特長

• 熱膨張係数(CTE)が小さい熱処理済みステンレススチールより機械加工
• 取付けプラットフォームには1個のM4貫通穴と9個のM4タップ穴
• 高い耐久性と滑らかな動きを実現するために、硬化処理ステンレススチール製ボールとの接点にはサファイアシートを使用
• 整合されたアクチュエータと背面プレートにより滑らかなキネマティック調整を実現
• 広範な試験により、12.5 °C温度サイクル試験後の角度変化は2 μrad未満を保証(詳細は「試験データ」タブ参照)
• 真空ならびに高出力レーザ共振器の用途に適した、不動態化処理済みのステンレススチール製
• カスタム仕様の取付け穴パターンやプラットフォームサイズの製品もご提供可能ですので、ご希望の際は当社までご連絡ください。

Polaris^®キネマティックプラットフォームマウントは、アライメントに対して厳しい長期安定性が要求される用途にお勧めです。プラットフォームの表面にはオプトメカニクス部品取り付け用にM4タップ穴が9個、M4貫通穴が1個あります。1個の貫通穴と2個のタップ穴の両側にはアライメント用ピンホールが付いており、プラットフォームに取り付ける部品の精密なアライメントが可能です。

設計
熱処理済みステンレススチールから機械加工されたPolarisマウントには、精密に整合されたアジャスタやボール接触、サファイアシートなどが用いられ、滑らかなキネマティック調整が可能になっています。「試験データ」タブでご覧いただけるように、これらのマウントは様々な試験により、その高い性能が実証されています。Polarisの設計では、ビームのミスアライメントの一般的な要因はすべて対処しています。詳しくは「設計の特長」タブをご覧ください。

ポストの取付け
Polarisミラーマウントには 、ポスト取り付け用のM4ザグリ穴があります。マウントによっては取付け用ザグリ穴の周りにØ2 mmのアライメント用ピンホールが付いており、その場合にはPolarisミラーマウント用Ø25 mmポストを使用するとより精密なアライメントが可能です。推奨する取り付けの構成については「使用情報」のタブをご覧ください。

クリーンルームならびに真空対応について
POLARIS-KIM4/Mは、クリーンルームならびに真空チャンバ内で使用可能です。詳細は「仕様」タブならびに「設計の特長」タブをご覧ください。

Polaris^®キネマティックマウントのテストデータ

Polarisプラットフォームマウントは広範な試験により、その高い性能が実証されています。こちらの試験ではまずマウントPOLARIS-B1Gにミラーを接着剤で固定し、それをプラットフォームマウントPOLARIS-K1M4に取り付けました。そのアセンブリをØ1インチステンレススチール製ポストに取付け、温度管理された環境下におかれたステンレススチール製光学テーブルに固定しました。そして独立に温度制御されている半導体レーザからのビームを、このミラーで反射し、位置センシングディテクタ(PSD)に入射するようにセットしました。

熱衝撃後の位置再現性

目的:この試験は、マウントにヒステリシスが生じることなく、ミラーをどの程度確実に初期位置に戻すかを測定するものです。測定結果により光学システムのアライメントが熱衝撃の影響を受けないことを示します。

手順:マウントの温度を37.5 °Cまで上昇させ、決められた浸漬時間の間その温度を維持しました。その後、ミラーマウントの温度を試験開始時の温度に戻しました。試験結果は下記の通りです。

結果:下のプロット図に示すように、Polarisマウントが初期の温度に戻ると、マウントに取り付けられたミラーの角度(ピッチとヨー)は、初期位置の2μrad以内に戻りました。Polarisマウントの性能は、さらに温度サイクルを繰り返し実施して評価しました。各サイクルの後では、ミラーの位置は確実に初期位置の2 µrad以内に戻っていました。

比較のための参考情報:Ø1インチPolarisマウントの100 TPIアジャスタをわずか0.05°(1回転の1/7200)回転させるだけでマウントの角度は1 μrad変わります。高度な技術を有する作業者でも、調整可能な最小角度は0.3°(1回転の1/1200)程度であり、これは6 μradに相当します。

結論:Polarisミラーマウントは、温度変化を繰り返し受けた後でも確実にミラーを元の位置に戻すことができる、高性能で高安定なマウントです。以上のことから、Polarisマウントは長期にわたりアライメントの安定性を必要とする用途に適したミラーマウントと言えます。

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光学系のミスアライメントに繋がりやすい共通要因は通常、いくつかあります。 温度が誘因となる光学素子の位置のヒステリシス、クロストーク、ドリフト、バックラッシュなどです。 Polarisマウントは特にこれらのミスアライメントの要因が最少化されるよう設計されており、その結果として極めて高い安定性が実現しました。 長期にわたる広範囲な研究、有限要素解析ソフトなど先進の設計ツールを用いた数多くの設計検証や何ヶ月間にも渡る安定性確認テストの結果、キネマティックマウントについて、極めて高い安定度が求められる実験のために適した部品を選択することができたのです。

熱ヒステリシス
多くの実験室内の温度は、空調や室内にいる人数、設備の動作状況などの影響を受けて不安定です。 そのため、アライメントに敏感な光学セットアップで使用されるマウントには、温度によるアライメントへの影響が最小限となる設計が求められます。 温度の影響は、ステンレススチールのように熱膨張係数(CTE)が小さい材質を選ぶことによって抑えられます。 しかしCTEが小さい材質で作られたマウントであっても、元の温度に戻った時、一般に光学素子は元の位置に戻りません。 Polarisマウントの重要部品は全て組立前に熱処理が施されています。この工程によって内部ストレスが除去されて、温度ヒステリシスの影響が抑制できます。 その結果、マウントの温度をアライメントの時点での温度に戻すと、光学系のアライメントも元に戻ります。

クロストーク
クロストークは、マウントの前面と背面のプレートの寸法公差を注意深く管理して、ピッチとヨーのアクチュエータを直交の位置関係にすることで最小化できます。 当社ではさらに3つの接触点で全てサファイアシートを使用しております。標準的な金属-金属のアクチュエータの接触点では時間が経過するにつれて摩耗します。 Polarisマウントでは研磨されたサファイアシートが使われており、硬化処理されたステンレススチール製のアクチュエーターチップとの間の接触面では時間が経過しても整合性が保たれます。

ドリフトならびにバックラッシュ
マウントの位置ドリフトとバックラッシュを最小限に抑えるためには、アジャスタ内のあそびと潤滑剤の量を制限することが必要です。 アクチュエータが調整されると、余分な潤滑剤は絞り出されて他の部位に移動し、そこで蓄積します。 潤滑剤はゆっくりと平衡状態に戻っていきますが、 その過程でマウントの前面プレートが移動する場合があります。 Polarisマウントでは、工業規格よりも厳しい基準で本体と整合性のあるアジャスタを使っているので、アジャスタの潤滑剤はほんのわずかしか必要ありません。 また、アジャスタは非常に滑らかに動かすことができるので、繰り返し細かい調整を行なうことができます。

クリーンルームおよび真空への対応
POLARIS-KIM4/Mは、クリーンルームや真空でも使用できるように設計されています。Carpenter AAA不動態化処理による化学洗浄を行い、表面から硫黄、鉄、汚染物質などを除去しています。不動態化処理の後は、クリーンな(汚染されていない)環境下で組み立て、2重の真空バッグに入れてクリーンルームに搬入するまでの間に汚染されないようにしています。

サファイアシートは、NASAで認証されたアウトガスの少ない手法を用いて、所定の位置に接着されています。また、アジャスタには、DuPont社製LVP高真空対応グリースKrytox(超高真空対応のアウトガスの少ないPTFEグリース)を使用しています。このような技術により、高真空への対応とアウトガスの低減を実現しています。10^-5 Torrより高い真空度で使用するときは、アウトガスによる汚染を最小限に止めるために、マウントの設置前に適切なベークアウト処理を施すことを強くお勧めします。なお、Polarisに付属しているM4キャップスクリュは、10^-5 Torr以上の真空度には対応していませんのでご注意ください。

クリーンルーム対応の梱包
真空対応のPolarisマウントは、クリーンな(汚染されていない)環境下で組み立てられた後、2重の真空バッグに封入されます。真空気密により袋は密着するため、袋とマウントの摩擦が最小限に抑えられ、袋の材料が削られてクリーンなマウントを汚染することも防げます。

真空封止の工程では、水分が含まれた空気がパッケージから排出されます。そのため、乾燥剤を使用することなく、不要な表面反応を防止できます。真空バッグは輸送および保管中の空気や埃による汚染からマウントを保護し、さらに2重であることでクリーンルームへの入室手順をシンプルで有効性の高いものにすることができます。クリーンルームの外で外側の袋を外し、汚染されていない内側の袋に入ったマウントをクリーンなコンテナに入れてクリーンルーム内に搬入できます。この間、真空バッグの利点は保持されています。クリーンルーム内では、マウントを内側の袋から取り出して、すぐにご使用いただくことができます。

Polarisキネマティックミラーマウントは、温度変化や振動のある環境下においても、長期の使用に耐える設計となっています。ここではその最上の性能を引き出すための使用方法について説明します。

整合材料の使用
Polarisマウントの前面ならびに背面プレートの材料には、熱膨張係数が比較的小さなステンレススチールが用いられています。取付け時にはPolarisミラーマウント用Ø25 mmポストやPolarisクランプアームなど、上記と同じ材料から加工された部品のご使用をお勧めします。

太いポストの使用
Polarisマウントは、Ø25 mmポストおよびクランプアームPOLARIS-CA25/Mを使用すると、その性能を最も良く発揮することができます。ステンレススチール製であり、またマウントに対して2本の線で接触するため、周囲温度が変化してもマウント底面を安定させ、アライメントに係る問題の発生を最小限に抑えます。

前面プレートの位置
Polarisマウントは最大 8°の調整ができるよう設計されております。ただ最良の性能を得るためには、前面プレートを可能な限り背面プレートに対して平行に保つことをお勧めします。これにより最も優れた安定性が得られます。

テーブルの表面にできるだけ近い位置に設置
振動や温度変化の影響を最小限に抑えるために、光学系はできるだけ低い位置に設置することをお勧めします。短いポストを使用すると温度変化によるY軸方向の動きが低減し、振動がもたらす動きを小さく抑えられます。Polarisプラットフォームを垂直方向に設置する場合、M4 x 0.7-M6 x 1.0アダプタ(型番 AE4M6M)を使用してブレッドボードなどの平面に直接取り付けることができます。一方、直接テーブルに水平方向に直接取り付けることはできません。直接テーブルに取り付けると、ポストによって生じる不安定性を排除できます。

接触点の研磨とクリーニング
マウントとポストの接触点、ならびにポストとテーブルの接触点は清浄に保ち、傷や欠陥が生じないようにご注意ください。テーブル面を研磨石でクリーニングし、ポストの上下とマウントの底を研磨パッドでクリーニングするのが、最も効果がある方法としてお勧めしています。

推奨しない事項
本体からアジャスタを取り外すと、ネジ部分に汚れが付着する場合がありますので、お勧めしません。汚れが付着すると、精密調整性能が大きく損なわれる場合があります。また前面プレートを引きはがすような操作は避けてください。バネが作動範囲以上に伸びてしまったり、サファイアシートにクラックが生じたりすることがあります。

アジャスタ用止めナット
下記のPolarisマウントに止めナットPOLARIS-LN1をお使いいただくことで、長期的安定性が得られ、また衝撃や振動に曝される状況でもご使用が可能になります。手(工具を使用しない)もしくは薄型レンチかコーンレンチで止めナットを軽く締め付ける際は、調整用つまみネジ、または六角レンチでビーム位置を保持することができます。アジャスタをたびたび調整しなければならない場合には、止めナットは手またはおよそ0.03～0.06 N·mのトルクで軽く締め付けるだけで十分です。長期安定性を必要とする場合には、締め付けトルクとして0.23 N•mを推奨していますが、このトルクは当社のプリセット型トルクレンチTW13(下記参照)をご使用いただくと得ることができます。POLARIS-LN1には13 mm六角レンチをご使用ください。

POLARIS-LN1を取り付けるときには、クロススレッド(斜めにねじ込む状態)しないように、まず止めナットをアジャスタ部分に置き、次に止めナットを緩める方向に回し、止めナットがアジャスタのネジに整合したのを確認してから締め込むようにしてください(動画をご覧ください)。止めナットには、Polarisマウント同様、あらかじめ高真空対応のアウトガスの少ないPTFEグリースが塗布されており、アジャスタとの適合性が試験されています。