(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
囲い（２６）と、該囲いの中に第１水平方向に間隔を置いて配置され、それぞれが前記囲いに固定され、前記第１水平方向と直交する第２水平方向に伸びる２本の底部レールであって各底部レールがその上縁部に前記第２水平方向に間隔を置いて設けられた２つの窪み（５６）を有する２本の底部レール（４２）と、該底部レールの間に配置された光学組立体であって前記第１水平方向に隔てられた、相対する２つの側部を有し、前記第２水平方向に伸びる光学素子（１０）と、該光学素子に直列に結合され、前記第１水平方向に隔てられた、相対する２つの側部を有する、前記光学素子を前記第２水平方向に振動させるトランスデューサ（２０）とを有する光学組立体（２４）とを有する光弾性変調器に用いられるマウント（３２）であって、
前記光弾性変調器の製作時に各窪みに嵌め込まれる本体であって相対する２つの側部と、該側部の一方及び他方にそれぞれ設けられた第１フランジ（３６）及び第２フランジ（３８）とを有する本体（３４）と、
相対する２つの面を有する弾性ブロックであって前記面のうち一方の面が前記第１フランジに固定され、他方の面（５２）が前記光弾性変調器の製作時に前記光学素子の各側部の前記第２水平方向の中心位置及び前記トランスデューサの各側部の前記第２水平方向の中心位置のそれぞれに接着される弾性ブロック（５０）とを含む、マウント。
【請求項２】
前記光学素子（１０）は前記囲いの内部で前記第２水平方向に振動させるために方向付けられ、前記弾性ブロックの前記他方の面（５２）は２つの寸法によって規定される領域を有し、該２つの寸法のうちの一方の寸法は他方の寸法より小さく、前記他方の面の小さい方の寸法は前記第２水平方向に実質的に平行になるように方向付けられる、請求項１に記載のマウント。
【請求項３】
前記マウントは単一の弾性部材として形成される、請求項１に記載のマウント。
【請求項４】
前記囲いは頂部レール（４０）を含み、該頂部レールは、前記本体（３４）の一部を受け入れるための窪みを有する、請求項１に記載のマウント。
【請求項５】
前記フランジは前記頂部及び底部レールの厚さに実質的に一致するギャップによって離隔されている、請求項４に記載のマウント。
【請求項６】
相対する２つの側部と該側部の一方及び他方にそれぞれ設けられた第１フランジ（３６）及び第２フランジ（３８）とを有する本体（３４）と、相対する２つの面を有する弾性ブロックであって前記面のうち一方の面が前記第１フランジに固定された弾性ブロック（５０）とを有するマウントを用いて光弾性変調器を製作する方法であって、
第１水平方向に隔てられた、相対する２つの側部を有し、前記第１水平方向と直交する第２水平方向に伸びる光学素子（１０）と、該光学素子に直列に結合され、前記第１水平方向に隔てられた、相対する２つの側部を有する、前記光学素子を前記第２水平方向に振動させるトランスデューサ（２０）とを有する光学組立体（２４）を用意する第１ステップと、
前記マウントの前記弾性ブロックの他方の面を前記光学素子の各側部の前記第２水平方向の中心位置及び前記トランスデューサの各側部の前記第２水平方向の中心位置のそれぞれに接着する第２ステップと、
囲い（２６）と、該囲いの中に前記第１水平方向に間隔を置いて配置され、それぞれが前記囲いに固定され、前記第２水平方向に伸びる２本の底部レールであって各底部レールがその上縁部に前記第２水平方向に間隔を置いて設けられた２つの窪み（５６）を有する２本の底部レール（４２）とを用意する第３ステップと、
前記マウントの前記本体を各窪みに嵌め込む第４ステップとを含む、光弾性変調器の製作方法。
【請求項７】
前記弾性マウントの前記他方の面は矩形であり、
前記第２ステップにおいて前記他方の面の幅方向が前記第２水平方向と一致するように前記他方の面を前記光学素子の前記側部の前記中心位置及び前記トランスデューサの前記側部の前記中心位置のそれぞれに接着する、請求項６に記載の光弾性変調器の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、光弾性変調器の光学組立体を据え付けるためのシステムであって、これにより前記光学組立体の効率的振動を促進するシステムに関する。
【０００２】
発明の背景および概要
光弾性変調器（ＰＥＭ）は、光線の偏光を変調するために用いられる機器である。光弾性変調器は、動作原理として、光弾性効果を用いる。この用語「光弾性効果」は、機械的に応力を加えられかつ歪みを生じさせられる（変形される）光学素子が該素子に誘発される変形の量に比例する複屈折を示すことを意味する。複屈折は、前記素子の屈折率が、偏光された光線の異なる成分に対して異なることを意味する。
【０００３】
光弾性変調器は、例えば低周波超音波の約２０キロヘルツから１００キロヘルツの範囲内のある固定周波数において前記光学素子を振動させるためのトランスデューサを前記光学素子に取り付けた融解石英のような光学素子を含む。前記振動の結果として前記素子の大部分が圧縮されまた伸ばされる。前記光学素子と取り付けられた前記トランスデューサとの組み合わせについて、これを光学組立体と称する。
【０００４】
前記光学素子の伸縮は該光学素子に発振複屈折特性を与える。この発振複屈折の周波数は、前記光学素子の長さと、前記光学素子を含む前記材料を通る前記トランスデューサ発生の縦振動または音波の速度とにより決定される。
【０００５】
直線偏光された単色光における前記光弾性変調器の発振複屈折の効果は、前記光学素子を通して伝播する前記光の直交成分間の位相差を時間に関して変化させることである。この位相差はリターデーションまたは位相遅れとして知られ、また、長さ、波（例えば、四分の一波長、半波長）または位相角の点から測定可能である。
【０００６】
前記光学組立体は、研究対象の光が前記光学素子を通して向けられる開口を通常含むハウジングまたは囲いの内部に収容される。この囲いは、前記光学素子が前記囲いの内部で駆動（振動）され、前記光弾性効果を達成することを可能とするように、前記光学組立体を支持する。
【０００７】
前記光学組立体は、該光学組立体を据え付けるための機構が前記光学素子にいかなる歪みも導入することなしに前記光学組立体の自由振動を許すように、前記囲いに据え付けられる必要がある。このような歪みは、前記光学素子の複屈折特性に好ましくない変化を生じさせる。
【０００８】
従来、前記光学組立体は、弾性を有する鳩目または鳩目形部材を用いて、囲いの内部に据え付けられていた。この鳩目は、合成ゴム、ブナ（商標）またはシリコンエラストマーからなる。前記鳩目は、前記光学組立体の相対する側部で前記囲いに据え付けられていた。アクリル製の円錐形支持体が前記光学組立体に接着され、前記鳩目は、１の円錐形支持体が前記弾性鳩目の穴に突出するように配置されていた。典型的には、前記光学素子は相対する２対の鳩目の間に保持されていた。他の取り付けにおいては、複数の鳩目が複数の可動ブラケット上に支持される。前記光学組立体が（前記支持体が前記鳩目の穴に嵌合するように）所定の場所に配置されると、前記鳩目を保持する前記ブラケットが前記囲いに固定される。
【０００９】
前記囲いに前記光学組立体を据え付けるための前記従来の技術は、一般的には有効であるが、少なくとも１つの欠点を有する。特に、少し剛性の高い円錐形支持体の使用は、前記光弾性変調器の全実行特性ファクター、すなわち「Ｑ」値に有害な影響を与える。この点については、「Ｑ」はサイクル当たりのエネルギ損失に対するシステムに蓄えられたエネルギの比率として定義される。「Ｑ」が高いほど、前記システムの効率がよい。前記剛性のある支持体は、前記光学素子の振動を弱めやすく、このため、前記素子の望ましい振動周波数を維持するためのより良い駆動エネルギを必要とする。駆動エネルギを増大することは、前記光弾性変調器内に生じる熱量を増大させ、これが前記Ｑ値の減少を引き起こす。
【００１０】
本発明は、前記光学素子にいかなる歪みも生じさせることなしに前記光学組立体の自由振動を許す、光学組立体を据え付けるための改良されたシステムを提供する。さらに、前記据付システムは、前記光学素子のその囲いへの組立を正確かつ容易なものにする。
【００１１】
前記システムは、前記光学素子と前記囲いとの間に接続される一般的に可撓性のある単一のピースからなる据付要素またはマウント要素の配列を含む。さらに、前記マウントの接触面（すなわち、前記光学素子に接着される表面）の形状が、前記素子の振動の方向に関して前記マウントと光学素子との間の接触量が減少するようにされている。その結果、本発明の前記可撓性のある単一のピースからなるシステムを採用する前記光学組立体の「Ｑ」値は、前記したような光学組立体の据え付けへの２要素（支持体および鳩目）の導入を採用するものよりも大きい。
【００１２】
本発明の他の観点として、据え付けられた光学組立体は高い信頼性をもって前記囲いに取り付けられ、また、据付不十分を生じることなく、前記光弾性変調器の厳しいきしみに耐え得るものである。
【００１３】
前記光学組立体の自由振動を許すようにこれを据え付けることへの他のアプローチとして、前記光弾性変調器は、前記囲いの中に前記光弾性変調器の光学素子を支持することに起因すると考えられる「残留」複屈折として特徴付けられるものを減少するように構成される。この点について、前記光学素子は各端部でトランスデューサに接着される。各トランスデューサは、本発明に従って、前記光弾性変調器の囲いに据え付けられる。また、前記据付システムは、前記光学素子に近接するが前記素子に接着されない複数のエッジを有する特別な形状のマウントを含む。その結果、前記光学素子は本質的に吊り下げられ、このため、前記囲いに前記発振光学素子を直接に据え付けることに起因すると考えられるいかなる残留複屈折もない。しかし、前記特別な形状のマウントは、前記素子が発振する方向外の望ましくない運動に対して前記光学素子を固定または確保する。
【００１４】
本発明の他の利点および特徴は、本明細書および図面の以下の部分の検討によりさらに明らかとなろう。
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態
図１は、融解石英で形成された光学素子１０を含む光弾性変調器の主な要素を示す。融解石英、弗化カルシウム、セレン化亜鉛、珪素等の他の材料が前記光学素子を形成するために使用可能である。
【００１６】
光学素子１０は細長い棒状体からなり、前記光弾性変調器の作動中に入射光波が向けられる入射表面１２（図２）を有する（他の光学素子形状でも可能である。例えばケンプの米国特許第３，８６７，０１４号明細書に記載された対称形状）。クオーツ圧電トランスデューサ２０が光学素子１０の一端部に接着されている。前記トランスデューサからのびる電気導線２２が、光学素子１０を振動させるための駆動回路（図示せず）に接続されている。前記駆動回路は、融解石英素子１０を駆動し、その自然の共振周波数、典型的には約５０キロヘルツで振動させるべく調整される。
【００１７】
光学素子１０およびトランスデューサ２０（以下、まとめて光学組立体２４と称する。）は、ハウジングまたは囲い２６の内部に収容される。前記囲いは、トレイの形状を規定する堅い金属製の薄いシートで形成されている底部２７を含む（用語「頂部」または「底部」は、説明のために要素を指定することを意図したものであり、これらの要素が空間の特定の方向に限定されるように示唆するものではない。）。実質的に前記囲いの底部２７の鏡像である、堅い金属製のカバー２９は、前記光学組立体が取り囲まれる前記カバーおよび前記底部間の空間を規定するように前記底部上に取り付けられている。
【００１８】
前記囲いは、光が、振動する光学素子１０を経て伝播するように向けられる開口２８（図２）を含む。素子１０から発する前記光は、次に、検出されかつ分析される。
【００１９】
光学組立体２４は、これが前記したように駆動されるときに拘束を受けないで振動するように前記囲いの中に収容されている。この点については、また、本発明に従って、光学組立体２４が前記囲いの中に吊られている。
【００２０】
図２〜図４に最もよく示すように、本発明に係る据付システムは、好ましくは５５−６０の範囲内のジュロメーター値を有する射出成形されたシリコーンで形成された弾性を有するマウント３２を含む。各マウント３２は単一のピースからなり、立方態様またはブロック形状の本体３４を含む。
【００２１】
マウント本体３４の相対する側部上にディスク形状の支持フランジ３６，３８が存する。前記フランジの直径（図２において縦方向に測定された）は、前記本体の高さ（図２において縦方向に測定された）および前記本体の幅（図２の面に垂直に測定された）より大きい。したがって、２つのフランジ３６，３８の間に、後述するように、マウント３２を支持するように前記囲いの底部２７およびカバー２９からそれぞれ伸びる頂部据付レール４０および底部据付レール４２に嵌合するギャップが規定されている。
【００２２】
図４に示すように、４つのマウントが配列されており、相対する一対のマウント３２がトランスデューサ２０に添えられ、また、他の相対する一対のマウント３２が光学素子１０に添えられている。マウント３２は、前記組立体が駆動される間に振動波節点が存する、光学素子１０およびトランスデューサ２０の長さの中心にそれぞれ配置されている。
【００２３】
各マウント３２は、両フランジ３６の一方から突出する据付ブロック５０を含む。この実施例では、前記ブロックは、図３に最もよく示されているように、長方形の形状である。ブロック５０の表面５２（図２）は、ダウ  コーニング（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ）のＲＴＶシリコン密閉剤のような適当な接着剤を用いて、光学素子１０（または、事情に応じてトランスデューサ２０）の側部に接着されている。
【００２４】
特に言及したように、ブロック５０の表面は長方形である。好ましい実施例では、前記ブロックは、その表面の前記小さい方の寸法（幅）が前記ブロックが取り付けられる前記素子の振動の方向と平行であるように向けられるように、向けられる。図３では、例えば、前記方向は水平線５４上にある。ブロック表面５２のこの向きは、前記素子の振動の方向に関して前記マウントと前記光学素子との間の接触量を減少させるようにする。その結果、減衰（および結果としてのＱ値の低下）が最小にされ、しかし、その一方、前記ブロックおよび素子間の接着が強固に維持されることを確実にする表面５２における適当な表面積を維持する。
【００２５】
マウント３２が前記光学素子に前記したように接着された後、この集合体は、各マウント３２の立方体様の本体３４がこれに対応する形状の窪みであって囲いの底部２７から上方へ突出する底部レール４２の上端部に形成されている窪み５６に堅く滑り込むように、前記囲いの底部２７内に挿入される（図３参照）。前記底部レールの窪みは本体３４の長さの半分（図３において縦方向に測定された）より深くない。結果として、前記本体の一部は、底部レール４２の窪み５６に実質的にマッチし、囲いのカバー２９の頂部レール４０に形成された窪み５８に捕捉されるように、底部レール４２の上方へ伸びる。
【００２６】
その結果、一旦、光学組立体２４が囲い２６の底部２７内に適切に配置されると（すなわち、各マウント３２の本体３４が底部レール４２の窪み５６内に滑り込まされまたは入れ子にされると）、図２に示すように、囲いのカバー２９が底部２７の上方の所定位置に移動され、前記光学組立体が前記囲いにより捕捉されまた前記囲いの内部に吊られる。前記囲いの頂部および底部は任意の適当な固定手段によって結合される。
【００２７】
好ましい実施例では、射出成形の許容誤差は非常に小さく、その結果、マウントブロック５０の表面は平坦であり、また、一旦前記光学組立体に接着され、レール４０，４２間に捕捉されると、前記光学素子の入射表面１２が開口２８の中心軸線と正確に平行な方向に固定され、これにより、入射光波が表面１２に前記表面と直角な関係で入ることを確実にする。また、ブロック５０は、マウント３２が前記囲い内に固定されるときに据付面５２が光学組立体１２と正確に隣接するように（圧縮または伸長なしに）、寸法が定められる。
【００２８】
他の例の組立体として、光学組立体全体を前記射出成形工程に含めることができ、その結果、据付ブロック５０の表面５２を規定する端部が流動して前記光学組立体に接触し、いかなる接着剤も用いることなしにこれに接着する。
【００２９】
前記したように、据付ブロック５０が前記光学素子に取り付けられ、その幅が前記光学組立体の振動方向５４と平行であることを確実にすることが望ましい。本発明に係る代わりの実施例（図５）では、マウント１３０の本体１３４は同様に長方形の形状である。また、底部レール１４２の窪み１５２および頂部レール１４０の窪み１５８は、本体１３４の幅とマッチするように形成されている。これは、前記マウントが正確な方向に向けられない限り、光学組立体が囲いに適当に係合しないことを確実にするキーイング効果（ｋｅｙｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）を有する。
【００３０】
今説明した実施例の各図は、前記囲いの関連する頂部２９または底部２７の全体を横切って伸びる連続した部材としての頂部レール４０および底部レール４２を示す。しかし、前記レールは、マウント３２を支持するに丁度の長さの個別の部材でよく、必ずしも連続した部材でなくてよい。
【００３１】
前記したように、光弾性変調器の形状は、ここに開示した光弾性変調器の前記光学素子を支持することに起因すると考えられる残留複屈折を減少させるように構成することができる。このような形状は、図６に示されている。
【００３２】
図６に示す実施例では、光学素子２１０が各端部でトランスデューサ２２０に接着されている。各トランスデューサは、本発明に従って前記光弾性変調器の囲い２２６に据え付けられている。すなわち、一対の相対するマウント２３０が複数のトランスデューサ２２０に接着されている。これらのマウント２３０は、前記したマウント３２と対応するように形状が定められ、配列され、取り付けられている。
【００３３】
また、前記据付システムのこの実施例は、前記光学素子に隣接はするが該素子に接着されないエッジを有する特に形状が定められた案内マウント３３０を含む。その結果、光学素子２１０は本質的に吊られており、このため、前記発振する光学素子を囲い２２６に直接に据え付けることに起因すると考えられるいかなる残留複屈折もない。しかし、案内マウント３３０は、前記素子が発振する方向外の望ましくない運動に対して前記光学素子を固定する。
【００３４】
図６〜図８に示すように、各案内マウント３３０は、全体的に前記実施例の本体３４およびフランジ３６，３８に相当する本体３３４および相対するフランジ３３６，３３８を含む。しかし、据付ブロックに代えた案内ブロック３３０は内方に向けて突出する縦側の刃３５０であって、横断面が三角であり、また、光学素子２１０の側部に直ぐ隣接する（刃３５０の圧縮なしに）エッジ３５２に向けて先細である刃３５０を有する。
【００３５】
また、上刃３５１が案内マウント３３０の一部であり、フランジ３３６から前記光学素子の表面２１２の上方を伸びる。この上刃３５１は、光学素子２１０の頂面に直ぐ隣接する（上刃３５１の圧縮なしに）ようにエッジ３５３に向けて先細る。
【００３６】
下刃３５５も、また、案内マウント３３０の一部であり、フランジ３３６から前記光学素子の底面２１３の下方を伸びる。この下刃３５５は、光学素子２１０の底面２１３に直ぐ隣接する（下刃３５５の圧縮なしに）ようにエッジ３５７に向けて先細る。
【００３７】
今述べた案内マウントは、前記光学素子に隣接する前記刃の「鋭い」エッジを有することは必ずしも必要ではない。この点について、代わりのマウント４３０の実施例が図９および図１０に示されている。案内マウント４３０のこの改変は、前記縦または側方の刃４５０が、ある場合には鋭いエッジと比べて摩耗しにくい丸いエッジを有することを除いて、前記したマウント３３０と実質的に同一である。
【００３８】
縦の刃４５０は、例えば、０．２５インチ厚の光学素子を使用するとき、０．７８インチの半径の丸いエッジに終わる。前の通りに、前記エッジは、圧縮なしに、光学素子２１０の側部に隣接する。
【００３９】
同じように、この実施例の上刃４５１は丸いエッジ（この実施例では０．１２５インチの半径）を有し、底部のエッジ４５５は同様に丸い。
【００４０】
他の好ましい実施例では、図６〜図８に関して説明したマウント３３０（および図９および図１０の変更例４３０）は、図４の実施例において光学素子１０に隣接して据え付けられたマウント３２と置き換えることができる。結果として、トランスデューサ２０は、接着されたマウント３２により支持され、また、光学素子１０はマウント３３０または４３０により支持され、案内される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実線による光学組立体と点線による囲いとを示す、光弾性変調器の斜視図である。
【図２】  本発明の好ましい実施例の一部を切り欠いて示す、端部から見た図である。
【図３】  図２の線３−３に沿って得た断面図である。
【図４】  囲いのカバー部分を除いた、本発明に係る好ましい据付システムの平面図である。
【図５】  本発明のマウントの他の実施例を示す、図３に類似の断面図である。
【図６】  本発明に係る他の好ましい据付システムの平面図である。
【図７】  図６の線７−７に沿って得た断面図である。
【図８】  図６の線８−８に沿って得た断面図である。
【図９】  この実施例のマウントの他の形状を示す、図８に類似の断面図である。
【図１０】  図９の線１０−１０に沿って得た図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図５】
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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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