JPS598076B2 - ミラ−支持構体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 最も密接な公知従来技術は１９７１年５月２５日セオド
ア・Ｊ・ポドゴースキ一に［リング・レーザーの安定化
に用いられる調節自在な薄膜ミラー」に対して発行され
た米国特許第３，５８１，２２７号に見られるそれであ
る。

この特許は三角形の各隅にミラーをそなえた三角形リン
グ・レーザー通路を示している。隅の１つは出入り位置
が電気信号に応じて制御されるミラーを有する。その位
置は典型的にはレーザーを同調せしめるかまたは２つの
レーザー周波数の間でロツク・インを最小にするために
制御されうる。図示され特許請求の範囲に記載されたそ
の構造はレーザー・ハウジングに用いられたものと同じ
寸法的に安定した材料のプロツクを使用している。

該プロツクは光反射面を包囲する凹んで薄い一体的なガ
ス不浸透環状ウエブを残すようにその内側において円形
溝を設けられている。該光反射面はその目的上膜から内
側に立つように残され且つ膜と一体的な円筒形の中央柱
上にウエブの内側に位置せしめられている。溝から半径
方向外方には膜と一体的だが膜により封包された部位に
対して軸方向外側に延びる剛性の環状部材がある。剛性
環状部材により形成されているが膜に対して外側の開口
内には膜と内側に立つ柱との外側に当接する一重ねの圧
電セラミツク・ウエハ一がある。セラミツク・ウエハ一
の積重ねを収容したその開口はセラミツク・ウエハ一の
積重ねを支持すべく環状部材に強固に取付けられた剛性
の円板状部材で閉鎖されている。ウエハ一の積重ねに電
気的信号が印加されると、積重ねは支持用の剛性円板状
部材と内側に立つ柱およびミラーの外端との間に力を発
生する。

セラミツクの積重ねからの力は主として軸方向であるが
、それは内向きに延びる柱およびミラーを傾動せしめる
ねじり力をも有しうる。かかる傾動はミラーの効用を減
する。本発明の装置もリング・レーザーに使用されるよ
うに設計されたものであつて、その目的は米国特許第３
，５８１，２２７号の装置について上述したものと同じ
機能のために用いられることにある。

しかし、本発明の装置はバイモルフ（ｂｉｍｏｒｐｈ）
として作動する２つのセラミツク結晶ウエハーにより駆
動される新規な離隔した膜構体を使用することによりミ
ラーの傾動を無くするものである。

本発明の装置はレーザー・ハウジングに用いられるもの
と同じ寸法的に安定した材料のブロツクを用いる。

−該ブロツクは典型的には円筒形であるが、必ずしも円
筒形ではない。図示のブロツクはほぼ平板な内面をそな
えた円筒形である。その表面の中心には平板かまたは好
ましくは僅かに湾曲してもよいミラー被覆がある。ブロ
ツクの外側はミラーから剛性の外側リムヘ半径方向に延
びる薄い環状膜を形成すべく且つブロツクの軸線に沿う
ミラーの部位から外側に立つ中央柱を形成すべくブロツ
クの殆ど全長にわたつて延びる環状凹部を有している。

膜と、外側リムと、中央柱は好ましくは一体片に形成さ
れる。中央柱からリムヘ半径方向に延びる第２の膜を形
成すべくリムと中央柱の外端には薄い円板が固締される
。２つの離隔した膜は中央柱とそれに取付けられたミラ
ーとを押えて該柱およびミラーの軸方向運動のみを許す
。

中央柱とそれに取付けられたミラーをリムに対して軸方
向に駆動するために、リムには取付具が取付けられる。

好ましい実施例においては、この取付具は温度不感知性
である。かかる不感知性は該取付具をインバー（Ｉｎｖ
ａｒ）等の温度不感知金属で構成することにより達成さ
れる。ブロツクの円形リムの外周には典型的な１駆動取
付具が取付けられる。

それは例えばブロツク上にクランプされるか膠着せしめ
てよい。該取付具は剛性のリム内のブロツクから軸方向
外方に延びて剛性の軸方向ハブを支持する可撓性の環状
金属膜を支持する。調節自在な軸受ねじがハブから内方
に向けられておりこれはブロツクに取付けられた外側円
板の中央部分に当接する。軸受ねじのスラストを受ける
ために軸受板を外側円板に取付けてよい。金属膜の両表
面には１対の薄い圧電環状セラミツク・ウエハーが取付
けられる。

このセラミツクウエハーは電位を受けるべく好ましくは
その外面上に薄い金属フイルムを有する。これら２つの
金属フイルムは同じ電位にあり、該フイルムと金属膜と
の間には２つのセラミツク・ウエハーをバイモルフとし
て作動せしめるために制御電圧が接続される。互いに逆
方向に向いた電位勾配をもつかかる制御電圧を前記２つ
のセラミツク・ウエハーに印加することによりウエハー
は互いに逆方向に半径方向に歪ませられ、これにより軸
方向力が膜のハブヘ伝えら瓢次いで軸受ねじおよび中央
柱を介してミラーへ伝えられてミラーを傾動することな
く純粋な軸方向運動で変位せしめるように金属膜を屈曲
せしめる。従つて、本発明の１つの目的はミラーの変位
を制御することにある。

本発明の更に特定の目的はリング・レーザーにおけるミ
ラーの微変位をレーザー通路に対して純粋な内向きおよ
び外向き方向に制御することにある。

他の目的は添付図面に関連してなされる以下の説明から
明らかとなるであろう。

第１図に全体的に１０で示されている本発明の装置はリ
ング・レーザ−１２に用いられるように構成されている
。

典型的には、リング・レーザ−１２は石英ガラスまたは
セラミツク等の寸法的に安定した材料で作られている。

レーザー本体１４内にはガスを収容した部位がある。典
型的なガスはネオンーヘリウム混合物であろう。ガス部
位は矢印１６で示した閉鎖通路がガス部位内で励起され
た状態となりうるように位置せしめられる。矢印１６で
示した閉鎖通路は正方形として形成されているが、任意
の閉鎖通路でもよい。そして閉鎖通路は平面的でなくて
もよい。レージングは例えばイオンおよび電子流を（不
図示の手段により）レーザー・ガス内へと流すことによ
つて励起される。閉鎖通路の隅にはミラ−１８，２０，
２２，２４がありこれらはレーザー光を閉鎖通路内へと
反射する。

ミラ−１８〜２４は典型的には光学的に平板であるが、
僅かな不心合を許すように長い曲率半径をもつて僅かに
湾曲していてもよい。ミラーのうちの１つ１８は単に部
分的に反射性でよく、レーザー光の両進行方向からの光
が制御された電圧源２６に接続されうる電気信号に光を
変換する光感知部材（不図示）へと伝達されるのを許す
。上記制御された電圧源はミラー２４の位置を制御すべ
く本発明の装置に電圧を送り出す。

例えば、ミラー２４はレーザー通路に接近する方向およ
びそれから離れる方向に出入りせしめられることにより
ミラー１８に渡される光に影響することができる。従つ
て、ミラー１８と関連したセンサ（不図示）とミラー２
４の位置との間に閉ループ・サーボが形成される。ある
いは、他の電子装置（不図示）を用いて該ミラーを好ま
しい位置へ駆動してもよい。

ミラー２４はプロツク３０の内面２８上に着座している
。

プロツク３０は好ましくはレーザー本体１２と同じ寸法
的に安定した材料で作られる。プロツク３０は本体１２
に対して気密密封状に密封されている。かかる密封は接
着剤または好ましくは拡散接着により行なつてよい。好
ましい実施例においては、プロツク３０は外側リム３２
と、軸線に沿う中央柱３４と、リム３２および中央柱３
４と一体的で且つそれらを連結する膜３６とをそなえた
円筒形状である。

プロツク３０の軸方向外側には環状開口３８が形成され
ており、該開口３８はプロツク３０の殆んど全長にわた
つて延びて薄膜３６を形成している。開口３８の内壁お
よび外壁は柱３４およびリム３２により画成されている
。プロツク３０の軸方向外端を横切つて円板４０が位置
せしめられており、該円板はリム３２と中央柱３４とに
取付けられて環状開口３８の開口端を架橋する膜４２を
形成している。

円板４０の取付けは例えば接着剤（不図示）によるか、
または好ましくは拡散接着により行なつてよい。剛性部
材３２，３４の間に取付けられた１対の軸方向に離間し
たほぼ平行な可撓性膜３６，４２はリム３２に対して柱
３４とミラー２４の軸方向並進のみを許すように中央柱
３４を押え、ミラー２４の傾動は許されない。リム３２
に対する中央柱３４およびミラー２４の内向きおよび外
向き運動は取付具５０により強制される。

取付具５０はリム３２にクランプしている。図示の好ま
しい実施例においては、取付具５０はインバー（Ｎｖａ
ｒ）で作られ寸法的に安定している。取付具５０は、リ
ム５２を有する。リム５２は軸方向にスロツトが形成さ
れ、それによつて軸方向に配向した可撓性連結部５５が
形成される。連結部５５は、プロツク３０又は円板４０
に対して圧力を加えることなくプロツク３０及び円板４
０の外周縁に連結する。取付具５０は軸線上に位置せし
められたハブ５４と、リム５２とハブ５４間を半径方向
に架橋する金属製の環状膜５６とを有する。膜５６は軸
受ねじ５８がハブ５４内に螺入され円板４０の中心に取
付けられた軸受板６０に当接するように円板４０から軸
方向にずれている。ねじはミラーの初期位置ぎめのため
に軸受板６０に対してしつかりと位置せしめられうるよ
うに調節自在である。膜５６の対向面には２つの環状圧
電セラミツク・ウエハ一６２，６４が位置せしめられて
取付けられている。

セラミツク・ウエハ一６２，６４の面上には導電性フイ
ルム（不図示）を付着せしめてよい。制御電圧は一方の
端子６６から金属膜５６に接続されている。他方の電圧
端子６８はウエハ一６４の軸方向外面とウエハ一６２の
軸方向内面とに接続されている。作動に当つては、ウエ
ハ一６２，６４の一方をその半径方向寸法に沿つて長く
させ他方のウエハ一をその半径方向に沿つて短縮させる
制御電圧が端子６６と６８の間に印加される。

一方のウエハ一が短縮し他方のウエハ一が長くなること
は膜６４を反らせハブ５４をプロツク３０に接近する方
向かそれから離れる方向に強制する。ハブ５４上の力は
軸受ねじ５８および軸受板６０を介して円板４０の中央
に伝達され、次いで柱３４を軸方向に介してミラー２４
に伝達され、ミラー２４をレーザーの内部へ向けて内方
にあるいはレーザーの外部へ向けて外方に移動せしめる
。ウエハ一６２，６４の差動膨張により力を発生するこ
とを避けるために、両ウエハ一は好ましくはほぼ同一の
熱膨張係数を有するように整合せしめられている。空気
穴７０は室３８の組立ておよび加熱時にガスの逃げを許
す。

膜は環状として説明されたが、膜はミラー傾動に対する
所望の保護をなお維持しつつ他の形状を取りうると指摘
しておくことは有益である。

上述の実施例においては、中央柱の外部は円形だとして
説明されまたリムの内部も同軸状で円形だとして説明さ
れた。その場合、内部または中央柱とリムの内部との間
の部位は環状である。ここで強調しておくべきことは、
上述の実施例は好ましくはあるが、中央柱およびリムが
膜の部位においてのみ所望の形状を有し膜と膜の間では
他の任意所望の形状を有する場合にも膜はやはり環状で
あるということである。また膜の境界が円形以外でもよ
いということも注目すべき重要なことである。

基準は該境界は共通の並進軸を中心にして円形状に対称
的でなければならないこと、そして２つの膜の境界の円
形状対称の軸線は同一でなければならないことである。
なお、膜の内側および外側境界は実際には異る形状を有
してよい。例えば、該境界は正方形または円形でよく、
また一方は正方形で他方は円形であつてもよい。膜はほ
ぼ平行であるが、僅かに不心合となつてもよいことも重
要である。

例えば、１円弧分の不心合は許容しうる。従つて、本発
明の装置はリング・レーザーの隅部ミラーを内方および
外方並進のみで制御可能に移動せしめ位置ぎめする。

本発明の取付具によりレーザー・ミラーの傾動はないど
ころか、該ミラーはほぼ平行な離間した膜３６，４２に
より不傾動状態に保持される。以上本発明を詳述したが
、本発明は上記説明のみによつて限定されるものではな
く、上記説明を添付図面および特許請求の範囲と併読す
ることによつてのみ限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は典型的なリング・レーザーの平面図で本発明の
装置の位置ぎめを示す図、第２図は第１図の２−２にお
ける一部断面した図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半径方向境界が共通軸線に関して円形状に対称であ
   る一対のほぼ平行な離間した可撓性膜と、前記膜の両外
   側境界を連結する第１の剛性のリム部材と、前記軸線に
   沿つて並進するように位置せしめられ且つ前記膜の両内
   側境界を連結する剛性の中央柱部材とを備えたミラー支
   持構体。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の構体において、前記
   膜の両内側境界および前記膜の両外側境界は同心円であ
   ることを特徴とするミラー支持構体。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の構体において、前記
   膜の両内側境界は実質的に同じ半径を有し前記両外側境
   界は実質的に同じ半径を有することを特徴とするミラー
   支持構体。 ４ 半径方向境界が共通軸線に関して円形状に対称であ
   る１対のほぼ平行な離間した可撓性膜、前記膜の両外側
   境界を連結する第１の剛性のリム部材、前記軸線に沿つ
   て並進するように位置せしめられ且つ前記膜の両内側境
   界を連結する剛性の中央柱部材、電気的信号に応じて前
   記中央部材の第１端に変位力を加えるための手段、及び
   前記中央柱部材の第２端上に位置したミラー手段を含む
   ことを特徴とするミラー支持構体。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載の構体において、前記
   ミラー手段は湾曲ミラーであることを特徴とするミラー
   支持構体。 ６ 特許請求の範囲第４項に記載の構体において、前記
   変位力を加えるための手段は、前記中央柱部材の前記第
   １端に隣接してそれと同軸状に軸方向に位置せしめられ
   た剛性ハブ部材であつて、該ハブ部材に取付けられ前記
   中央柱部材の前記第１端上に当接する軸受手段を含む剛
   性ハブ部材と、内側境界において前記ハブ部材に取付け
   られ偏向せしめられていない状態では前記ハブ部材から
   半径方向に延びている金属膜と、前記第１の剛性部材に
   取付けられたその縁上の軸方向に向けられた可撓性部材
   と前記金属膜の外側境界に取付けられた剛性部分とを含
   む第２のリム部材と、前記金属膜の両表面に位置せしめ
   られ取付けられた１対の圧電ウェハーと、前記金属膜と
   前記圧電ウェハーの他方の表面との間に制御電圧を印加
   するための手段とを含むことを特徴とするミラー支持構
   体。 ７ 特許請求の範囲第６項に記載の構体において、前記
   剛性のハブ部材、前記金属膜および前記第２の剛性のリ
   ム部材は温度に対して安定した金属で作られることを特
   徴とするミラー支持構体。 ８ 特許請求の範囲第６項に記載の構体において、前記
   １対の圧電ウェハーは実質的に同一の熱膨張係数を有す
   ることを特徴とするミラー支持構体。 ９ 特許請求の範囲第４項に記載の構体において、前記
   両内側境界および両外側境界は同心円であり、前記両内
   側境界は同じ半径を有し、前記両外側境界は同じ半径を
   有することを特徴とするミラー支持構体。 １０ 特許請求の範囲第４項に記載の構体において、前
   記変位力を加えるための手段は、前記中央柱部材の前記
   第１端に隣接してそれと同軸状に軸方向に位置せしめら
   れた剛性ハブ部材であつて、該ハブ部材に取付けられ前
   記中央柱部材の前記第１端上に当接する軸受手段を含む
   剛性ハブ部材と、内側境界において前記ハブ部材に取付
   けられ、偏向せしめられていない状態では前記ハブ部材
   から半径方向に延びている金属膜と、前記金属膜の外側
   境界に取付けられておりそして前記第１のリム部材に取
   付けられた軸方向に向けられた可撓性部材を有する第２
   の剛性リム部材と、前記金属膜の両表面に位置せしめら
   れ取付けられた１対の圧電ウェハーと、前記金属膜と前
   記圧電ウェハーの外面との間に制御電圧を印加するため
   の手段とを含むことを特徴とするミラー支持構体。 １１ 特許請求の範囲第１０項に記載の構体において、
   前記剛性ハブ部材、前記金属膜および前記第２の剛性リ
   ム部材は温度に対して安定した金属で作られることを特
   徴とするミラー支持構体。 １２ 特許請求の範囲第１０項に記載の構体において、
   前記圧電ウェハーはほぼ同一の熱膨張係数を有すること
   を特徴とするミラー支持構体。 １３ 特許請求の範囲第１２項に記載の構体において、
   前記ミラー手段は湾曲ミラーであることを特徴とするミ
   ラー支持構体。