光学仪器中的镜对准制造技术

本公开是关于一种镜组件，其具有一个或多个运动轴线并包含可移动镜并且所述镜与正交于其运动轴线的平面形成锐角。所述镜组件可包含：第一反射镜表面，所述第一反射镜表面在入射光路上可移动并与正交于其运动轴线的平面形成锐角；以及第二反射镜表面，所述第二反射镜表面在出射光路上可移动并与正交于其运动轴线的平面形成锐角，并且可以线性平移的方式移动，以便以生成正常干涉图的方式扫描干涉仪中的所述镜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学仪器中的镜对准交叉引用部分本申请要求于2017年12月28日提交的题为“光学仪器中的镜对准”的美国临时申请序列第62/610,999号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
本公开内容总体上涉及光学仪器的
更具体地，本公开内容涉及用于光学仪器(如迈克尔逊干涉仪或显微镜)的镜对准系统。
技术介绍
傅里叶变换红外(FTIR)干涉光谱仪广泛用于化合物的分析中。通过测量未知样品在红外光谱中各种波长下对红外辐射的吸收并将结果与已知标准进行比较，这些仪器相对于未知样品的化学组成生成有用信息。在典型的FTIR光谱仪中，来自红外发射源的红外辐射被收集，穿过干涉仪，穿过待分析的样品，并且被聚焦在红外探测器上。干涉仪系统与样品结合，调制入射在探测器上的红外辐射的强度，从而形成时变强度信号。探测器的功能是将此时变强度信号转换为对应的时变电流。电流又被转换为随时间变化的电压，所述电压被提供给模数转换器，然后被存储为一系列数字，以便在与光谱仪相关联的处理器中进行处理。FTIR光谱仪的一个重要特征是移动镜元件，所述镜元件调制由仪器用来研究样品的分析辐射。移动镜允许生成时域干涉图，当对其进行分析时，允许产生高分辨率频域光谱。计算机对数据执行傅立叶变换，以产生一个光谱，所述光谱显示光谱能量与频率的关系。在这些类型的仪器中，镜的位置精度很重要，因为镜对准的偏差会在时域干涉图中产生小误差，这误差可转化为频域光谱中的大误差。在典型的干涉仪中，大于所用分析辐射的1/20波长的镜偏差被认为是显著的，并且会严重降低整个仪器的质量。镜的对准通常通过将镜支撑在如空气轴承的高精度轴承中并通过尝试将轴承对准到期望的精度来完成。对准通常借助于差动螺钉来完成，这些差动螺钉被手动调节，以尽可能完美地对准移动镜。这是一个耗时的过程，需要大量的技能。由于经常需要重新对准，因此也增加了制造费用和现场服务成本。另外，它要求使用非常精确的轴承，这可能非常昂贵。已做出努力来消除手动对准高精度轴承的需要。尽管仍需要使用高精度轴承，但自动静态对准至少可使用户免于执行耗时的重新对准。例如，一些自动对准移动镜的设备使用步进马达来完成手动对准过程的基本自动模拟。这些设备通常使用一台计算机，所述计算机在定期维护间隔时帮助静态镜的对准。这些设备的缺点包含速度慢、尺寸大、成本高及对高精度轴承的持续依赖。在实践中，难以完成镜倾斜的动态调节，以校正不精确的轴承并实现期望的对准。这类现有的调节设备往往非常昂贵、缓慢、笨重且性能差。举例来说，一种设备使用压电定位器来动态调节镜倾斜。然而，定位器体积大、价格昂贵，并且使用高达一千伏的驱动电压。除了体积大且价格昂贵之外，用于这类高压的电源还产生不期望的操作危险。为了某种程度上解决上述常规问题，已开发了镜对准设备。这类设备在以下美国专利中有所描述和要求保护(其公开内容通过引用并入本文)：题为“镜对准和阻尼设备”并于1994年1月4日发布的美国专利第5,276,545号；题为“用于红外光谱仪的干涉仪的动态镜对准设备”并于1993年8月24日发布的美国专利第5,239,361号；题为“具有动态移动镜对准的红外光谱仪的干涉仪”并于1999年3月16日发布的美国专利第5,883,712号；和题为“具有玻璃石墨轴承的干涉仪”并于1999年4月20日发布的美国专利第5,896,197号。尽管由这些镜对准设备提供了进步，但仍有改进的空间。因此，本公开内容解决了对在如FTIR干涉仪的光学干涉仪中利用的改进的镜对准设备的需求。这类镜对准设备也可用在其它光学系统中，如需要精确控制光束角度的显微镜、望远镜和打印机。
技术实现思路
通过使用动态对准来减少对高精度轴承的需求的尝试经成功，其中镜中的一个或多个的角度由控制系统倾斜，以在数据收集期间校正由线性轴承引起的误差。动态对准还可校正随时间推移由温度引起的倾斜误差。干涉仪中的大多数倾斜误差均足够慢，以至于动态校正系统需要约0.1秒或更长时间来校正误差。本文描述的旋转镜系统已展示出足够快的响应，以用动态对准来校正工作干涉仪中的误差。本公开内容的各方面与适于用作迈克尔逊干涉仪或显微镜的镜的改进的镜对准设备相关联。改进的镜对准设备具有一个或多个运动轴线。实例性实施例包含反射镜表面，所述反射镜表面可移动且与正交于其运动轴线的平面形成锐角。另外的实例性实施例包含反射镜表面，所述反射镜表面可移动且与正交于第一运动轴线的平面形成锐角，并且还可相对于第二运动轴线移动。根据另外的实例性实施例，这类设备为干涉仪镜组件的一部分，并且包含在入射光路上的第一镜表面，所述第一镜表面可移动且与正交于其运动轴的平面形成锐角，并且还包含在出射光路上的第二反射镜表面，所述第二反射镜表面可移动且与正交于其运动轴线的平面形成锐角。根据实例性实施例，用于精确控制光束的镜组件包含第一支架，所述第一支架包含第一旋转轴线。第一镜联接到第一支架，并且包含反射表面，所述反射表面具有几乎垂直于第一旋转轴线的平面的表面平面。光源被配置为将光束瞄准反射表面，其中第一支架的旋转将光束在目标表面上平移第一可控距离。根据另外的实例性实施例，镜组件包含第二支架，所述第二支架包括旋转轴线。第二镜联接到第二支架，并且包含反射表面，所述反射表面具有几乎垂直于旋转轴线的表面平面。第一镜将光束瞄准第二镜的反射表面，并且第二支架的旋转将光束在目标表面上平移第二可控距离。根据另外的实例性实施例，干涉仪镜组件包含限定出射和出射光路的光束分离器。第一可移动镜组件至少部分地设置在所述入射和出射光路中的一个中，并且包含具有第一运动轴线的第一支架。第一镜联接到第一支架，并且包含反射表面，所述反射表面具有几乎垂直于第一旋转轴线的表面平面。光源被配置为将光束瞄准反射表面，其中第一支架的旋转将光束在目标表面上平移第一可控距离。第二可移动镜组件至少部分地设置在所述入射和出射光路中的另一个中，并且包含具有第二运动轴线的第二支架。第二镜联接到第二支架，并且包含反射表面，所述反射表面具有几乎垂直于第二旋转轴线的表面平面。来自第一镜的反射光被导向第二镜的反射表面，并且第二支架的旋转将光束在目标表面上平移第二可控距离，所述第二可控距离基本上垂直于第一可控距离。根据某些实施例的以下详细公开内容、其附图以及根据权利要求书，将进一步理解在此处公开的这些和附加特征和优点。附图说明图1为展示根据本公开内容的各方面的对准原理的单镜实施方式的示意图。图2为展示根据本公开内容的各方面的对准原理的双镜实施方式的示意图。图3A为展示根据本公开内容的各方面的各种镜对准原理的示意图。图3B为图1A的示意图，其展示根据本公开内容的各方面的附加镜对准原理。图3C为图1A的示意图，其展示根据本公开内容的各方面的另外的镜对准原理。图4为展示根据本公开内容的各方面的附加镜对准原理的示意图。图5为根据本公开内容的各方面的FTIR干涉仪中的挠曲镜轴承的实例的示意图。图6A为根据本公开内容的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于精确控制光束的镜组件，其包括：/n第一支架，其包含第一旋转轴线；/n第一镜，其联接到所述第一支架，所述第一镜包含反射表面，所述反射表面具有几乎垂直于所述第一旋转轴线的平面的表面平面；和/n光源，其被配置为将光束瞄准所述反射表面，其中所述第一支架的旋转将所述光束在目标表面上平移第一能控距离。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171228 US 62/610,9991.一种用于精确控制光束的镜组件，其包括：
第一支架，其包含第一旋转轴线；
第一镜，其联接到所述第一支架，所述第一镜包含反射表面，所述反射表面具有几乎垂直于所述第一旋转轴线的平面的表面平面；和
光源，其被配置为将光束瞄准所述反射表面，其中所述第一支架的旋转将所述光束在目标表面上平移第一能控距离。


2.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述能控距离由反射光束的倾斜量提供。


3.根据权利要求2所述的镜组件，其中：
所述反射光束的倾斜量包括大约0.001到大约5度的倾斜范围。


4.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述反射表面基本上为平面的。


5.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述能控距离包括所述光束在所述目标表面上沿X轴或Y轴的移动。


6.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述能控距离包括所述光束在所述目标表面上从大约0.1mm到大约50mm的距离上移动，且所述目标表面距第一镜表面大约300mm的目标距离。


7.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述第一支架的所述旋转包括大约1到大约20度的旋转。


8.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述第一支架的所述旋转被限制为大约20度或更小旋转角度。


9.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述第一支架的所述旋转被限制为大约5度或更小。


10.根据权利要求9所述的镜组件，其中：
大约5度或更小的所述支架的所述旋转使所述光束在所述目标表面上的所述移动的曲率误差最小化。


11.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述光源包括在所述目标表面上产生光斑的激光。


12.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述表面平面与垂直于所述旋转轴线的平面成大约1到大约4度。


13.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述表面平面与垂直于所述旋转轴线的平面成小于一度。


14.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述旋转轴线偏移所述第一镜的中心。


15.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述旋转轴线与所述第一镜的中心同轴。


16.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述支架联接到挠曲轴承。


17.根据权利要求16所述的镜组件，其中：
所述挠曲轴承包括一个或多个叶片挠曲件。


18.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述支架联接到第一轴承和第二轴承。


19.根据权利要求18所述的镜组件，其中：
所述第一轴承和所述第二轴承包括彼此有大约4度的偏移角。


20.根据权利要求18所述的镜组件，其中：
所述第一轴承和所述第二轴承各自包括旋转控制系统。


21.根据权利要求20所述的镜组件，其中：
所述旋转控制系统包括手动螺杆、电动马达、步进马达或线性马达。


22.根据权利要求1所述的镜组件，其中：
所述第一支架联接到马达。


23.根据权利要求1所述的镜组件，其还包括：
第二支架，其包括旋转轴线；
第二镜，其联接到所述第二支架，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·考菲，
申请(专利权)人：热电科学仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US