(57)【要約】【課題】リズレープリズムのセットを改良して可調整反射鏡を作成すること【解決手段】ビームの光路を操作するための装置(200;1000)は、第１のくさび(210)と第２のくさび(220)を含む。第１のくさびは、第１の屈折面(212;214)と第２の屈折面(214;212)とを含む。第２のくさびは、第２の屈折面に隣接する第３の屈折面(222;224)と反射面(224;222)とを含む。ビームは、第１の屈折面で屈折して、第２の屈折面で屈折し、第３の屈折面で屈折して、反射面から反射され、第３の屈折面で屈折して、第２の屈折面で屈折し、第１の屈折面で屈折する。装置を出射するビームが装置へ入射するビームに対して実質的に直交して配向され得るように、第１のくさびと第２のくさびの少なくとも一方を回転させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の屈折面（２１２、２１４）と、第２の屈折面（２１４、２１２）とを備える第１のくさび（２１０）と、
前記第２の面に隣接する第３の屈折面（２２２、２２４）と、反射面（２２４、２２２）とを備える第２のくさび（２２０）とを含み、
光ビームが、前記第１の屈折面で屈折して、前記第２の屈折面で屈折し、空気中を前記第３の屈折面まで進行して、前記第３の屈折面で屈折し、前記反射面から反射されて、前記第３の屈折面で屈折し、空気中を前記第２の屈折面まで進行して、前記第２の屈折面で屈折し、前記第１の屈折面で屈折する、光ビーム（２３０）を反射するための装置（２００）。
【請求項２】
前記反射面（２２４、２２２）が、反射コーティング（２２６）を有する表面からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記反射面（２２４、２２２）が、前記第２のくさび（２２０）の表面に取り付けられたミラー光学系（２２６）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
光学マウント（３４０）と、
前記光学マウントに取り付けられ、前記第１のくさび（２１０）を受容する第１の光学ホルダ（３１２）と、
前記光学マウントに前記第１の光学ホルダに対向して取り付けられ、前記第２のくさび（２２０）を受容する第２の光学ホルダ（３２２）とをさらに含む、請求項１に記載の装置、
【請求項５】
前記光学マウント（３４０）が、開口（５１０）を画定するクランプからなり、
前記第１の光学ホルダ（３１２）が、第１の外側たな状部（４３０）と第１の内側たな状部（４１０）とを有する第１のシリンダ（４００）からなり、前記第１のくさび（２１０）を前記第１の内側たな状部に取り付け、前記第１の光学ホルダが前記開口内に受容されて、前記第１の外側たな状部が前記光学マウントの第１の側面に当接するようになっており、及び
前記第２の光学ホルダ（３２２）が、第２の外側たな状部（４３０）と第２の内側たな状部（４１０）とを有する第２のシリンダからなり、前記第２のくさび（２２０）を前記第２の内側たな状部に取り付け、前記第２の光学ホルダが前記開口内に受容されて、前記第２の外側たな状部が前記光学マウントの第２の側面に当接するようになっている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記光学マウント（３４０）が、前記第１のくさび（２１０）と前記第２のくさび（２２０）とを回転させ、次いで固定できるように、前記クランプを調整するためのクランプネジ（３４２）をさらに含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記開口（５１０）が、前記開口の周縁の一部（５３０）だけを前記第１及び第２の光学ホルダ（３１２、３２２）に接触させるように、スカラップ（５２０）を備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の内側たな状部（４１０）と前記第１の外側たな状部（４３０）が、前記第１のシリンダ（４００）の同じ端部に配置されている、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の内側たな状部（４１０）と前記第１の外側たな状部（４３０）が、前記第１のシリンダ（４００）の両端部に配置されている、請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の屈折面（２１２）と前記反射面（２２４）が、実質的に平行である、請求項１に記載の装置（２００）。
【請求項１１】
前記第２及び第３の屈折面（２１２、２２４）が、実質的に平行である、請求項１に記載の装置（１０００）。
【請求項１２】
前記第１のくさび（２１０）が、前記第１の内側たな状部（４１０）に接着されている、請求項５に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１のくさび（２１０）が、前記第１の内側たな状部（４１０）に対して機械的に保持されている、請求項５に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１のくさび（２１０）が、前記第２のくさび（２２０）のくさび角度に実質的に等しいくさび角度を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
第１の屈折面（２１２、２１４）と第２の屈折面（２１４、２１２）とを有する第１のくさび（２１０）と、第３の屈折面（２２２、２２４）と反射面（２２４、２２２）とを有する第２のくさび（２２０）とを備えるプリズムミラー（２００、１０００）を光ビームの光路中に配置し、
前記光ビームが前記第１の屈折面で屈折して、前記第２の屈折面で屈折し、空気中を前記第３の屈折面まで進行して、前記第３の屈折面で屈折し、前記反射面から反射されて、前記第３の屈折面で屈折し、空気中を前記第２の屈折面まで進行して、前記第２の屈折面で屈折し、前記第１の屈折面で屈折する、光ビーム（２３０）を反射するための方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２のくさびの少なくとも一方を回転させ、前記光ビームの反射を変更することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射においてレーザビームを操作するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１Ａと図１Ｂは、ビーム１３０の方向を調整するために、時としてリズレープリズムのセットと呼ばれる整合プリズム（くさび）１１０、１２０を用いた従来のビーム操作装置１００を示す。くさび１１０に入射するビーム１３０は、二つのくさび１１０、１２０の４つの空気−ガラス界面１１１、１１２、１２１、及び１２２のそれぞれにおいてスネルの法則に従って屈折する。
【０００３】
図１Ａの構成では、連続する界面１１２、１２１は互いに平行であり、界面１２１でのビーム１３０の角度偏向は、界面１１２でのビーム１３０の角度偏向に等しく、かつ逆向きである。同様に、界面１１１と１２２は互いに平行であり、界面１１２と１２１が正味の角度偏向を全く引き起こさないため、界面１２２でのビーム１３０の角度偏向は界面１１１での角度偏向に等しく、かつ逆向きである。従って、図１Ａの構成では、システム１００がビーム１３０の正味の角度偏向を引き起こすことはない。
【０００４】
くさび１１０、１２０は互いに対して回転させて、界面１１２と界面１２１との間の相対角度を変更することができる。図１Ｂは、界面１１２、１２１が互いに最大角度をなすように、くさび１２０を回転させたシステム１００の構成を示す。図１Ｂの構成では、界面１１２、１２１、及び１２２における屈折が、ビーム１３０を同じ方向に偏向させ、システム１００が達成することができる最大の角度偏向θｍａｘを生じる。くさび１１０に対するくさび１２０のより小さな回転は、より小さな角度偏向を生じ、そのためシステム１００は、０とθｍａｘとの間でビーム１３０の任意の所望の角度偏向を達成することができる。従って、くさび１１０、１２０の相対的な向きは、所望の（極性を有する）角度偏向をもたらすように設定され得る。また、システム１００は、その光軸の周りに一群として回転させ、偏向の方位角を調整することもできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の課題は、リズレープリズムのセットを改良して可調整反射鏡を作成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態において、ビームの光路を操作するための装置は、第１のくさびと第２のくさびを含む。第１のくさびは、第１の屈折面と第２の屈折面とを含む。第２のくさびは、第２の屈折面に隣接する第３の屈折面と反射面とを含む。ビームは、第１の屈折面で屈折して、第２の屈折面で屈折し、第３の屈折面で屈折して、反射面から反射され、第３の屈折面で屈折して、第２の屈折面で屈折し、第１の屈折面で屈折する。装置を出射するビームが装置へ入射するビームに対して実質的に直交して配向され得るように、第１のくさびと第２のくさびの少なくとも一方を回転させることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、リズレープリズムのセットを改良して、複雑な可調整マウントを用いた高価な反射鏡に取って代わることができる可調整反射鏡を作成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
異なる図面において同じ参照符号を使用することにより、類似した、又は同一の要素が示される。図面は、一律の縮尺に従わずに描かれており、例示目的のためだけのものである。
【０００９】
本発明によれば、リズレープリズムのセットを改良して可調整反射鏡を作成する。プリズムセットにおける一方のくさびの外面は、反射材料でコーティングされる。かくして、光ビームは、それらを通過する代りに二つのくさびを通って戻るように反射される。光ビームの反射は、くさびの一方または双方を回転させることにより制御され得る。改良されたプリズムセットは、「リズレープリズムミラー」と命名した。リズレープリズムミラーは、複雑な可調整マウントを用いた高価な反射鏡に取って代わることができる。
【００１０】
図２は、本発明の一実施形態における光ビームを反射するための可調整反射鏡（ミラー）２００の側面図を示す。ミラー２００は、一般に「くさび」とも呼ばれるプリズム２１０、２２０を含む。一実施形態では、くさび２１０、２２０は、互いから最も離れた平行面２１２、２２４、及び互いに隣接する傾斜面２１４、２２２でもって構成される。
【００１１】
ミラー２００は、屈折面２１２に入射する光ビーム２３０の光路内に配置される。面２１２は、反射防止コーティングを有することができる。ビーム２３０は、面２１２で屈折し、くさび２１０の中を通って屈折面２１４に向かって進む。面２１４は、反射防止コーティングを有することができる。ビーム２３０は、再び面２１４で屈折し、次いでくさび２１０を出射する。
【００１２】
ビーム２３０は空気を通って進み、屈折面２２２に入射する。面２２２は、反射防止コーティングを有することができる。ビーム２３０は界面２２２で屈折し、くさび２２０の中を通って反射面２２４に向かって進む。一実施形態では、面２２４は反射コーティング２２６を有する。別の実施形態では、ミラー２２６をくさび２２０に対して接着または（例えば、スプリングフィンガにより）機械的に保持する。かくして、ビーム２３０は、面２２４から反射されて、屈折面２２２の方へ戻るように進む。ビーム２３０は面２２２で屈折し、次いでくさび２２０を出射する。
【００１３】
ビーム２３０は空気を通って進み、屈折面２１４に入射する。ビーム２３０は面２１４で屈折し、くさび２１０の中を通って屈折面２１２に向かって進む。ビーム２３０は面２１２で再び屈折し、次いでくさび２１０を出射する。一実施形態では、くさび２１０、２２０は、可調整９０°反射鏡を作成するために、ビーム２３０の出力光路がビーム２３０の入力光路に実質的に直交するように配向される。例えば、くさび２１０、２２０は、ビーム２３０が面２１２に対して約４５°の入射角度を有するように配向される。代案として、くさび２１０、２２０は、０°から１８０°までの間の任意の回転角度を有する可調整反射鏡を作成するように配向され得る。この場合、くさび２１０、２２０が回転させられ、ビーム反射が微調整される。
【００１４】
異なるくさび角度を有する整合くさびのセットは、反射操向の調整の大きさを変えることができる。より大きなくさび角度は、一般により粗い解像度という犠牲を払ってより大きな調整範囲をもたらす。同様に、より良好な解像度は、より小さな調整範囲という犠牲を払ってより精密なくさびでもって達成され得る。
【００１５】
図３と図４は、本発明の一実施形態におけるミラー２００の一つの構成を示す。くさび２１０、２２０はほぼ円形であり、実質的に同じくさび角度（例えば、１°の物理的くさび）を有する。くさび２１０、２２０の直径は、ビームサイズに依存し、一般にくさびの厚さに対して５対１の比率を有する。プリズムの材料は、一般にＢＫ７である。くさび２１０と２２０との間の空隙は、ミラー２００の外形寸法を低減するために最小限に抑えられる。
【００１６】
くさび２１０、２２０は、個々の光学ホルダ３１２、３２２に嵌め込まれる。光学ホルダ３１２、３２２は、実質的に互いに同一であり、光学マウント３４０内の開口５１０（図４）に両側から嵌め込まれる。光学ホルダ３１２、３２２は、ビーム反射の調整時に光学マウント３４０内で光学ホルダ３１２、３２２の一方または双方の回転を可能にするように円形である。
【００１７】
図５は、本発明の一実施形態における光学ホルダ３２２の断面図である。光学ホルダ３２２は、シリンダの内周面から内向きに延びる内側たな状部４１０、及びシリンダの外周面から外向きに延びる外側たな状部４３０を有するシリンダ４００である。一実施形態では、たな状部４１０、４３０はシリンダ４００の同じ端部にある。くさび２２０は、内側たな状部４１０上に置かれ、可撓性接着剤４２０により接着される。可撓性接着剤４２０の使用により、光学ホルダ３２２が所定位置にクランプ留めされた際に、くさび２２０において温度または応力により引き起こされる変形の影響が最小限に抑えられる。光学ホルダ３２２の内径は、くさび２２０の直径よりも大きく作成され、そのためくさび２２０は膨張した状態でも光学ホルダ３２２の側面に接触しない。かくして、くさび２２０における温度変化、湿度変化、及び応力により引き起こされる複屈折により生じる位置ずれは、最小化される。
【００１８】
光学ホルダ３２２を開口５１０内に挿入した際に、外側たな状部４３０が光学マウント３４０の外面に当接し、開口５１０内への光学ホルダ３２２の挿入深さを制限する。従って、挿入深さは、くさび２１０と２２０との間の空隙を決定する。外側たな状部４３０には、光学マウント３４０内での光学ホルダ３２２の回転を容易にする隆起部などの要素を含ませることができる。光学ホルダ３１２は、光学ホルダ３２２と同様に構成され得る。
【００１９】
図６は、本発明の一実施形態における光学マウント３４０を示す。光学マウント３４０は、光学ホルダ３１２、３２２を両側から挿入する開口５１０を有するクランプである。開口５１０は、円形とする代りに、開口５１０の周縁の分離領域５３０だけが光学ホルダ３１２、３２２に当接するようにスカラップ（波形）又はくぼみ部分５２０を有する。クランプネジ３４２は、光学マウント３４０のプロング（突出部分）３４６、３４８を締め付けて光学ホルダ３１２、３２２を固定位置に保持する。クランプネジ３４２を緩めることにより、ビームを所望の方向へ位置合わせするために光学ホルダ３１２、３２２の回転が可能になり、着脱可能なクリップ３４４により、クランプネジ３４２を緩めた際に光学ホルダ３１２、３２２が光学マウント３４０から脱落することが防止される。一実施形態では、光学マウント３４０と光学ホルダ３１２、３２２は、くさび２１０、２２０と同様の熱膨張を有する安定した材料（例えば、４１６ステンレス鋼）から作成される。
【００２０】
図７は、本発明の一実施形態において光学マウント３４０内に配置された際（図６）の光学ホルダ３１２、３２２の構成を示す。二つの接着面が互いから離れて配置されているので、くさび２１０、２２０は、温度変化および湿度変化に起因してビームがある方向に向くのを最小限に抑えるように中心線７０２の方へ対称的に膨張する。光学ホルダ３１２、３２２の回転軸７０４がミラーの法線７０６に平行である点に留意されたい。
【００２１】
図８は、ミラー２００（図２）において、くさび２１０、２２０を回転させることにより達成されるビーム反射のマップ８００を示す。破線の外側境界線（外周）８０２が、くさび対でもって達成され得るビーム反射の最大範囲を示す。外周８０２に沿って、実線の内側境界線８０４が、くさび２２０を静止した状態に保ちながらくさび２１０を３６０°回転させた場合に達成され得るビーム反射範囲を示す。位置８０６はくさび２２０の９０°の回転を示し、位置８０８はくさび２１０の９０°の回転を示す。組み合わされた場合には、くさび２１０、２２０の回転により、外側境界線８０２内のどこにでもビームが反射され得る。
【００２２】
図９は、本発明の一実施形態におけるミラー２００（図２）の別の構成を示す。この構成において、各光学ホルダ９１２、９２２は、シリンダ４００の両側に内側たな状部４１０と外側たな状部４３０を有する。やはり、くさび２１０、２２０は内側たな状部４１０に接着される。やはり、くさび２１０、２２０は歪みを最小化するために中心線７０２の方へ対称的に膨張するようになっている。この構成において、光学ホルダ３１２、３２２を別々に保持するために、二つの光学マウント３４０が必要とされるだろう。
【００２３】
図１０は、本発明の一実施形態において光ビームを反射するための可調整反射鏡１０００の側面図を示す。ミラー２００（図２）とは異なり、くさび２１０、２２０は、互いに隣接する平行面２１２、２２４、及び互いから最も離れた傾斜面２１４、２２２でもって構成される。さらに、反射コーティング２２６はここでは面２２２上にある。
【００２４】
図１１は、本発明の一実施形態におけるミラー１０００（図１０）の一つの構成を示す。ミラー１０００は、両側から光学マウント３４０（図６）内に入れられる光学ホルダ９１２、９２２を含む。この構成では、くさび２１０、２２０の二つの接着面は互いに向かい合っており、そのため温度変化および湿度変化に起因してビームがある方向に向くのを最小限に抑えるように、くさび２１０、２２０が中心線７０２から外方へ対称的に膨張する。
【００２５】
図１２は、ミラー１０００（図１０）において、くさび２１０、２２０を回転させることにより達成されるビーム反射マップ１２００を示す。破線の外側境界線（外周）１２０２は、くさび対でもって達成され得るビーム反射の最大範囲を示す。外周１２０２に沿って、実線の内側境界線１２０４がくさび２２０を静止した状態に保ちながらくさび２１０を３６０°回転させた場合に達成され得るビーム反射範囲を示す。位置１２０６はくさび２２０の９０°の回転を示し、位置１２０８はくさび２１０の９０°の回転を示す。マップ１２００が示すように、反射光ビームが入射できない領域を描く波線の内側境界線１２１０が存在するであろう。これは、軸７０４の周りに回転する傾斜反射面２２２により生じる（即ち、ミラーの法線７０６と光学ホルダの軸７０４とが平行でない）。かくして、くさび２１０、２２０の回転により、外側境界線１２０２と内側境界線１２１０との間のどこにでもビームが反射され得る。
【００２６】
開示された実施形態の特徴の他の様々な改作および組み合わせは、本発明の範囲内にある。例えば、くさび角度と屈折率の変更は、ビーム反射に必要な精度を達成するのに使用され得る。さらに、くさびを光学ホルダへ機械的に固定することができる。多数の実施形態が、特許請求の範囲によって網羅される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】従来技術のリズレープリズムのセットの断面図である。
【図１Ｂ】従来技術のリズレープリズムのセットの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における可調整反射鏡の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における図２の可調整反射鏡の斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態における図２の可調整反射鏡の組立分解図である。
【図５】本発明の一実施形態における図２の可調整反射鏡内のくさびを受容するための光学ホルダの断面図である。
【図６】本発明の一実施形態における図２の可調整反射鏡内の光学ホルダを受容するための光学マウントの正面図である。
【図７】本発明の一実施形態における図２の可調整反射鏡の構成の断面図である。
【図８】本発明の一実施形態における図２の可調整反射鏡のくさびを調整することにより達成されるビーム反射のマップである。
【図９】本発明の一実施形態における図２の可調整反射鏡の別の構成を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態における別の可調整反射鏡の断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態における図１０の可調整反射鏡の構成の断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態における図１０の可調整反射鏡のくさびを調整することにより達成されるビーム反射のマップである。
【符号の説明】
【００２８】
200、1000  可調整反射鏡
210、220  プリズム（くさび）
212、224  平行面
214、222  傾斜面
226  ミラー
230  ビーム
312、322、912、922  光学ホルダ
340  光学マウント
342  クランプネジ
400  シリンダ
410、430  たな状部
510  開口
520  くぼみ部分
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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