JPS63117201A

JPS63117201A - 物体支持装置

Info

Publication number: JPS63117201A
Application number: JP11916687A
Authority: JP
Inventors: ダグラス・ハワード・ストロープ
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1986-10-29
Filing date: 1987-05-18
Publication date: 1988-05-21
Also published as: DE3768905D1; EP0265648A2; EP0265648A3; EP0265648B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ａ、産業上の利用分野本発明は、ホログラフィ干渉測定システム用の改良型物
体支持装置に関する。具体的には、熱安定真空テーブル
、および物体自体以外のシステム構成要素の熱膨張によ
って起こる物体の連動を最小にするが物体の熱膨張は制
限しない関連組立体に関する。

Ｂ、従来技術およびその問題点ボログラフィ干渉測定は、コヒーレント光の干渉を利用
して寸法の小さな変化を観測する周知の技術である。物
体の寸法は、物体から反射された光と基準光の両方によ
る波面記録媒体への干渉パターンの投射で検出される。

波面記録媒体は、通常ボログラフィ・プレートまたはフ
ィルムである。

この技術は、微小寸法に対する感度がよいため物体の表
面の平坦さまたは輪郭を観測するのに使用される。さら
に、物体の温度は、同じ物体を観測するたびに変化する
ので、所定の温度変化の間の物体の寸法変化が決定でき
る。すなわち、物体の熱膨張率が決定できる。

ボロクラフィ測定または観測の精度は、使用される光の
波長の１／４よりも大きな剛体運動を物体が経験する場
合に、減少することが知られている。物体の有害な連動
は、プレートが特定の温度にさらされたときまたはさら
される温度が変わったときに発生する。実際にある温度
にさらされたとき振動によって有害な連動が起こされ、
その結果映像の品質が低下する。振動は通常、装置全体
を非振動環境に置くことによって減少する。さらに、パ
ルス幅が２０ナノ秒のルビー・レーザなと高周波数の光
源を利用することによって、振動の効果を最小に抑える
ことができる。さらされる温度が変わったときの有害な
運動は、物体自体の熱膨張が原因ではない物体の連動に
よる。物体支持装置はいくつか知られているが、そのど
れでもプレートがさらされる温度が変わったとき物体の
有害な運動が起こる。

既知のある支持装置は、クランプを使って物体の位置保
全性を維持している。クランプは、少なくとも１つの軸
方向に沿って、支持組立体に対する物体の相対運動を妨
げるのに充分な大きさの力を加える。しかし、加えられ
た力は、もともと力が加えられた軸方向での物体の熱膨
張を抑制する。

この力は、また力が加えられた軸方向以外の軸方向での
物体の熱膨張に影響を及ぼす応力を引き起こす。最後に
、温度が変化した際の支持装置の熱膨張が、支持装置上
で物体を運動させる。こうした要因がすべてあいまって
、クランプされた物体の熱膨張測定の精度を低下させる
。

もう１つの既知の支持装置は、真空テーブルを利用して
いる。真空テーブルは、物体を係合する水平面をもつ。

その水平面に孔があり、それを通して真空にして水平面
上に物体を維持することかで゛きる。しかし、これまで
の真空テーブルは、熱膨張率の大きな材料から製造され
てきた。この場合にも温度が変化した際の支持装置の熱
膨張が装置上の物体を移動させて、熱膨張測定の精度を
低下させる。また、支持装置の水平面上に異常な形の物
体を載せると、単一の水平面へのコヒーレント光の入射
が妨げられる。このことが起こるのは、物体の形のため
、水平光線が同じ水平面内の物体の表面から反射するよ
うに物体を装着できないときである（すなわち、物体の
表面を垂直面内に置けない）。この場合、不都合なこと
に、ホログラフィ・システムの構成要素を、異なる水平
面に置かなければならないので、システムの安定性が低
下する。

ホログラフィ干渉測定システムでぶつかるもう１つの問
題は、熱的に安定な環境の維持に関するものである。前
述のように、物体の熱膨張率を測定するには、ボログラ
フィ・プレートがさらされる温度が変わるとき、温度を
調節しなければならない。温度の調節は、通常のブロー
・ドライヤーからの空気による加熱や熱電対による温度
の感知など粗雑な方法によって行なえる。こうした方法
では熱的に均一で安定した環境を維持できない。

ひとたび適切な望ましい物体温度に達成すると、さらさ
れる温度を正確に測定するには、熱的な均一性と安定性
を維持する必要がある。一定の温度を維持する１つの方
法は、支持装置とその上の物体をオーブンに入れること
である。しかし、オーブンは膨張率の大きな材料から製
造されているので、寸法が不安定である。支持装置を入
れるオーブンの材料の熱膨張は、前述と同じ物体の有害
な連動を引き起こす。

したがって、本発明の第１の目的は、ボログラフィ干渉
測定システム中で物体を支持するための装置を改良する
ことである。

本発明のもう１つの目的は、熱的に安定な環境を維持し
、物体の熱膨張を制限することなく、物体自体以外のシ
ステム構成要素の熱膨張によって引き起こされる物体の
運動を最小にするように、ホログラフィ干渉測定システ
ム中で物体を支持する装置を改良することである。

本発明のもう１つの目的は、単一の水平面にシステム構
成要素を載せることができるように、ホログラフィ干渉
測定システム中で物体を支持する装置を改良することで
ある。

Ｃ２問題点を解決するための手段本発明の上記の目的およびその他の目的は、熱膨張率が
極めて小さいセラミック材料から製造された熱的に安定
な真空テーブルによって実現される。真空テーブルは、
熱的に安定な環境を適切に維持できる、真空テーブル組
立体に連結されている。真空テーブルおよび環境が熱的
に安定していると、物体自体以外のシステム構成要素の
熱膨張によって引き起こされる物体の連動が最小に抑え
られる。真空テーブルは、また垂直面内のその１表面で
物体を支持して、ボログラフィ・プレートと他のボログ
ラフィ干渉測定システム構成要素が単一の水平面内で動
作できるように設計されている。

Ｄ、実施例第１図と第２図には、熱的に安定な真空テーブル１１を
含む真空テーブル組立体１０が示されている。真空テー
ブル１１には孔１２があり、それを通して真空にして物
体をそのテーブルに固定することができる。真空テーブ
ル１１は垂直面に配向されているので、ボログラフィ・
システムの各構成要素は単一の水平面に装着する方が都
合がよく、システムの安定性が高まる。特に、薄く平坦
な物体の場合にそうである。真空テーブル１１は、熱膨
張率がＩ　Ｘ　１０−’／”Ｃ未満の材料から製造でき
る。こうした材料の一例は、５ｉ０２７６゜５％、ＡＱ
２０３２１％、　Ｌ１０４％、　ＣａＯ２゜７％、Ｚ　
ｒ０２２％、Ｔ１０２１．８％およびＺｎＯ１％から構
成される結晶アルミノケイ酸リチウム・ガラス・セラミ
ックである。この材料は、オーウエンズーイリノイ社（
Ｏｗｅｎｓ−Ｉ　１１１ｎｏｊｓ。

Ｉｎｃ、　）から商標ｒＣＥＲ−ＶＩＴＪで販売されて
いる。他のふされしい材料としては、熱膨張率のケイ酸
チタン・セラミックがある。こうした材料を使用すると
、物体と真空テーブル１１と真空テーブル組立体１０の
間でほぼ一定の動作関係が維持され、したがって、物体
支持装置の熱膨張によって引き起こされる物体の運動が
最小に抑えられる。

真空テーブル１１は、熱膨張率の小さな金属の２つのブ
ロック１３の間に置かれる。金属材料は、必要に応じて
最も容易に成形および形成できるので、最も適切である
と考えられる。たとえば、支持ロッド２１用の取付は孔
をブロック１３内に設けなければならない。熱膨張率の
小さなセラミックでは、超音波技術などブロックを壊さ
ずに孔をあける特別の製造方法が必要である。金属は、
温度が変化する際に真空テーブル１１が移動しないよう
に熱膨張率が小さなものにすべきである。適切な金属は
、膨張率が約Ｉ　Ｘ　１０−６／”Ｃの３６％ニッケル
含有鋼である。支持ロッド２１は、真空テーブル組立体
１０を支持しブロック１３に装着できるだけの強さの任
意の材料から作成できる。

支持ロッド２１および真空テーブル１１へのブロック１
３の固定は、高温エポキシ接着剤の使用など様々な技術
によって行なうことができる。

ロッド１７は、ブロック１３を面板１６に固定する。面
板１６は、当該のボログラフィ干渉測定システムで使用
される光の特定の波長で透過性のある任意の材料で作成
できる。通常透明な石英が適当である。ロッド１７は真
空テーブル１１と同じ熱膨張率の小さな材料から作成す
ることが好ましい。リング１４が、ブロック１３に固定
されている。リング１４の内径は、真空テーブル１１の
直径にほぼ等しい。皿形のディスク１８が真空テーブル
１１の後端部に固定され、ノズル１９を備えている。ノ
ズル１９は、ホース（図示せず）によって、孔１２を通
して真空をつくる真空ポンプ（図示せず）に接続される
。リング１４は、アルミニウムなど、ブロック１３に接
着可能な任意の材料で作成できる。ディスク１８は、真
空テーブル１１に接着可能な任意の材料で作成できる。

こうした適切な材料の１つは、やはりアルミニウムであ
る。エポキシ、室温で加硫処理されたゴム、またはその
他の適切な接着剤が上記の固定を行なうのに使用される
。

ゴム・シールを含む（図示されていない）ベルトを、面
板１６とリング１４に留めることができる。ベルトは、
やはりアルミニウムから製造できる。そうすると、面板
１６と真空テーブル１１の間の領域が熱安定室として利
用できる。ベルトの２つの開口は、ホースによって、そ
の室に温度制御した空気？：＠環させるオーブンに接続
されている。真空テーブル１１が室の壁に組み込まれて
いるので、真空テーブル組立体１０を、熱膨張率の大き
な材料で支持されることになるオーブン内に置かずに、
物体の温度が正確に制御できる。

Ｅ０本発明を含むホログラフィ干渉測定システムの動作第３図を参照しながら、第１図および第２図に示したも
のと大体同じ真空テーブル組立体を含むホログラフィ干
渉測定システム２５の動作を、物体の熱膨張率の測定に
関して説明する。当初、ベルトは真空テーブル組立体１
０に留められていない。物体（図示せず）を、その平坦
面が真空テーブル１１と平行に接触し、観測する物体表
面がそのテーブルからそれるように選択し適切に配置す
る。適切な平坦表面をもたない物体は、まず熱膨張率の
小さな材料から成る平坦な取付はブロックに取り付けな
ければならない。熱電対を物体に取り付ける。当初はオ
フであった真空ポンプ６２を始動させて、真空テーブル
１１上に物体を固定する。（単純にするため、真空ポン
プ６２と真空テーブル１０の間の接続は第８図に示して
ない。）物体が真空テーブル上１１に真空装着されると
、ベルトを面板１６とリング１４に留める。次に、オー
ブン６１を始動させて、現在密封されている室内部を既
知のレベルの温度に安定させる。（オーブン６１と真空
テーブル組立体の間の接続も、第３図に示してない。）
熱電対を使って、室内部の温度を監視する。温度が安定
し記録されると、電磁放射線発生装置、例えばレーザ３
０がパルス作動しコヒーレント光３１のビームを放射す
る。適切なレーザは、波長約６６００オングストローム
の光を放射するパルス式ルビー・レーザである。

ヘリウム・ネオン源などの連続レーザも適しているが、
放射光をパルス化する遮断器またはその池の装置が必要
である。

光線３１は、ビーム分割器８２によって基準光線４０と
対象光線５０に分割される。基準光線４０は、中性フィ
ルタ４１とレンズ４２を通過して鏡４３で反射され、ボ
ログラフィ・プレート６０を露光する。対象光線５０は
、鏡５１で反射され、レンズ５２を通過してビーム分割
器５３に達する。

ビーム分割器５３からの反射光は、面板１６を通って真
空テーブル１１上の物体の方に向かう。物体から反射さ
れた後、対象光線５０は再度ビーム分割器５３に達する
。ビーム分割器５３を透過した光は、ボログラフィ・プ
レート６０を露光する。

ボログラフィ・プレート６０は、中性フィルタ４１の放
射特性とレーザ３０のパルス幅に応じて、所定の時間露
光される。重要なことは、ビーム分割器５３は対象光線
５０を真空テーブル組立体１０とその中にある物体にま
っすぐ向けることである。こうした構成を使うと、真空
テーブル１１の平面に垂直な方向の寸法変化が観測でき
る。他の方向の寸法変化を観測するには、対象光線５０
の衝突角度を調節しなければならない。

次に、室内で循環する空気を加熱するオーブン６１を始
動させて、室温を所定の量だけ上昇させる。、温度が再
度安定し記録された後に、レーザ３０が再びパルス動作
して、所定の時間基準光線４０と対象光線５０でホログ
ラフィ・プレートを露光する。次に、ホログラフィ・プ
レートを当業者には周知のここではこれ以上開示しない
方法で化学的に現像する。現像の後、ホログラフィ・プ
レート６０を再び対象光線５０を妨げるように基準光線
４０の経路内に置く。その後、当業者には周知のように
、現像された干渉パターンを調べて、物体の寸法変化を
測定する。変化と寸法を決定し変化が発生した温度範囲
が分かると、熱膨張率が計算できる。

注意すべきことは、上記のボログラフィ干渉測定システ
ムにおいて、ビーム分割器３２と５３およびフィルタ４
１を、使用される光に対して特定の透過率をもつように
選ぶことである。これらの透過率によって、ホログラフ
ィ・プレー）−６０に到達する基準光線４０と対象光線
５０の強度が調節される。ホログラフィ・プレート６０
に達する基準光線４０の強度とボログラフィ・プレート
６０に到達する対象光線５０の好ましい比率は、物体に
応じて異なる。たとえば、直接反射面をもつ物体は約１
０の比率で観測され、拡散表面をもつ物体は約１の比率
で観測できる。

本発明をその好ましい実施例に関して説明してきたが、
当業者なら理解できるように、本発明の精神、範囲およ
び教示から逸脱せずに、細部に様々な変更を加えること
ができる。たとえば、最高熱膨張率は正の値のみとして
示したが、絶対値を考えると正とも負とも考えられる。

さらに、熱膨張率の値は、０℃から１５０℃など干渉測
定が普通に行なわれている温度に対するものである。ボ
ログラフィ干渉測定システムにわずかな修正を加えるだ
けで、前述の波長以外の波長の光または他の形の電磁放
射線も使用できる。最後に、本発明は、湿度の影響によ
る寸法変化の検出、異種材料間の組立体応力の検出およ
びそりや平面度の検出を含めて、他の様々な干渉測定の
適用分野で使用できる。

Ｆ１発明の効果熱的に安定な環境を維持し、物体の熱膨張を制限するこ
となく、物体自体以外の熱膨張によって生じる物体の動
きを最小にすることのできる支持装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、熱安定テーブルを含む真空テーブル組立体の
正面図である。第２図は、第１図に示した組立体の側面図である。第３図は、第１図および第２図の真空テーブル組立体を
含むホログラフィ干渉測定システムの概略図である。１０・・・・真空テーブル組立体、１１・・・・真空テ
ーブル、１３・・・・ブロック、１４・・・・リング、
１６・・・・面板、１７・・・・ロッド、１８・・・・
皿形ディスク、１９・・・・ノズル、２１・・・・支持
ロッド。出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション復代理人　弁理士　　篠　　１）　文　　雄ＦＩＧ、　
／。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電磁放射線を透過する材料製の壁を有し熱的に安
定な環境を与えることができる小室と、上記小室内の底
壁に組込まれた熱膨張率の低い材料製の真空テーブルと
、支持すべき物体を上記真空テーブル上に吸着するための
真空手段と、より成る物体支持装置。
（２）上記真空テーブルは熱膨張率が１×１０＾−＾７／℃未満の材料製であることを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項記載の物体支持装置。