JPH10153727A - 光学素子姿勢調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超高真空空間中に設けられた光学素子を容易
に姿勢調整できかつ素子本体を容易に取り替えることが
できる光学素子姿勢調整装置であって、特に自由電子レ
ーザ装置の共振器の光路調整に用いるビームスプリッタ
の姿勢調整に適合した装置を提供する。 【解決手段】 光学素子４２の面における入射光軸にほ
ぼ垂直な第１の回転軸を光軸に対して傾ける機構と第１
回転軸の方向に並進運動して第１回転軸にほぼ垂直な第
２回転軸の周りに光学素子面を傾ける機構とから成る傾
斜調整機構４０と、その光学素子４２と傾斜調整機構４
０を光軸に対して垂直方向に並進駆動して作動位置と待
避位置の間を移動させる並進調整機構３０を備える光学
素子調整装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空機器内に設置
される光学素子の姿勢調整装置に関し、特に超高真空を
必要とする自由電子レーザの主共振器ミラーの姿勢調整
に用いる可視光レーザを光軸上に導入しかつ射出させる
ハーフミラー等の光学素子の姿勢調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学素子を組み合わせて高度な光学系を
構成する場合は設置された光学素子の面方向を精密に調
整する必要がある。特に真空容器内に格納された光学素
子の姿勢を調整する場合には真空の漏洩を防止しながら
調整を行う上の困難が大きい。例えば、自由電子レーザ
装置は超高真空中を光速に近い速さで走行する電子ビー
ムをアンジュレータ等の周期磁場中に通して放射光を発
生させ、アンジュレータを挟んで対向する主共振器ミラ
ーの間で往復させて共振させ、単一波長の光を発生させ
る。自由電子レーザ装置では電子バンチの投入時期と共
振している放射光の存在位置が一致しなければならない
という条件があるため、主共振器ミラーの反射面の向き
と２枚のミラー間の距離は極めて精密に調整する必要が
ある。

【０００３】共振器ミラー表面の法線方向は、共振器ミ
ラーの裏側からヘリウムネオンレーザのような可視光レ
ーザを入射してその反射光を観察してチューニングする
ことができる。しかし、共振器ミラーが可視光を透過し
ないものである場合には、共振器ミラー間の光路中に可
視光レーザを導入してチューニングするようにする。こ
のため、入射光の光軸に４５度の角度で平行平板のビー
ムスプリッタを挿入し、可視光レーザを光路に対して垂
直に導入して該ビームスプリッタで垂直に反射させて可
視光レーザが入射光の光軸に一致するようにする。この
可視光レーザが共振器ミラー間を往復して再びビームス
プリッタで反射してレーザ光導入窓から戻ってくる状態
を観測することにより、共振器ミラーの面の向きを正確
にチューニングすることができる。共振器ミラーの面が
適切な方向に調整された後に、実際にアンジュレータ等
で発生する放射光を使用して面間距離を微調整する。

【０００４】上記のアライメント用ビームスプリッタは
アルミ蒸着膜を施した平行平板状の光学ガラス製ハーフ
ミラーであって、放射光の光軸とアライメント用可視光
レーザの光軸を合致させるためにハーフミラー表面の姿
勢を正確に調整する必要がある。しかし、入射光面の向
きをたとえば４５度等所定の方向に保持できればレーザ
光は必ずしもミラーの中心に照射する必要はない。ただ
し、このビームスプリッタは自由電子レーザ発振中は光
路から退避させる必要がある。自由電子レーザ装置では
精密な光学系が超高真空系内に設置されるため、光学系
を真空容器に格納して気密を維持しながら真空容器自体
を駆動して光学素子を精密に調整する機構が用いられて
おり、駆動機構が調整対象となる光学素子に対比して大
規模になり、また光学素子の交換などの取り扱いが困難
であった。

【０００５】自由電子レーザ装置の光共振系等の調整用
可視光レーザを入射光軸に合致させるため真空系中に設
置される光学素子の素子面を調整する装置として、従来
知られているものに、例えば、ハーフミラーを格納した
真空容器を二つの共振器ミラーの間にベローズを介して
挿入し、該真空容器内のハーフミラーを２つの方向から
アクセスしてミラー面の向きを２軸方向に調整する方法
がある。この方法では、さらに該真空容器ごと光軸に対
して垂直方向に待避させてハーフミラーを光軸から外す
ようにしなければならない。このため、超高真空状態に
維持する真空容器の容積が大きくなる。また、真空容器
を分解しハーフミラーを取り替えたり汚れを除去して再
度組み立てた場合に、入射光軸に対するハーフミラーの
位置が狂い、再度精密な調整を始めから行う必要があっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の解決
しようとする課題は、真空容器中にセットする光学素子
の姿勢を容易に調整することができ、しかも光学素子の
交換が簡単で交換を行っても光学素子の姿勢の変化が小
さくてわずかに補正すればすむような小型の光学素子姿
勢調整装置を提供することである。特に光学素子の姿勢
を調整した状態で使用位置と待避位置の間を移動させる
ことができる光学素子姿勢調整装置を提供することを課
題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光学素子姿勢調
整装置は上記課題を解決するため、光学素子を囲繞し真
空を保持する格納容器で光学素子に入射光を導入する開
口を有する格納容器と、特殊な傾斜調整機構と、位置調
整機構とを備える。この傾斜調整機構は、光学素子を回
動可能に保持するホルダーと入射光の光軸に対してほぼ
垂直の１方向から作用して光学素子の向きを２軸方向に
調整する作用軸部と、作用軸部を囲繞し気密を保持する
可撓性の膜を介して作用軸部を支持する支持筒とを備え
る。

【０００８】また、位置調整機構は、上記の格納容器を
取り外し可能に固定するベースフランジと、上記の支持
筒を支持するステージと、そのステージを並進させて光
学素子の中心が入射光軸と一致する位置とホルダーが光
軸を遮らない位置の間を往復させる機構を備える。さら
に、支持筒は気密を保持する可撓性膜を介してベースフ
ランジに相対運動可能に支持され、ベースフランジは傾
斜調整機構の作用軸部が貫通する開口を有し、また格納
容器は光学素子を通す開口を有する固定用フランジを備
え、その固定用フランジにより本体フランジに固定され
ることを特徴とする。

【０００９】また、光学素子が入射光軸と作用軸部に対
しほぼ垂直な回動軸を有し、傾斜調整機構が作用軸部を
軸方向に変位させることにより光学素子面を回動軸の周
りに回動させる機構と回動軸を軸の周りに回転させる機
構とを備えて、これら機構により光学素子面の傾きを２
軸的に調整するようにしてもよい。なお、光学素子に入
射光軸に対してほぼ垂直で上記の作用軸部に対しほぼ平
行な回動軸を有し、傾斜調整機構が作用軸部を軸方向に
変位させることにより光学素子面を回動軸の周りに回動
させる機構と、回動軸のほぼ中央を中心として作用軸部
を揺動させる機構とを備え、これら機構により光学素子
面の傾きを２軸的に調整するようにしてもよい。

【００１０】なお、調整対象の光学素子が自由電子レー
ザ装置の主共振器ミラー姿勢調整用の可視光レーザを放
射光軸上に導入するビームスプリッタとして自由電子レ
ーザ装置に使用してもよい。さらに、傾斜調整機構にお
ける駆動をマイクロアクチュエータにより手動操作で行
うようにすることができる。

【００１１】本発明の光学素子姿勢調整装置によれば、
光学素子が格納容器でなく作用軸部に固定されていて、
格納容器の固定用フランジが光学素子の径より大きな開
口を持つため、光学素子や作用軸部に触れないで格納容
器をベースフランジから取り外すことができるから、格
納容器を真空系から切り離しても光学素子の位置が変わ
らず、光学素子の汚れを取ったり素子の取り替えをした
りしても、光学素子の入射光軸に対する姿勢を以前のま
まに保つことが容易である。また、光学素子の面の傾き
を調整する傾斜調整機構がステージに固定されていて、
このステージを位置調整機構で並進するように構成して
いるから、光学素子姿勢調整装置自体は本体構造体に対
して固定してステージ部分を並進運動させ、光学素子面
を回動調整するだけで、真空容器の容積も小さくてよく
調整装置全体の構造が簡単になる。

【００１２】また、光学素子が入射光軸と作用軸部に対
しほぼ垂直な回動軸を有し、傾斜調整機構が作用軸部を
軸方向に変位させることにより光学素子面を回動軸の周
りに回動させ、回動軸を軸の周りに回転させることによ
り、光学素子面の傾きを２次元的に調整するようにした
ものは、簡単な構造で素子面の傾斜調整ができ、自由電
子レーザ装置における共振器ミラーのアライメント用ビ
ームスプリッタ等の光学素子を微細に姿勢調整すること
ができる。なお、光学素子の回動軸が入射光軸に対して
ほぼ垂直で作用軸部に対しほぼ平行であって、傾斜調整
機構がこの作用軸部を軸方向に変位させることにより光
学素子面を回動軸の周りに回動させ、回動軸のほぼ中央
を中心として作用軸部を揺動させることにより、光学素
子面の傾きを２次元的に調整するように構成したもの
も、簡単な構造でありながら真空系中の光学素子の姿勢
調整に適した装置を得ることができる。

【００１３】このように、本発明の光学素子姿勢調整装
置は自由電子レーザ光共振系におけるアライメント用ビ
ームスプリッタの法線方向を調整し、使用位置と待避位
置の間を移動させるために最適に使用することができ
る。なお、傾斜調整機構における駆動をマイクロアクチ
ュエータで行うようにすると、光学素子の法線方向を手
動操作で容易かつ極微細に調整することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光学素子姿勢
調整装置を、図面を用いて実施例に基づき詳細に説明す
る。図１は本発明の光学素子姿勢調整装置の第１の実施
例を表す一部断面正面図、図２は本実施例の光学素子姿
勢調整装置の使用状況を示す平面図、図３は図１のIII
−III断面を示す図面、図４は本発明の光学素子姿勢調
整装置の第２の実施例を示す一部断面図である。

【００１５】本発明の実施の形態を、自由電子レーザ装
置において放射光を発生させるために用いる主共振器ミ
ラーのアライメントに用いる可視光レーザを放射光軸上
に導入し共振器ミラー間を往復した後に再び共振器外に
取り出すためのアライメント用ビームスプリッタの姿勢
調整装置に本発明を使用したものにより説明する。自由
電子レーザ装置では、リニアックあるいは電子蓄積リン
グで相対論的に加速された電子ビームをアンジュレータ
やウィグラなどで生成される周期的な磁場で蛇行させて
横方向の速度成分を与え、光のビームと重畳させると光
の電磁場との相互作用が誘起され、光が増幅されコヒー
レントになる。このように、自由電子レーザにおいて
は、共振器内を往復する光パルスと電子バンチが正確に
重畳することが必要で、共振器長は極めて精密な姿勢制
御が要求される。したがって、対向する共振器ミラーか
らなる光軸と電子ビーム軸が正確にアライメントされて
いなければならない。

【００１６】図２は、本実施例の光学素子姿勢調整装置
を自由電子レーザ装置の主共振器系に組み込んだ状況を
示す模式図である。図外の電子蓄積リングあるいは直線
加速器から供給される相対的速度を有する電子ビームを
偏向磁石１によりアンジュレータ２に導入して放射光を
発生させ、アンジュレータ２の両端に対向して設けられ
た主共振器ミラー３、４で共振させて、一部を共振器ミ
ラーの外側に設けた放射窓５、６の一方から取り出して
自由電子レーザ光として利用する。アンジュレータ２を
通過した電子ビームは偏向磁石７により向きを変えて電
子蓄積リングに戻されるか電子吸収器に投入される。

【００１７】共振器ミラー３、４がＨｅ−Ｎｅレーザ等
のアライメント用可視光レーザを透過するものであれ
ば、いずれかの放射窓５、６の外側から可視光レーザを
入射させて共振器ミラー３、４間を往復して同じ放射窓
から射出されてくる可視光レーザの光路を観測すること
により、共振器ミラー３、４の面が適切な方向を向いて
いるかを知ることができる。しかし、取得する自由電子
レーザの波長によっては主共振器ミラー表面加工のた
め、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の可視光レーザを透過しない場
合がある。このような構成を採用する場合には、ふたつ
の主共振器ミラー３、４の間に側面からアライメント用
可視光レーザを導入する必要がある。

【００１８】このため、本実施例では自由電子レーザ発
生部の真空容器の外側に可視光レーザ発生装置８を備
え、その出力を反射鏡９で垂直に偏向しビームスプリッ
タ１０を透過させて、反射鏡１１、１２で偏向させて真
空容器の壁に設けた窓１３から真空容器内に導入する。
主共振器ミラー３、４の間にはビームスプリッタ１４を
挿入できるようになっている。ビームスプリッタ１４は
共振器ミラー３、４間に形成される自由電子レーザ光の
光軸に対して４５度の傾斜を有し、真空容器の外壁の窓
１３から導入される可視光レーザを垂直方向に偏向させ
て、自由電子レーザの光軸に平行な光路を取るようにす
る。

【００１９】このようにして共振器ミラー間に導入され
た可視光レーザは、共振器ミラー４で反射してビームス
プリッタ１４を透過し、アンジュレータ２を通過して共
振器ミラー３で反射し、再びアンジュレータ２とビーム
スプリッタ１４を通って共振器ミラー４で反射し、ビー
ムスプリッタ１４で偏向して窓１３を透過し、反射鏡１
２，１１で偏向し、ビームスプリッタ１０で反射して図
外の検出器で照射位置が測定される。このとき、可視光
レーザの往路と復路が一致するように共振器ミラー３、
４の向きを調整すれば、２つの共振器ミラー３、４は互
いに法線方向が一致することになる。

【００２０】共振器ミラー３、４のアライメントが終了
してアンジュレータ２で発生する放射光を共振器ミラー
間に導入するときには、光路中にビームスプリッタ１４
があると自由電子レーザ生成の障害になるので、光路の
邪魔にならないように退避させる機構を備えている。な
お、ビームスプリッタ１４は平行平板であるため、表面
の法線が所定の方向に向いていればその中心が光軸に対
して偏倚していても問題がないので、上記の退避機構以
外に光軸に対する相対的位置を微調整する機構を付属さ
せる必要はない。

【００２１】また、主共振器ミラー３、４やビームスプ
リッタ１４などの光学素子は経時により表面が劣化する
ので、これらを収容する真空容器を時々解放して光学素
子を取り出して表面処理したり、新しいものと取り替え
る必要がある。このため真空容器とアンジュレータ２の
間にはそれぞれ、電子ビームが走行する真空系と縁を切
るゲートバルブ１５、１６が設けられている。

【００２２】

【第１実施例】図１は、上記のビームスプリッタ１４に
使用した第１実施例の光学素子姿勢調整装置について、
一部断面図で表した図面である。図面は、アンジュレー
タ２に繋がる真空系と共振器ミラー４の真空容器の間に
配設されて、真空用フランジで固定される真空容器２０
と、真空容器２０に納められたミラーホルダー４１を頂
部に備えミラーホルダー４１内に固設されたビームスプ
リッタ４２の表面の向きを調整する傾斜調整機構４０
と、傾斜調整機構４０の位置を調整することによりビー
ムスプリッタ４２の位置を調整する位置調整機構３０を
表している。ここで、ビームスプリッタ４２が図２にお
けるビームスプリッタ１４に対応し、例えばアルミ蒸着
膜でコーティングして反射率９０％以上にした直径約２
５ｍｍの光学ガラス平板である。

【００２３】重力の影響をできるだけ受けないようにし
て駆動精度を確保するため、装置の主要部はアンジュレ
ータ２から放射されてくる放射光の光軸に対して垂直下
方に設置されており、位置調整機構３０の基板部分が定
盤等、放射光軸に対して相対的に固定された構造部分に
固設されている。真空容器２０は筒体で、アンジュレー
タ２を含む真空系および共振器ミラー用真空容器に繋が
る側に真空用フランジ２１を備えると共に、その側面に
可視光レーザ導入用の透過窓２２を備えた真空用フラン
ジ２３を設けている。また、光学素子姿勢調整装置の固
定部分に固設するための真空用フランジ２４が設けられ
ており、このフランジ２４には、真空容器２０内に収納
されるミラーホルダーを含む部分を通す大きさを持った
開口２５を有する。

【００２４】位置調整機構３０は、地面に固定された定
盤３１に固設される固定基盤３２と、固定基盤３２に対
して鉛直方向に並進して位置調整するステージ３３とか
ら構成され、傾斜調整機構４０を鉛直方向に移動させ
る。固定基盤３２は、上端に真空用フランジ３４を有
し、これに真空容器２０の真空用フランジ２４を気密に
固定し真空容器内の真空を保持する。真空用フランジ３
４の上端面は初めのアライメント調整で確定されて、ア
ンジュレータ２から放出される放射光の光軸に対して一
定の関係を保持している。フランジ３４の開口部分に傾
斜調整機構４０が挿入されている。

【００２５】また、固定基盤３２の上端には鉛直方向駆
動用のエアシリンダ３５が下向きに固定されていて、そ
の先端にステージ３３が固定されている。ステージ３３
には、傾斜調整機構４０が固定される。エアシリンダ３
５は、傾斜調整機構４０に固定される光学素子のほぼ中
心を放射光軸と一致させる位置とホルダが光軸を遮らな
いようにする位置の間を往復させる機能を有し、ストロ
ークはその距離と同じ長さに調整されている。ステージ
３３が円滑に鉛直方向の運動をするようにするため、ス
テージ３３と固定基盤３２の間にクロスローラガイド等
の案内３６が介設されている。クロスローラガイドは非
循環式ころがり案内の一種でスムーズな動きを行わせる
ことができる。なお、エアシリンダの駆動力が強い一
方、高い位置精度は要求されないため、これ以外にも各
種の直動案内機構が使用できる。

【００２６】傾斜調整機構４０は、ミラーホルダー４
１、作用軸部５１、支持筒６１、Ｘα軸マイクロアクチ
ュエータ７１、Ｙα軸マイクロアクチュエータ８１とか
ら構成される。マイクロアクチュエータは、マイクロメ
ータに用いられていると同様の回転並進変換機構を用い
た手動操作器で、ピッチの小さい雄ねじを切った軸棒に
嵌合した雌ねじを手動操作で回転運動させると軸棒が極
めて微細に並進運動する。作用軸部５１は２重になって
いて、Ｘα軸マイクロアクチュエータ７１は外側にある
第１の作用軸５２に作用して光学素子４２を軸の周りに
回転させる操作器、Ｙα軸マイクロアクチュエータ８１
は内側にある第２の作用軸５３に作用して光学素子４２
を鉛直面に対して傾ける操作器である。

【００２７】傾斜調整機構４０の支持筒６１の下端部に
垂直に固定された筒状の室６２を有し、この筒状室６２
がステージ３３に支持梁６３を介して固設されている。
Ｘα軸マイクロアクチュエータ７１はステージ筒状室６
２に固定された支持梁７２に水平方向に向かって固定さ
れており、Ｙα軸マイクロアクチュエータ８１はステー
ジ３３の下端に固定された支持梁８２に上方に軸棒を向
けて固定されている。基盤３２に固定された真空用フラ
ンジ３４と支持筒６１の外側を気密性のベローズ３７を
介して接続していて、傾斜調整機構４０が鉛直方向に並
進的に移動できかつ真空容器２０の真空が漏れないよう
になっている。

【００２８】ミラーホルダー４１は、ビームスプリッタ
４２を入射光軸に対して一定の姿勢に保持するもので、
ビームスプリッタ４２はミラー保持板４３に嵌合して固
定され、ミラー保持板４３は左右をピボット４４で軸支
されて、回動軸を形成している。この回動軸は作用軸部
５１の中心軸に対して垂直になっており、ミラー表面の
法線が回動軸に垂直の面内で回動するようになってい
る。ピボット４４は、ミラー保持板４３の左右を挟むよ
うに形成された枠体４５に取り付けられており、枠体４
５は第１作用軸５２に固定されている。

【００２９】第１作用軸５２は、下端に梁５４が固着さ
れている。図３は、図１中のIII−III断面を上から見た
図で梁５４の働きを説明する断面図である。第１作用軸
５２に固定された梁５４の先端部の片面に押し棒６４が
当接している。押し棒６４は筒状室６２の壁に取り付け
られたボス６５に対してベローズ６６を介して水平方向
に動くことができる底板６７に固定されている。該底板
６７はＸα軸マイクロアクチュエータ７１の駆動軸に固
定されている。従って、Ｘα軸マイクロアクチュエータ
７１が作動すると押し棒６４が動いて第１作用軸５２が
軸の周りに回転しミラーホルダー４１の枠体４５が回転
して、ビームスプリッタ４２の面が水平面内を回動す
る。

【００３０】なお、梁５４を挟んでＸα軸マイクロアク
チュエータ７１の押し棒６４に対向する位置にベローズ
６８を介して受け棒６９が設けられていて、Ｘα軸マイ
クロアクチュエータ７１を駆動して押し棒６４を引き込
むときは、真空により生ずるベローズ６８の収縮力によ
り受け棒６９が梁５４を押し返すから、ビームスプリッ
タ４２はＸα軸マイクロアクチュエータ７１の作動に追
従して回動することができる。

【００３１】また図１に示したように、ミラー保持板４
３の表面には上記回動軸の位置にレバー４６が突設され
ていて、このレバー４６が第２作用軸５３の先端に取り
付けられたレバー５５と当接している。第２作用軸５３
は第１作用軸５２の空芯中を貫通してＹα軸マイクロア
クチュエータ８１の軸棒に接続されている。筒状室６２
の下端には第２作用軸５３との間を気密に保ちながら軸
方向の並進運動を許すためのベローズ７０が設けられて
いる。したがって、Ｙα軸マイクロアクチュエータ８１
により第２作用軸５３が上下運動すると、レバー４６が
上下に駆動されミラー保持板４３が回動軸を中心として
回動し、ビームスプリッタ４２の法線方向が鉛直面内で
変化する。

【００３２】上記の傾斜調整機構４０を用いた光学素子
姿勢調整装置は、超高真空系内に据えられたビームスプ
リッタ４２の入射光軸に対する傾きをマイクロアクチュ
エータにより極精密に調整して、真空容器の側面の窓２
２から取り込んでビームスプリッタ４２で反射させた可
視光レーザを主共振器ミラーの間を往復する放射光の光
軸とほぼ一致するようにすることができる。放射光軸と
平行な光路を走行する可視光レーザは、共振器ミラー
３、４の間を往復して同じビームスプリッタ４２の表面
で反射して窓２２を透過して入射方向に戻ってくる。も
し２つの共振器ミラー３、４の面の法線が同一直線上に
なければ、可視光レーザが戻ってくる光路が入射光路と
合致することはないので、窓２２から出射するレーザ光
を観測しながら共振器ミラーの向きを調整して入射光路
と一致するようにすれば、２つの共振器ミラー３、４が
正確に対向するようにアライメントができる。

【００３３】このようにして共振器ミラーの法線方向の
アライメントが終了した後に、位置調整機構３０のエア
シリンダ３５を駆動して放射光の光路からミラーホルダ
ー４１を退避させる。なお、この共振器ミラー間で放射
光が共振してコヒーレントな自由電子レーザを発生する
ようにするためには、さらに別途方法により共振器ミラ
ー間の距離を正確に調整する必要がある。

【００３４】本実施例の光学素子姿勢調整装置によれ
ば、光学素子を収納した真空容器を動かすことなく、光
学素子自体の位置や姿勢を直接的に調整することが可能
であるため、従来のような大規模な調整機構を必要とせ
ず、極めて小型で簡便な装置により目的を達成すること
ができる。また、経時によりビームスプリッタ４２が劣
化して取り替える場合には、ゲートバルブ１６により電
子ビームの真空系から遮断した上で、真空容器２０をフ
ランジから切り離してミラーホルダー４１を露出させ、
ビームスプリッタ４２に直接アクセスして処理すること
ができる。

【００３５】このような方法では、ビームスプリッタ４
２の支持機構が移動しないため、再度組み立てたときの
調整は簡単に行うことができる。なお、本実施例では光
学素子を作用位置と退避位置に移動させるためエアシリ
ンダを使用したが、他の流体圧シリンダや電動モータな
ど所定の位置間を移動させる器具であればよい。また、
姿勢調整のためにマイクロアクチュエータを採用した
が、ステッピングモータを利用したアクチュエータ等を
用いて電気的に制御するようにしてもよい。さらに、本
発明の光学素子姿勢調整装置は、自由電子レーザ装置に
限らず各種装置において使用される、真空系内で用いら
れて姿勢調整が必要な光学素子に対して有効に適用でき
ることは明らかである。

【００３６】

【第２実施例】図４は、本発明の光学素子姿勢調整装置
の第２実施例を表した一部断面図である。本実施例の光
学素子姿勢調整装置は、第１実施例と同様に、真空用フ
ランジで固定される真空容器１１０と、真空容器１１０
に納められたビームスプリッタ１４２の表面の向きを調
整する傾斜調整機構１４０と、傾斜調整機構１４０の位
置を調整する位置調整機構１２０からなる。本実施例が
第１実施例と顕著に異なる点は、傾斜調整機構１４０自
体が傾斜することによりビームスプリッタ１４２の姿勢
を調整する機構を有するところである。

【００３７】真空容器１１０は第１実施例におけるもの
と全く同じ構造を有し、側面には可視光レーザを入出射
する窓１１２を備えている。位置調整機構１２０は、地
盤に対して固定された定盤１２１に固設される固定基盤
１２２と、固定基盤１２２に対して鉛直方向に並進して
位置調整するステージ１３１とから構成され、傾斜調整
機構１４０を鉛直方向に移動させる。固定基盤１２２
は、上端に真空用フランジ１２４を有し、これに真空容
器１１０を気密に固定し真空容器内の真空を保持する。
真空用フランジ１２４の上端面は、アンジュレータ２か
ら放出される放射光の光軸に対して一定の関係を保持し
ている。フランジ１２４の開口部分に傾斜調整機構１４
０が挿入され両者の間に介装されたベローズ１２５によ
って真空系の真空を保持している。

【００３８】また、固定基盤１２２の上端には鉛直方向
駆動用のエアシリンダ１３５が下向きに固定されてい
て、その先端にステージ１３１が固定されている。ステ
ージ１３１には、傾斜調整機構１４０が固定される。エ
アシリンダ１３５は、傾斜調整機構１４０に固定される
光学素子の作用位置と退避位置の間を往復させる機能を
有し、ストロークはその距離と同じ長さに調整されてい
る。

【００３９】傾斜調整機構１４０は、ミラーホルダー１
４１、作用軸１５１、支持筒１６１、Ｙα軸マイクロア
クチュエータ１７１、Ｘα軸マイクロアクチュエータ１
８１とから構成される。作用軸１５１は下端に接続され
るＸα軸マイクロアクチュエータ１８１により上下方向
に微動して光学素子１４２を垂直軸の周りに回転させ
る。Ｙα軸マイクロアクチュエータ１７１は光学素子１
４２を中心とする円弧に沿って支持筒１６１を水平方向
に押すことにより支持筒上端に固定された光学素子１４
２を鉛直面に対して傾ける操作器である。

【００４０】ビームスプリッタ１４２はミラー保持板１
４３に嵌合して固定され、ミラー保持板１４３は上下を
ピボット１４４で軸支されている。ピボット１４４は、
支持筒１６１上端のフランジに固定された枠体１４５に
ミラー保持板１４３の上下を挟むように形成された鍔１
４６に取り付けられている。この回動軸は傾斜調整機構
１４０の軸のほぼ延長上で鉛直方向に位置し、ミラー表
面がほぼ水平に回動できるようになっている。ビームス
プリッタ１４２の表面は放射光軸に対して４５度の角度
を持たせて、窓１１２を透過して光軸に対し垂直方向に
入射する可視光レーザを反射して放射光軸方向に偏向す
る。また、放射光軸方向から入射する可視光レーザの一
部をそのまま透過して共振器ミラーに入射させ、一部を
垂直に偏向し窓１１２を透過して入射方向に射出させ
る。

【００４１】枠体１４５にＬ字形のレバー１４７が軸支
されていて、作用軸１５１の先端に取り付けられたレバ
ー１５２と当接するようになっている。レバー１４７は
作用軸のレバー１５２が上下運動すると軸の周りに回動
して対極にある腕がミラー保持板１４３の端部を押し引
きするので、ミラー保持板１４３が回動してビームスプ
リッタ１４２の面が水平方向に動く。なお、レバー１４
７とミラー保持板１４３の間に遊びが生じないようにミ
ラー保持板１４３と枠体１４５の間にスプリングが設け
られている。

【００４２】枠体１４５は支持筒１６１の上端フランジ
に固定されている。支持筒１６１の下端部にはＸα軸マ
イクロアクチュエータ１８１が取り付けられていて、軸
棒に固定された作用軸１５１を上下方向に精密に動かす
ことができる。作用軸１５１と支持筒１６１の間に軸心
の位置を確保するためのパッキンが用いられ、また、真
空容器１１０内の気密を確保するためべローズ１６２が
設けられている。また真空系の真空吸引力を相殺するた
めに、作用軸１５１と支持筒１６１の間にスプリング１
６３を配設してある。

【００４３】支持筒１６１の下方部には、さらにＨ形の
鍔１６４が固定されている。Ｈ形鍔１６４の中央には中
心に孔を有する梁を有し、この孔に支持筒１６１を挿入
して止めてある。また、梁の両端には回転自在のボール
を嵌入した腕１６５を有する。ステージ１３１の内側壁
の両側には傾斜調整機構１４０を挟んで対向する２つの
案内溝１３６が形成されている。案内溝１３６は傾斜調
整機構１４０が標準位置にあるときのビームスプリッタ
１４２の中心を中心とする円弧を描くように形成されて
いる。案内溝１３６にはボール受け溝が形成されてい
る。案内溝１３６にはＨ形鍔１６４の腕１６５が嵌合
し、ボール受け溝にはまったボールを介して溝の間を円
滑に摺動できるようになっている。

【００４４】また、腕１６５の一方の端部にレバー１６
６が取り付けられていて、これにステージ１３１に固定
されたＹα軸マイクロアクチュエータ１７１の軸の先端
が当接するようになっている。レバー１６６がＹα軸マ
イクロアクチュエータ１７１の軸に押されると、Ｈ形鍔
１６４が案内溝１３６に沿って移動し、傾斜調整機構１
４０がビームスプリッタ１４２を中心としてスムーズに
傾きを変える。したがって、ビームスプリッタ１４２は
面の向きを鉛直面に対して変化させることができる。な
お、図４ではレバー１６６とＹα軸マイクロアクチュエ
ータ１７１を放射光の光路に対して垂直に取り付けてい
るが、ビームスプリッタ１４２の面は可視光レーザの入
射方向と放射光の光路に対してほぼ４５°の傾きを有す
るため、レバー１６６の作動方向をこの傾きに合わせる
ようにすると姿勢調整が容易になる。

【００４５】第２実施例によれば、真空中の光学素子の
姿勢を精密に調整して使用に供すると共に必要に応じて
退避位置に格納することができる光学素子姿勢調整装置
を比較的簡単な機構により経済的に構成することが可能
になる。特に光学素子の鉛直面に対する傾きについて
は、傾斜調整機構の傾きを介して調整するので、より直
感的に調整することができる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明によれ
ば、真空容器中にセットする光学素子の姿勢を容易に調
整することができ、しかも光学素子の交換が簡単で交換
を行っても光学素子の姿勢の変化が小さくてわずかに補
正すればすむような小型の光学素子姿勢調整装置を得る
ことができる。したがって、特に自由電子レーザ装置の
ビームスプリッタに適用することにより、従来極めて複
雑で熟練を要していたミラーの取り替え作業が格段に容
易になると共に、調整装置を極めて簡便な構造で経済的
に提供することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学素子姿勢調整装置の第１実施例を
示す一部断面正面図である。

【図２】本実施例の使用状況を示す平面図である。

【図３】本実施例の部分を拡大して示した断面図であ
る。

【図４】本発明の光学素子姿勢調整装置の第２実施例を
示す一部断面図である。

【符号の説明】

１、７ 偏向磁石 ２ アンジュレータ ３、４ 主共振器ミラー ５、６ 放射窓 ８ 可視光レーザ発生装置 ９、１１、１２ 反射鏡 １０ ビームスプリッタ １３ 窓 １４ ビームスプリッタ １５、１６ ゲートバルブ ２０、１１０ 真空容器 ２２、１１２ 可視光レーザ導入用透過窓 ３０、１２０ 位置調整機構 ３１、１２１ 定盤 ３２、１２２ 固定基盤 ３３、１３１ ステージ ３５、１３５ エアシリンダ ３６ 案内 ３７、１２５ ベローズ ４０、１４０ 傾斜調整機構 ４１、１４１ ミラーホルダー ４２、１４２ ビームスプリッタ ４６、１４７ レバー ５１ 作用軸部 ５２ 第１作用軸 ５３ 第２作用軸 ５５、１５２ レバー ６１、１６１ 支持筒 ６２ 筒状室 ６３ 支持梁 ６６ ベローズ ７０、１６２ ベローズ ７１、１８１ Ｘα軸マイクロアクチュエータ ８１、１７１ Ｙα軸マイクロアクチュエータ １３６ 案内溝 １４６ 鍔 １６４ Ｈ形鍔 １６５ 腕 １６６ レバー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学素子を囲繞し該光学素子に入射光を
   導入する開口を有し真空を保持する格納容器と傾斜調整
   機構と位置調整機構とを備える光学素子姿勢調整装置で
   あって、前記傾斜調整機構が前記光学素子を回動可能に
   保持するホルダーと前記入射光の光軸に対してほぼ垂直
   の１方向から作用して該光学素子の向きを２軸方向に調
   整する作用軸部と該作用軸部を囲繞し気密を保持する可
   撓性の膜を介して作用軸部を支持する支持筒とを備え、
   前記位置調整機構が前記格納容器を取り外し可能に固定
   するベースフランジと前記支持筒を並進させて前記光学
   素子の中心と前記入射光軸が一致する位置と前記ホルダ
   ーが光軸を遮らない位置の間を往復させる機構とを備
   え、前記支持筒が気密を保持する可撓性膜を介して前記
   ベースフランジに相対運動可能に支持され、前記ベース
   フランジが前記傾斜調整機構の作用軸部が貫通する開口
   を有し、前記格納容器が前記光学素子を通す開口を有す
   る固定用フランジを備え該固定用フランジによりベース
   フランジに固定されることを特徴とする光学素子姿勢調
   整装置。
2. 【請求項２】 前記光学素子が前記入射光軸と前記作用
   軸部に対しほぼ垂直な回動軸を有し、前記傾斜調整機構
   が前記作用軸部を軸方向に変位させることにより該光学
   素子面を前記回動軸の周りに回動させる機構と、前記回
   動軸を軸の周りに回転させる機構を備えて、前記光学素
   子面の傾きを２軸方向に調整することを特徴とする請求
   項１記載の光学素子姿勢調整装置。
3. 【請求項３】 前記光学素子が前記入射光軸に対してほ
   ぼ垂直で前記作用軸部に対しほぼ平行な回動軸を有し、
   前記傾斜調整機構が前記作用軸部を軸方向に変位させる
   ことにより該光学素子面を前記回動軸の周りに回動させ
   る機構と、前記光学素子における前記入射光の入射位置
   近傍を中心として前記作用軸部を揺動させる機構を備え
   て、前記光学素子面の傾きを２軸方向に調整することを
   特徴とする請求項１記載の光学素子姿勢調整装置。
4. 【請求項４】 前記光学素子が自由電子レーザ光共振系
   における主共振器ミラーの姿勢調整に用いる可視光レー
   ザを光軸上に導入するハーフミラーであることを特徴と
   する請求項１ないし３のいずれかに記載の光学素子姿勢
   調整装置。
5. 【請求項５】 前記傾斜調整機構における駆動をマイク
   ロアクチュエータにより行うこと特徴とする請求項４記
   載の光学素子姿勢調整装置。