BR102017019178B1

BR102017019178B1 - Instrumento para movimentação e posicionamento de elementos ópticos com resolução e estabilidade mecânica nanométricas em linhas de luz

Info

Publication number: BR102017019178B1
Application number: BR102017019178-8A
Authority: BR
Inventors: Renan Ramalho Geraldes; Ricardo MALAGODI CALIARI; Marlon SAVERI SILVA
Original assignee: Cnpem - Centro Nacional De Pesquisa Em Energia E Materiais
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2023-10-24
Also published as: BR102017019178A2

Abstract

um instrumento para movimentação e posicionamento de um elemento óptico em linhas de luz compreende uma estrutura montagem, à qual um (ou mais) elemento(s) óptico(s) é (são) montado(s), bem como uma estrutura de referência, em relação à qual a estrutura de montagem é movida via um meio de movimentação de baixa (ou zero) rigidez mecânica e em relação à qual a posição da estrutura de montagem é medida via um meio de medição de posição de alta resolução. a invenção propõe que o instrumento compreenda também uma massa de reação para receber a força de reação do meio de movimentação da estrutura de montagem, e que tanto a estrutura de montagem como a massa de reação sejam ligadas à estrutura de referência por meios elásticos, com propriedades de rigidez específicas, permitindo que o controle de posição da estrutura de montagem seja feito por um sistema de controle com realimentação em malha fechada com alta largura de banda (> 100 hz). para permitir uma maior amplitude de movimentação entre a estrutura de montagem e a estrutura de referência, por meio de uma movimentação em cascata, o instrumento pode compreender ainda uma estrutura intermediária ligada à estrutura de referência, também preferencialmente por meios elásticos com propriedades de rigidez específicas, sendo que é a estrutura complementar que passa a receber a estrutura de montagem e a massa de reação no lugar da estrutura de referência. tal instrumento pode ser concretizar um monocromador de duplo cristal de nova geração, bastando para isso que os meios elásticos sejam convenientemente escolhidos, que a estrutura de referência possua uma rotação principal em relação ao feixe de fótons incidente, e que, além do cristal montado à estrutura de montagem, um cristal complementar seja montado a uma estrutura de montagem complementar rigidamente ligada à estrutura de referência.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção trata de um instrumento para movimentação e posicionamento de elementos ópticos com resolução e estabilidade mecânica nanométricas em linhas de luz, compreendendo: - uma estrutura de referência (1); - uma estrutura de montagem (2), à qual um (ou mais) elemento(s) óptico(s) (3) é (são) montado(s) e que é móvel em relação à estrutura de referência (1); - meios de medição (6) da posição da estrutura de montagem (2) em relação à estrutura de referência (1); - meios de movimentação (4) de baixa (ou zero) rigidez mecânica, para movimentação da estrutura de montagem (2) em relação à estrutura de referência (1); - uma massa de reação (5), que é móvel em relação à estrutura de referência (1), e que sofre a força de reação dos meios de movimentação (4) da estrutura de montagem (2); e - um sistema de controle com realimentação em malha fechada com alta largura de banda (> 100 Hz).

[002] Um elemento óptico de uma linha de luz pode ser um espelho, um cristal de difração, uma grade de difração, uma lente refratária composta (do inglês compound reffractive lens - CRL), uma Fresnell Zone Plate (FZP) , etc.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉNCICA

[003] Tais instrumentos são conhecidos, e dentre eles podem- se destacar os monocromadores. Um monocromador é um instrumento óptico que seleciona uma estreita banda de comprimentos de onda (ou energia) de luz, ou outra radiação, a partir de uma faixa mais ampla de comprimentos de onda na entrada do instrumento. É importante observar que por meio de distintos alinhamentos ou de movimentações do elemento monocromador é, em geral, possível variar essa seleção de banda e, consequentemente, a entrega do comprimento de onda de interesse pelo instrumento. De fato, um instrumento capaz de entregar luz monocromática (ou quasi-monocromática, levando-se em conta a existência de uma banda) possui muitos usos em estudos científicos e em óptica, pois as propriedades de materiais podem depender ou ser investigadas por meio de suas diferentes interações com diferentes comprimentos de onda. Apesar de existirem diversas maneiras de se selecionar uma banda estreita de comprimentos de onda (o que na faixa do visível seria percebido como uma cor pura), essas maneiras são limitadas em função da faixa de energia da radiação.

[004] Em geral, monocromadores podem se valer tanto do fenômeno de dispersão, como em um prisma, como do fenômeno de difração, a partir de uma grade de difração ou de um material com estrutura cristalina, para espacialmente separar os comprimentos de onda ou garantir condições de interferência construtiva específicas para a radiação. Em função da característica de espalhamento espacial, no caso de prismas e grades de difração fendas de saída são tipicamente partes integrantes do monocromador. Já as estruturas cristalinas são tipicamente empregadas nas configurações de Bragg ou Laue, podendo também utilizar fendas posteriores para limitar o feixe de luz ou barrar espalhamentos espúrios.

[005] Estudos com raios-X permitem a investigação de propriedades da matéria que podem ser inacessíveis por outros meios. Métodos que utilizam absorção, transmissão, fluorescência espalhamento e difração promovem informações de composição e de estrutura da matéria, além de permitirem a obtenção de imagens e tomografias. Esses métodos são frequentemente não destrutivos e constituem um poderoso e importante conjunto de ferramentas para pesquisa, complementando muitos outros métodos, tais como análises químicas e microscopia convencional.

[006] A luz síncrotron é capaz de penetrar a matéria e revelar características de sua estrutura molecular e atômica. O amplo espectro dessa radiação permite aos pesquisadores utilizar os comprimentos de onda mais adequados para o experimento que desejarem executar. Ainda, o alto fluxo e o alto brilho permitem experimentos mais rápidos e a investigação de detalhes cada vez menores, com resolução espacial de nanômetros.

[007] Os laboratórios de luz síncrotron, doravante referidos apenas como síncrotrons, são instalações de pesquisa onde radiação eletromagnética de amplo espectro e alto brilho é gerada a partir de um anel de armazenamento. Nesses anéis de armazenamento, elétrons de alta energia em condições relativísticas são capazes de controladamente emitir fótons, a chamada radiação síncrotron, a partir de sua interação com fortes campos magnéticos de dipolos ou dispositivos de inserção (onduladores e wigglers). Uma tecnologia semelhante é utilizada nos chamados lasers de elétrons livres (FELs, do inglês Free Electron Lasers).

[008] Alguns dos campos de pesquisa em síncrotrons incluem: física da matéria condensada, ciência dos materiais, química, biologia e medicina. Assim sendo, os experimentos podem cobrir aplicações que sondam desde regiões sub- nanométrica, dentro de uma célula, por exemplo, até amostras de muitos centímetros, como em análises de imagem médica ou veterinária. Naturalmente, além dos fins de pesquisa, aplicações industriais também são comumente encontradas, dentre as quais pode-se mencionar a microfabricação de dispositivos como um caso prático de interesse.

[009] A partir de 2016, fontes de luz síncrotron de nova geração começam suas operações. Essas fontes de nova geração são caracterizadas por altíssimo brilho, ou, utilizando um termo técnico relevante, por uma emitância ultra-baixa, em que o próprio limite de difração da fonte de luz chega a ser atingido para os fótons abaixo de determinada energia. Essa baixíssima emitância é, portanto, relacionada a uma fonte de luz muito pequena (da ordem de poucos micrometros para raios- X, por exemplo) e com muito baixa divergência. Para que essa nova característica seja possível e útil, as demandas de estabilidade tanto para o acelerador como para as estações experimentais, as chamadas linhas de luz, são levadas a níveis extremos.

[010] Cada linha de luz é composta por quatro sistemas principais: a fonte de radiação (componente que acelera elétrons utilizando campos magnéticos intensos), o front-end (primeiro conjunto de componentes, ainda dentro da blindagem dos aceleradores, que separa a câmara de vácuo do anel de armazenamento do restante da linha de luz), a ótica (responsável por “moldar” o feixe de luz para a forma requerida) e a estação experimental (com seus detectores e porta-amostras), além de um conjunto de elementos de infraestrutura.

[011] Monocromadores de duplo cristal (DCMs, do inglês Double Crystal Monochromators) são um tipo de instrumento comumente utilizados em linhas de luz de raios-X para energias a partir de poucos keV. Nesses instrumentos, o princípio é que uma dada condição de difração de Bragg seja obtida em dois cristais subsequentes, de modo a selecionar uma estreita banda de energia a partir do feixe de entrada (incidente), que possui um amplo espectro de energia, e permitir que o feixe monocromático que deixa o instrumento seja mantido em uma posição constante, independentemente da variação do ângulo de Bragg para seleção de energias diferentes. O diagrama esquemático é mostrado na Figura 1.

[012] De fato, a difração de Bragg é um fenômeno geométrico, pois a condição de interferência construtiva para a radiação que é selecionada é função do ângulo (por isso chamado de ângulo de Bragg) entre o feixe de fótons incidente e os planos cristalinos do cristal. Consequentemente, a seleção de energia de um dado experimento é dada em função da escolha do ângulo de Bragg no monocromador, isto é, da rotação dos cristais em relação ao feixe de fótons incidente. Assim, fica claro que uma das vantagens dos DCMs em relação a outros tipos de monocromadores de raios-X é justamente permitir que a separação (distância transversal de propagação, em inglês: offset) entre os feixes incidente e monocromático seja mantida constante, a partir da variação da distância de separação (em inglês: gap) entre os cristais como função do ângulo de Bragg. A Figura 2 traz esquematicamente um exemplo de DCM em que o feixe de fótons se propaga ao longo do eixo z, e o eixo de rotação (rotação do ângulo de Bragg) está na direção x e coincide tanto com a face do primeiro cristal quanto com a posição do feixe de fótons incidente. Por meio da representação dos cristais em dois ângulos diferentes (θ1, θ2), fica claro que para manter o feixe monocromático em uma mesma posição (offset constante em relação ao feixe incidente) a distância entre os cristais (gap) deve ser variada como função do ângulo de Bragg. No exemplo da Figura 2, θ2 > θ1, em que θ1 representa o ângulo mínimo de funcionamento e θ2 representa o ângulo máximo de funcionamento para uma leitura efetiva do DCM.

[013] É conhecido do estado da técnica o fato de que, no caso em que a superfície reflexiva (superfície do cristal) é paralela ao feixe incidente (θi=0°), não há reflexão do feixe incidente. Em contrapartida, no caso em que a superfície reflexiva (superfície do cristal) é perpendicular ao feixe incidente (θ2 = 90°), ocorre a reflexão total do feixe incidente. Desse modo, o ângulo entre os cristais deve ser superior a 0° e inferior a 90°.

[014] Para que a condição de Bragg seja atendida em ambos os cristais, é preciso garantir um alinhamento adequado, o que, de maneira simplificada, pode ser visto como o paralelismo perfeito, entre eles. Por essa razão, além de um grau de liberdade livre para rotação para ajuste do ângulo de Bragg e de um grau de liberdade livre para translação relativa entre os cristais para a variação do gap, os DCMs contam tipicamente com dois graus de liberdade para rotação relativa entre os cristais, denominados pitch e roll (termos derivados da aviação), perpendiculares à direção de translação. Portanto, um DCM básico possui, além do grau de liberdade livre principal para o ângulo de Bragg, três graus de liberdade livres relativos entre os cristais: gap, pitch e roll, que podem ser concentrados em um único cristal ou distribuídos de acordo com qualquer combinação desejada.

[015] Os mecanismos responsáveis por esses graus de liberdade devem apresentar não apenas resolução de movimentação suficientemente fina, mas também estabilidade mecânica adequada, de modo a evitar efeitos dinâmicos indesejáveis, que podem provocar erros na seleção de energia, redução do fluxo de fótons e/ou desvios na direção de propagação do feixe monocromático em relação ao feixe incidente. De todos os graus de liberdade mencionados, os ajustes de pitch e roll são os que apresentam maiores demandas do ponto de vista de resolução e estabilidade. Por isso, os mecanismos desses graus de liberdade tipicamente utilizam atuadores mecânicos de alta resolução, tais como atuadores piezelétricos e micromotores. Uma vez integrados a sinais de realimentação, esses mecanismos podem compensar desalinhamentos resultantes de limitações de montagem, efeitos térmicos e/ou gravitacionais, e movimentos parasitas no mecanismo de gap. A Figura 3 mostra um esquemático ilustrando esses três movimentos de ajuste (y’, Rx’ e Rz’) do segundo cristal em relação ao primeiro, destacando o possível uso de sinais de realimentação local ou externa, a partir de sensores de posição ou de feixe, respectivamente.

[016] As tecnologias de construção atuais de DCMs são limitadas em termos de estabilidade do paralelismo relativo entre os cristais, isto é, em pitch e roll. Especialmente nos DCMs de offset vertical entre os feixes de entrada e saída, isto é, aqueles em que o eixo de rotação do ângulo de Bragg fica na horizontal, os melhores equipamentos sofrem com variações angulares superiores a 100 nrad RMS (analisados em uma banda de frequências até 2.5 kHz). Poucos DCMs verticais já demostraram desempenho de cerca de 50 nrad RMS em condições especiais, isto é, com os mecanismos de movimentação totalmente freados. É válido destacar que DCMs de offset horizontal, isto é, com eixo de rotação vertical, sofrem menos com efeitos de gravidade e podem apresentar resultados um pouco melhores, tipicamente por um fator 2. Em ambos os casos, entretanto, se a estabilidade de paralelismo é avaliada enquanto os mecanismos do ângulo de Bragg e de gap estão em operação, o que é necessário para experimentos com varredura contínua de energia (os chamados flyscans), por exemplo, os níveis de vibração facilmente são ampliados acima de 10 vezes, facilmente ultrapassando 1 μrad RMS.

[017] Ocorre que, em função das excepcionais características das fontes de luz síncrotron de nova geração, as futuras linhas de luz exigirão níveis de estabilidade inferiores a 10 nrad RMS, inclusive durante flyscans. Isso significa, que serão necessários instrumentos com desempenho de 5 e 100 vezes melhor do que o estado-da-arte atual. Os números mencionados para os instrumentos em operação já são resultado de muito esforço de fabricantes e usuários ao longo dos últimos anos em realizar melhoras incrementais em relação à tecnologia existente. Sendo assim, como a evolução em termos de estabilidade foi apenas limitada, constata-se uma relativa estagnação da tecnologia presente, com praticamente nenhuma perspectiva real de que as novas demandas fossem atendidas.

[018] De fato, a tecnologia atual é baseada em projetos mecânicos com foco em máxima rigidez, ao mesmo tempo em que, de maneira contraditória, os graus de liberdade relativos são tipicamente obtidos a partir do empilhamento de mecanismos de movimentação individuais para gap, pitch e roll. Essa abordagem é limitada pela rigidez finita das partes intermediárias e das conexões mecânicas, o que rapidamente deteriora a rigidez efetiva da montagem. Além disso, os novos níveis de estabilidade necessários são tão baixos, que esses mecanismos de ajuste passam a precisar oferecer uma alta capacidade de rejeição a distúrbios (ruídos). Esses distúrbios são provocados por vibrações do solo, fontes de vibrações vizinhas, tais como bombas de vácuo, e ainda fontes de vibrações internas ao próprio DCM, como os sistemas de refrigeração, motores e atuadores mecânicos, e rolamentos. Para uma capacidade de rejeição de ruído no mínimo razoável, os mecanismos de ajustes precisam trabalhar com controle com realimentação em malha fechada com uma largura de banda acima de 100 Hz. Os atuadores piezoelétricos e micromotores utilizados atualmente, dificilmente seriam capazes de conseguir bandas de controle superiores a 20 Hz.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[019] A presente invenção é apresentada e caracterizada nas reivindicações independentes, enquanto as reivindicações dependentes descrevem outras características da invenção ou modalidades relativas à ideia inventiva principal.

[020] É um objeto da presente invenção proporcionar um instrumento de linha de luz que atenda às altas demandas da nova geração de fontes de luz síncrotron. Para esse fim, o instrumento de acordo com a invenção compreende pelo menos uma estrutura de referência (1), uma estrutura de montagem (2) e meios de movimentação (4) e medição de posicionamento (6). Adicionalmente, o instrumento da presente invenção compreende: - ao menos uma massa de reação (5) ligada de forma móvel à estrutura de referência (1) em uma ou mais direções, do mesmo modo como a estrutura de montagem (2), sendo que os meios de movimentação (4) da estrutura de montagem (2) atuam em relação à massa de reação (5), em vez de em relação à estrutura de referência (1); - um meio de medição de posição (6), medindo a posição da estrutura de montagem (2) diretamente em relação à estrutura de referência (1) para uma maior precisão, - um controle com realimentação em malha fechada incluindo os meios de medição de posição (6) e os meios de movimentação (4), em que a informação dos meios de medição de posição (6) é utilizada para o controle da posição da estrutura de montagem (2) em relação à estrutura de referência (1) via os meios de movimentação (4).

[021] A conexão entre a estrutura de montagem (2) e a estrutura de referência (1) é dada por um primeiro conjunto de meios elásticos (l1), compreendidos por uma folha elástica (do inglês leaf springs), ou por um conjunto (combinação) de folhas elásticas; assim como a conexão entre a massa de reação (5) e a estrutura de referência (1) é dada por um segundo conjunto de meios elásticos (l2), compreendidos por uma folha elástica (do inglês leaf springs), ou por um conjunto (combinação) de folhas elásticas.

[022] O instrumento da presente invenção é aplicado na monocromatização de feixes de raios-x com saída fixa em linhas de luz síncrotron.

[023] Com o instrumento de acordo com a invenção a realimentação ativa pode ser melhorada (banda de controle mais larga, tipicamente acima de 100 Hz) em função do uso da massa de reação (5) e de uma arquitetura dinâmica adequada. A massa de reação (5) atua como um filtro passa-baixa no caminho das forças de reação, de tal modo que apenas a dinâmica do caminho direto das forças na estrutura de montagem (2) limita a largura de banda possível. Além disso, a dinâmica adequada depende de baixa (ou zero) rigidez entre a estrutura de montagem (2) e a massa de reação (5), logo, os meios de movimentação (4) devem ser atuadores de baixa rigidez (atuador inerentemente complacente). Assim, no dispositivo de acordo com a invenção, os graus de liberdade críticos são controlados por meio da malha de realimentação com largura de banda em malha fechada suficientemente alta, permitindo uma alta rejeição a distúrbios e alta capacidade de seguimento de referências.

[024] Uma forma adicional de realização do instrumento de acordo com a invenção é caracterizada por compreender uma estrutura complementar (7) ligada de forma móvel à estrutura de referência (1) e meios de movimentação complementares (8) dessa estrutura complementar (7) em relação à estrutura de referência (1). Alternativamente, a estrutura de montagem (2) e a massa de reação (5) passam a ser ligadas de forma móvel à estrutura complementar (7), ao invés de serem ligadas de maneira móvel à estrutura de referência (1).

[025] Preferencialmente, o deslocamento máximo da estrutura complementar (7) em relação à estrutura de referência (1) é maior do que os máximos deslocamentos da estrutura de montagem (2) e da massa de reação (5) em relação à estrutura complementar (7), permitindo, portanto, em função dessa combinação de níveis, maiores amplitudes de movimento da estrutura de montagem (2) em relação à estrutura de referência (1).

[026] Preferencialmente, a estrutura de montagem (2) é ligada à estrutura complementar (7) por um primeiro conjunto de meios elásticos (l1) e a massa de reação (5) é ligada à estrutura complementar (7) por um segundo conjunto de meios elásticos (l2), sendo a estrutura complementar (7) ligada à estrutura de referência (1) via um terceiro conjunto de meios elásticos (l3). Esses conjuntos de meios elásticos (l1, l2, l3) são ainda preferencialmente uma folha elástica (do inglês leaf spring), ou uma combinação de folhas elásticas, de modo a conferir as capacidades de movimento de interesse com dinâmicas adequadas.

[027] Uma forma de realização do instrumento de acordo com a invenção é caracterizada por ter a estrutura de referência (1) rotativa em torno de um eixo principal (eixo x) perpendicular ao feixe de fótons incidente (eixo z) e por ter a estrutura complementar (7) móvel em relação à estrutura de referência (1) em apenas uma translação, no plano do feixe de fótons e perpendicular ao eixo de rotação da estrutura de referência (1), tal que o primeiro conjunto de meios elásticos (l1) é pouco rígido na direção de deslocamento, mas rígido nas outras duas direções de translação perpendiculares à direção de deslocamento, bem como rígido a rotações nas três direções (Rx, Ry, Rz). A estrutura de montagem (2) é preferencialmente móvel em relação à estrutura complementar (7) em apenas uma translação, paralela à direção de movimentação da estrutura complementar (7) em relação à estrutura de referência (1), mas também em duas rotações, em torno do eixos perpendiculares ao eixo de translação, tal que o segundo conjunto de meios elásticos (l2) é pouco rígido na direção de translação e nas duas rotações perpendiculares, mas rígido nas duas direções perpendiculares à direção de deslocamento, bem como rígido na rotação em torno desta.

[028] Do mesmo modo, a massa de reação (5) é preferencialmente móvel em relação à estrutura complementar (7) em apenas uma translação, paralela à direção de movimentação da estrutura complementar (7) em relação à estrutura de referência (1), mas também nas duas rotações, em torno do eixos perpendiculares ao eixo de translação, tal que o terceiro conjunto de meios elásticos (l3) é pouco rígido na direção de translação e nas duas rotações perpendiculares, mas rígido nas duas direções perpendiculares à direção de deslocamento, bem como rígido na rotação em torno desta.

[029] Ainda, a atuação dos meios de movimentação (4) entre a estrutura de montagem (2) e massa de reação (5) é preferencialmente realizada por três atuadores de Lorentz (voice-coils), capazes de atuar nos três graus de liberdade de baixa rigidez da estrutura de montagem (2) e da massa de reação (5).

[030] Ademais, uma forma de realização do instrumento de acordo com a invenção é caracterizada por ter uma estrutura de montagem complementar (9) rigidamente ligada à estrutura de referência (1) e à qual é montado um elemento óptico complementar (10). Preferencialmente, o meio de medição compreende ao menos três sensores de posição (6), tais como medidores de distância interferométricos, medindo nos três graus de liberdade de interesse a posição da estrutura de montagem (2) diretamente em relação à estrutura de montagem complementar (9), de modo a aumentar a precisão da medida entre os elementos ópticos (3, 10).

[031] O instrumento de acordo com a invenção e a realização detalhada acima é especialmente vantajoso na realização de um monocromador de cristal duplo, em que os elementos ópticos (3, 10) são cristais, fixados à estrutura de montagem (2) e à estrutura de montagem complementar (9). Ainda, é prática comum a utilização de mais de um par de cristais, com orientações cristalinas diferentes, em um mesmo instrumento. Desse modo, é perfeitamente possível que um ou mais cristais (3) sejam rigidamente montados na estrutura de montagem (2), ao passo que seus respectivos pares complementares (10) sejam rigidamente montados na estrutura de montagem complementar (9). A realização do instrumento de acordo com a invenção como um DCM com controle de realimentação em malha fechada com alta largura de banda é capaz de satisfazer às demandas de estabilidade de uma nova geração de DCMs (conforme descrito na seção de Antecedentes).

[032] A atuação dos meios de movimentação complementares (8) da estrutura complementar (7) pode ser realizada de diferentes formas, como, por exemplo, por meio de motor de passo, servomotor ou motor linear, entre outros. O instrumento, conforme descrito nesta invenção, pode ser aplicado em DCM, FZP, CRL, sistema de posicionamento de espelhos, estágios de manipulação de amostras, fendas e detectores. De modo mais geral, o instrumento pode ser aplicado em qualquer sistema de linha de luz de alto desempenho mecânico. Para o caso específico de DCMs, como demanda a utilização, o instrumento deve ser operado em ultra-alto vácuo.

[033] A utilização de DCM permite o ajuste do ângulo entre os elementos ópticos (3, 10) durante a operação do equipamento. Tal ajuste é realizado mantendo-se o ângulo mínimo (θ1) entre os cristais superior a 0° e o ângulo máximo (02) entre os cristais inferior a 90°. Preferencialmente, o ângulo mínimo (θ1) é superior a 30°, enquanto o ângulo máximo (θ2) é inferior a 60°.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[034] Essas e outras características da presente invenção tornar-se-ão evidentes a partir da descrição a seguir de algumas modalidades, dadas como exemplo não restritivo com referência aos desenhos anexos, em que:

[035] A Figura 1 ilustra a situação em que dada condição de difração de Bragg ocorre em dois cristais subsequentes, filtrando um feixe incidente de espectro amplo e entregando um feixe monocromático;

[036] A Figura 2 ilustra o princípio de um DCM, em que a separação (gap) entre os dois cristais muda em função do ângulo de rotação (ângulo de Bragg) (θ1, θ2), de modo a manter a posição do feixe monocromático constante. No exemplo da Figura 2, θ2 > θ1, em que θ1 representa o ângulo mínimo e θ2 representa o ângulo máximo;

[037] A Figura 3 mostra um esquemático com uma configuração possível para os três movimentos básicos de ajuste relativo entre dois cristais de um DCM e com sinais de realimentação local ou externa, a partir de sensores de posição ou de feixe, respectivamente, destacando entre as figuras (a) e (b) uma importante diferença na forma de realimentação local;

[038] A Figura 4 mostra uma primeira configuração possível para o instrumento de acordo com a presente invenção, sendo composto por uma estrutura de referência (1), uma estrutura de montagem (2), uma massa de reação (5), meios de movimentação (4), elemento óptico (3), primeiro e segundo conjuntos de meios elásticos (l1, l2) e meios de medição de posição;

[039] A Figura 5 apresenta uma variação de configuração possível para o instrumento de acordo com a presente invenção, sendo composto por uma estrutura de referência (1), uma estrutura de montagem (2), uma massa de reação (5), meios de movimentação (4), elemento óptico (3), conjuntos de meios elásticos (l1, l2) e meios de medição de posição. Adicionalmente, a variação de configuração contempla uma estrutura complementar (7), meios de movimentação complementares (8) e um terceiro conjunto de meios elásticos (l3);

[040] A Figura 6 apresenta uma segunda variação de configuração possível para o instrumento de acordo com a presente invenção, sendo composto por uma estrutura de referência (1), uma estrutura de montagem (2), uma massa de reação (5), meios de movimentação (4), elemento óptico (3), conjuntos de meios elásticos (l1, l2) e meios de medição de posição. Adicionalmente, a variação de configuração contempla uma estrutura complementar (7), meios de movimentação complementares (8) e um terceiro conjunto de meios elásticos (l3), além de uma estrutura de montagem complementar (9) e elemento óptico complementar (10);

[041] A Figura 7 (a) apresenta uma vista isométrica da segunda variação de configuração possível para o instrumento de acordo com a presente invenção, em que os componentes: estrutura de referência (1), estrutura de montagem (2), massa de reação (5), estrutura complementar (7), estrutura de montagem complementar (9) e elemento óptico complementar (10) estão destacados;

[042] A Figura 7 (b) apresenta uma variação da estrutura apresentada na Figura 7 (a), em que os componentes: estrutura de referência (1), estrutura de montagem (2), estrutura complementar (7), estrutura de montagem complementar (9) e elemento óptico complementar (10) estão destacados;

[043] A Figura 8 apresenta uma das variações da estrutura da presente invenção em sua configuração montada. A visualização em corte da estrutura apresenta os elementos característicos: estrutura de referência (1), massa de reação (5), estrutura complementar (7) e elementos elásticos (l1, l2, l3);

[044] A Figura 9 apresenta uma das variações da estrutura da presente invenção em sua configuração montada, com a visualização de todos os elementos constituintes da invenção (corte AA). Os elementos característicos da variação estão destacados na Figura, sendo eles: estrutura de referência (1), estrutura de montagem (2), elemento óptico (3), meios de movimentação (4), massa de reação (5), meios de medição de posição (6), estrutura complementar (7),meios de movimentação complementares (8), estrutura de montagem complementar (9), elemento óptico complementar (10) e elementos elásticos (l1, l2, l3).

[045] Para facilitar a compreensão, os mesmos números de referência foram utilizados, sempre que possível, para identificar elementos comuns idênticos nos desenhos. Entende-se que elementos e características de uma modalidade podem ser convenientemente incorporados em outras modalidades sem mais esclarecimentos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[046] Vamos agora nos referir em detalhes às várias modalidades da presente invenção, das quais um ou mais exemplos são mostrados nos desenhos anexos. Cada exemplo é fornecido a título de ilustração da presente invenção, e não deve ser entendido como uma limitação desta invenção. Por exemplo, as características apresentadas ou descritas na medida em que fazem parte de uma modalidade podem ser adotadas em (ou estar em associação com) outras modalidades para produzir outra modalidade. Entende-se que a presente invenção deve incluir todas essas modificações e variantes.

[047] A Figura 1 ilustra a situação em que dada condição de difração de Bragg ocorre em dois cristais subsequentes, filtrando um feixe incidente de espectro amplo e entregando um feixe monocromático. Também é indicado um sistema de coordenadas base (x, y, z) e um sistema de coordenadas rotacionado (x, y’, z’) em torno do ângulo de Bragg (Rx), colocado no exemplo no eixo x.

[048] A Figura 2 ilustra o princípio de um DCM, em que a separação (gap) entre os dois cristais varia como função do ângulo de rotação (ângulo de Bragg), de modo a manter a posição do feixe monocromático constante em relação ao feixe incidente com uma separação fixa (offset). É possível ver para um dado ângulo de Bragg θ1, menor do que outro ângulo de Bragg arbitrário θ2, o gap correspondente (gap 1) é menor do que aquele (gap 2) correspondente a θ2.

[049] A Figura 3 mostra dois cristais de um DCM em um dado ângulo de Bragg, com os ajustes relativos essenciais entre o primeiro e o segundo cristais, a saber: gap (y’), pitch (Rx’) e roll (Rz’) (em que a indicação ’ refere-se ao sistema de coordenadas rotacionado de acordo com o ângulo de Bragg). A Figura 3(a) mostra os sinais de realimentação tipicamente utilizados, a saber: realimentação local, tipicamente realizada junto ao mecanismo de movimentação do cristal e medindo a posição do cristal em relação ao seu suporte; e realimentação externa, utilizando o sinal de um sensor de feixe a jusante do DCM para atuação nos mecanismos de ajuste do cristal. Existem instrumentos que se baseiam apenas em um dos tipos de realimentação, assim como instrumentos que utilizam ambos de maneira complementar. A Figura 3(b) também apresenta ambos os sinais de realimentação, local e externo, mas enfatiza, de acordo com a presente invenção, que na realimentação local a medição de posição deve ser realizada entre os cristais, ou entre as estruturas de montagem dos cristais, não em relação a um suporte de um dos cristais, que não traz nenhuma informação direta a respeito da posição e da estabilidade do cristal complementar. Ademais, de acordo com a invenção, para que uma largura de banda de controle em malha fechada suficientemente alta (> 100 Hz) seja possível, a velocidade do sistema de feedback também deve ser alta, isto é, da ordem de 10 kHz. Essas velocidades não estão tipicamente disponíveis em sensores de feixe, por isso, o meio de medição em relação à estrutura de referência foi colocado como mandatório. No entanto, e de fato, caso o sinal de um sensor de feixe exiba as características de precisão e de velocidade necessárias, este poderia substituir o meio de medição de posição local do instrumento.

[050] As Figuras 4, 5 e 6 mostram concretizações possíveis do instrumento de acordo com a presente invenção. A Figura 4 mostra a realização essencial de um instrumento de linha de luz síncrotron de acordo com a presente invenção, em que o elemento óptico (3) é rigidamente montado à estrutura de montagem (2), cuja posição em relação à estrutura de referência (1) é medida via meios de medição de posição (6). A movimentação da estrutura de montagem (2) ocorre via meios de movimentação (4) em função da medida de posição do meio de medição de posição (6), estando ambos (4, 6) integrados no sistema de realimentação em malha fechada do instrumento. Diferentemente dos instrumentos tradicionais, as forças dos meios de movimentação (4), necessárias para a movimentação da estrutura de montagem (2), têm a reação em uma massa de reação (5), que atua como um filtro dinâmico e permite que a largura de banda do sistema de realimentação seja limitado apenas pela dinâmica interna da estrutura de montagem (2) e do elemento óptico (3), e não pelas dinâmicas (ressonâncias) dos demais componentes do instrumento, como é o caso nos instrumentos comuns. Tanto a ligação da estrutura de montagem (2) como da massa de reação (5) à estrutura de referência (1) são preferencialmente feitas por conjuntos de meios elásticos (l1 e l2), que são capazes de garantir as propriedades de rigidez adequadas, isto é, definir graus de liberdade livres e restritos, de acordo com as movimentações de interesse para o elemento óptico em relação ao feixe de fótons, bem como eliminar não-linearidades resultantes de guias mecânicos com atrito.

[051] Os conjuntos de meios elásticos (l1, l2, l3) são utilizados na presente invenção como alternativa aos rolamentos convencionais, a ar ou magnéticos. Por possuírem um deslocamento limitado, o sistema composto pela massa de ração (5) adicional fornece um melhor desempenho dinâmico, compondo um sistema rotativo em dois níveis. Adicionalmente, esse conjunto de meios elásticos (l1, l2, l3) utilizado como substituição aos rolamentos convencionais, a ar ou magnéticos permite a utilização de rolamentos e atuadores que não estejam acoplados à câmara de vácuo.

[052] A Figura 5 apresenta uma variação do instrumento apresentado na Figura 4, em que uma estrutura complementar (7) é inclusa entre a estrutura de referência (1) e o conjunto formado pela estrutura de montagem (2) e pela massa de reação (5), tendo como objetivo principal aumentar a amplitude de movimentação entre a estrutura de montagem (2) e a estrutura de referência (1), uma vez que os conjuntos de meios elásticos (l1, l2) necessariamente apresentam amplitude de movimentação limitada. Sistemas de dois (ou mais) níveis são, de fato, comuns em equipamentos de diversas áreas que demandam grande faixa dinâmica, isto é, muitas ordens de grandeza entre a resolução (e/ou precisão) e o alcance de um dado movimento.

[053] A Figura 6 mostra esquematicamente a concretização do instrumento de acordo com a presente invenção, constituído como um DCM, para o que se adicionaram à estrutura de referência (1): uma estrutura de montagem complementar (9) e um elemento óptico complementar (10). De acordo com o sistema de coordenadas da figura, o feixe de fótons se propaga ao longo do eixo z, coplanar ao eixo de rotação da estrutura de referência (1) (eixo x), onde atinge o primeiro cristal do DCM, ou o primeiro conjunto dos pares de cristais do DCM, o elemento óptico complementar (10). O elemento óptico complementar (10) é rigidamente fixo à estrutura de montagem complementar (9), que por sua vez é rigidamente fixa à estrutura de referência (1), ou seja, não há graus de liberdade relativos livres para ajuste entre o elemento óptico complementar (10) e a estrutura de referência (1). A estrutura complementar (7) é ligada à estrutura de referência (1) por meio de um conjunto de meios elásticos (l3), sendo preferencialmente composto por 5 (ou 6) folhas elásticas dobradas, conferindo um único grau de liberdade relativo livre de translação entre essas estruturas. Esse grau de liberdade único tem a função de permitir em um primeiro nível o ajuste de gap. A atuação dos meios de movimentação complementares (8) da estrutura complementar (7) pode ser realizada de diferentes formas, como, por exemplo, por meio de motor de passo, servomotor ou motor linear, entre outros. Por fim, tanto a estrutura de montagem (2), à qual o segundo cristal do DCM, ou segundo conjunto dos pares de cristais do DCM, o elemento óptico (3), é rigidamente fixado, como a massa de reação (5) são ligadas à estrutura complementar (7) via um conjunto de meios elásticos (l1 e l2), sendo preferencialmente composto por 3 folhas elásticas dobradas, conferindo três graus de liberdade relativos entre elas e a estrutura complementar (7), a saber: gap (segundo nível), pitch e roll. De fato, projetando-se folhas elásticas dobradas adequadamente, elas podem ser combinadas para concretizarem guias mecânicos apenas com os graus de liberdade livres desejados, suprimindo a movimentação dos elementos nos graus de liberdade não controláveis em função de características de alta rigidez. Para a atuação sobre esses três graus de liberdade livres e o posicionamento e a estabilização da estrutura de montagem (2) em relação à estrutura de montagem complementar (9), os meios de movimentação (4) são concebidos como três atuadores de Lorentz (voice coils), os quais têm suas forças atuando entre a estrutura de montagem (2) e a massa de reação (5), proporcionando uma dinâmica “interna” de forças para o ajuste de precisão do gap e para o controle do paralelismo entre os cristais, e evitando que essas forças se propaguem como distúrbios para a estrutura de referência (1), a estrutura complementar (7), a estrutura de montagem complementar (9) e/ou o elemento óptico complementar (10). A realimentação é proporcionada pelo meio de medição de posição (6), realizado como 3 (ou 4) sensores de distância interferométricos, que podem ser combinados para medir a distância e os dois ângulos de interesse entre as referências metrológicas dos dois cristais, isto é, a estrutura de montagem (2) e a estrutura de montagem complementar (9). Sensores de distância interferométricos contemplam: as características de grande faixa dinâmica, sendo capazes de medir com resolução e precisão nanométrica sobre dezenas de milímetros; e altas velocidades de medição, tornado possíveis a alta estabilidade e o alto desempenho dinâmico exigidos nos DCMs de nova geração. Ainda, optou-se aqui, por simplicidade, por não descrever em detalhes a maneira como essa rotação da estrutura de referência (1) seria feita em relação ao feixe de fótons, mas, preferencialmente, utilizar-se-ia um sistema de mancal duplo (de ambos os lados da estrutura de referência (1)) e um motor do tipo direct drive para a rotação do DCM em relação a uma base instalada na linha de luz. Vale observar, no entanto, que o próprio sistema rotativo da estrutura de referência (1) em si, pode ser realizado de acordo com a presente invenção, em que os elementos de (2) a (10) do instrumento aqui detalhado seriam agrupados como o novo “elemento óptico” da invenção e a estrutura de referência (1) do instrumento aqui detalhado equivaleria à “estrutura de montagem” desse novo instrumento.

[054] Finalmente, deve-se enfatizar novamente que, apesar da invenção ser exemplificada por meio de um DCM na maioria das figuras, ela não é limitada de modo algum às concretizações exemplificadas nesses desenhos. A invenção se estende, portanto, a toda e qualquer concretização que possa desviar das concretizações utilizadas como exemplo, uma vez que dentro do contexto definido pelas reinvindicações. O instrumento pode, portanto, ser um instrumento para posicionamento de espelhos, FZPs, CRLs, estágios de manipulação de amostras, fendas, detectores, ou qualquer outro sistema de linha luz de alto desempenho mecânico, em que o posicionamento rápido e preciso e/ou alta estabilidade sejam necessários.

[055] Nas reivindicações apresentadas neste documento, o único objetivo das referências entre parênteses é facilitar a leitura: elas não podem ser consideradas como fatores restritivos no que diz respeito ao campo de proteção reivindicado nas reivindicações específicas.

Claims

1. Instrumento para movimentação e posicionamento de elementos ópticos com estabilidade mecânica nanométrica em linhas de luz, compreendendo pelo menos uma estrutura de referência, uma estrutura de montagem e meios de movimentação e medição de posicionamento, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos: uma estrutura de referência (1) uma estrutura de montagem (2), à qual o(s) elemento(s) óptico(s) (3) é (são) montado(s), em que a estrutura de montagem (2) é ligada de maneira móvel à estrutura de referência (1), permitindo a sua movimentação relativa em uma ou mais direções ou rotações, e em que a conexão entre a estrutura de montagem (2) e a estrutura de referência (1) é dada por um primeiro conjunto de meios elásticos (l1), compreendidos por pelo menos uma folha elástica (do inglês leaf springs); meios de movimentação (4) para movimentação da estrutura de montagem (2) em relação à estrutura de referência (1); pelo menos uma massa de reação (5), em que a massa de reação (5) é ligada de maneira móvel à estrutura de referência (1), permitindo a sua movimentação relativa em uma ou mais direções de rotações, e em que a conexão entre a massa de reação (5) e a estrutura de referência (1) é dada por um segundo conjunto de meios elásticos (l2), compreendidos por pelo menos uma folha elástica (do inglês leaf springs), e a massa de reação (5) recebe a força de reação resultante do posicionamento da estrutura de montagem (2) em relação à estrutura de referência (1), via atuação dos meios de movimentação (4); meios de medição de posição (6) que medem a posição da estrutura de montagem (2) em relação à estrutura de referência (1); uma malha de realimentação incluindo meios de medição de posição (6) e os meios de movimentação (4), em que a informação dos meios de medição (6) é utilizada para controlar a posição da estrutura de montagem (2) via meios de movimentação (4); e em que o instrumento é aplicado na monocromatização de feixes de raios-x com saída fixa em linhas de luz síncrotron.

2. Instrumento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da estrutura de montagem (2) ser ligada à estrutura principal (1) por um primeiro conjunto de meios elásticos (l1).

3. Instrumento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da massa de reação (5) ser ligada à estrutura principal (1) por um segundo conjunto de meios elásticos (l2).

4. Instrumento, de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a estrutura de montagem (2) e a massa de reação (5) possuem movimentos de translação e rotação de interesse restritos aos graus de liberdade livres, em que a restrição de movimento se dá pela relação entre as características de rigidez dos primeiros meios elásticos (l1) e as características de rigidez dos segundos meios elásticos (l2).

5. Instrumento, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as características de rigidez dos primeiros meios elásticos (l1) são iguais às características de rigidez dos segundos meios elásticos (l2), limitando translações e rotações complementares (graus de liberdade restritos).

6. Instrumento, de acordo com as reivindicações 1 e 4, caracterizado pelo fato de os meios de movimentação (4) serem atuadores de Lorentz (voice-coils) e compreenderem um número mínimo de atuadores igual ao número de graus de liberdade livres da estrutura de montagem (2) e da massa de reação (5).

7. Instrumento, de acordo com a reinvindicação 6, caracterizado pelo fato de os meios de medição de posição (6) compreenderem um número mínimo de sensores de posição igual ao número de graus de liberdade livres da estrutura de montagem (2) e da massa de reação (5).

8. Instrumento, de acordo com a reinvindicação 1, caracterizado pelo fato de que o instrumento compreende adicionalmente uma estrutura complementar (7), ligada de maneira móvel à estrutura principal (1), e meios de movimentação complementares (8) para movimentação da estrutura complementar (7) em relação à estrutura de referência (1).

9. Instrumento, de acordo com a reinvindicação 8, caracterizado pelo fato da estrutura de montagem (2) e da massa de reação (5) estarem ligadas pelos primeiros e pelos segundos meios elásticos (l1 e l2) à estrutura complementar (7) em vez de diretamente à base (1), ou seja, com a estrutura complementar (7) tornando-se um elemento de movimentação intermediário (em cascata) entre a estrutura de montagem (2) e a estrutura de referência (1).

10. Instrumento, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os meios de movimentação complementares (8) são acionados por qualquer um dentre, mas não restrito a motor de passo, servomotor e motor linear.

11. Instrumento, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato da estrutura complementar (7) ser ligada à estrutura de referência (1) por um terceiro conjunto de meios elásticos (l3).

12. Instrumento, de acordo com as reivindicações 1, 6 ou 9, caracterizado pelo fato de que cada um dos primeiros, segundos e terceiros meios elásticos (l1, l2, l3) é compreendido por pelo menos uma folha elástica (do inglês leaf springs).

13. Instrumento, de acordo com as reivindicações 1, 6 ou 9, caracterizado pelo fato de que cada um dos primeiros, segundos e terceiros meios elásticos (l1, l2, l3) é compreendido por um conjunto (combinação) de folhas elásticas.

14. Instrumento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da estrutura de referência (1) possuir um eixo de rotação principal (eixo x) e o feixe de fótons incidente na linha de luz possuir uma direção de propagação (eixo z), em que o eixo de rotação principal (eixo x) da estrutura de referência (1) é perpendicular à direção de propagação do feixe de fótons incidente na linha de luz (eixo z).

15. Instrumento, de acordo com as reivindicações 12, 13 e 14, caracterizado pelo fato de que a rotação da estrutura de referência (1) ser feita por meio de um sistema de mancal duplo e um motor do tipo direct drive.

16. Instrumento, de acordo com as reivindicações 8, 12, 13 e 14, caracterizado pelo fato da estrutura complementar (7) ser móvel em relação à estrutura de referência (1) apenas na direção perpendicular (eixo y’) ao eixo de rotação principal da estrutura de referência (1) (eixo x), tal que o terceiro conjunto de meios elásticos (l3) é pouco rígido na direção de deslocamento (eixo y’), mas bastante rígido nas duas outras direções perpendiculares (eixos x e z’) e com relação às rotações relativas à estrutura de referência (1) (rotações Rx, Ry’ e Rz’).

17. Instrumento, de acordo com as reivindicações 8, 12, 13, 14 e 16, caracterizado pelo fato de que a estrutura de montagem (2) é móvel em relação à estrutura complementar (7) em apenas uma translação (eixo y’), sendo a direção de translação paralela à direção de movimentação da estrutura complementar (7) em relação à estrutura de referência (1), e em duas rotações (rotações Rx e Rz’), sendo essas rotações em torno do eixos perpendiculares (eixos x e z’) ao eixo de translação (eixo y’), tal que o primeiro conjunto de meios elásticos (l1) é pouco rígido na direção de translação (eixo y’) e nas duas rotações perpendiculares a ela (rotações Rx e Rz’), mas é rígido nas duas direções de translação perpendiculares (eixos x’ e z’) à direção de deslocamento (eixos y’), bem como rígido na rotação em torno da direção de deslocamento (rotação Ry’).

18. Instrumento, de acordo com as reivindicações 8, 12, 13, 14, 16 e 17, caracterizado pelo fato de que a massa de reação (5) é móvel em relação à estrutura complementar (7) em apenas uma translação (eixo y’), sendo a direção de translação paralela à direção de movimentação da estrutura complementar (7) em relação à estrutura de referência (1), e em duas rotações (rotações Rx e Rz’), sendo essas rotações em torno do eixos perpendiculares (eixos x e z’) ao eixo de translação (eixo y’), tal que o segundo conjunto de meios elásticos (l2) é pouco rígido na direção de translação (eixo y’) e nas duas rotações perpendiculares a ela (rotações Rx e Rz’), mas é rígido nas duas direções de translação perpendiculares (eixos x’ e z’) à direção de deslocamento (eixos y’), bem como rígido na rotação em torno da direção de deslocamento (rotação Ry’).

19. Instrumento, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o instrumento compreende uma estrutura de montagem complementar (9), rigidamente fixada à estrutura de referência (1), e um elemento óptico complementar (10), rigidamente montado à estrutura de montagem complementar (9).

20. Instrumento, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato do sensor de posição (6) alternativamente fazer a medição da posição da estrutura de montagem (2) em relação à estrutura de montagem complementar (9),.

21. Instrumento, de acordo com a reinvindicação 20, caracterizado pelo fato de que o instrumento é um monocromador de duplo cristal.

22. Instrumento, de acordo com as reivindicações 19, 20 e 21, caracterizado pelo fato de que o elemento óptico (3) e o elemento óptico complementar (10) são cristais de difração, sendo o elemento óptico (3) rigidamente montado à estrutura de montagem (2), e o elemento óptico complementar (10), rigidamente montado à estrutura de montagem complementar (9).

23. Instrumento, de acordo com as reinvindicações 19, 20, 21 e 22, caracterizado pelo fato de que o instrumento contém múltiplos elementos ópticos (3) de características distintas e múltiplos elementos ópticos complementares (10) de características distintas, de modo que cada elemento óptico complementar (10) é par com um respectivo elemento óptico (3), sendo os elementos ópticos (3) montados rigidamente à estrutura de montagem (2), enquanto os elementos ópticos complementares (10) estão rigidamente montados à estrutura de montagem complementar (9).

24. Instrumento, de acordo com as reinvindicações 7 ou 23, caracterizado pelo fato de que os sensores de posição do meio de medição de posição (6) compreendem sensores de deslocamento interferométricos de precisão subnanométrica..

25. Instrumentos, de acordo com as reivindicações 22, 23 e 24, caracterizado pelo fato de que a medição de posição verificada pelo medidor de posição (6) na realimentação local é realizada entre as estruturas de montagem (2, 9) dos elementos ópticos (3, 10).

26. Instrumento, de acordo com as reivindicações 1, 8, 10, 20, 22, 23, 24 e 25, caracterizado pelo fato de que o instrumento possui aplicação em DCM.

27. Instrumento, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o ângulo (θ1) mínimo entre os elementos ópticos (3, 10) é superior a 0°, enquanto o ângulo máximo (θ2) entre os elementos ópticos (3, 10) é inferior a 90°.

28. Instrumento, de acordo com as reivindicações 1, 8, 10, 20, 22, 23, 24 e 25, caracterizado pelo fato de que o instrumento é aplicado em sistema de linha de luz de alto desempenho mecânico.

29. Instrumento, de acordo com as reivindicações 1 e 26, caracterizado pelo fato de que ser operado em ultra-alto vácuo.