(57)【要約】レーザー・ビーム（１２、５２）を発生させるレーザー源（１０、１５）と、第１（１６、３６、５７）及び第２（１８、３８、５８）の調節可能な要素とを具えたレーザー・システムと干渉計が開示され、前記第１（１６、３６、５７）及び第２（１８、３８、５８）の調節可能な要素は、それぞれ、第１調節可能要素の回転が一つの平面内でレーザー・ビームの偏向を起こさせ、第２調節可能要素の回転が第２の平面内での偏向を起こさせるように制限された回転運動を行い、レーザー源（１０、５１）からのレーザー・ビーム（１２、５２）は要求されるビーム方向（１４、３４、６０）に対して傾斜しており、前記回転可能要素の回転がレーザー・ビームを偏向させて、レーザー・ビームを要求されるビーム方向に心合わせさせることを可能にしている。これらの調節可能な要素は９０°にわたって回転可能である。前記第１及び第２平面は要求されるビーム方向及び相互に垂直である。少なくとも一つの鏡（４２、５６）が、前記要求される方向に対して角度的にずれた姿勢で設けられている。
2006501462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
経路に沿ってレーザー・ビーム（１２、５２）を発生させるレーザー源（１０、１５）と、
ビームの経路内に設けられた第１（１６、３６、５７）及び第２（１８、３８、５８）の調節可能な要素とを具えたレーザー・システムであって、
前記第１（１６、３６、５７）及び第２（１８、３８、５８）の調節可能な要素は、それぞれ、第１調節可能要素の回転が一つの平面内でレーザー・ビームの偏向を起こさせ、第２調節可能要素の回転が第２の平面内での偏向を起こさせるように、制限された回転運動を行い、
レーザー源（１０、５１）からのレーザー・ビーム（１２、５２）は要求されるビーム方向（１４、３４、６０）に対して傾斜しており、前記回転可能要素の回転がレーザー・ビームを偏向させて、レーザー・ビームを要求されるビーム方向に心合わせすることを可能にしたことを特徴とするレーザー・システム。
【請求項２】
前記第１及び第２調節可能要素は、プリズムを含んでいる請求項１に記載のレーザー・システム。
【請求項３】
前記第１及び第２調節可能要素は、要求されるビーム方向に対して垂直であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザー・システム。
【請求項４】
前記第１及び第２平面は、互いに実質的に垂直であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザー・システム。
【請求項５】
前記第１（１６、３６、５７）及び第２（１８、３８、５８）調節可能要素は、それぞれ９０°にわたって回転可能であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザー・システム。
【請求項６】
更に、少なくとも一つの鏡（４２）は、ビーム経路内に設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレーザー・システム。
【請求項７】
前記鏡（４２）は、要求されるビーム方向に対して角度的にずれていることを特徴とする請求項６に記載のレーザー・ビーム。
【請求項８】
ビーム経路に沿って第１レーザー・ビーム（５２）を提供するレーザー源（５１）と、
第２レーザー・ビーム（５２ｂ）を提供する手段と、
前記第１及び第２レーザー・ビームの重ね合わせによって干渉ビームを提供する干渉手段と、
干渉ビームを検出する検出器（５１）と、
ビーム経路内に配置された第１（５７）及び第２（５８）の調節可能な要素とを具えたレーザー干渉計であって、
前記第１（５７）及び第２（５８）調節可能要素が、それぞれ、限定された回転運動を行い、前記第１調節可能要素（５７）の回転が一つの平面内でレーザー・ビームを偏向させ、前記第２調節可能要素（５８）の回転が第２平面内での偏向を起こさせ、
前記レーザー源（５１）からのレーザー・ビームは要求されるビーム方向に対して傾斜しており、前記調節可能要素の回転によってレーザー・ビームが偏向して、レーザー・ビームを要求されるビーム方向に心合わせすることができることを特徴とするレーザー干渉計。
【請求項９】
更に、ビーム経路内に少なくとも一つの鏡（５６）が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のレーザー干渉計。
【請求項１０】
前記鏡（５６）は、要求されるビーム方向に対して角度的にずれていることを特徴とする請求項９に記載のレーザー干渉計。
【請求項１１】
前記第１及び第２調節可能要素は、プリズムを含んでいることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１項に記載のレーザー干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザー・システム、特にレーザー・システムにおけるレーザー・ビームの心合わせに関する。
【背景技術】
【０００２】
二つ以上の回転するプリズムを使用したレーザー・ビームの方向の制御は公知である。回転プリズムの数とその相対的な向きとに応じて、レーザー・ビームの一方向又は二方向の心合わせが得られる。一つのプリズムの回転がビームの方向を一平面で偏向させる。第２の回転プリズムがこの平面内での偏向角度を増加させ、或いはビームの方向を異なる平面内で偏向させるが、ビームの位置に対するこれら二つのプリズムの組合せ効果は不明である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
レーザー・ビームの方向を制御する従来公知の方法に伴う問題は、目的達成のためには、これらのプリズムが調和したプリズムの対をなしている必要があるので高価になってしまうと云う事実を含んでいることにある。これらのプリズムの調節は、時間のかかる非直観的なものである。所与の平面内でのビーム方向の調節量も限定されている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、経路に沿ってレーザー・ビームを発生させるレーザー源と、
ビームの経路内に設けられた第１及び第２の調節可能な要素とを具えたレーザー・システムが提供され、
前記第１及び第２の調節可能な要素は、それぞれ、第１調節可能要素の回転が一つの平面内でレーザー・ビームの偏向を起こさせ、第２調節可能要素の回転が第２の平面内での偏向を起こさせるように、制限された回転運動を行い、
レーザー源からのレーザー・ビームは要求されるビーム方向に対して傾斜しており、前記回転可能要素の回転がレーザー・ビームを偏向させて、レーザー・ビームを要求されるビーム方向に心合わせすることを可能にしている。
【０００５】
好ましくは、前記第１及び第２調節可能要素は要求されるビーム方向に対して垂直である。
好ましくは、このレーザー・システムは、更に、少なくとも一つの鏡をビーム経路内に具えている。この少なくとも一つの鏡は、要求されるビーム方向に対して一定の角度でずれていることが好ましく、これによって、第１及び第２調節可能要素による偏向と鏡による反射の組合せが、要求されるビーム方向に対するレーザー・ビームの心合わせを可能にする。
【０００６】
本発明の第２の態様によれば、ビーム経路に沿って第１レーザー・ビームを提供するレーザー源と、
第２レーザー・ビームを提供する手段と、
前記第１及び第２レーザー・ビームの重ね合わせによって干渉ビームを提供する干渉手段と、
干渉ビームを検出する検出器と、
ビーム経路内に配置された第１及び第２の調節可能な要素とを具えたレーザー干渉計が提供され、
前記第１及び第２調節可能要素が、それぞれ、限定された回転運動を行い、前記第１調節可能要素の回転が第１の平面内でレーザー・ビームを偏向させ、前記第２調節可能要素の回転が第２平面内での偏向を起こさせ、
前記レーザー源からのレーザー・ビームは要求されるビーム方向に対して傾斜しており、前記調節可能要素の回転によってレーザー・ビームが偏向して、レーザー・ビームを要求されるビーム方向に心合わせすることができる。
【０００７】
好ましくは、更に、第１のレーザビームの経路内に一つの鏡が設けられている。この鏡は、要求されるビーム方向に対して一定の角度でずれていることが好ましく、これによって、第１及び第２調節可能要素による偏向と鏡による反射の組合せが、要求されるビーム方向に対するレーザー・ビームの心合わせを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、例示によって添付図面を参照して以下に説明される。
【０００９】
図１は、要求されるビーム方向１４に対して実質的に平行でない（即ち傾斜した）角度でレーザー・ビーム１２を提供するレーザー源１０を有するレーザー・システムを示す。この角度は設計角と称される。レーザー・ビーム１２は、要求されるビーム方向１４に対して二方向においてずれ、即ち、ｚ方向には角度ａ、ｙ方向には角度ｂだけずれている。ビーム経路内には第１のプリズム１６と第２のプリズム１８が存在し、両者はビーム経路を中心として回転２０可能である。
【００１０】
別の例では、これら二つのプリズムは、ビームを偏向させるために要求されるビーム方向に垂直な平面２４を中心に揺動２２する。プリズムのこの傾きによって、ビーム経路を中心とする回転２０に比べて、ビーム変更の角度の変化を少なくすることができる。
【００１１】
この例では、プリズム同士は名目的または実質的に互いに９０°をなして配向され、したがってそれぞれ９０°回転可能であり、一方のプリズムの運動は第１の平面内でビームを偏向させ、他方のプリズムの運動は第１の平面に約９０°をなす平面内でビームを偏向させる。回転の規制によってプリズムの操作が簡単になり、レーザー・ビームを要求されるビーム方向に配向させることができる。
【００１２】
レーザー源１０からのレーザー・ビーム１２は、ビーム経路を中心に回転２０可能な第１プリズム１６に入射される。プリズム１６が回転するとレーザー・ビーム１２はｚ方向に偏向し、したがって、プリズム１６が回転すると、ｚ方向のレーザー・ビーム１２の偏向角度ａが要求されるビーム方向１４の角度になるように変えられる。ビーム経路２０を中心として第２プリズム１８が回転すると、レーザー・ビームはｙ方向に関して偏向する。即ち、第２プリズム１８が回転すると、レーザービームは、要求されるビーム経路１４からの偏向角度ｂが変化して、第１及び第２プリズム１６、１８の適宜な回転によって偏向角度ａとｂが実質的にゼロまで減少し、レーザー・ビームはこれら両プリズムを通過した後に、要求されるビーム経路１４に平行になる。
【００１３】
これらのプリズムは手動により、またコンピュータの制御によって回転させられる。
【００１４】
要求されるビーム方向からのレーザー・ビーム源に対する角度（設計角）は、プリズムの先端角２６によって決められる。プリズムの先端角が大きいほど、レーザー・ビームがプリズムを通過する際に要求されるビーム方向からの偏向が大きくなる。
【００１５】
便宜上、このシステムは、設計角は、両プリズムの規制された運動のほぼ中心に対応するように設計され、それを中心にプリズムは、±４５°の回転が可能になっている。このことは多くの利点を有している。第一に、レーザーの位置決めの或る程度の不正確が許容される。第二に、プリズムの回転が９０°の円弧の中心に集中する傾向が生じ、比較的僅かな調節で直線に近いビームの偏向が得られる。第三に、回転が９０°に規制されているので、各プリズムに対して四分の一円弧に基本的に制限されるように、任意のビームの調節を単純化することができる。
【００１６】
プリズムの限定された回転運動は、９０°よりもかなり小さくてもよいが、約９０°までが好ましい。特定のシステムのために必要な回転量、したがって特定のシステムのために要求されるビームの偏向は、特に各部間の整合の初期許容範囲、プリズムの先端角度及び、時間と共に生じる各部同士の間の相対的な角度的不整合に対応して生じる。
【００１７】
当業者ならば判るように、別の調節可能な要素を前述の要素に取り替えてもよい。例としては、回折格子、回折光学要素及びホログラム等が挙げられる。
【００１８】
図２は本発明にかかる別のレーザー・システムを模式的に示したもので、要求されるビーム経路３４に対して初めから傾いているレーザー源３０を有している。
【００１９】
レーザー・ビーム３２を殆ど９０°偏向させるために、第１及び第２プリズム３６、３８の他に鏡４２が設けられている。この鏡４２は、レーザー・ビームが鏡に反射された場合に、レーザー・ビームが二つの平面内で偏向するように、即ち鏡がｘ，ｙ，ｚ軸に関して傾斜し或いは非垂直になるように要求されるビーム方向３４に対して角度的にずれている。鏡４２とレーザー源３０の位置は、要求されるビーム方向に対してほぼ正しい配向で固定され、レーザー源からのレーザー・ビームの偏向を要求されるビーム方向に修正する。レーザー・ビーム３２を二つの平面内で偏向させるように回転４０させることが可能な前記両プリズム３６、３８が、鏡４２の効果を細かく調整するのに使用される。
【００２０】
鏡は、従来からレーザー・ビームを直角に変位させるのにレーザー・システムで使用されている。しかし、鏡を角度的に正確に心合わせすることは難しい。本発明のこの実施形態は、レーザー・システムの組立および調整の際に、真の心合わせ状態からの僅かな偏向を吸収し調節しながら、ほぼ直角な偏向を可能にするものである。
【００２１】
従来型のレーザー・システムにおいては、鏡はマイクロメーター、ねじ山、又は差動ねじを使用して心合わせされている。鏡の材料とは異なる熱膨張係数を有する材料（鋼）で作られているこれらの調節手段はレーザー・システム内に留まり、温度変動に対するこのシステムの感度を増大させている。この調節手段の構成に起因して、調節手段が線膨張すると鏡の回転運動が生じて、それが大き過ぎると心合わせの狂いが生じる。
【００２２】
本発明においては、鏡はレーザー源に対してほぼ正しい角度的配向を以て所定位置に固定され、鏡に入射されるレーザー・ビームの方向を調節するために二つのプリズムが使用されている。本発明のプリズムはアルミのリングの中に取り付けられ、このリングはプリズムを位置決めして、その調節を可能にしている。温度の変動によってリングは膨張するけれども、プリズムはリングの中に入っているので、この膨張によってプリズムは回転せずに直線的に伸長する。こうして、本発明のレーザー・システムは温度変化に対して敏感には反応しない。
【００２３】
別の構成においては、第１及び第２のビーム操作プリズムが鏡の背後に位置決めされ、反射後にレーザー・ビームの経路が細かく調整されるようになっている。
【００２４】
この例ではレーザー・ビームは要求されるビーム方向に殆ど直交しているが、このレーザー・システムの各部品を適宜に配向させ、又は更に多くの鏡を付加すれば、本発明のこの実施形態によって斜めの偏向も可能なことは、当業者であれば理解できるであろう。
【００２５】
図３は、レーザー・ビーム５２を発生させるレーザー源と検出器との組合せ体５１を有する干渉計システム５０を示す。ビーム分割器５３がレーザー・ビームを二つのサブビーム５２ａと５２ｂに分割し、これらはそれぞれ別々の鏡５５ａと５５ｂに向かう。一方の鏡５５ａは、ビーム分割器５３に対して固定された目的物（図示しない）に取付けられ、他方の鏡５５ｂは相対的に移動可能な目的物（図示しない）に取付けられている。図示の例では、これらの鏡は互いにほぼ平行であり、干渉計の光学軸６０上に位置している（したがって、要求されるビームの方向はこの軸に平行である）。この光学軸は、レーザー源５１に対して傾いている。鏡５５ａと５５ｂはレーザー・サブビーム５２ａと５２ｂを反射し、これらは次にビーム分割器５３で再び組合せられて干渉ビームとなり、レーザー源と検出器との組合せ体５１によって検出される。この干渉ビームは、前記二つの物体（図示しない）の相対位置についての情報を与える。
【００２６】
コラム干渉計の互いに離れた二つのサブビームの特性を発生させるために、一方のサブビーム５２ｂは、ビーム分割器に隣接して設けられた再帰性反射体５４に向かい、他方のサブビーム５２ａは、レーザーのサブビームの経路に対して約４５°をなす、ビーム分割器５３から離れて設けられた鏡５６に向かい、この鏡５６と再帰性反射体５４は、それぞれ各サブビームを別々の鏡５５ａと５５ｂに向かわせる。各サブビームの経路においては、鏡５６或いは再帰性反射体５４と個々の鏡５５ａ、５５ｂとの間に、二組の回転可能なプリズム５７ａ、５８ａ及び５７ｂ、５８ｂがあり、各組のプリズムは、それぞれ、各サブビーム５２ａと５２ｂの経路に存在している。これらのプリズムは、９０°の範囲でサブビームの軸を中心に回転可能であり、一方のプリズム５７ａ又は５７ｂが回転すると各サブビーム５２ａ又は５２ｂは紙の平面から逸れ、他方のプリズム５８ａ又は５８ｂが回転すると各サブビームは紙の平面内に入るように設置されている。プリズム５７と５８の対は、各プリズムの回転によるビームの偏向が小さい角度範囲にわたって実質的に直角方向であることが好ましい。これによって、他方のサブビームとは無関係に、各サブビーム５２ａ、５２ｂの方向を二方向（必ずしも直交していなくてもよい）に制御することができる。
【００２７】
調節可能な要素の使用によって、システム内の光学部品の心合わせの狂いに対するシステムの許容限界が広くなる。
【００２８】
図３に示された干渉計システムは、二つの回転可能なプリズムの他に一つの角度的にずれた鏡を使用する本発明の実施形態と共に使用して、一方又は両方のサブビームのための大きなレーザー・ビームを得るように構成することが可能である。要求に応じて、サブビームの角度的心合わせを行うには、完全に分かれたシステム（図３に示されたような）を設けてもよいし、或いは一つ以上の部品がサブビーム同士で共有されてもよい。
【００２９】
ここに述べられた二つのプリズムは、多数の寸法又は要求される偏向及び色収差を制限することの重要性に関する要求に応じて、一つ以上のプリズムの公知の構成に置き換えられることも可能である。
【００３０】
二つのプリズムが使用される場合、これらのプリズムは非調和プリズムであることが好ましい。その理由の一つは、コストが安くなるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のレーザー・システムの平面図である。
【図２】本発明の別のレーザー・システムの模式図である。
【図３】本発明のレーザー干渉計システムを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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