CN102169230A - 可移动反射镜的支撑结构、减小可移动反射镜的倾斜的方法以及干涉仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于干涉仪的可移动反射镜的支撑结构，支撑结构包括：固定框架(11)；可移动框架(12)，对于其可移动反射镜(42)布置成可连结的；及至少两个柔性部件(13)，所述部件(13)的第一端部紧固到固定框架(11)上，并且所述部件(13)的第二端部紧固到可移动框架(12)上，使得在每个柔性部件(13)的固定点之间的距离基本上相同，并且在第一端部的固定点之间的距离基本上等于在第二端部的固定点之间的距离。支撑结构包括支撑部件(16)，所述支撑部件(16)连结到至少两个柔性部件(13)的至少一侧上。本发明也涉及一种干涉仪、和一种用来减小干涉仪的可移动反射镜的倾斜的方法。

Description

可移动反射镜的支撑结构、减小可移动反射镜的倾斜的方法以及干涉仪

技术领域

本发明涉及根据所附的独立权利要求的前序部分的用于干涉仪的可移动反射镜的支撑结构、用来减小干涉仪的可移动反射镜的倾斜的方法，以及干涉仪。

背景技术

在干涉仪中，如在Michelson型干涉仪中，来自光源的光束由分光镜分离成两个光束。第一光束传播到固定反射镜，而第二光束传播到可移动反射镜。在被反射之后，各光束在分光镜处重新结合和干涉。光程差，即由第一和第二光束传播的光程长度的差，导致在各光束之间的相位差。通过在第二光束的方向上移动可移动反射镜，在光束之间的相位差发生变化。相位差的这种变化调制干涉光束的强度，该强度由探测器探测。

为了实现高精度，可移动反射镜的反射表面的平面必须被布置成与指向它的光束的方向相垂直。在可移动反射镜正在移动的同时，也必须保持垂直布置。换句话说，可移动反射镜应该按反射镜不倾斜的方式移动。

用于可移动反射镜的各种支撑结构已经有所描述。一种公知的结构-其一个例子公开在文件US 2002/0149777A1中，包括可移动框架，反射镜和音圈连结到该可移动框架上。可移动框架由两个相等长度的柔性部件连接到固定框架上。各柔性部件的上部端部连接到可移动框架上，而各柔性部件的下部端部连接到固定框架上，使得在上部固定点之间的间隔等于在下部固定点之间的间隔。永久磁铁布置成与音圈相连接。通过调节馈给到音圈的电流，在音圈与磁体之间的距离发生 变化，从而可移动框架发生移动。

可移动框架从其静止位置的移动强迫各柔性部件从直线弯曲成S曲线。缺点是，各柔性部件不会等同地弯曲，于是可移动框架相对于水平平面的位置发生改变。这导致可移动反射镜的倾斜，这种倾斜会降低干涉仪的精度。

发明内容

本发明的主要目的是，减少或甚至消除以上呈现的现有技术问题。

本发明的一个目的是，提供一种用于干涉仪的可移动反射镜的支撑结构。更详细地说，本发明的一个目的是提供一种支撑结构，借助于该支撑结构，反射镜可按最小化的倾斜而被移动。

本发明的另一个目的是提供一种干涉仪，借助于该干涉仪，可实现高精度和高稳定性。

本发明的又一个目的是提供一种用来减小干涉仪的可移动反射镜的倾斜的方法。

为了实现上述目的，根据本发明的支撑结构、干涉仪及方法的特征在于，在所附的独立权利要求的特征部分中呈现的特征。本发明的有利实施例在从属权利要求中描述。

根据本发明的用于干涉仪的可移动反射镜的一种典型支撑结构包括：固定框架；可移动框架，可移动反射镜布置成能够连结到可移动框架；以及至少两个柔性部件，所述部件的第一端部紧固到固定框架上，并且所述部件的第二端部紧固到可移动框架上，使得在每个柔性部件的固定点之间的距离基本上相同，并且在第一端部的固定点之间的距离基本上等于在第二端部的固定点之间的距离。根据本发明的典型支撑结构包括支撑部件，这些支撑部件连结到至少两个柔性部件的至少一侧上。

固定框架指的是一种相对于干涉仪的本体和对于连结到干涉仪本体上的光学元件中的至少一些意见保持静止的结构。固定框架可以例如通过螺钉而紧固到干涉仪本体上。固定框架可以具有不同的形式和 构造。例如，固定框架可以是矩形板，该矩形板具有60-180mm的长度、40-120mm的宽度及5-15mm的厚度。典型地，固定框架由诸如铝、铁、铜或钛之类的金属、或诸如不锈钢、铝合金、钢或铁镍合金之类的金属合金制造。在一些用途中，固定框架是与干涉仪本体成一体的部分。

可移动框架指的是，一种相对于固定框架布置成可移动的结构。可移动框架可以具有不同的形式和构造。例如，可移动框架可以是矩形板，该矩形板具有60-180mm的长度、40-120mm的宽度及5-15mm的厚度。典型地，可移动框架由铝、铁、铜或钛之类的金属、或诸如不锈钢、铝合金、钢或铁镍合金之类的金属合金制造。优选地，可移动框架由与固定框架相同的材料制造，以便使由热膨胀引起的扭曲最小。

可移动框架布置成借助于柔性部件与固定框架相连接。可移动框架可以由于柔性部件的弯曲而相对于固定框架移动。

优选地，支撑结构仅包括两个柔性部件。柔性部件的第二端部优选地连结到可移动框架的端部上，并且如果固定框架具有与可移动框架相同的长度，则柔性部件的第一端部连结到固定框架的端部上。柔性部件可以例如通过粘结或由螺钉、或借助于紧固板而紧固到各框架的端部上。紧固板例如由螺钉紧固到框架的端部上，使得柔性部件的端部定位在框架的端部与紧固板之间。

支撑结构可以包括多于两个柔性部件，例如三个、四个或五个柔性部件。柔性部件可以按相等距离连接到框架上。

典型地，柔性部件是平的，具有小于1mm、优选地小于0.5mm的厚度。柔性部件的长度可以是例如30-60mm或60-120mm，宽度是4-10mm或10-30mm。柔性部件可以具有各种形状。例如，柔性部件可以是矩形、H形或U形。柔性部件可以由薄板状材料，如铝合金或钢板，通过将它切成希望形状而制造。柔性部件也可以由塑料制造。

支撑部件指的是，一种用来支撑柔性部件、并因而减小柔性部件 的挠曲的结构。支撑部件增大柔性部件的刚度。在没有支撑部件的情况下，当可移动框架相对于固定框架移动时，柔性部件沿其整个长度弯曲。通过将支撑部件紧固到柔性部件的至少一侧中，在由支撑部件覆盖的区域中可以防止柔性部件的弯曲。

支撑部件可以例如是矩形板。支撑部件的长度可以选择成，当柔性部件连结到固定框架和可移动框架上时，在框架与支撑部件的端部之间的间隙小于3mm，优选地小于2mm，并且更优选地小于1mm。支撑部件典型地与柔性部件一样宽，即使在某些用途中，支撑部件可以比柔性部件宽或窄。支撑部件的厚度可以是例如2-4mm或4-6mm。支撑部件可以例如由金属或金属合金制造、或由塑料制造。一个或多个支撑部件可以例如通过使用螺钉而紧固到柔性部件上。支撑部件可选择地可以通过粘结而被连结。

在支撑结构的静止位置中，在可移动框架和固定框架之间的柔性部件基本上是直的，并且彼此平行。当可移动框架从其静止位置移动时，柔性部件弯曲。因为支撑部件连结到柔性部件上，所以柔性部件仅可以在未被支撑部件支撑的区域中弯曲。

柔性部件设有支撑部件的优点是，当可移动框架被移动时，柔性部件等同地弯曲。因此，在可移动框架的移动期间，可移动框架相对于固定框架的对准得以保持。这使得当可移动反射镜连结到可移动框架上时，可以在移动可移动框架的同时避免可移动反射镜的倾斜。

可移动反射镜可以例如连结到可移动框架的端部上。可移动框架可以包括用于反射镜的可调节基座。反射镜例如通过粘结而连结到可调节基座上。优选地，可调节基座包括用于反射镜的精确对准的三个调节螺钉。

根据本发明的一个实施例，支撑结构包括连结到至少两个柔性部件的两侧上的支撑部件。通过将支撑部件设置到每个柔性部件的两侧上，可移动框架的移动更稳定。当各支撑部件位于柔性部件的两侧中时，将各支撑部件紧固到柔性部件上也较为容易。优选地，各支撑部件是相似的，并且对称地、彼此相对地紧固到柔性部件上。

根据本发明的一个实施例，柔性部件包括相邻的带条。每个柔性部件可以包括例如并排布置的两个带条，这两个带条在它们之间具有间隙。带条可以具有2-50mm的宽度。在各带条之间的间隙可以例如在10-60mm的范围中。柔性部件备选地可以包括多于两个带条，例如三个、四个或五个带条。

根据本发明的一个实施例，支撑部件的形状是矩形的和平面形的。

根据本发明的一个实施例，每个支撑部件相对于柔性部件的固定点大致居中。换句话说，在第一固定点与支撑部件之间的距离等于在第二固定点与支撑部件之间的距离。通过将支撑部件布置成大致居中，柔性部件具有两个相等长度的可弯曲部分。

根据本发明的一个实施例，支撑部件的长度是在柔性部件的固定点之间的距离的至少百分之60。支撑部件的长度在从柔性部件的第一固定点到第二固定点延伸的方向上测量。优选地，支撑部件的长度是在各固定点之间的距离的至少百分之70，至少百分之80，或至少百分之90。支撑部件相对于在固定点之间的距离越长，柔性部件的可弯曲部分用以实现所需移动的弯曲就越大。

根据本发明的一个实施例，柔性部件和支撑部件由相同材料制造，以便使得由热膨胀引起的扭曲最小。

根据本发明的一个优选实施例，支撑部件是与柔性部件成一体的部分。换句话说，柔性部件与支撑部件形成单件。该单件组件可以通过注射或加压模制过程而制造、或由坯段机加工成所需形状而制造。

根据本发明的一种典型干涉仪包括：光源，用来发射光；可移动反射镜，连结到可移动框架上，可移动框架由至少两个柔性部件连接到固定框架上，所述部件的第一端部紧固到固定框架上，所述部件的第二端部紧固到可移动框架上，使得在每个柔性部件的固定点之间的距离基本上相同，并且在第一端部的固定点之间的距离基本上等于在第二端部的固定点之间的距离；基准反射镜；及分光镜，用来向着可移动反射镜和基准反射镜分离从光源接收的光，并且用来分离从可移动反射镜和从基准反射镜反射的光。根据本发明的典型干涉仪包括支 撑部件，这些支撑部件连结到至少两个柔性部件的至少一侧上。

可移动反射镜对于可移动框架布置成使得反射镜的反射表面的平面与导向反射镜的光束的方向相垂直。当可移动框架为了改变在干涉仪的各臂之间的光程差而被移动时，反射镜的对准得以保持。换句话说，可以避免可移动反射镜的倾斜。

根据本发明的一个实施例，干涉仪包括用来移动可移动框架的驱动装置。驱动装置可以包括例如用来移动框架的精密电机，如音圈电机。

根据本发明的用来减小干涉仪的可移动反射镜的倾斜的一种典型方法，包括在柔性部件的纵向方向上对于在柔性部件的固定点之间的距离的至少百分之60的长度，在结构上加固柔性部件，可移动反射镜连结到可移动框架上，该可移动框架由至少两个柔性部件连接到固定框架上，所述部件的第一端部紧固到固定框架上，所述部件的第二端部紧固到可移动框架上，使得在每个柔性部件的固定点之间的距离基本上相同，并且在第一端部的固定点之间的距离基本上等于在第二端部的固定点之间的距离。

根据本发明的一个实施例，加固通过将支撑部件连结到至少两个柔性部件的至少一侧上而实现。

在本文中呈现的本发明的示范实施例不应被解释成对于所附的权利要求书的适用性施加限制。动词“包括”在本文中用作开放性限定，该开放性限定不排除未叙述的特征的存在。在从属权利要求书中叙述的特征可以自由地相互组合，除非以其它方式明确指出。

附图说明

被认为是本发明的特性的新颖特征在所附的权利要求书中具体地叙述。然而，本发明本身，关于其构造和其操作方法，与其另外的目的和其优点一起，当联系附图阅读时，将通过对具体实施例的如下描述而得到最好的理解。

图1a-1c示出根据本发明的一个实施例的支撑结构，

图2a-2e示出柔性和支撑部件组合的变形，而

图3示出根据本发明的一个实施例的干涉仪。

具体实施方式

图1a-1c示出根据本发明的一个实施例的支撑结构。图1a示出的是侧视图，而图1b示出的是支撑结构的端视图。在图1c中示出的是支撑结构的部分分解立体图。

支撑结构包括固定框架11和可移动框架12，可移动反射镜能够连结到可移动框架12上。所示的支撑结构处于可移动框架12在固定框架11下面的位置中。这是支撑结构的所谓悬挂位置。支撑结构也可用在可移动框架12在固定框架11上方的颠倒位置中。

固定框架11和可移动框架12是矩形板，这些矩形板借助于两个柔性部件13彼此平行地布置。柔性部件13具有平的U形结构。

柔性部件13的端部借助于紧固板14而连结到固定框架11和可移动框架12的端部上。紧固板14由螺钉15紧固到框架11、12的端部上，使得柔性部件13定位在框架11、12的端部与紧固板14之间。

柔性部件13由支撑部件16支撑，这些支撑部件16连结到柔性部件13的两侧上。与柔性部件13类似，支撑部件16也是U形的。各支撑部件16通过螺钉15而相互紧固，使得柔性部件13位于它们之间。因为支撑部件16，在由支撑部件16覆盖的区域中，柔性部件13的弯曲能够得以防止。

在固定框架11的各固定点之间的距离基本上与在可移动框架12的各固定点之间的距离相同。因此，在可移动框架12的移动期间，能够保持可移动框架12相对于固定框架11的对准。

图2a-2e示出柔性和支撑部件的其它可能组合的例子。支撑部件16连结到柔性部件13的两侧上，但只有一侧在图中示出。

图2a示出第一例，其中，柔性部件13和支撑部件16都具有矩形形状。支撑部件16由螺钉15紧固到柔性部件13上。

图2b示出第二例，其中，柔性部件13具有矩形孔径(用虚线示 出)。支撑部件16具有圆形孔径。

图2c示出第三例，其中，柔性部件13是H形的。支撑部件16在这个例子中也是H形的。

图2d示出第四例，其中，柔性部件13包括相平行的两个带条17，这两个带条之间具有间隙。支撑部件16具有矩形形状。

图2e示出第五例，其中，支撑部件16是与柔性部件13成一体的部分。该单件组件在中心中具有矩形孔径。该单件组件的前视图和侧视图都在图2e中示出。

图3示出根据本发明的一个实施例的干涉仪。该干涉仪是Michelson型干涉仪，该Michelson型干涉仪包括根据图1a-1c的支撑结构。

干涉仪包括用来将光束发射到分光镜31的光源21，该分光镜31将光束分离成两个光束。第一光束被导向固定基准反射镜41，从该处该第一光束被反射回分光镜31。

第二光束被导向可移动反射镜42，该可移动反射镜42连结到支撑结构的可移动框架12上。可移动反射镜42连结到可移动框架12的第一端部上，使得反射镜42的反射表面的平面与第二光束的方向相垂直。第二光束从可移动反射镜42反射回分光镜31。

被反射的各光束在分光镜31处重新结合，该重新结合的光束然后由探测器51探测。

干涉仪包括音圈电机61，该音圈电机61用来移动支撑结构的可移动框架12。音圈电机61连结到可移动框架12的第二端部上。通过调节馈给到音圈的电流，可移动框架12被移动，因此连结到框架12上的可移动反射镜42被移动。

通过移动可移动反射镜42，在第一和第二光束之间的相位差发生变化。相位差的这种变化调制干涉光束的强度，该干涉光束由探测器51探测。

在图中仅描述了本发明的有利示范实施例。对于本领域的技术人员而言，本发明显然不只限于以上呈现的例子，本发明可以在下文呈 现的权利要求书的限制内变化。本发明的一些可能实施例在从属权利要求中描述，它们不应认为是对本发明的保护范围的限制。

Claims (13)

1.一种用于干涉仪的可移动反射镜的支撑结构，所述支撑结构包括：

-固定框架(11)，

-可移动框架(12)，所述可移动反射镜(42)布置成能够连结到该可移动框架上，以及

-至少两个柔性部件(13)，所述部件(13)的第一端部紧固到所述固定框架(11)上，所述部件(13)的第二端部紧固到所述可移动框架(12)上，使得在每个柔性部件(13)的固定点之间的距离基本上相同，并且在所述第一端部的固定点之间的距离基本上等于在所述第二端部的固定点之间的距离；

其特征在于，所述支撑结构包括支撑部件(16)，所述支撑部件(16)连结到至少两个柔性部件(13)的至少一侧上。

2.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于，所述支撑结构包括紧固板(14)，所述紧固板(14)用来将所述柔性部件(13)紧固到所述固定框架(11)和所述可移动框架(12)的端部上。

3.根据权利要求1或2所述的支撑结构，其特征在于，所述支撑结构包括的支撑部件(16)连结到至少两个柔性部件(13)的两侧上。

4.根据权利要求1-3任一项所述的支撑结构，其特征在于，所述柔性部件(13)包括相邻的带条(17)。

5.根据以上权利要求中的任一项所述的支撑结构，其特征在于，所述支撑部件(16)的形状是矩形的和平面形的。

6.根据以上权利要求中的任一项所述的支撑结构，其特征在于，每个支撑部件(16)相对于所述柔性部件(13)的固定点大致居中。

7.根据以上权利要求中的任一项所述的支撑结构，其特征在于，所述支撑部件(16)的长度是在所述柔性部件(13)的固定点之间的距离的至少百分之60。

8.根据以上权利要求中的任一项所述的支撑结构，其特征在于，所述柔性部件(13)和所述支撑部件(16)由相同材料制造。

9.根据权利要求8所述的支撑结构，其特征在于，所述支撑部件(16)是与柔性部件(13)成一体的部分。

10.一种干涉仪，包括：

-光源(21)，用来发射光，

-可移动反射镜(42)，连结到可移动框架(12)上，该可移动框架(12)由至少两个柔性部件(13)连接到固定框架(11)上，所述部件(13)的第一端部紧固到所述固定框架(11)上，所述部件(13)的第二端部紧固到所述可移动框架(12)上，使得在每个柔性部件(13)的固定点之间的距离基本上相同，并且在所述第一端部的固定点之间的距离基本上等于在所述第二端部的固定点之间的距离，

-基准反射镜(41)，以及

-分光镜(31)，用来向着所述可移动反射镜(42)和所述基准反射镜(41)分离从所述光源(21)接收的光，并且用来分离从所述可移动反射镜(42)和从所述基准反射镜(41)反射的光；

其特征在于，所述干涉仪包括支撑部件(16)，所述支撑部件(16)连结到至少两个柔性部件(13)的至少一侧上。

11.根据权利要求10所述的干涉仪，其特征在于，所述干涉仪包括用来移动所述可移动框架(12)的驱动装置(61)。

12.一种用来减小干涉仪的可移动反射镜的倾斜的方法，所述可移动反射镜(42)连结到可移动框架(12)上，该可移动框架(12)由至少两个柔性部件(13)连接到固定框架(11)上，所述部件(13)的第一端部紧固到所述固定框架(11)上，所述部件(13)的第二端部紧固到所述可移动框架(12)上，使得在每个柔性部件(13)的固定点之间的距离基本上相同，并且在所述第一端部的固定点之间的距离基本上等于在所述第二端部的固定点之间的距离，其特征在于，所述方法包括：在所述柔性部件(13)的纵向方向上对于在所述柔性部件(13)的固定点之间的距离的至少百分之60的长度，在结构上加固所述柔性部件(13)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述加固通过将支撑部件(16)连结到至少两个柔性部件(13)的至少一侧上而实现。

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