JP6261813B2 - 真空内で光学素子又はサンプルを配列調整するための調整システム - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一つの真空室と、空間方向に対して調整可能な少なくとも一つの光学素子及び／又は空間方向に対して調整可能な一つのサンプルとから成り、非偏移状態（アイドル状態）において、これらの空間方向に対して調整可能な少なくとも一つの光学素子及び／又は空間方向に対して調整可能な少なくとも一つのサンプルの互いにほぼ直角である最大三つの空間方向における配列形態を調整するための並進アクチュエータが配備されている、真空内で光学素子（ミラー、格子、クリスタル、レンズ）又はサンプルを配列調整するための調整システムに関する。

物体又は光学素子に対して硬Ｘ線の範囲までのテラヘルツ放射線帯域の電磁放射線を理想的に照射するのに必要な照射位置確度（「精度」）は非常に重要である。従って、光学素子を介して、或いは幾つかの後続の光学素子を介してさえも、放射線を正しい位置に向けるためには、三つの回転自由度における数分の１秒及び三つの並進自由度における数ナノメートルで再現可能な形で光学素子又はサンプルを動かすことが必要である。そのような精度を実現するために必要なことは、配備された機器が、近くを通る車両に起因する最小地震動などの外部振動又は変化する風荷重により引き起こされる建物の自然振動から影響されないことだけではない。更に、精密配列調整のために配備された機器が、動作中の熱負荷に起因する精密配列調整の誤調整の予測を難しくする可能性の有る内部の機械的応力により影響されないことも必要である。最終的には、機器が国際的に共通の５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの電力周波数以内又は以下の機械的な固有振動数を防止することが必要であり、機器が前記の周波数により引き起こされる可能性の有る高調波により影響されないことも必要である。

真空にされ、放射線源と接続された真空室内での光学素子及び／又はサンプルの精密配列調整のための幾つかの方式が知られている。機器が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚまでの帯域の自然振動から生じる低周波固有振動数又はそれに対応する高調波から出来る限り影響されないようにするためには、駆動部（アクチュエータ）及びミラーとアクチュエータの間の接続部品を出来る限り短くして、低周波の固有モードを防止すべきである。

三つの並進自由度における精密配列調整を容易にするために、ミラー、光学素子及びサンプルの中の一つ以上を互いに直角の空間方向に動かすことを可能とするモータ駆動式滑走プラットフォーム又はモータ駆動式スライドを組み合わせることがシリアル運動形態として知られている。このシリアル運動形態では、各自由度が精確に一つのアクチュエータに割り当てられている。

シリアル運動形態では、アクチュエータの作用がベクトル加算の形で積算されるので、シリアル運動形態は、制御が非常に簡単になるとの非常に大きな利点を提供する。六つまでの自由度の空間的な配列調整を容易にするために、回転駆動部と並進駆動部の組合せが用いられている。しかし、異なる駆動部の各組合せでは、機械的なバックラッシュが避けられない。

ここで述べた目的と関連するシリアル運動形態の非常に大きな欠点は、異なる配列調整機構の各組合せでは、それらの配列調整の許容誤差が、最良の場合でも合算されて、極端な場合、上記の共鳴又は熱による誤調整に晒されることである。最終的には、機械的なバックラッシュが配列調整すべきミラーの許容誤差のオーダーで静的な不確定性を引き起こすことも起こり得る。

しばしば技術用語で「ヘキサポッド」と記載される所謂スチュワート／ゴフ／カペラプラットフォームは、六つの自由度における精密配列調整のための１９５０年代以降周知のメカニズムである。このパラレル運動形態メカニズムでは、六つの脚が、円の周りに配置された三つの三角形の形の線形駆動部又は油圧部として接続されており、各脚が二つの線形駆動部又は油圧部から構成されている。三つの三角形の三つの頂点が、第二の円形路上で出会い、その結果、六つの脚が、全部で六つの三角形を形成している、即ち、三つの三角形が底板上に立ち、三つの三角形が、それらの頂点を底板上に立った三角形の間に置いて立っている。六つの自由度の如何なる組合せにおいても、両方の円形路の互いの空間的な相対位置が変化することによって、六つの脚の長さが明確に決定される。

パラレル運動形態の利点は、許容誤差を発生させる一方のアクチュエータの案内誤差を他方のアクチュエータにより補償できることである。しかし、そのことは、全ての脚の長さの変化が空間的な意味で重なり合うので、言い換えると、六つの脚が互いに直角に配列調整されていないため、六つの脚の長さの互いの変化が独立して実行できないので、パラレル運動形態のヘキサポッドにおける二つの円の位置が機械的に過剰に決定されることをも意味する。パラレル運動形態メカニズムに必要な制御機器は、アクチュエータの相互依存度を計算するために非常に複雑な計算アルゴリズムを部分的に必要とする。

解析幾何学からの発見は、六つの自由度における物体の位置の変化が互いに独立した六つの長さ変化と両立しないとの確信を提供する。そのため、如何なる数の互いに直角の並進運動によっても六つの自由度を実現することは不可能である。この不可能性は、互いに直角の空間方向における並進が合算できるのに対して、互いに直角の空間方向の周りの回転は合算できないとの結論に基づいている。そのため、別の手法で同じ運動となる運動シーケンスは、空間的な位置変化の結果を決定する。

そのため、前述した（制限無し、共鳴無しを含む）付加的な条件により本発明と関連するエネルギー範囲の電磁放射線を照射するヘキサポッドを用いて光学素子及び／又はサンプルを配列調整するためには、一つの円内に配置された三角形の円の直径に対して六つの脚を非常に短くする必要が有る。その結果は、個々の脚の動きが非常に大きく重なり合うこととなり、それは、運動制御が、六つの脚の並列制御のために非常に複雑な計算アルゴリズムを提供しなければならないことを意味する。各脚の長さの変化は、少なくとも一つの隣の脚におけるほぼ同じ大きさの長さの寄生変化と関連し、運動制御のためのそれ以外の五つの脚の個々の位置変化の依存度を計算する必要性を生じさせる。ここで述べた目的のためのヘキサポッドの別のほとんど有利でない特性は、再現して実現可能な位置が空間内に分散することである。ヘキサポッドの実現可能な位置の空間分解能は、六つの脚の脚の長さの再現可能な分解能と関連する非線形変換である。この再現して実現可能な並進位置は、空間内に均一に分散するのではなく、非常に非線形的な形で空間内に分散する。更に別の観点を考慮しなければならない、即ち、ここで述べた目的のために必要な脚の長さ変化の精度が、ヘキサポッドの異なる位置において、それに対応する二つ以上の脚の長さ変化を非常に大きな機械的な応力無しでは配列調整できない程高いことを考慮しなければならない。この互いに逆向きの機械的な応力は、熱負荷と共に増大し、そのため、必要な配列調整精度を低下させる可能性が有る。

各自由度が精確に一つのアクチュエータに割り当てられるシリアル運動形態の利点と、各アクチュエータが空間的に調整可能な部品の位置に作用するパラレル運動形態の利点とを組み合わせることが望ましい。

この目的のための第一のアプローチが特許文献１に開示されている。その文献は、三つの互いに直角の線形駆動部がミラーに直に作用する、シンクロトロンビーム用ミラーを精密配列調整するためのシステムに関する情報を提供する。それら三つの互いに直角の線形駆動部は、デカルト軸内に配置されており、それらの接合交点としてデカルト原点を有する。それらの互いに直角の線形駆動部の中の二つは、静的な確定性を生み出すだけでなく、回転をも実施するために、それらと並列に配置された少なくとも一つの線形駆動部と対を成している。その機構は、残りの点の周りの非常に近い範囲における六つの自由度における運動と一つの単一駆動部の運動又は二つの線形駆動部の対を成す運動とのほとんど如何なる組合せをも実現することを可能にしている。並進運動毎に、二つの別の線形駆動部が、接合部により補償しなければならない剪断運動と、或る程度であるが、非常に小さい長さ変化とに晒される。しかし、線形駆動部が非常に接近して配置されているために、（線形駆動部の方向に対して交差する方向における）非常に小さい寄生運動が、その構成に非常に大きな機械的な応力を加えるのに十分である。その機械的な応力がミラーに伝達される可能性が有り、従って、ミラーは、応力により誘発されるダイクロイック特性を示し、場合によっては、反射する放射線に望ましくない偏光の変化を引き起こす可能性の有る。更に、接合ロッドと耐真空ベローを用いて、必要な真空室からアクチュエータを引き出す必要が有し、それは、構成全体の共鳴に対する耐性を著しく低下させるか、或いは機械式アクチュエータを真空室内に配置しなければならず、それは、大きな負担を生じさせるとともに、真空品質に関して問題を引き起こす可能性が有る。

ドイツ特許第１００４２８０２号明細書

本発明の課題は、光学素子及び／又はサンプルを精密配列調整するための機器の精度、再現性及び寿命を向上させることである。

本発明の課題は、真空室がミラー、光学素子及びサンプルの中の一つ以上の空間位置を配列調整するための並進用アクチュエータと間接的又は直接的に接続されており、真空室内における空間方向に対して調整可能な少なくとも一つのミラー、空間方向に対して調整可能な少なくとも一つの光学素子及びサンプルの中の一つ以上を真空室に対して固く固定することによって達成される。

そのため、本発明は、真空室内におけるミラー、光学素子及びサンプルの中の一つ以上が真空室に対して固定位置に配置されると規定する。本出願の枠組み内において、「固定位置」とは、光学素子及び／又はサンプルの空間的な向きが真空室の空間的な向きに対して変化しないことを意味する。硬Ｘ線の範囲までのテラヘルツ帯域の電磁放射線に対して光学素子及び／又はサンプルの空間的な向きを変化させるために、それらは、真空室と共に一緒に配列調整される。ミラー、光学素子及びサンプルの中の一つ以上を包囲して、それらを空気から保護する真空室は、一方の側を放射線源と接続され、真空室内にミラー及び／又は光学素子が有る場合、真空室は、他方の側をターゲットと接続される。この接続部は、金属製の真空保持式ベローの形で柔軟に作成される。そのため、真空室と真空室内に有るミラー、光学素子及びサンプルの中の一つ以上との両方の外側筐体を均一かつ精密に配列調整しなければならないので、アクチュエータが外側から真空室に作用することが必要である。一方で、内部の構成部品と共に筐体を精密に配列調整しなければならないのが、当初は問題であるように思われている。真空室の大きな接触面のために、この形式の配列調整は、外部からの影響を非常に受け易いように思われている。しかし、他方で、この構成は、ミラー、光学素子及びサンプルの中の一つ以上を動かすための複雑な機構を用いる他のシステムでは、比較的大きくなり、従って、望ましくない大きな共鳴面を示すこととなる真空室を非常に小さくコンパクトに設計することを容易にする。

更に、ここに記載する集合体は、アクチュエータが離れた所から、かなり大きなレバーを用いて、ミラー、光学素子及びサンプルの中の一つ以上の重心、中心点又は作用点に対して作用するので、極めて精密な配列調整を容易にする。例えば、アクチュエータが、約２０ｃｍのレバーを用いて、２０ｎｍ／ステップ未満の位置決め下限を有する場合、約０．０２’’（２０ｎｍ／２０ｃｍ）ＡｒｃＳｉｎ（アークセカンド）の角度分解能が実現可能であり、このことは、ミラー又は光学素子とターゲットの間の間隔が２０ｍの場合に、２μｍの空間分解能が実現可能であることを意味する。

この構成は、アクチュエータがミラーに直接作用する周知の解決策より勝っており、真空室が真空室内に真空品質に影響する部品を持たないこと、共鳴振動に敏感な貫通接続部が、より少なく存在すること、並びにこれまで実現することが難しかった精密配列調整が可能になると同時に、空間配列調整の非常に小さい許容誤差を提供することの大きな利点を提供する。

この構成の別の有利な観点は、１００Ｈｚ未満の帯域における低周波数の内部減衰が大きい、黒鉛、合成黒鉛又はコンクリートなどの鉱物材料のような材料又は金属から成る大きな重量のブロックに直接アクチュエータ自体を取り付けられることである。この構成は、アクチュエータの長さが短いことと関連して、共鳴振動に対して高い抵抗を助長する。

そのような高い精度を実現するために必要な、機械的なバックラッシュが無いことを保証するために、本発明の実施形態は、並進用アクチュエータが屈曲部を介して真空室と接続されると規定する。これらの屈曲部は、好ましくは、非常に小さい寄生運動を補償するために存在するとともに、構成全体の非常に高い剛性を保証するジンバル式屈曲部である。

好ましくは、アクチュエータは、二つのジンバル式屈曲部をそれぞれ備えた一つの連結ロッドを有し、そのロッドを介して、アクチュエータは、真空室と機械的に接続される。連結ロッドのこれら二つのジンバル式屈曲部が、ここでは光学素子又はサンプルを調整するために必要な行程の程度にまで寄生運動を補償することを容易にする。

本発明の一つの実施形態として、第一の並進配列調整及び第一の回転配列調整のために、非偏移状態（アイドル状態）で互いにほぼ平行である第一の対の二つの並進用アクチュエータが配備され、第二の並進配列調整及び第二の回転配列調整のために、非偏移状態（アイドル状態）で互いにほぼ平行である第二の対の二つの別の並進用アクチュエータが配備され、非偏移状態（アイドル状態）において、この第二の対の空間方向に対する第一の対の空間方向が互いにほぼ直角であり、第三の回転配列調整のために、更に別の並進用アクチュエータが配備され、その空間方向が、非偏移状態（アイドル状態）において、第一又は第二の対の空間方向に対してほぼ平行であり、最大二つのアクチュエータの軸が接合交点を形成すると規定される。前述した通り、「平行」及び「直角」との用語は、アクチュエータのストローク軸に対する用語である。

従来技術による規定と異なり、三つの並進自由度のための並進用アクチュエータは、これら三つが一つの接合交点を形成するように調整すべき物体に作用するのではなく、これらのアクチュエータが、真空室内に包囲された、調整すべきミラー、光学素子及びサンプルの中の一つ以上を収容する容積を有する仮想的な立方体の隅に作用すると規定される。非偏移状態（アイドル状態）において平行である二つのアクチュエータは、この仮想的な立方体の第一の接合端の異なる隅に作用し、これら二つの平行なアクチュエータのストローク軸は、それぞれこの立方体の第二と第三の端の中の一つと同一直線上を延びる。このような二つのアクチュエータの作用は、仮想的な立方体に対して直角方向の別のアクチュエータ対についても言えることである。一対のアクチュエータが、非偏移状態（アイドル状態）において、平行に配列調整され、非偏移状態（アイドル状態）において、二つの対の間で互いに直角に配列調整される、このような二対のアクチュエータの作用によって、作用を受ける立方体が、二つの並進自由度及び二つの回転自由度において調整可能となる。並進運動を実施するために、一対の互いに平行なアクチュエータが、所望の方向への調和した動きにより仮想的な立方体を動かす。回転運動を実施するために、一対の互いに平行なアクチュエータが、所望の回転軸の周りの互いに逆方向の動きにより仮想的な立方体を動かす。互いに平行であり、別のアクチュエータに対して直角に配列調整された第三の対のアクチュエータが仮想的な立方体に作用することが可能である一方、そのような対は、既に作用しているアクチュエータ対と独立して、それ以上作用することはできない。並進を引き起こす調和した動きが別の対の回転運動と競合するか、或いはその逆である。互いに平行であり、既に存在するアクチュエータ対に対して直角に配列調整される第三の対のアクチュエータの導入は、少なくとも非偏移状態（アイドル状態）の近傍において、アクチュエータの互いの独立性を壊すこととなる。本発明の実施形態は、第三の回転配列調整のために、更に別の並進用アクチュエータが配備され、その空間方向は、非偏移状態（アイドル状態）において、第一及び第二の対の空間方向に対してほぼ平行に延びると規定する。従って、全部で５つの自由度をカバーするために、一組のアクチュエータトリオと一組のアクチュエータペアが配備される。このアクチュエータトリオは、完全には互いに独立していないが、非偏移状態（アイドル状態）の周りの限界内では、ほぼ独立していると考えられる。

空間内の静的な確定性のために、有利には、第六の部品として、少なくとも一つの連結ロッドが配備され、そのロッドの各端に一つのジンバル式屈曲部を有し、その屈曲部が、二対のアクチュエータの並進軸により境界を画定された平坦な突起部のほぼ中央の一つの空間固定点と接続されると規定する。この空間固定点は、基礎部と固く接続されたアンカー部品とすることができる。代替策として、長手方向に並進する第六の自由度が必要な場合、第六の部品を別の並進用アクチュエータとして設計すると規定される。

特に高い分解能のためには、アクチュエータが、それぞれ遊びの無いギヤボックスを介してモータにより駆動され、少なくとも一つの屈曲部を介して真空室の位置に位置を移動させるスピンドル駆動部から構成されるのが有利であることが分かっている。このスピンドルのピッチ、ギヤボックスのギヤ比及びモータの回転角度分解能を適切に選択することによって、この並進用アクチュエータにおいて数ｎｍ／ステップの範囲の分解能を実現することができる。

１００Ｈｚ未満の範囲の固有振動数を防止するために、少なくとも一つの屈曲部（ＦＧ）を備えた連結ロッド（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５及びＫ６）は、好ましくは、最大３０ｃｍの長さを有し、さもなければ、この連結ロッドは、低い（１００Ｈｚ未満の）周波数の共鳴振動に晒される。

低い周波数の固有振動数を更に良好に防止する手段を提供するために、アクチュエータ（Ｘ１，Ｘ２，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）は、好ましくは、重量が１００ｋｇ〜３ｔの大きな重量の基礎部内に収容される。
以下の図面を用いて、本発明を詳しく説明する。

図１は電磁放射線源、ここでは、シンクロトロン１と、本発明による真空室と、ターゲットとを図示し、簡略化のために、これら三つの構成要素の縮尺を大幅に修正した模式図。図１’は図１と同様であるが、放射線源としてレーザーを備えた模式図。図１’’は図１と同様であるが、放射線源としてレントゲン（Ｘ線）源を備えた模式図。 点線で表示された真空室と、連結ロッドと、基礎部内のアクチュエータとを備えた真空室集合体 図２の真空室集合体を下から見た斜視図 図２及び３の真空室集合体の分解図 寄生運動を説明するための模式図 アクチュエータの動きを説明するための模式図

図１は、電磁放射線源が第一の構成部品Ｅ１として示された模式図を図示している。この電磁放射線源２の出口は、第二の構成部品Ｅ２としての調整システム３と接続されており、この第二の構成部品は、真空室３’’内に、第三の構成部品Ｅ３としてのリモートターゲット４に仮想的な放射線源点を照射する、ここでは、格子５と開口部６から成る光学素子３’を有する。本発明による真空室３’’は、仮想的な放射線源点をターゲット４に非常に精確に偏向して照射するために、非常に精密にかつ調整可能な形で配列調整される。本発明の目的は、この配列形態を出来る限り簡単に設計すると同時に共鳴及び機械的なバックラッシュに対する感受性を低減して、この集合体の寿命を延ばすことである。この調整システム３が、図１の光学素子と共に図２に詳細に図示されている。

図２は、本発明による調整システムの一つの構成を図示している。この調整システム３は、各終端に一つの金属製ベロー５，６を有し、これらのベローは、一方の側において、真空真空室３’’を電磁放射線源１の出口と真空保持形態で接続し、他方の側において、真空室を放射線のターゲットと、この場合、モノクロメータの格子／開口部集合体と接続する。開口角が非常に小さい電磁ビーム７が、調整システム３の真空室３’’内に有るミラー３’に当たる。この電磁ビーム７を精確に配列調整するために、互いに平行なアクチュエータの対Ｘ及びＺを用いて、真空室３’’全体を配列調整する。以下では、大文字のＸ，Ｙ，Ｚは、それぞれデカルト座標系のｘ，ｙ，ｚの方向における並進運動を表し、小文字のｘ，ｙ，ｚは、それぞれデカルト座標系の軸ｘ，ｙ，ｚの周りの回転運動を表す。

第一の対のアクチュエータＸは、互いに平行な二つのアクチュエータＸ１及びＸ２から構成され、これら二つのアクチュエータ自体は、スピンドル駆動部ＳＴＸ１及びＳＴＸ２として、黒鉛、合成黒鉛又はコンクリートなどの鉱物材料又は金属のような１００Ｈｚ未満の帯域における低周波数の内部減衰が大きい材料から成る固い基礎部８内に固く取り付けられている。これらのアクチュエータＸ１及びＸ２は、連結ロッドＫ１及びＫ２を介して、ケージ１０と接続され、このケージ自体は、立方体として構成され、真空室３’’を固く包囲している。これらの連結ロッドＫ１及びＫ２の各々は、望ましくないが、避けられない寄生運動を吸収できる二つのジンバル式屈曲部を有する。この寄生運動とこの寄生運動の連結ロッドによる補償は、図５において、より詳しく説明する。

第二の対のアクチュエータＺとして、二つのアクチュエータＺ１及びＺ２が立方体のケージ１０と接続され、これらのアクチュエータＺ１及びＺ２も互いに平行であるが、これらのアクチュエータＺ１及びＺ２は、アクチュエータＸ１及びＸ２に対して直角の配列調整形態を提供する。全てのアクチュエータＸ１，Ｘ２，Ｚ１及びＺ２は、第一のアクチュエータの再調整が必ず第二のアクチュエータの再調整を引き起こすようなこと無しに、非偏移状態（アイドル状態）の周りの小さい調整範囲内において独立して調整することが可能である。一つのアクチュエータを偏移させた場合、それ以外のアクチュエータ及びそれらの連結ロッドは、起こり得る寄生運動を補償しなければならない。しかし、このシステムは、依然として静的に不確定である。

アクチュエータの独立性を犠牲にすること無しには、第三の対のアクチュエータを追加できない。

表示されたｘ軸の周りに回転させるために、全てのアクチュエータの非偏移状態（アイドル状態）において、第二の対のアクチュエータＺに対して平行に配列調整された更に別の単一のアクチュエータＺ３が設置されており、従って、それらと共に一組のトリオを構成する。このアクチュエータＺ３は、電磁ビーム７の表示されたビームパスにとって重要ではない、或いは小さい影響しか与えない部品を調整するために配備されている。このアクチュエータＺ３が単独で動かされた場合、表示されたｘ軸の周りの回転とｚ軸に沿った並進の両方によって、真空室３’’内に有るミラー３’の配列形態が修正される。ｘ軸の周りの回転とｚ軸に沿った並進の間の独立性を維持するために、対ＺとアクチュエータＺ３を互いに逆方向に動かさなければならない。しかし、精確に互いに逆向きに動かすことは、アクチュエータを制御するコントローラにおいて複雑な計算を必要としないので、この形式の連結形態は、依然として、扱い易い連結形態として受け入れられる。

第六の自由度、即ち、ｙ軸に沿った並進のために、それ以外の五つの自由度の動きを受け入れることも目的とする、二つのジンバル式屈曲部を備えた連結ロッドＹが配備されている。基本的に電磁ビーム７の僅かに偏移されたビームパスに従う、ここで示した例では、ミラーを備えた真空室の、このｙ軸に沿った並進は、電磁ビーム７のビームパスに最小の影響しか与えないので、この連結ロッドＹは、アンカー部Ａを介して、従って、空間内での静的な確定性を提供し、空間内での調整システム３の固く不動の位置決めを保証する最後の部品としての基礎部８と固く接続されている。

図３は、立方体のケージ１０に対するトリオを構成する三つのアクチュエータＺ１，Ｚ２及びＺ３の動作を図示している。更に、カウンタベアリングとして設置された連結ロッドＹが、ほぼ二つの連結ロッドＺ１とＺ２の間のケージ１０に対して如何に動作するのか、並びにミラー３’のほぼミラー中心の下で基礎部８に取り付けられたアンカー部Ａと如何に接続されるのかが図解されている。

図４は、集合体全体の構成を図解するために、真空室３’’、アクチュエータＸ１，Ｘ２，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３及びＹ、それに対応する連結ロッドＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６及びケージ１０と共に、本発明による調整システム３の概要を分解図で図示している。個々のアクチュエータＸ１，Ｘ２，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３は、アングル材を構成する基礎部８のそれらに対応する穴に固く取り付けられている。これらのアクチュエータ自体は、モータＳＭＸ１，ＳＭＸ２，ＳＭＺ１，ＳＭＺ２，ＳＭＺ３により駆動される。ギヤボックスＳＴＸ１，ＳＴＸ２，ＳＴＺ１，ＳＴＺ２，ＳＴＺ３を備えたスピンドル駆動部を介して、アクチュエータは、それらに対応する連結ロッドＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４及びＫ５と、最終的に真空室３’’に接続されたケージ１０とを動かす。立方体のケージ１０の隅に対するアクチュエータＸ１，Ｘ２，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３の作用によって、真空室３’’全体が、システムの機械的な限界内でシフト又は回転され、真空室３’’に対して位置を固定されたミラー３’の空間的な配列形態が真空室３’’と共に動かされる。この真空室の動きは、各側に一つのフランジを装備した金属製の真空保持式ベロー５及び６によって補償される。

寄生運動を図解するために、図５は、二つのジンバル式屈曲部ＦＧ１及びＦＧ２を備えた連結ロッドＫが、如何にして、この図では誇張されている、並進行程Ｔにより引き起こされる剪断応力に晒されるのかを図示している。この連結ロッドＫは、並進行程Ｔだけ側方にずれることによって反応する。そのようにして、連結ロッドの終端における寄生運動を受け入れなければならない。しかし、アイドル位置の近くでは、寄生運動ｐは、並進行程Ｔと比べて非常に小さく、第一の近似では、１−α（表示された角度）の差に比例する。

二つのジンバル式屈曲部ＦＧ１とＦＧ２の間の間隔が大きくなる程、表示された並進行程Ｔにおける角度αが小さくなるとともに、並進行程Ｔに沿った偏移時の寄生運動ｐが小さくなる。しかし、最大５ｍｍまでの並進行程に対して、連結ロッドＫのジンバル式屈曲部の間隔が約１０ｃｍとなり、寄生運動が、その寄生運動により乱される偏移に大き過ぎる影響を与えることはない。これらの関係に鑑みて、寄生運動は、アイドル状態からの剪断動作に関する並進行程の（１−９５％）未満である。Ｔに関する最大並進行程を５ｍｍとした場合、寄生運動ｐは約２．５ｍｍとなり、別のアクチュエータの動きによって補償される。しかし、光学素子／サンプルに対して、数μｍの小さい操作しか必要でない場合、寄生運動は無視できるものとなり、そのため、別のアクチュエータの補償する動きが不要となる。

最後に、図６は、本発明に基づき動作するアクチュエータの模式図を図示しており、アクチュエータは、専ら並進用アクチュエータとして図示されている。図６は、以下の表と関連して読み取るべきである。

Ｘ，Ｙ，Ｚ方向における並進運動のためには、以下の動きが必要である。
（１）Ｘ方向における動き（並進−Ｘ）のためには、アクチュエータＸ１及びＸ２を同じ方向に動かすことが必要である（両方＋１）。
（２）Ｙ方向における動き（並進−Ｙ）のためには、アクチュエータＹだけを動かすことが必要である（＋１）一方、このアクチュエータは、ビームパスに非常に小さい影響しか及ぼさない。
（３）Ｚ方向における動き（並進−Ｚ）のためには、アクチュエータＺ１，Ｚ２及びＺ３を同じ方向に動かすことが必要である（全部＋１）。
（４）ｘの周りの回転（回転−ｘ）のためには、（アクチュエータＺ１及びＺ２から成る）アクチュエータ対Ｚを同じ方向に動かして、アクチュエータＺ３をその逆方向に動かすことが必要である。
（５）ｙの周りの回転（回転−ｙ）のためには、（アクチュエータＺ１及びＺ２から成る）アクチュエータ対Ｚを互いに逆方向に動かすことが必要である。
（６）ｚの周りの回転（回転−ｚ）のためには、（アクチュエータＸ１及びＸ２から成る）アクチュエータ対Ｘを互いに逆方向に動かすことが必要である。

１ 電磁放射線源
２ 電磁放射線源の出口
３ 調整システム
３’ ミラー
３’’ 真空室
４ ターゲット
５ 格子
６ 開口部
７ ビーム
８ 基礎部
１０ ケージ
Ａ アンカー部
Ｅ１ 構成部品
Ｅ２ 構成部品
Ｅ３ 構成部品
ＦＧ１ 屈曲部
ＦＧ２ 屈曲部
Ｋ 連結ロッド
Ｋ１ 連結ロッド
Ｋ２ 連結ロッド
Ｋ３ 連結ロッド
Ｋ４ 連結ロッド
Ｋ５ 連結ロッド
Ｋ６ 連結ロッド
Ｘ アクチュエータ対
Ｘ１ アクチュエータ
Ｘ１’ スピンドル駆動部
Ｘ２ アクチュエータ
Ｘ２’ スピンドル駆動部
Ｙ 連結ロッド
Ｚ アクチュエータ対
Ｚ１ アクチュエータ
Ｚ２ アクチュエータ
Ｚ３ アクチュエータ
Ｓ ビームパス
ＳＭＸ１ モータ
ＳＭＸ２ モータ
ＳＭＺ１ モータ
ＳＭＺ２ モータ
ＳＭＺ３ モータ
ＳＴＸ１ スピンドル駆動部
ＳＴＸ２ スピンドル駆動部
ＳＴＺ１ スピンドル駆動部
ＳＴＺ２ スピンドル駆動部
ＳＴＺ３ スピンドル駆動部
Ｔ 並進行程
ｐ 寄生運動

Claims (9)

1. 光線又は電磁放射線を照射するために真空内において光学素子及びサンプルを配列調整するための調整システム（３）であって、
   少なくとも一つの真空室（３’’）と、
   空間方向に対して調整可能な少なくとも一つのミラー（３’）、
   空間方向に対して調整可能な少なくとも一つの光学素子、及び
   空間方向に対して調整可能な少なくとも一つのサンプルの中の一つ以上と、
   から構成され、
   非偏移状態（アイドル状態）において、前記の空間方向に対して調整可能な少なくとも一つのミラー（３’）、空間方向に対して調整可能な少なくとも一つの光学素子、及び空間方向に対して調整可能な少なくとも一つのサンプルの中の一つ以上の三つの互いにほぼ直角の空間方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における配列形態を調整するための並進用のアクチュエータ（Ｘ１，Ｘ２，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）が配備されている、
   真空内において光学素子及びサンプルを配列調整するための調整システムにおいて、
   真空室（３’’）内の前記の空間方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対して調整可能な少なくとも一つのミラー（３’）、空間方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対して調整可能な少なくとも一つの光学素子、及びサンプルの中の一つ以上が、真空室（３’’）に対して固定位置に取り付けられており、
   真空室（３’’）が、前記のミラー（３’）、光学素子及びサンプルの中の一つ以上の空間位置を配列調整するための並進用のアクチュエータ（Ｘ１，Ｘ２，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）と直接的又は間接的に接続されており、
   そのため、これら三つの並進自由度のための並進用のアクチュエータは、これら三つが一つの接合交点を形成するように、調整すべき物体に作用するのではなく、並進用のアクチュエータ（Ｘ１，Ｘ２，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）が仮想的な立方体の隅に作用し、この立方体の容積が、真空室内に包囲された、調整すべきミラー（３’）、光学素子及びサンプルの中の一つ以上を収容し、
   それによって、電磁放射線に対するミラー（３’）、光学素子及びサンプルの中の一つ以上の空間方向を変更するために、それらが真空室全体と共に一緒に配列調整され、そのため、並進用のアクチュエータ（Ｘ１，Ｘ２，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）が、外側から真空室に作用する、
   ことを特徴とする真空内において光学素子及びサンプルを配列調整するための調整システム。
2. 並進用のアクチュエータ（Ｘ１，Ｘ２，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）が屈曲部（ＦＧ）を介して真空室（３’’）と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の真空内において光学素子及びサンプルを配列調整するための調整システム。
3. 並進用のアクチュエータ（Ｘ１，Ｘ２，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）が、二つのジンバル式屈曲部（ＦＧ）をそれぞれ備えた連結ロッド（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５）を有し、これらの連結ロッドを介して真空室（３’’）と接続されていることを特徴とする請求項２に記載の真空内において光学素子及びサンプルを配列調整するための調整システム。
4. 第一の並進（Ｘ）と第一の回転（ｚ）の配列調整のために、非偏移状態（アイドル状態）において互いにほぼ平行である第一の対（Ｘ）の並進用のアクチュエータ（Ｘ１，Ｘ２）が配備され、
   第二の並進（Ｚ）と第一の回転（ｙ）の配列調整のために、非偏移状態（アイドル状態）において互いにほぼ平行である第二の対（Ｚ）の別の並進用のアクチュエータ（Ｚ１，Ｚ２）が配備され、
   非偏移状態（アイドル状態）において、前記の第一の対（Ｘ）の空間方向が、第二の対（Ｚ）の空間方向に対してほぼ直角に配列調整され、
   第三の回転（ｘ）の配列調整のために、更に別の並進用のアクチュエータ（Ｚ３）が配備され、その空間方向が、非偏移状態（アイドル状態）において、第二の対（Ｚ）の空間方向に対してほぼ平行であり、
   最大二つのアクチュエータ（Ｘ２，Ｚ１）の軸が接合交点を形成する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の真空内において光学素子及びサンプルを配列調整するための調整システム。
5. 第六の構成部品として、二つのアクチュエータ対（Ｘ，Ｚ）の並進軸により境界を画定された平坦な突起部のほぼ中央の一つの空間固定点（Ａ）と接続された並進用のアクチュエータ（Ｙ）が配備されており、この構成部品の並進軸の空間方向が、非偏移状態（アイドル状態）において、二つのアクチュエータ対（Ｘ，Ｚ）の配列形態に対してほぼ直角に配列調整されることを特徴とする請求項４に記載の真空内において光学素子及びサンプルを配列調整するための調整システム。
6. 前記のミラー（３’）又は光学素子が、真空室（３’’）内に配置されており、真空室（３’’）と共に空間方向に対して調整可能であることを特徴とする請求項３から５までのいずれか一つに記載の真空内において光学素子及びサンプルを配列調整するための調整システム。
7. 前記のアクチュエータ（Ｘ１，Ｘ２，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）が、それぞれ一つのスピンドル駆動部（ＳＴＸ１，ＳＴＸ２，ＳＴＺ１，ＳＴＺ２，ＳＴＺ３）から構成され、これらのスピンドル駆動部が、ギヤボックスを介してモータ（ＳＭＸ１，ＳＭＸ２，ＳＭＺ１，ＳＭＺ２，ＳＭＺ３）により駆動され、それらの位置をそれぞれ前記の少なくとも一つの屈曲部（ＦＧ）を介して真空室（３’’）の位置に移動させることを特徴とする請求項３から６までのいずれか一つに記載の真空内において光学素子及びサンプルを配列調整するための調整システム。
8. 少なくとも一つの屈曲部（ＦＧ）を備えた前記の連結ロッド（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５）が最大３０ｃｍの長さを有することを特徴とする請求項３から７までのいずれか一つに記載の真空内において光学素子及びサンプルを配列調整するための調整システム。
9. 前記のアクチュエータ（Ｘ１，Ｘ２，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）が、１００ｋｇ〜３ｔの大きな重量の基礎部（８）内に収容されていることを特徴とする請求項８に記載の真空内において光学素子及びサンプルを配列調整するための調整システム。

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