが好ましい。これは、実際には低周波変調を実行するのが比較的簡単で、結果が安定し、ノイズが比較的少ないためである。次に、そのように変調された光は、第２の変調器Ｍ２を通過する。第２の変調器Ｍ２は、第１の変調器の周期Δλ１とは異なる周期Δλ２を有し、好ましくは正弦波状の変調を追加する。この変調周期は、第１の変調によって作り出された場合よりもかなり大きい距離で干渉縞が局在化し可視化されるように選択される。次に、この２回変調された光がコモンパス干渉計Ｉに入射され、上記の関連特許に教示されているような従来の方法でＳＣＩが実施される。
【００１８】
好ましい変調は、その実施が比較的簡単であるため正弦波状の変調である。従って、本発明では正弦波状の変調について説明されている。しかしながら、所望の干渉縞パターンを作り出すために実施することができる周波数の関数としてのいかなる変調も、本発明を実施するのに許容可能である。同様に、本発明の第２の変調器は、従来のマイケルソン干渉計に存在する遅延線を用いて都合よく実施することができる。したがって、本発明はそのような遅延線に関して説明されるが、これに限定されると理解されるべきではない。便宜上、マイケルソン構成の概略図を図２に示す。同じことは、本発明による拡大された範囲でＳＣＩを実行するために使用されるコモンパス構成の干渉計についても言える。好ましいフィゾー構成に関して説明されているが、他の干渉計でも同様に実施することができる。
【００１９】
図２に示すように、入射した入力光は、ビームスプリッタＢＳによって別々の光線に分割され、それぞれ別々の異なる距離Ｌ１およびＬ２を進む。別々の経路に沿ってそれぞれのミラーＲ１およびＲ２から反射した後、光線はビームスプリッタＢＳで再結合され、結果として生じる出力光のスペクトルは正弦波状に変調されることになる。当技術分野でよく理解されているように、変調周期は、光路差ΔＬ ＝ ２（Ｌ１ ‐ Ｌ２）を調整することによって簡単に変更することができ、それによって、ＳＣＩを実施するための下流側の干渉計での測定範囲の変更が効果的且つ容易に実現される極めて便利なメカニズムを提供する。
【００２０】
一般的に、変調器Ｍ１の機能は、基準面から短い距離で干渉縞を作り出すように、光源Ｓから発せられた光のスペクトルを制御することである。これは、格子などの従来のスペクトルフィルタリング法または当技術分野で説明されている任意の方法を使用することによって容易に達成することができる。特許文献１に記載されているように、この変調器はまた、位相シフトおよびヘテロダイン検波（特許文献６参照）などの前述の干渉縞解析方法でのＳＣＩ実施を可能にするため、スペクトル変調の位相を変更する能力を有する必要がある。第２の変調器Ｍ２の機能は、干渉計の光線に第２の正弦波状のスペクトル変調を適用して、基準面から十分に調整可能な距離で干渉縞を形成することができるようにすることである。上述したように、不平衡マイケルソン干渉計の遅延線を使用すると、正弦波状に変調された出力光が作り出される。変調周期は、フィゾー干渉計Ｉ（図１参照）の基準ミラーからマイケルソン遅延線のアームの光路差と正確に等しい距離に形成される干渉縞の下流側位置に対応する。この遅延は片方のアームの長さを変えることで簡単に調整でき、数メートルのオーダーの測定範囲に及ぼすことができる。
【００２１】
要約すると、２つの変調器を使用することによって、２つの正弦波状変調の重ね合わせを反映させたスペクトルを有する光線を作り出すことが可能である。ここで２つの正弦波状変調の一方はスペクトル制御可能な光源によって生成された比較的粗い周期Δλ１を有し、他方は遅延線によって生成された小さな周期Δλ２を有する。上述したように、変調器Ｍ１は出力信号の位相を操作する能力も有する。したがって、光源Ｓから受け取った光線の複合スペクトル変調は、次式によって計算することができる強度分布を用いて、元のスペクトルの２つの正弦波状変調の乗算で表される。
【００２２】
【数２】
0006968450.tif 000003
ここで、それぞれＩＳ（λ）は光源光の強度、φは変調器Ｍ１によって制御されるスペクトル変調の位相シフト、Ａ１およびＡ２はそれぞれ変調器Ｍ１およびＭ２によって生成される変調のコントラストである。
【００２３】
特許文献１に開示され実証されているように、フーリエ解析を適用して干渉システムの測定空間内のどこに干渉縞が見えるかを予測することができる。フーリエ解析の畳み込み定理を使用すると、結果として生じる関数は、個々の変調Ｍ１およびＭ２に対する干渉縞コントラストＣの分布を記述する関数の畳み込みであり、Ｆ１およびＦ２と表される。すなわち、結果として生じる強度分布は、各正弦波状信号によって別々に変調されたときに元の光源に起因する強度分布の畳み込みとなる。図３は、Ｍ１によってのみ、Ｍ２によってのみ別々に変調され、またＭ１とＭ２の組み合わせによって変調された光源についての干渉縞コントラストの分布を示す。上のグラフは、低周波数周期Δλ１を有する単一の正弦波状の変調のスペクトル光源についての干渉縞コントラストビジビリティＣの距離軸Ｌに沿った位置を示す。距離ゼロは、基準面の位置を示す。上のグラフで見られるように、ピークとともに視認される干渉縞の２つの位置Ｐ＋1とＰ−１がある。正の添え字を持つピークは基準面の前にあり、負の添え字を持つピークは、基準面の後ろにある（Ｌの負の値に対応する）。
同様に、Ｍ２のみによって変調された光源（中央のグラフ参照）は、遅延線によって生成される変調周期Δλ２がはるかに小さいために基準面からかなり離れたピーク位置Ｐ＋２およびＰ−２を生成する。光源の複合変調Ｍ１＊Ｍ２に対する干渉縞の位置は、図３の下のグラフに示されている。この干渉縞の位置は、第１および第２のグラフを作った強度関数の畳み込みの結果である。以前に識別されたピークに加えて、干渉縞は、変調Ｍ２から生じる元の位置（ピークＰ＋２およびＰ−２）からオフセットされた新しい位置にも視覚的に存在する。これらのオフセットは、Ｌ方向における正および負の両方の、光源の変調Ｍ１によって生じる干渉縞の位置までの距離に対応する。それらは、Ｌの負の値に対してはＰ−２−１、Ｐ−２＋１として示され、Ｌの正の値に対してはＰ＋２−１、Ｐ＋２＋１として示される。第１の添え字は、変調Ｍ２から生じるピークの位置を示し、第２の添え字は、Ｍ１によるオフセットを示す。第１の変調器によって生成された変調Ｍ１が位相シフトの能力を有する限り、これらの新しい位置に配置された干渉縞も同じ能力を有する。従って、それらの干渉縞を用いて、サンプルの機械的シフトなしに、それらの位置に形成された干渉縞パターンを分析することができる。２つの添え字によって識別される全ての位置における干渉縞の最大コントラストは０．２５に減少される。これは伝統的に最適干渉縞解析に必要と考えられているものよりも小さいことに留意すべきである。しかしながら、最近の新しい高解像度カメラの利用可能性は、対照的にこのコントラストの減少を重要ではないものとしている。
【００２４】
変調器Ｍ２はスペクトル変調の位相を制御する能力を必要としないので、変調器Ｍ２の実施はマイケルソン干渉計の遅延線のような遅延線を用いて簡単に達成できることも注目に値する。Ｍ２の機能は、スペクトルに非常に短周期の変調を導入することだけである。干渉縞位相制御の機能は、代わりに、変調器Ｍ１に完全に割り当てることができる。これは、Ｍ２とは反対に、適度な周期のスペクトル変調のみをサポートする必要がある。したがって、実際には、変調器Ｍ２を使用して干渉縞位置の粗調整を実行し、Ｍ１の周期を調整することによって干渉縞のコントラストを微調整することが可能である。すなわち、干渉縞の位置は遅延線のΔＬを変えることによって容易に得られる。干渉縞が識別されると、それらの正確な位置はＭ１で微調整できる。
【００２５】
図４は、本発明による拡大範囲でＳＣＩを実施するように構成された干渉システムの構成要素の好ましい組み合わせを示す。フィゾー干渉計１０は、基準アームおよびオブジェクトアームの共通経路ならびに関連する利点のために使用される。干渉計への入力光線Ｌは、ビームスプリッタ１２によって基準面Ｒおよびオブジェクト面Ｏに向けて反射される。それからのそれぞれの反射光線ＬｒおよびＬｏは、スプリッタ１２を通って共通の経路をたどって干渉し、検出器１４によって検出される。図に概略的に示されているように、スペクトル制御可能な光源１６はマイケルソン干渉遅延線１８（図１の第２の変調器Ｍ２に対応する）と組み合わされ、フィゾー干渉計に入射される２回変調された光線を生成する。なお、特許文献３に教示されているように、現在では従来のＳＣＩの実施は、広帯域の光源Ｓと第１のスペクトル変調器Ｍ１（図１参照）との組み合わせによって実施することができる。２つのミラーＲ１およびＲ２によってそれぞれ反射された光線Ｌ１およびＬ２の間の遅延は、フィゾー干渉計の測定範囲を拡大するために必要とされる追加の正弦波状の変調を導入する。並進機構２０は、光線Ｌ１とＬ２との間でＯＰＤを変えるために使用され、干渉計の測定空間内の干渉縞の位置を制御する。コンピュータ２２は、光源１６によって発せられた光および並進機構２０の制御による遅延線１８において所望の変調を生成するために、従来的な方法で使用される。コンピュータ２２はまた、干渉計の測定空間に生成された局在化した干渉縞の解析を実行するようにプログラムされている。モニタ２４もまた、通常、オペレータ機能のために設けられている。
【００２６】
本明細書では最も実用的で好ましい実施形態であると信じられものにおいて本発明を示し且つ説明したが、本発明の範囲内でそれからの逸脱が可能であることが認識される。例えば、本発明はフィゾー干渉計およびマイケルソン干渉計を参照して説明されたが、本開示の原理は、白色光走査が利点を提供し得る他の任意のタイプのレーザ干渉計に等しく適用可能である。同様に、特許文献３に記載された光源の開発のために今日まで実施されている方法であるため、本発明では、スペクトル制御可能な光源について、広帯域の光源および変調器を別々の構成要素として含むと説明しているが、現在入手可能となったスペクトル変調可能なレーザーのように、いかなる単一コンポーネントのスペクトル制御可能な光源も、本発明を実施するのに適していることを明確にすることが重要である。したがって、「スペクトル制御可能な光源」という語は、スペクトル変調が可能な任意の光源を意味することを意図している。さらに、上述の第２の変調器によって提供される変調は、同じスペクトル制御可能な光源によって提供される追加的な変調からも生じる可能性がある。本発明の核心は、干渉計に入射される光に複数の変調を適用することによってＳＣＩの範囲を拡大することができるという認識であることから、当業者は、複数の変調の重ね合わせの結果が（基礎となる数学によっても示されるように）それらが連続して発生しても同時に発生しても同じであることを容易に理解するであろう。現在のところ、そのような複数の変調が可能な、単一のスペクトル制御可能な光源は知られていない。しかしながら、そのような光源は、ＳＣＩによって推進される需要およびそれらの実施のための物理的要件が十分に理解されているという事実のために将来利用可能になる可能性が高い。したがって、添付の特許請求の範囲のため、「スペクトル制御可能な光源」は、単一または多重変調を介してであれ、順次または同時変調を介してであれ、スペクトル変調光を出射できる光源を含むと定義される。したがって、説明を明瞭にするため、また本発明の範囲を定めるため、図１において個別の構成要素として示されている要素Ｓ、Ｍ１、およびＭ２は、クレームされたように、スペクトル制御可能な光源であると見なされるべきである。
【００２７】
さらに、上記の理由から現時点では正弦波状の変調が非常に好ましいという事実を強調することも重要であるが、それは本発明にとって必須ではない。たとえば、スペクトル変調は、エタロンのフリースペクトル範囲によって定められた各ピークで複数の可視干渉縞を生成するエタロンで得ることができる。この種の変調がスペクトル制御可能な光源によって生成される長周期変調において有用であることは想定されていないが、短周期変調の実施においてあり得る。そのため、干渉計の測定範囲は、エタロンのフィネスとそれに対応するコントラストの喪失によって許容される限界まで拡大することができる。そのような例示的な実施は現在のところ非実用的であると考えられているが、ＳＣＩの技術が開発され続けているので、それは重要になり得る。上記に鑑みて、本発明は、開示された詳細に限定されるべきではなく、それらの全ての均等物を含めて、請求項の全範囲が許可されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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