JPH02204701A - 光学系熱変形制御装置およびその操作方法 - Google Patents

光学系熱変形制御装置およびその操作方法

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JPH02204701A
JPH02204701A JP2429089A JP2429089A JPH02204701A JP H02204701 A JPH02204701 A JP H02204701A JP 2429089 A JP2429089 A JP 2429089A JP 2429089 A JP2429089 A JP 2429089A JP H02204701 A JPH02204701 A JP H02204701A
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light
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稔雄 熱田
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ミラーまたはレンズからなる光学系の照射光
線による熱変形を防止または制御する装置およびその操
作方法に関するものである。
〔従来の技術] ミラーまたはレンズからなる光学系は、照射光線を一部
吸収して熱変形する。この変形は、照射光線のパワーが
大きい程、顕著であり、とくに高出力のレーザを使用し
た場合には、光学系の熱変形が大きく、所定の位置から
焦点がずれたり、ビームが発散したりする。このため、
熱変形を防止でき、常に安定した光学系を構成すること
が要求される。
レーザ発生装置においては、レーザ共振器に組み込まれ
た可動ミラーによるモードの調整が、現在でも行われて
いる。しかし、熱変形をリアルタイムで計測してフィー
ドバックし、可動ミラーを制御するという実際的な方式
は何ら行われていない。
〔発明が解決しようとする課題〕
平面鏡に光照射される場合には、平面鏡の表面側と裏面
側とに生じる温度分布の差により、入射側に平面鏡が脹
らみ凸面鏡になる。このため、平行光線に入射したビー
ムは発散する。発散の程度は、直径50III11の平
面鏡を考えた場合、第17図に示すように、ビーム径が
20鵬、中央での盛上がり量100μmで5mrad 
(全角で12wrad)程度に、盛上がり量が2(bz
mで約2mrad(全角)となる。盛上がり量は平面鏡
の板厚、材質、周囲の拘束状況、冷却状況により大幅に
変化する。
また凹面鏡を使用する場合には、第18図に示すように
、凹面鏡の曲率の変化が焦点位置の変化に大きく作用す
る。とくに、焦点距離の長いミラーでは、曲率の変化に
よる焦点位置の変動の程度は、焦点距離の短かいミラー
に比べて大きくなる。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、熱変形を検出
し、この検出信号をフィードバックして、光学系の形状
を常に一定に保持するように制御することができる光学
系熱変形制御装置およびその操作方法を提供することを
目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するために、本発明の光学系熱変形制
御装置は、第1図および第2図に示すように、レーザ光
または光を照射するミラー1またはレンズ2と、このミ
ラーまたはレンズに接続され、レーザ光または光のミラ
ーまたはレンズへの照射中に生じる熱変形を検出する変
位検出手段3と、この変位検出手段の検出信号をフィー
ドバックしてミラーまたはレンズの形状を常に一定に保
つように制御する形状制御手段6とを包含するようにし
たものである。
そして、変位検出手段3は、照射するレーザ光または光
と異なる波長のレーザ光または光を投光する投光器4と
、この投光器からのレーザ光または光の反射光を受光す
る受光器5とからなっている。
また、第5図に示すように、変位検出手段3が、照射す
るレーザ光または光と異なる波長のレーザ光または光を
投光する投光器4と、この投光器とミラーまたはレンズ
とを接続する光ファイバー16と、投光器からのレーザ
光または光の反射光を受光する受光器5と、ミラーまた
はレンズと受光器とを接続する光ファイバー17とから
なる場合がある。
形状制御手段6としては、第7図に示すように、ミラー
の裏面に設けられたピエゾ素子20などの電歪素子、ま
たは磁歪素子が用いられたり、第11図に示すように、
ミラーの裏面に設けられた流体封入部22と、この流体
封入部に接続された、変位検出手段からの検出信号をフ
ィードバックして作動する圧力コントローラー23とか
らなる装置が用いられる。
さらに、第14図〜第16図に示すように、加熱しない
状態では変形している、レーザ光または光を照射するミ
ラー26またはレンズと、このミラーまたはレンズを正
常形状に加熱するための加熱手段27とから光学系熱変
形制御装置を構成する場合もある。
この場合は、加熱しない状態では変形しているミラー2
6またはレンズに、レーザ光または光を照射す前に、別
の加熱手段27で照射光の吸収熱量分を与えておき、照
射光を照射すると同時に、別の加熱手段27による加熱
を止め、常に一定のミラー形状またはレンズ形状を保持
するようにする。
〔作   用〕
第1図および第2図に示すように、レーザ光または光を
照射するミラー1またはレンズ2に、投光器4から、照
射するレーザ光または光と異なる波長のレーザ光または
光を投光し、この投光器4からのレーザ光または光の反
射光を受光器5で受光し、照射光照射中に生じるミラー
1またはレンズ2の熱変形を検出する。この検出信号を
形状制御手段6に導入して、電気的、圧力的または温度
的コントロールにより、ミラー1またはレンズ2の変形
を正常に戻し、常に一定の形状に保持する。
〔実 施 例〕
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説
明する。ただしこの実施例に記載されている構成機器の
形状、その相対配置などは、とくに特定的な記載がない
限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のも
のではなく、単なる説明例にすぎない。
第1図および第2図は本発明の光学系熱変形制御装置の
一実施例を示し、光学系がミラー1の場合の説明図、第
2図は光学系がレンズ2の場合の説明図である。第3図
は第1図における変位検出手段3まわりの詳細説明図、
第4図は同斜視説明図である。
変位検出手段3としては、たとえば、照射光と異なる波
長のレーザ光(プローブレーザ光)または光を投光する
投光器4と、この投光器からのレーザ光または光の反射
光を受光する受光器5とを組み合わせたものが用いられ
る。
照射光のミラー1またはレンズ2への照射中に生じる熱
変形を、変位検出手段3で検出し、検出信号を形状制御
手段6にフィードバックして、電気的、圧力的または温
度的コントロールを与えて、ミラー1またはレンズ2の
形状を常に一定に保つ。
このようにすることにより、ミラー1またはレンズ2の
変形計測を、照射光の照射中に行うことができ、かつミ
ラーまたはレンズに対して非接触に行うことができる。
なお、受光器5の前面には、プローブ用レーザ光または
光のみを通すバンドパスフィルターなどのフィルター7
が付加されている。8は記録計である。
照射光として用いるレーザ光または光の出力が大きい場
合には、第3図および第4図に示すように、ミラー1の
裏面に水冷部10を設け、ミラー1を水冷した状態で計
測するように構成する。11は熱量針、12はパイプ、
13はミラー固定具、14は流量計、15は記録針であ
る。
第5図は、光ファイバーを用いて、ミラー1またはレン
ズの近傍に光を導光し、位置検出を行う装置を示してい
る。16.17は光ファイバー18は1次元位置センサ
ー(第6図参照)である。
この場合も、非接触で変形を計測することができる。
第7図は、変位検出手段により検出されたミラー1の変
形をキャンセルするための駆動源、すなわち形状制御手
段として、ピエゾ素子20を用いた可動ミラー機構を示
している。ピエゾ素子20は、ミラー1の裏面およびミ
ラー固定具21に接合されており、ミラー1の変形に相
当する量をピエゾ素子20で引きつけて変形を防止また
は制御する。第8図はミラー1が照射光により変形して
いる状態(二点鎖線の部分)を示し、第9図は変形した
ミラー1をピエゾ素子により、矢印の方向に引き付けて
いる状態を示し、第10図はフラットな形状のミラー1
になった状態を示している。なお、ピエゾ素子20など
の電歪素子を用いる代りに、磁歪素子を用いることも可
能である。
第11図は、゛変位検出手段により検出されたミラー1
の変形をキャンセルするための駆動源、すなわち形状制
御手段として、流体圧のコントロールを行う可動ミラー
機構を示している。ミラー1の裏面側には、水、油また
は気体が封入された流体封入部22が設けられており、
ミラー1の表面の変位計測結果をフィードバックし、圧
力コントローラー23により、ミラー裏面の圧力を制御
し、ミラー1の変形を制御するように構成したものであ
る。本例では、流体圧を用いることで、薄板のミラーの
裏面に均質な圧力をかけることができる。
24はミラー固定具、25は増幅器である。第12図は
ミラー1が照射光により変形している状態を示し、第1
3図はミラー1の裏面を減圧にすることにより、ミラー
をフラットな状態にしている状態を示している。
第14図〜第16図は、加熱しない状態では変形してい
るミラー26と、このミラー26を正常形状に加熱する
ためのヒーターなどの加熱手段27とからなるミラー変
形制御装置を示している。
ミラー26に吸収される熱量が予想できる場合に、照射
光を当てる前において、別の加熱手段27でミラー26
に照射光の吸収熱量分を与えておき、照射光を与えると
同時に、別の加熱手段27の加熱を止め、常に一定のミ
ラー形状を保持し得るように制御する。第14図は加熱
をしないとへこんでいる状態のミラー26を示し、第1
5図はミラー表面を別の加熱手段27で加熱してフラッ
トにした状態を示し、第16図は照射光を照射して、加
熱手段27の加熱を止めた状態を示している。
本例の装置においては、照射光のミラー26への吸収特
性を予想して加熱手段27で予備加熱しておき、ミラー
表面の形状を保持する。加熱手段27は、照射光入射に
よりζ生じる熱度と同等の熱分布を生じるように配置す
る。
上記の第14図〜第16図に示す実施例では、ミラーの
場合について説明したが、レンズ(透過光学系)の場合
も同様に適用することができる。
〔発明の効果〕
本発明は上記のように構成されているので、つぎのよう
な効果を奏する。
(1)  ミラーまたはレンズからなる光学系の照射光
線による熱変形を効果的に防止または制御することがで
きる。
(2)本発明をレーザ発生装置の光学系に適用した場合
、安定したビーム特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光学系熱変形制御装置の一実施例を示
す説明図、第2図は本発明の装置の他の実施例を示す説
明図、第3図は第1図における変位検出手段まわりの詳
細説明図、第4図は同斜視説明図、第5図は第1図の装
置において、光ファイバーを用いた装置の説明図、第6
図は第5図における1次元位置センサーの拡大図、第7
図は第1図に示す装置において、形状制御手段としてピ
エゾ素子を用いた装置の断面説明図、第8図〜第1O図
は第7図の装置におけるミラーの変形状態を示す説明図
、第11図は第1図に示す装置において、形状制御手段
として流体封入部を用いた装置の断面説明図、第12図
および第13図は第11図の装置におけるミラーの変形
状態を示す説明図、第14図〜第16図は本発明のさら
に他の実施例におけるミラーの変形状態を示す説明図、
第17図は平面鏡の凸面化による平行ビームの発散角の
計算例を示すグラフ、第18図は凹面鏡の曲率変化によ
る平行光線の焦点位置の変動の計算例を示すグラフであ
る。 1・・・ミラー、2・・・レンズ、3・・・変位検出手
段、4・・・投光器、5・・・受光器、6・・・形状制
御手段、7・・・フィルター、8・・・記録計、10・
・・水冷部、11・・・熱量形、12・・・バイブ、1
3・・・ミラー固定具、14・・・流量計、15・・・
記録計、16.17・・・光ファイバー、18・・・1
次元位置センサー、20・・・ピエゾ素子、21・・・
ミラー固定具、22・・・流体封入部、23・・・圧力
コントローラー、24・・・ミラー固定具、25・・・
増幅器、26・・・加熱しない状態では変形しているミ
ラー、27・・・加熱手段第 図 第 図 第 !7 図 とゝ−へ4蚤: Xt−ml 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 レーザ光または光を照射するミラー(1)またはレ
    ンズ(2)と、このミラーまたはレンズに接続され、レ
    ーザ光または光のミラーまたはレンズへの照射中に生じ
    る熱変形を検出する変位検出手段(3)と、この変位検
    出手段の検出信号をフィードバックしてミラーまたはレ
    ンズの形状を常に一定に保つように制御する形状制御手
    段(6)とを包含することを特徴とする光学系熱変形制
    御装置。 2 変位検出手段(3)が、照射するレーザ光または光
    と異なる波長のレーザ光または光を投光する投光器(4
    )と、この投光器からのレーザ光または光の反射光を受
    光する受光器(5)とからなる請求項1記載の光学系熱
    変形制御装置。 3 変位検出手段(3)が、照射するレーザ光または光
    と異なる波長のレーザ光または光を投光する投光器(4
    )と、この投光器とミラーまたはレンズとを接続する光
    ファイバー(16)と、投光器からのレーザ光または光
    の反射光を受光する受光器(5)と、ミラーまたはレン
    ズと受光器とを接続する光ファイバー(17)とからな
    る請求項1記載の光学系熱変形制御装置。 4 形状制御手段(6)が、ミラーの裏面に設けられた
    電歪素子または磁歪素子である請求項1記載の光学系熱
    変形制御装置。 5 形状制御手段(6)が、ミラーの裏面に設けられた
    流体封入部(22)と、この流体封入部に接続された、
    変位検出手段からの検出信号をフィードバックして作動
    する圧力コントローラー(23)とからなる請求項1記
    載の光学系熱変形制御装置。 6 加熱しない状態では変形している、レーザ光または
    光を照射するミラー(26)またはレンズと、このミラ
    ーまたはレンズを正常形状に加熱するための加熱手段(
    27)とからなることを特徴とする光学系熱変形制御装
    置。 7 加熱しない状態では変形しているミラー(26)ま
    たはレンズに、レーザ光または光を照射す前に、別の加
    熱手段(27)で照射光の吸収熱量分を与えておき、照
    射光を照射すると同時に、別の加熱手段(27)による
    加熱を止め、常に一定のミラー形状またはレンズ形状を
    保持することを特徴とする請求項6記載の光学系熱変形
    制御装置の操作方法。
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