JP2022539822A - 球体を使用して多数の光学面をアライメントする方法 - Google Patents

Abstract

光学系において多数の光学部品をアライメントする方法は、第１の光学部品の曲率中心にある第１の位置に球体を配置する工程、および第１の位置にある球体で第１の基準信号の焦点をアライメントする工程を含む。次に、この方法は、その球体を光学的な対称軸に沿って、第２の光学部品の曲率中心にある第２の位置に移動させる工程、および第２の位置にある球体で第２の基準信号の焦点をアライメントする工程を含む。第１の光学部品は第１の基準信号でアライメントされ、第１の光学部品を固定し、第２の光学部品は第２の基準信号でアライメントされ、第２の光学部品を固定する。

Description

優先権

本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１９年７月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／８７２４４８号に優先権の恩恵を主張するものである。

本明細書は、広く、回転対称軸を共有しない多数の表面を光学的にアライメントすることに関する。詳しくは、本明細書は、干渉計と球体を使用して、多数の表面を光学的にアライメントすることに関する。

光学系は、一般に、回転対称の共通軸を共有する部品で構成される。これらのタイプの系を組み立てるための技術は公知であり、その例に、それらの軸が光軸と同一線上にあるように表面を調節するまたはアライメントするための方法が数多くある。

公知の系は、どの光軸からも軸外にある部品で構成されることがある。すなわち、物理的部品（例えば、第１の鏡など）が別の部品（例えば、第２の鏡など）に関連して配置されており、これら２つの部品は光学的な対称軸と決して交差しない。それに加え、ある系では、その系の光軸は、回転対称軸ではないことがある。これらの系は、正確にアライメントするのが難しい。そのような系をアライメントする公知の方法の１つは、取付機構に非常に厳しい機械公差を課することである。これは高く付くことがあり、精度は、機構の公差に制限される。この公差は、例えば、０．０２５ｍｍ程度であり得、これは、特定の用途にとって十分に良好ではないであろう。

したがって、軸外の表面をアライメントするより正確な方法が望ましい。

ある態様によれば、光学系において多数の光学部品をアライメントする方法は、第１の光学部品の曲率中心にある第１の位置に球体を配置する工程；第１の位置にある球体で第１の基準信号の焦点をアライメントする工程；その球体を光学的な対称軸に沿って、第２の光学部品の曲率中心にある第２の位置に移動させる工程；第２の位置にある球体で第２の基準信号の焦点をアライメントする工程；第１の光学部品を第１の基準信号でアライメントし、この第１の光学部品を固定する工程；および第２の光学部品を第２の基準信号でアライメントし、この第２の光学部品を固定する工程を有してなる。

第１の態様において、光学系において多数の光学部品をアライメントする方法は、第１の光学部品の予め定められた曲率中心にある第１の位置に球体を配置する工程；第１の位置にある球体で第１の基準信号の焦点をアライメントする工程；その球体を光学的な対称軸に沿って、第２の光学部品の予め定められた曲率中心にある第２の位置に移動させる工程；第２の位置にある球体で第２の基準信号の焦点をアライメントする工程；第１の光学部品を第１の基準信号でアライメントし、この第１の光学部品を固定する工程；および第２の光学部品を第２の基準信号でアライメントし、この第２の光学部品を固定する工程を有してなる。

第２の態様は、第１の基準信号および第２の基準信号が、干渉計のレーザおよび点光源顕微鏡の光源から選択される、第１の態様の方法を含む。

第３の態様は、第１の基準信号および第２の基準信号が干渉計のレーザである、先の態様のいずれかの方法を含む。

第４の態様は、第１の光学部品および第２の光学部品が鏡である、先の態様のいずれかの方法を含む。

第５の態様は、第１の光学部品および第２の光学部品の少なくとも一方が、系の光軸上に存在しない、先の態様のいずれかの方法を含む。

第６の態様は、第１の光学部品が系の光軸上に存在し、第２の光学部品が系の光軸上に存在しない、先の態様のいずれかの方法を含む。

第７の態様は、球体がガラスから作られている、先の態様のいずれかの方法を含む。

第８の態様は、第１の光学部品および第２の光学部品が、第１の光学部品および第２の光学部品を接着剤で接着することによって固定される、先の態様のいずれかの方法を含む。

第９の態様は、光学系において多数の光学部品をアライメントする方法において、第１の光学部品の曲率中心に第１の球体を配置する工程；第２の光学部品の曲率中心に、第１の球体と物理的に接触して、第２の球体を配置する工程；第１の基準信号の焦点を第１の球体にアライメントする工程；第２の基準信号の焦点を第２の球体にアライメントする工程；第１の光学部品を第１の基準信号でアライメントし、この第１の光学部品を固定する工程；および第２の光学部品を第２の基準信号でアライメントし、この第２の光学部品を固定する工程を有してなり、第１の球体の半径および第２の球体の半径の合計が、第１の光学部品の曲率中心と第２の光学部品の曲率中心との間の距離と等しい、方法を含む。

第１０の態様は、第１の基準信号および第２の基準信号が、干渉計のレーザおよび点光源顕微鏡の光源から選択される、第９の態様の方法を含む。

第１１の態様は、第１の基準信号および第２の基準信号が干渉計のレーザである、第９または１０の態様の方法を含む。

第１２の態様は、第１の光学部品および第２の光学部品が鏡である、第９から１１の態様の方法を含む。

第１３の態様は、第１の光学部品および第２の光学部品の少なくとも一方が、系の光軸上に存在しない、第９から１２の態様の方法を含む。

第１４の態様は、第１の光学部品が系の光軸上に存在し、第２の光学部品が系の光軸上に存在しない、第１３の態様の方法を含む。

第１５の態様は、第１の光学部品または第２の光学部品の一方が、凸面鏡である、第９から１４の態様の方法を含む。

第１６の態様は、第１の光学部品または第２の光学部品の一方が、凹面鏡である、第１５の態様の方法を含む。

第１７の態様は、第１の球体の直径および第２の球体の直径の各々が、第１の光学部品の曲率中心と第２の光学部品の曲率中心との間の距離と等しい、第９から１６の態様の方法を含む。

第１８の態様は、第１の球体および第２の球体がガラスから作られている、第９から１７の態様の方法を含む。

第１９の態様は、第１の光学部品が系の光軸上に存在し、第２の光学部品が系の光軸上に存在しない、第９から１８の態様の方法を含む。

第２０の態様は、第１の球体の幾何学的中心および第２の球体の幾何学的中心の各々が、光学対称軸上に存在する、第９から１９の態様の方法を含む。

追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって、認識されるであろう。

先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、様々な実施の形態を記載しており、請求項の主題の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されているのを理解すべきである。添付図面は、様々な実施の形態のさらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、ここに記載された様々な実施の形態を示しており、説明と共に、請求項の主題の原理および作動を説明する働きをする。

ここに開示され、記載された実施の形態による光学系の概略図 ここに開示され、記載された実施の形態による、１つの球体で複数の光学部品をアライメントする方法を示す概略図 ここに開示され、記載された実施の形態による、１つの球体および複数の基準信号で複数の光学部品をアライメントする方法を示す概略図 ここに開示され、記載された実施の形態による、１つの球体、複数の基準信号、および複数の部品で複数の光学部品をアライメントする方法を示す概略図 ここに開示され、記載された実施の形態による、２つの球体で複数の光学部品をアライメントする方法を示す概略図 ここに開示され、記載された実施の形態による、２つの球体および複数の基準信号で複数の光学部品をアライメントする方法を示す概略図 ここに開示され、記載された実施の形態による、２つの球体、複数の基準信号、および複数の部品で複数の光学部品をアライメントする方法を示す概略図 ここに開示され、記載された実施の形態による、２つの球体、複数の基準信号、および複数の部品で複数の光学部品をアライメントするための縦長構造を示す概略図 ここに開示され、記載された実施の形態による、球体を光学対称軸に沿って移動させるための構造を示す概略図

ここで、球体を使用して複数の光学面をアライメントする方法の実施の形態を詳しく参照する。ある実施の形態において、光学系において多数の光学部品をアライメントする方法は、第１の光学部品の所望の曲率中心にある第１の位置に球体を配置する工程；第１の位置にある球体で第１の基準信号の焦点をアライメントする工程；その球体を光学的な対称軸に沿って、第２の光学部品の所望の曲率中心にある第２の位置に移動させる工程；第２の位置にある球体で第２の基準信号の焦点をアライメントする工程；第１の光学部品を第１の基準信号でアライメントし、この第１の光学部品を固定する工程；および第２の光学部品を第２の基準信号でアライメントし、この第２の光学部品を固定する工程を有してなる。ある実施の形態において、光学系において多数の光学部品をアライメントする方法は、第１の部品の所望の曲率中心に第１の球体を配置する工程；第２の光学部品の所望の曲率中心に、第１の球体と物理的に接触して、第２の球体を配置する工程；第１の基準信号の焦点を第１の球体にアライメントする工程；第２の基準信号の焦点を第２の球体にアライメントする工程；第１の部品を第１の基準信号でアライメントし、この第１の部品を固定する工程；および第２の光学部品を第２の基準信号でアライメントし、この第２の光学部品を固定する工程を有してなり、第１の球体の半径および第２の球体の半径の合計は、第１の部品の曲率中心と第２の光学部品の曲率中心との間の距離と等しい。多数の表面を光学的にアライメントするための様々な系および方法が、添付図面を具体的に参照して、ここに記載される。

図１を参照して、実施の形態による光学系１００を記載する。実施の形態による光学系１００は、出力源１１０、第１の光学部品１２０、および第２の光学部品１３０を含む。出力源１１０は、系の光軸１４０に沿って第１の光学部品１２０に進む電磁信号１１１（例えば、光など）を出力する。電磁信号１１１が第１の光学部品１２０に当たると、電磁信号１１１の経路が、方向付けられた電磁信号１２１として第２の光学部品１３０に向けられる（例えば、反射、屈折などにより）。方向付けられた電磁信号１２１が第２の光学部品１３０に当たると、方向付けられた電磁信号１２１は、向け直された電磁信号１３１として最終画像焦点１６０に向け直される（例えば、反射、屈折などにより）。出力源１１０から放出された電磁信号１１１を最終画像焦点１６０に方向付けるために、第１の光学部品１２０および第２の光学部品１３０は、非常に厳しい公差でアライメントされることを理解すべきである。第１の光学部品１２０および第２の光学部品１３０のアライメントが、ミリメートルに満たない量でさえ外れると、向け直された電磁信号１３１は最終画像焦点１６０に到達しない。

出力源１１０は、電磁信号１１１を放出できるどの供給源であってもよい。実施の形態において、出力源１１０は、光ファイバ、発光ダイオード、レーザまたはレーザダイオード、マイクロミラーアレイなどの空間光変調器、液晶デバイスまたは有機発光ダイオードアレイであってよい。出力源１１０は、光学系１００の一部としての可視光、紫外線放射、または赤外線放射であることのある電磁信号１１１を放出する。ここに開示されたように、電磁信号１１１は、系の光軸１４０に沿って進む。図１に示されたような、系の光軸１４０は、電磁信号１１１として出力源１１０から放出された光線束における中心の電磁波と一致する。図１に示されるように、出力源１１０および第１の光学部品１２０は、系の光軸１４０に沿って間隔が空けられており、電磁信号１１１が、出力源１１０から系の光軸１４０に沿って第１の光学部品１２０に送信される。

実施の形態において、第１の光学部品１２０は、第１の光学部品１２０が電磁信号１１１を受信するように系の光軸１４０に沿って出力源１１０から間隔が空けられている。しかしながら、図１に示されていないが、実施の形態において、第１の光学部品１２０は、系の光軸１４０に沿って位置付けられていなくてもよいことを理解すべきである。実施の形態において、第１の光学部品１２０は、凹面鏡または凸面鏡である。実施の形態において、第１の部品はレンズの表面である。第１の光学部品１２０が凸面鏡または凹面鏡であろうとなかろうと、図１に示されるように、第１の光学部品１２０は、電磁信号１１１が第１の光学部品１２０により受信され、電磁信号１２１として第２の光学部品１３０に方向付けられるようにアライメントされる。第１の光学部品１２０は、第１の光学部品１２０が出力源１１０から電磁信号１１１を受信し、かつ集束された電磁信号１２１を第２の光学部品１３０に方向付けることができるような様式で、回転軸の周りに第１の光学部品１２０を傾けることによって、このようにしてアライメントされることがある。第１の光学部品１２０は、第１の光学部品１２０の凹部または凸部の曲率によって規定される曲率中心１２２を有する。例えば、図１に示された曲率中心１２２は、第１の光学部品１２０の凹部１２０ａの曲率により規定される曲率中心である。

実施の形態において、第２の光学部品１３０は、第１の光学部品１２０から電磁信号１２１を受信し、方向付けられた電磁信号１３１を最終画像焦点１６０に送信または反射するように位置付けられている。系の光軸１４０は、第１の光学部品１２０によって第２の光学部品１３０に向けて方向付けられ、次に、画像焦点１６０に向け直される。このようにして、両方の部品と交差する系の光軸１４０がある。実施の形態において、第２の光学部品１３０は凹面鏡または凸面鏡である。他の実施の形態において、第２の光学部品１３０はレンズである。図１に示された実施の形態において、第２の光学部品１３０は凸面鏡である。第２の光学部品１３０が凹面鏡または凸面鏡であろうとなかろうと、図１に示されるように、第２の光学部品１３０は、電磁信号１２１が第２の光学部品１３０により受信され、向け直された電磁信号１３１として最終画像焦点１６０に集束されるようにアライメントされる。第２の光学部品１３０は、第２の光学部品１３０が、第１の光学部品１２０から電磁信号１２１を受信し、かつ向け直された電磁信号１３１を最終画像焦点１６０に向け直すことができるような様式で、回転軸の周りに第２の光学部品１３０を傾けることによって、このようにしてアライメントされることがある。第２の光学部品１３０は、第２の光学部品１３０の凹部または凸部１３０ａの曲率により規定される曲率中心１３２を有する。例えば、図１に示された曲率中心１３２は、第２の光学部品１３０の凹部１３０ａの曲率により規定される曲率中心である。

第１の光学部品１２０の曲率中心１２２および第２の光学部品１３０の曲率中心１３２は、光学対称軸１５０を規定する。実施の形態において、光学対称軸１５０は、第１の光学部品１２０の曲率中心１２２および第２の光学部品１３０の曲率中心１３２を通る線として定義される。光学対称軸１５０と系の光軸１４０との間の関係（例えば、系の光軸１４０および光学対称軸１５０により画成された角度など）は、光学系１００の予め定められた設計によって決定される。ここに用いられているように、例えば、光学素子の予め定められた曲率中心、予め定められた位置などの「予め定められた」素子は、その光学系の設計に基づいて「予め定められる」。光学系は、特定の設計基準を満たすように当業者により設計されてよいことを理解すべきである。したがって、実施の形態において、第１の光学部品１２０の曲率中心１２２および第２の光学部品１３０の曲率中心１３２は、第１の光学部品１２０の曲率中心１２２および第２の光学部品１３０の曲率中心１３２と交差する線が光学対称軸１５０となるように位置付けられ、系の光軸１４０は、系の光軸１４０を光学対称軸１５０に対して予め定められた角度に位置付けることなどによって、光学対称軸１５０に対して位置付けられる。

図１に示された実施の形態に示されるように、第１の光学部品１２０の曲率中心１２２および第２の光学部品１３０の曲率中心１３２は、第１の光学部品１２０の曲率中心１２２および第２の光学部品１３０の曲率中心１３２の両方と交差する、光学対称軸１５０に沿って、光学系１００の所望の設計により予め定められた、距離ｄだけ隔てられている。第１の光学部品１２０および第２の光学部品１３０を適切にアライメントする－それによって、適切に機能する光学系１００を得る－ために、第１の光学部品１２０の曲率中心１２２および第２の光学部品１３０の曲率中心１３２は、光学対称軸１５０に沿って正確に、第１の光学部品１２０の曲率中心１２２および第２の光学部品１３０の曲率中心１３２を距離ｄだけ隔てて、配置されなければならない。

ここで図２～４を参照して、１つの球体を使用した実施の形態による、光学系の光学部品をアライメントする方法を記載する。図２に示されるように、球体２１０の幾何学的中心が第１の光学部品１２０の所望の曲率中心１２２にあるように、球体２１０が光学対称軸１５０上の第１の位置に位置付けられている。球体２１０の幾何学的中心が第１の光学部品１２０の曲率中心１２２の所望の位置にあるように、一旦、球体２１０が光学対称軸１５０上の第１の位置にあったら、第１の基準信号２２０が球体２１０の幾何学的中心に集束される。第１の基準信号２２０は、球体２１０に当たり、－第１の光学部品１２０の曲率中心１２２の所望の位置と一致する－球体の幾何学的中心に集束される。実施の形態において、その球体は、ガラスなどの透明材料から製造されており、この場合、光は第１の光学部品１２０に向かって伝搬することができる。実施の形態において、球体は、ステンレス鋼などの不透明材料から製造することができ、この場合、このボールは、光が第１の光学部品１２０まで伝搬する前に、取り除かれなければならない。実施の形態において、第１の基準信号２２０は、干渉計（図示せず）のレーザまたは点光源顕微鏡（図示せず）の光源である。

第１の基準信号２２０が干渉計のレーザである実施の形態において、第１の基準信号２２０は、球体２１０の幾何学的中心に集束される。球体２１０の表面から反射した光は、干渉計の参照アームと干渉する。球体２１０が透明材料から製造される場合には、干渉計の干渉する参照アームは、光が当たる球体２１０の第２の表面であり得る。球体２１０が不透明材料から製造される場合には、球体２１０の表面から反射した光は、干渉計内で参照ビームと組み合わされる。球体２１０の表面および干渉計の参照アームの反射からの干渉縞が無効にされるときに、干渉計は、球体２１０の幾何学的中心に集束されている。

第１の基準信号２２０が点光源顕微鏡からの光源である実施の形態において、その光源は、ここに全て引用される、米国特許第６９２４８９７号明細書に開示された方法によって、球体２１０の幾何学的中心に集束されるであろう。

第１の基準信号２２０が球体２１０の幾何学的中心に集束された後、第１の基準信号２２０の供給源（例えば、図２に示されていない、干渉計または点光源顕微鏡など）は、例えば、ネジ、ボルト、接着剤などの機械的または化学的機構によって、適所に固定される。その後、実施の形態において、第１の光学部品１２０は、軸の周りに第１の光学部品１２０を傾けるか、または中心から逸らせることによって、第１の基準信号２２０でアライメントされる。第１の光学部品１２０を第１の基準信号でアライメントするための例示の方法は、第１の基準信号２２０を生成するために干渉計を使用した実施の形態について、ここに全て引用される、米国特許第５５４１７３１号明細書に見つかり、第１の基準信号２２０を生成するために点光源顕微鏡を使用する実施の形態について、米国特許第６９２４８９７号明細書に見つかるであろう。一旦、第１の光学部品１２０が第１の基準信号２２０でアライメントされたら、実施の形態において、第１の光学部品１２０は、例えば、ネジ、ボルト、接着剤などの機械的または化学的機構を使用して、適所に固定される。実施の形態において、第１の光学部品１２０は、第１の基準信号２２０にアライメントされ、第１の基準信号２２０および第２の基準信号２３０の両方を位置付けた後に、適所に固定されることがあることを理解すべきである。

ここで、図３を参照して、実施の形態によれば、第１の光学部品１２０が第１の基準信号２２０でアライメントされ、適所に固定された後、球体２１０は、光学対称軸１５０に沿って、第１の光学部品１２０の曲率中心１２２から、球体２１０の幾何学的中心が第２の光学部品１３０の所望の曲率中心１３２にある第２の位置まで距離ｄ（図１に示されている）だけ移動される。

ここで、図９を参照して、球体２１０を光学対称軸１５０に沿って移動させるための機構９００の実施の形態を記載する。機構９００は、球体２１０が中に置かれている通路９１１を含むブロック９１０；固定されており、機構９００内の球体２１０の初期位置を決定する固定基準構成部品９２０；および可動性であり、ブロック９１０内の通路９１１に沿って移動されるときに、球体２１０と共に移動する保持構成部品９３０を備える。図９に示された通路９１１はｖ字溝であるが、通路９１１は、ブロック９１０内で球体２１０を平行移動させるのに適したどの形状のものであっても差し支えないことを理解すべきである。保持構成部品９３０は、実施の形態において、固定された基準構成部品９２０に向かう方向の力を球体２１０に維持しつつ、保持構成部品９３０を球体２１０と共に移動させる弾性取付部材９４０によってブロック９１０に取り付けられることがある。この力は、通路９１１内の球体２１０の正確な運動を可能にし、球体２１０が、意図せずに通路９１１から外れるのを防ぐ。図９に示された実施の形態において、弾性取付部材９４０はバネである；しかしながら、実施の形態において、弾性取付部材９４０は、例えば、弾性材料から製造されたバンドなど、どの弾性部材であってもよいことを理解すべきである。

最初に、実施の形態によれば、球体２１０は、球体２１０が、固定された基準構成部品９２０に直接接触して位置付けられ、保持構成部品９３０によって適所に保持されるように、ブロック９１０中の通路９１１内に位置付けられる。次に、機構９００は、球体２１０の幾何学的中心が第１の光学部品１２０の曲率中心１２２にあるように、かつ通路９１１が光学対称軸１５０と平行するように、光学対称軸１５０上に配置される。第１の基準信号２２０は、先に述べたように、この位置から、球体２１０の幾何学的中心に集束され、適所に固定することができる。一旦、第１の基準信号２２０が適所に固定されたら、実施の形態において、ｄの厚さを有するスペーサ９５０を、球体２１０が、予め定められた距離ｄだけ、通路９１１に沿って－それゆえ、光学対称軸１５０に沿って－平行移動されるように、球体２１０と固定された基準構成部品９２０との間に配置することができる。球体２１０は通路９１１に沿って平行移動されるので、保持構成部品９３０は、球体２１０と共に移動し、固定された基準構成部品９２０の方向の力を球体２１０に印加し、これにより、球体２１０が通路９１１内の適所に保持され、通路９１１内の球体２１０の正確な運動が可能になる。一旦、スペーサ９５０が適所に入ったら、球体２１０は、球体２１０の幾何学的中心が第２の光学部品１３０の曲率中心１３２と一致する位置にあるように、第２の位置に位置している。

一旦、球体２１０が、球体２１０の幾何学的中心が第２の光学部品１３０の曲率中心１３２の所望の位置にあるように光学対称軸１５０上の第２の位置に入ったら、第２の基準信号２３０が球体２１０の幾何学的中心に集束される。第２の基準信号２３０は、球体２１０に当たり、－第２の光学部品１３０の曲率中心１３２の所望の位置と一致する－その球体の幾何学的中心に集束される。先に開示されたように、球体２１０は、例えば、ガラスなどの透明材料、または例えば、ステンレス鋼などの不透明材料から製造されることがある。実施の形態において、第２の基準信号２３０は、干渉計（図示せず）のレーザまたは点光源顕微鏡（図示せず）の光源である。

第２の基準信号２３０が干渉計のレーザである実施の形態において、第２の基準信号２３０は球体２１０の幾何学的中心に集束される。球体２１０の表面から反射した光は、干渉計の参照アームで干渉される。球体２１０が透明材料から製造されている場合、干渉計の干渉する参照アームは、その光が当たる球体の第２の表面であり得る。球体２１０が不透明材料から製造されている場合、球体２１０の表面から反射した光は、干渉計内で、参照ビームと組み合わされる。球体２１０の表面および干渉計の参照アームの反射からの干渉縞が無効にされるときに、干渉計は、球体２１０の幾何学的中心に集束されている。

第２の基準信号２３０が点光源顕微鏡からの光源である実施の形態において、その光源は、米国特許第６９２４８９７号明細書に開示された方法によって、球体２１０の幾何学的中心に集束されるであろう。

第２の基準信号２３０が球体２１０の幾何学的中心に集束された後、第２の基準信号の光源２３１（例えば、干渉計または点光源顕微鏡など）は、ネジ、ボルト、接着剤などの機械的または化学的機構によって、適所に固定される。その後、実施の形態において、図４を参照して、第２の光学部品１３０は、軸の周りに第２の光学部品１３０を傾けるか、または中心から逸らせることによって、第２の基準信号２３０でアライメントされる。第２の光学部品１３０を第２の基準信号２３０でアライメントするための例示の方法は、第２の基準信号２３０を生成するために干渉計を使用した実施の形態について、米国特許第５５４１７３１号明細書に見つかり、第２の基準信号２３０を生成するために点光源顕微鏡を使用する実施の形態について、米国特許第６９２４８９７号明細書に見つかるであろう。一旦、第２の光学部品１３０が第２の基準信号２３０でアライメントされたら、実施の形態において、第２の光学部品１３０は、例えば、ネジ、ボルト、接着剤などの機械的または化学的機構を使用して、適所に固定される。先に開示されたように、実施の形態において、第１の光学部品１２０は、アライメントされ、第２の光学部品１３０が適所に固定される前または後など、第１の基準信号２２０および第２の基準信号２３０を位置付けた後に、適所に固定されることがある。その後、第１の基準信号２２０および第２の基準信号２３０は、取り除かれてよく、図１に示されたような光学系１００は、適切にアライメントされる。

ここで、図５～図７を参照して、２つの球体を使用した実施の形態による、光学系１００の光学部品をアライメントする方法を記載する。図５に示されるように、第１の球体５１０は、第１の球体５１０の幾何学的中心が第１の光学部品１２０の曲率中心１２２にあるように、光学対称軸１５０上の第１の位置に位置付けられている。一旦、第１の球体５１０が、第１の球体５１０の幾何学的中心が第１の光学部品１２０の曲率中心１２２の所望の位置にあるように対称軸１５０上の第１の位置に入ったら、第１の基準信号２２０が第１の球体５１０の幾何学的中心に集束される。第１の基準信号２２０は、第１の球体５１０に当たり－第１の光学部品１３０の曲率中心１２２の所望の位置と一致する－第１の球体５１０の幾何学的中心に集束される。第１の球体５１０は、例えば、ガラスなどの透明材料、または例えば、ステンレス鋼などの不透明材料から製造されることがある。実施の形態において、第１の基準信号２２０は、干渉計（図示せず）のレーザまたは点光源顕微鏡（図示せず）の光源である。

第１の基準信号２２０が干渉計のレーザである実施の形態において、第１の基準信号２２０は第１の球体５１０の幾何学的中心に集束される。第１の球体５１０の表面から反射した光は、干渉計の参照アームで干渉される。第１の球体５１０が透明材料から製造されている場合、干渉計の干渉する参照アームは、その光が当たる第１の球体５１０の第２の表面であり得る。第１の球体５１０が不透明材料から製造されている場合、第１の球体５１０の表面から反射した光は、干渉計内で、参照ビームと組み合わされる。第１の球体５１０の表面および干渉計の参照アームの反射からの干渉縞が無効にされるときに、干渉計は、第１の球体５１０の幾何学的中心に集束されている。

第１の基準信号２２０が点光源顕微鏡からの光源である実施の形態において、その光源は、米国特許第６９２４８９７号明細書に開示された方法によって、第１の球体５１０の幾何学的中心に集束されるであろう。

第１の基準信号２２０が第１の球体５１０の幾何学的中心に集束された後、第１の基準信号２２０の供給源（例えば、図５に示されていない、干渉計または点光源顕微鏡など）は、例えば、ネジ、ボルト、接着剤などの機械的または化学的機構によって、適所に固定される。その後、実施の形態において、第１の光学部品１２０は、回転軸の周りに第１の光学部品１２０を傾けることによって、第１の基準信号２２０でアライメントされる。第１の光学部品１２０を第１の基準信号２２０でアライメントするための例示の方法は、第１の基準信号２２０を生成するために干渉計を使用した実施の形態について、米国特許第５５４１７３１号明細書に見つかり、第１の基準信号２２０を生成するために点光源顕微鏡を使用する実施の形態について、米国特許第６９２４８９７号明細書に見つかるであろう。一旦、第１の光学部品１２０が第１の基準信号２２０でアライメントされたら、実施の形態において、第１の光学部品１２０は、例えば、ネジ、ボルト、接着剤などの機械的または化学的機構を使用して、適所に固定される。実施の形態において、第１の光学部品は、第１の基準信号２２０および第２の基準信号２３０の両方が、一旦、適所に固定されたら、適所に固定されるであろうことを理解すべきである。

ここで、図６を参照して、実施の形態によれば、第１の光学部品１２０が第１の基準信号２２０によりアライメントされ、適所に固定される前、後、または同時に、第２の球体５２０の幾何学的中心が、第１の光学部品１２０の曲率中心１２２から距離ｄ（図１に示されている）（それにより、第１の球体５１０の幾何学的中心から距離ｄ）にある光学対称軸１５０に沿った第２の位置に配置され、ここで、第２の球体５２０の幾何学的中心は第２の光学部品１３０の曲率中心１３２にある。一旦、第２の球体５２０が、第２の球体５２０の幾何学的中心が第２の光学部品１３０の曲率中心１３２の所望の位置にあるように対称軸１５０上の第２の位置に入ったら、第２の基準信号２３０は第２の球体５２０の幾何学的中心に集束される。第２の基準信号２３０は、第２の球体５２０に当たり、－第２の光学部品１３０の曲率中心１３２の所望の位置と一致する－その球体の幾何学的中心に集束される。先に開示されたように、第２の球体５２０は、例えば、ガラスなどの透明材料、または例えば、ステンレス鋼などの不透明材料から製造されることがある。実施の形態において、第２の基準信号２３０は、干渉計（図示せず）のレーザまたは点光源顕微鏡（図示せず）の光源である。

第２の基準信号２３０が干渉計のレーザである実施の形態において、第２の基準信号２３０は第２の球体５２０の幾何学的中心に集束される。第２の球体５２０の表面から反射した光は、干渉計の参照アームで干渉される。第２の球体５２０が透明材料から製造されている場合、干渉計の干渉する参照アームは、その光が当たる第２の球体５２０の第２の表面であり得る。第２の球体５２０が不透明材料から製造されている場合、第２の球体５２０の表面から反射した光は、干渉計内で、参照ビームと組み合わされる。第２の球体５２０の表面および干渉計の参照アームの反射からの干渉縞が無効にされたときに、干渉計は、第２の球体５２０の幾何学的中心に集束されている。

第２の基準信号２３０が点光源顕微鏡からの光源である実施の形態において、その光源は、米国特許第６９２４８９７号明細書に開示された方法によって、第２の球体５２０の幾何学的中心に集束されるであろう。

第２の基準信号２３０が第２の球体５２０の幾何学的中心に集束された後、第２の基準信号の光源２３１（例えば、干渉計または点光源顕微鏡など）は、ネジ、ボルト、接着剤などの機械的または化学的機構によって、適所に固定される。その後、実施の形態において、図７を参照して、第２の光学部品１３０は、回転軸の周りに第２の光学部品１３０を傾けることによって、第２の基準信号２３０によりアライメントされる。第２の光学部品１３０を第２の基準信号２３０でアライメントするための例示の方法は、第２の基準信号２３０を生成するために干渉計を使用した実施の形態について、米国特許第５５４１７３１号明細書に見つかり、第２の基準信号２３０を生成するために点光源顕微鏡を使用する実施の形態について、米国特許第６９２４８９７号明細書に見つかるであろう。一旦、第２の光学部品１３０が第２の基準信号２３０でアライメントされたら、実施の形態において、第２の光学部品１３０は、例えば、ネジ、ボルト、接着剤などの機械的または化学的機構を使用して、適所に固定される。第１と第２の基準信号２２０および２３０は、取り除かれてよく、図１に示されたような光学系１００は、適切にアライメントされる。

２つの球体を使用した、上述した実施の形態において、第１の光学部品１２０および第２の光学部品１３０は、同時にまたは異なる時に、それぞれ、第１の基準信号２２０および第２の基準信号２３０にアライメントされることがあることを理解すべきである。例えば、第１の光学部品１２０は、実施の形態において、第１の基準信号２２０にアライメントされ、適所に固定され、続いて、第２の光学部品１３０は、第２の基準信号２３０にアライメントされ、適所に固定されても、もしくはその逆も同様であってよい。実施の形態において、第１の光学部品１２０は、第２の光学部品１３０が、第２の基準信号２３０にアライメントされ、適所に固定されるのと実質的に同時に、第１の基準信号２２０にアライメントされ、適所に固定されることがある。

図５～図７に示されるように、実施の形態において、第１の球体５１０および第２の球体５２０は、互いに物理的に接触している一方で、第１の球体５１０の幾何学的中心および第２の球体５２０の幾何学的中心は、光学対称軸１５０上に存在する。第１の球体５１０と第２の球体５２０との間のこの物理的接触は、第１の光学部品１２０の曲率中心１２２および第２の光学部品１３０の曲率中心１３２の単純かつ正確な位置決めを可能にする。実施の形態において、第１の球体５１０の半径と第２の球体５２０の半径の合計は、第１の光学部品１２０の曲率中心１２２と第２の光学部品１３０の曲率中心１３２との間の光学対称軸１５０に沿った距離として規定された距離ｄと等しい。それにより、第１の球体５１０および第２の球体５２０を物理的に接触させることによって、－第１の光学部品１２０の曲率中心１２２と一致する－第１の球体５１０の幾何学的中心と、－第２の光学部品１３０の曲率中心１３２と一致する－第２の球体５２０の幾何学的中心との間の距離は、光学対称軸１５０に沿って距離ｄだけ隔てられる。実施の形態において、第１の球体５１０の半径と第２の球体５２０の半径は、異なることがある。実施の形態において、第１の球体５１０の半径と第２の球体５２０の半径は、同じことがある。第１の球体５１０の半径と第２の球体５２０の半径が同じである実施の形態において、第１の球体５１０の直径および第２の球体５２０の直径は、距離ｄの長さと等しいことを理解すべきである。

ここに開示され、記載された光学部品をアライメントするための実施の形態を使用することによって、その光学部品は、非常に厳しい公差内でアライメントすることができる。例えば、実施の形態において、前記球体は、所望の直径においてマイクロメートル未満の違いで形成することができ、干渉計の縞は、マイクロメートルの公差内にある。したがって、光学部品の非常に正確なアライメントを達成することができる。

上述のように、第１の球体５１０および第２の球体５２０は、光学対称軸１５０に沿って配置されており、第１の球体５１０と第２の球体５２０の幾何学的中心は、第１の光学部品１２０の曲率中心１２２および第２の光学部品１３０の曲率中心１３２を表す。光学対称軸１５０は、第１の光学部品１２０の曲率中心１２２および第２の光学部品１３０の曲率中心１３２と交差する線により表される。次に、系の光軸１４０は、系の光軸１４０および光学対称軸１５０により画成される予め定められた角度などによって、光学系１００の設計および光学対称軸１５０に基づいて確立することができる。次いで、第１の光学部品１２０および第２の光学部品１３０を、上述したように、それぞれの適所に配置することができる。

実施の形態によれば、第１の球体５１０および第２の球体５２０の組合せを表す縦長構造が、第１の球体５１０および第２の球体５２０の代わりに使用されることがある。例えば、実施の形態において、図８に示されたような縦長構造が、第１の球体５１０および第２の球体５２０の代わりに使用されることがある。実施の形態による縦長構造８００は、第１の湾曲端部８１０、第２の湾曲端部８２０、および第１の湾曲端部８１０と第２の湾曲端部８２０との間の縦長部分８３０を有する。縦長構造８００の第１の湾曲端部８１０は第１の曲率中心８１１を有し、縦長構造８００の第２の湾曲端部８２０は第２の曲率中心８２２を有する。縦長構造８００の縦長部分８３０は、第１の曲率中心８１１と第２の曲率中心８２２が距離ｄだけ隔てられるように、第２の湾曲端部８２０から第１の湾曲端部８１０まで延在する。したがって、縦長構造８００は、第１の曲率中心８１１および第２の曲率中心８２２の両方が、光学対称軸１５０上に存在し、光学対称軸１５０に沿って距離ｄだけ隔てられるように、光学対称軸１５０上に配置されることがある。

一旦、縦長構造８００が、第１の曲率中心８１１および第２の曲率中心８２２が、それぞれ、第１の光学部品１２０の曲率中心１２２および第２の光学部品１３０の曲率中心１３２の所望の位置にあるように対称軸１５０上の位置に入ったら、第１の基準信号２２０は第１の曲率中心８１１に集束され、第２の基準信号２３０は第２の曲率中心８２２に集束される。第１と第２の基準信号２２０および２３０は、縦長構造８００に当たり、－第１の光学部品１２０の曲率中心１２２および第２の光学部品１３０の曲率中心１３２の所望の位置と一致する－第１の曲率中心８１１および第２の曲率中心８２２で集束される。縦長構造８００は、例えば、ガラスなどの透明材料、または例えば、ステンレス鋼などの不透明材料から製造されることがある。実施の形態において、第１と第２の基準信号２２０および２３０は、干渉計（図示せず）のレーザまたは点光源顕微鏡（図示せず）の光源である。

第１と第２の基準信号２２０および２３０が干渉計のレーザである実施の形態において、第１と第２の基準信号２２０および２３０は、縦長構造８００の、それぞれ、第１の曲率中心８１１および第２の曲率中心８２２に集束される。縦長構造８００の表面から反射した光は、干渉計の参照アームで干渉される。縦長構造８００が透明材料から製造されている場合、干渉計の干渉する参照アームは、その光が当たる縦長構造８００の第２の表面であり得る。縦長構造８００が不透明材料から製造されている場合、縦長構造８００の表面から反射した光は、干渉計内で、参照ビームと組み合わされる。縦長構造８００の表面および干渉計の参照アームの反射からの干渉縞が無効にされているときに、干渉計は、縦長構造８００の第１の曲率中心８１１および／または第２の曲率中心８２２に集束されている。

第１の基準信号２２０および／または第２の基準信号２３０が点光源顕微鏡からの光源である実施の形態において、その光源は、米国特許第６９２４８９７号明細書に開示された方法によって、縦長構造８００の第１の曲率中心８１１および／または第２の曲率中心８２２に集束されるであろう。

請求項の主題の精神および範囲から逸脱せずに、ここに記載された実施の形態に、様々な改変および変更を行えることが、当業者に明白であろう。それゆえ、本明細書は、ここに記載された様々な実施の形態の改変および変更を、そのような改変および変更が、付随の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内に入るという条件で、包含することが意図されている。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
光学系において多数の光学部品をアライメントする方法において、
第１の光学部品の予め定められた曲率中心にある第１の位置に球体を配置する工程、
前記第１の位置にある前記球体で第１の基準信号の焦点をアライメントする工程、
前記球体を光学的な対称軸に沿って、第２の光学部品の予め定められた曲率中心にある第２の位置に移動させる工程、
前記第２の位置にある前記球体で第２の基準信号の焦点をアライメントする工程、
前記第１の光学部品を前記第１の基準信号でアライメントし、該第１の光学部品を固定する工程、および
前記第２の光学部品を前記第２の基準信号でアライメントし、該第２の光学部品を固定する工程、
を有してなる方法。

実施形態２
前記第１の基準信号および前記第２の基準信号が、干渉計のレーザおよび点光源顕微鏡の光源から選択される、実施形態１に記載の方法。

実施形態３
前記第１の基準信号および前記第２の基準信号が干渉計のレーザである、実施形態１に記載の方法。

実施形態４
前記第１の光学部品および前記第２の光学部品が鏡である、実施形態１に記載の方法。

実施形態５
前記第１の光学部品および前記第２の光学部品の少なくとも一方が、系の光軸上に存在しない、実施形態１に記載の方法。

実施形態６
前記第１の光学部品が前記系の光軸上に存在し、前記第２の光学部品が該系の光軸上に存在しない、実施形態５に記載の方法。

実施形態７
前記球体がガラスから作られている、実施形態１に記載の方法。

実施形態８
前記第１の光学部品および前記第２の光学部品が、該第１の光学部品および該第２の光学部品を接着剤で接着することによって固定される、実施形態１に記載の方法。

実施形態９
光学系において多数の光学部品をアライメントする方法において、
第１の光学部品の曲率中心に第１の球体を配置する工程、
第２の光学部品の曲率中心に、前記第１の球体と物理的に接触して、第２の球体を配置する工程、
第１の基準信号の焦点を前記第１の球体にアライメントする工程、
第２の基準信号の焦点を前記第２の球体にアライメントする工程、
前記第１の光学部品を前記第１の基準信号でアライメントし、該第１の光学部品を固定する工程、および
前記第２の光学部品を前記第２の基準信号でアライメントし、該第２の光学部品を固定する工程、
を有してなり、
前記第１の球体の半径および前記第２の球体の半径の合計が、前記第１の光学部品の曲率中心と前記第２の光学部品の曲率中心との間の距離と等しい、方法。

実施形態１０
前記第１の基準信号および前記第２の基準信号が、干渉計のレーザおよび点光源顕微鏡の光源から選択される、実施形態９に記載の方法。

実施形態１１
前記第１の基準信号および前記第２の基準信号が干渉計のレーザである、実施形態１０に記載の方法。

実施形態１２
前記第１の光学部品および前記第２の光学部品が鏡である、実施形態９に記載の方法。

実施形態１３
前記第１の光学部品および前記第２の光学部品の少なくとも一方が、系の光軸上に存在しない、実施形態９に記載の方法。

実施形態１４
前記第１の光学部品が前記系の光軸上に存在し、前記第２の光学部品が該系の光軸上に存在しない、実施形態１３に記載の方法。

実施形態１５
前記第１の光学部品または前記第２の光学部品の一方が、凸面鏡である、実施形態９に記載の方法。

実施形態１６
前記第１の光学部品または前記第２の光学部品の一方が、凹面鏡である、実施形態１５に記載の方法。

実施形態１７
前記第１の球体の直径および前記第２の球体の直径の各々が、前記第１の光学部品の曲率中心と前記第２の光学部品の曲率中心との間の距離と等しい、実施形態９に記載の方法。

実施形態１８
前記第１の球体および前記第２の球体がガラスから作られている、実施形態９に記載の方法。

実施形態１９
前記第１の光学部品が系の光軸上に存在し、前記第２の光学部品が該系の光軸上に存在しない、実施形態１３に記載の方法。

実施形態２０
前記第１の球体の幾何学的中心および前記第２の球体の幾何学的中心の各々が、光学対称軸上に存在する、実施形態９に記載の方法。

１００ 光学系
１１０ 出力源
１１１、１２１、１３１ 電磁信号
１２０ 第１の光学部品
１２２ 第１の光学部品の曲率中心
１３０ 第２の光学部品
１３２ 第２の光学部品の曲率中心
１４０ 系の光軸
１５０ 光学対称軸
１６０ 最終画像焦点
２１０ 球体
２２０ 第１の基準信号
２３０ 第２の基準信号
５１０ 第１の球体
５２０ 第２の球体
８００ 縦長構造
８１０ 第１の湾曲端部
８１１ 第１の曲率中心
８２２ 第２の曲率中心
８２０ 第２の湾曲端部
８３０ 縦長部分
９００ 移動機構
９１０ ブロック
９１１ 通路
９２０ 基準構成部品
９３０ 保持構成部品
９４０ 弾性取付部材
９５０ スペーサ

Claims (15)

1. 光学系において多数の光学部品をアライメントする方法において、
   第１の光学部品の予め定められた曲率中心にある第１の位置に球体を配置する工程、
   前記第１の位置にある前記球体で第１の基準信号の焦点をアライメントする工程、
   前記球体を光学的な対称軸に沿って、第２の光学部品の予め定められた曲率中心にある第２の位置に移動させる工程、
   前記第２の位置にある前記球体で第２の基準信号の焦点をアライメントする工程、
   前記第１の光学部品を前記第１の基準信号でアライメントし、該第１の光学部品を固定する工程、および
   前記第２の光学部品を前記第２の基準信号でアライメントし、該第２の光学部品を固定する工程、
   を有してなる方法。
2. 前記第１の基準信号および前記第２の基準信号が、干渉計のレーザおよび点光源顕微鏡の光源から選択される、請求項１記載の方法。
3. 前記第１の基準信号および前記第２の基準信号が干渉計のレーザである、請求項１記載の方法。
4. 前記第１の光学部品および前記第２の光学部品が鏡である、請求項１記載の方法。
5. 前記第１の光学部品および前記第２の光学部品の少なくとも一方が、系の光軸上に存在しない、請求項１記載の方法。
6. 前記球体がガラスから作られている、請求項１記載の方法。
7. 光学系において多数の光学部品をアライメントする方法において、
   第１の光学部品の曲率中心に第１の球体を配置する工程、
   第２の光学部品の曲率中心に、前記第１の球体と物理的に接触して、第２の球体を配置する工程、
   第１の基準信号の焦点を前記第１の球体にアライメントする工程、
   第２の基準信号の焦点を前記第２の球体にアライメントする工程、
   前記第１の光学部品を前記第１の基準信号でアライメントし、該第１の光学部品を固定する工程、および
   前記第２の光学部品を前記第２の基準信号でアライメントし、該第２の光学部品を固定する工程、
   を有してなり、
   前記第１の球体の半径および前記第２の球体の半径の合計が、前記第１の光学部品の曲率中心と前記第２の光学部品の曲率中心との間の距離と等しい、方法。
8. 前記第１の基準信号および前記第２の基準信号が、干渉計のレーザおよび点光源顕微鏡の光源から選択される、請求項７記載の方法。
9. 前記第１の基準信号および前記第２の基準信号が干渉計のレーザである、請求項８記載の方法。
10. 前記第１の光学部品および前記第２の光学部品が鏡である、請求項７記載の方法。
11. 前記第１の光学部品および前記第２の光学部品の少なくとも一方が、系の光軸上に存在しない、請求項７記載の方法。
12. 前記第１の光学部品または前記第２の光学部品の一方が、凸面鏡である、請求項７記載の方法。
13. 前記第１の光学部品または前記第２の光学部品の一方が、凹面鏡である、請求項１２記載の方法。
14. 前記第１の球体の直径および前記第２の球体の直径の各々が、前記第１の光学部品の曲率中心と前記第２の光学部品の曲率中心との間の距離と等しい、請求項７記載の方法。
15. 前記第１の球体の幾何学的中心および前記第２の球体の幾何学的中心の各々が、光学対称軸上に存在する、請求項７記載の方法。

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